本发明专利技术揭示了一种聚吡咯/植酸/氧化石墨烯复合防腐蚀涂层的制备方法及应用。所述制备方法包括系统调控吡咯单体、植酸及氧化石墨烯分散液三种材料的浓度和配比，通过便捷的一步恒电流法直接电沉积复合涂层材料于不锈钢表面，该复合涂层应用于不锈钢在酸性环境中的腐蚀防护，以解决现有导电聚合物防腐蚀涂层存在微孔隙、附着力差、不具备良好稳定性等问题。本发明专利技术制备方法简单，可实现涂层材料在不锈钢表面直接、快速地大面积沉积，且涂层结构致密、防腐蚀性能稳定，在服役于油气井、酸性土壤等的不锈钢材料及燃料电池的金属双极板上具有良好的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
一种聚吡咯/植酸/氧化石墨烯复合防腐蚀涂层的制备方法及应用
本专利技术涉及金属材料的防腐蚀涂层
，具体涉及一种聚吡咯/植酸/氧化石墨烯复合防腐蚀涂层的制备方法及应用，属于金属防腐蚀领域。
技术介绍
不锈钢是富含铬元素的铁基合金，因其高的强度和断裂韧性、优异的钝化性能以及导电性质在工业和能源领域有着及其广阔的应用。然而，在含有腐蚀性物质的环境中长期工作时，不锈钢的腐蚀仍然不可避免，将造成严重的资源浪费和环境污染。涂层防腐蚀是目前提高不锈钢耐蚀性的最主要方法之一。导电聚合物涂层是一类环保、低廉、制备简便的涂层体系，其中聚吡咯(PPY)作为经典的导电聚合物的材料，具有电导率高、性能稳定、环境友好等优点。在涂层领域，经由合适物质掺杂的PPY可由绝缘的基态向导电的掺杂态转变，不仅能够作为一层物理屏障隔绝腐蚀性离子，掺杂态PPY也可发挥阳极保护作用将被保护金属的腐蚀电位维持在钝化区域，在涂层/金属界面处形成氧化膜，进而强化金属的耐蚀性。然而，PPY涂层通常存在一些缺陷，如结构中存在微孔隙、涂层与金属基底附着力差等。同时，涂层长期服役时阴离子的脱掺杂可导致PPY逐渐被还原，引起涂层阳极保护作用效果的减弱而使涂层逐渐失效。因此，降低PPY表面缺陷并提高涂层与金属基底的附着力是强化涂层防腐蚀稳定性的关键技术。植酸(PA)是一种大分子质子酸，Hao等的研究表明，经由PA掺杂后的导电聚合物不易发生脱掺杂，且植酸根离子可通过与金属离子络合填充涂层的微小缺陷，使涂层具有一定的自修复性质(HaoY,ZhaoY,YangX,etal.Self-healingepoxycoatingloadedwithphyticaciddopedpolyanilinenanofibersimpregnatedwithbenzotriazoleforQ235carbonsteel[J].CorrosionScience,2019,151:175-189)；氧化石墨烯(GO)稳定的片层和褶皱状结构可作为隔离腐蚀环境的有效屏障，其结构中带有负电荷的含氧官能团(如羧基)可以排斥腐蚀溶液中的阴离子，同时，Cao等的研究表明，GO的添加可显著提高有机涂层与金属基底之间的结合力(CaoZ,WangH,QuJ,etal.OnestepGO/DTESco-depositiononsteels:Electro-inducedfabricationandcharacterizationofthickness-controlledcoatings[J].ChemicalEngineeringJournal,2017,320:588-607)。因此，GO作为涂层材料在腐蚀领域具有良好的应用前景。目前，有关PPY基自修复涂层和PPY-石墨烯复合涂层的技术在专利CN105001759A和CN107760205A中已有揭示，然而，该类涂层材料对不锈钢在酸性环境中的腐蚀防护仍值得进一步探索。同时，上述PPY基复合涂层制备及涂层涂覆工艺繁琐，有待开发一种制备工艺简单的高稳定性PPY基复合材料用于不锈钢的防腐蚀。电沉积方法操作方便且能耗较低，可以直接均匀地将掺杂态PPY涂层原位沉积在基体表面，实现大规模、快速涂覆。该聚吡咯/植酸/氧化石墨烯(PPY/PA/GO)复合涂层适用于服役于油气井、酸性土壤的不锈钢材料及燃料电池的不锈钢双极板上。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种聚吡咯/植酸/氧化石墨烯复合防腐蚀涂层的制备方法，以解决现阶段导电聚合物防腐蚀涂层存在的孔隙缺陷、附着力差、不具备良好稳定性等问题。该复合涂层制备工艺简单，可操作性强，具有一定的自修复性能和良好的稳定性，以提高不锈钢在酸性环境中的耐蚀性和服役寿命。本专利技术中一种聚吡咯/植酸/氧化石墨烯复合涂层的制备方法按照以下技术方案进行：步骤1：改进的Hummers法制备氧化石墨烯，获得氧化石墨烯分散液。步骤2：配制电沉积涂层所需的混合电解液，将吡咯单体、植酸分散于去离子水中，然后加入步骤1中的氧化石墨烯分散液，使用搅拌器持续搅拌，获得均匀的混合电解液。步骤3：室温条件下采用三电极体系通过恒电流法进行电沉积，于工作电极表面制备复合涂层。其中支撑电解液为步骤2中得到的混合电解液，电沉积所得到的涂层用去离子水清洗并干燥。进一步地，步骤(1)中所述的氧化石墨烯分散液是由探头式超声分散制备，超声总时间为75～90min，其中每次超声时间3s，间隙时间2s，超声温度为25℃，得到的氧化石墨烯分散液浓度为4～6mg/mL。进一步地，所述的电沉积需使用合成电解液，更具体的吡咯单体浓度为0.1～0.5mol/L，植酸浓度为0.05～0.4mol/L，氧化石墨烯浓度为0.1～0.5mg/mL，所述其中植酸包括大分子质子酸。进一步地，步骤(2)中，将混合溶液持续磁力搅拌10～30min得到均匀的混合电解液。进一步地，步骤(3)中，所述电沉积为室温条件下通过恒电流法进行电沉积，其中参比电极和对电极分别为饱和甘汞电极和铂片电极，工作电极为需要防腐蚀处理的不锈钢样品。所述支撑溶液为步骤(2)中得到的混合电解液，电沉积后的聚吡咯/植酸/氧化石墨烯复合防腐蚀涂层用去离子水清洗并干燥。进一步地，所述恒电流法进行电沉积的方法中，施加的电流密度为1～3mA/cm2，电沉积时间为15～30min，所制备的涂层干燥温度为35℃，干燥时间为4～6h。进一步地，恒电流电沉积过程中，工作电极更具体为需要防腐蚀处理的不锈钢片材，所述表面为任意形状的表面。进一步地，于不锈钢表面电沉积涂层之前对不锈钢进行以下处理：用环氧树脂封装不锈钢片材的非工作表面，依次使用400、800、1200、2000目SiC砂纸打磨其工作区域，随后依次使用去离子水、丙酮、乙醇清洗，最后干燥。进一步地，恒电流电沉积复合涂层过程中，具体施加的电流密度为1～3mA/cm2，电沉积时间为15～30min。进一步地，所制备的涂层干燥温度为35℃，干燥时间为4～6h。进一步地，本专利技术聚吡咯/植酸/氧化石墨烯复合防腐蚀涂层的应用是指应用于不锈钢在酸性腐蚀环境中的腐蚀防护。进一步地，具体的腐蚀环境为0.1～0.5mol/L硫酸溶液模拟的酸性腐蚀环境。本专利技术提供的聚吡咯/植酸/氧化石墨烯复合防腐蚀涂层的制备方法，工艺简单，可以不添加其他物质在金属表面快速制得聚吡咯/植酸/氧化石墨烯复合涂层。本专利技术通过严格控制吡咯单体、植酸和氧化石墨烯浓度和电沉积条件，将植酸和氧化石墨烯有效插入聚吡咯的主链中。本专利技术的有益效果在于：克服了现有技术中所获得的PPY涂层致密性差、结构中存在微孔隙、附着力差、不具备良好防腐蚀稳定性等缺陷。通过大分子酸植酸的介入，避免了PPY迅速脱掺杂导致被还原而丧失阳极保护效果，同时赋予涂层微小缺陷处的自修复性能；大表面积、性质稳定的碳材料氧化石墨烯的引入则增强了涂层与不锈钢基地的结合力，有效地填充了聚吡咯涂层的缺陷，同时可延长服役时腐蚀性物质向内渗透的路径。本专利技术制备的聚吡咯/本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种聚吡咯/植酸/氧化石墨烯复合防腐蚀涂层的制备方法，其特征在于，所述方法的步骤为：/n(1)采用改进Hummers法制备氧化石墨烯，将其均匀分散于去离子水中，得到氧化石墨烯分散液；/n(2)将吡咯单体、植酸分散于去离子水中，然后加入所述氧化石墨烯分散液，搅拌至均匀，配制混合电解液；/n(3)采用三电极法，以所述混合电解液为支撑溶液，电沉积复合涂层，得到所述聚吡咯/植酸/氧化石墨烯复合防腐蚀涂层。/n
【技术特征摘要】
1.一种聚吡咯/植酸/氧化石墨烯复合防腐蚀涂层的制备方法，其特征在于，所述方法的步骤为：
(1)采用改进Hummers法制备氧化石墨烯，将其均匀分散于去离子水中，得到氧化石墨烯分散液；
(2)将吡咯单体、植酸分散于去离子水中，然后加入所述氧化石墨烯分散液，搅拌至均匀，配制混合电解液；
(3)采用三电极法，以所述混合电解液为支撑溶液，电沉积复合涂层，得到所述聚吡咯/植酸/氧化石墨烯复合防腐蚀涂层。
2.根据权利要求1所述的一种聚吡咯/植酸/氧化石墨烯复合防腐蚀涂层的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的氧化石墨烯分散液是由探头式超声分散制备，超声总时间为75～90min，其中每次超声时间3s，间隙时间2s，超声温度为25℃，得到的氧化石墨烯分散液浓度为4～6mg/mL。
3.如权利要求1所述的一种聚吡咯/植酸/氧化石墨烯复合防腐蚀涂层的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述混合电解液具体包含浓度为0.1～0.5mol/L的吡咯单体，0.05～0.4mol/L的植酸和0.1～0.5mg/mL的氧化石墨烯。
4.如权利要求1所述的一种聚吡咯/植酸/氧化石墨烯复合防腐蚀涂层的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，将混合溶液持续磁力搅拌10～30min得到均匀的混合电解液。
5.如权利要求1所述的一...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋莉，袁妍，李继航，周兴，董延茂，
申请(专利权)人：苏州科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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