本发明专利技术公开了一种聚苯胺/硝酸铈/环氧聚合涂层的制备方法。能够使单体苯胺在有机柠檬酸作用下形成聚苯胺，并通过掺杂一定的本身对金属具有钝化作用的稀土盐硝酸铈，对聚苯胺环氧树脂进行改性，将聚苯胺链结构进行稳定，提高聚苯胺在环氧树脂中的分散性，减少涂层内缺陷，使涂层更致密、均匀，提高涂层的防腐效果。制备得到的聚苯胺/硝酸铈/环氧聚合涂层的防腐蚀效果相比聚苯胺环氧树脂涂层大大提高，电阻抗更大，防护周期更长，对基体金属起到更持久稳定的保护效果。
【技术实现步骤摘要】
一种聚苯胺/硝酸铈/环氧聚合涂层的制备方法
本专利技术涉及金属防腐涂层领域，尤其是一种聚苯胺/硝酸铈/环氧聚合涂层的制备方法。
技术介绍
金属与合金用途非常广泛，涉及领域较多，是国民经济建设与发展的重要材料之一。但是由于金属腐蚀现象严重，每年因腐蚀而报废的金属设备和材料相当于金属年产量的1/3。金属腐蚀现象广泛存在，尤其是金属在氯离子的侵蚀下，会发生严重的腐蚀破坏。例如在海洋环境中大量存在的氯离子会使渔船快艇以及结构件中的金属发生腐蚀，海滨矿山以及海底矿床中采矿设备发生腐蚀，以及尾矿库堆存中产生的盐卤水对其监测设备的腐蚀，该类氯盐腐蚀现象都将对这些领域带来了巨大的经济损失。因此，采取一定防护方法来保护金属及合金的腐蚀是非常有必要的。目前，金属防护的方法有很多种，最为经济有效和施工方便的防护手段为涂覆有机涂层，其中聚苯胺环氧树脂复合涂层对金属的防护性能较好，是当前和今后一段时间内研究的热点和方向。纯聚苯胺涂层由于其分子堆积不紧密，膜层多孔，附着力差，因此不能起到对金属基体长期的有效保护作用。聚苯胺的电位较低，能够使金属的电位升高；聚苯胺具有较好的氧化还原可逆性，当其在中间氧化态和还原态之间进行可逆转化时，正好消耗铝合金氧化时产生的电子，促进铝合金表面形成保护性氧化膜。环氧树脂涂料是一种得到广泛应用的涂料，环氧树脂中平均每个分予含有两个或两个以上环氧基。环氧树脂涂料的组成成分主要有环氧树脂和其固化剂，辅助的成分则有颜料、填料等。环氧树脂涂料具有优良的耐水化、耐化学品性(耐酸、耐碱和有机溶剂)，且具有良好的附着性能，适用于各类腐蚀环境下钢铁等的涂装，尤其是各类储藏罐表面的涂装。聚苯胺环氧树脂能有效结合聚苯胺和有机环氧树脂的两种特性，能够对金属基体起到多重防护作用。聚苯胺具有良好的导电性，能够将涂层金属基体界面的电化学反应转移至涂层电解质溶液界面。此外，聚苯胺还具有氧化还原可逆性，能促进在金属表面产生钝化膜。但是，聚苯胺在pH>7的环境下只对金属基体起到机械阻隔作用，在pH<7的环境下才具有良好的导电性和电化学活性。柠檬酸是一种环保、无毒的有机酸，对铁、不锈钢等金属基体起到钝化作用，且又能为聚苯胺提供酸性环境，为此，利用柠檬酸作为掺杂酸来提高聚苯胺防腐活性是一项非常有必要的研究。在聚苯胺环氧树脂的制备过程中存在一些问题，由于聚苯胺分子间有较强的氢键作用力会造成聚苯胺分子间的团聚，使聚苯胺不能在环氧树脂中很好的分散，出现团聚现象，使有机基料树脂中呈现孔洞团聚等缺陷，从而导致涂层屏蔽性能下降，加速涂层失效，降低涂层使役寿命。因此，聚苯胺环氧防腐涂料的制备需要解决聚苯胺不能在环氧树脂中很好的分散的问题。稀土离子能在金属表面形成钝化膜，起到钝化保护作用。通过在聚苯胺环氧树脂中添加稀土盐硝酸铈，能够在环氧树脂作用下将聚苯胺链结构进行稳定，改善聚苯胺在环氧树脂中的分散性，减少涂层内缺陷，使得聚苯胺能更好地分散到环氧树脂中，提高涂层的防腐效果。但是该方面的研究报到还较少，因此在聚苯胺环氧树脂中添加稀土盐对发展新型聚苯胺环氧树脂复合涂层的研究具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是，为了解决传统的聚苯胺环氧树脂制备过程中存在的聚苯胺分子间的团聚，使聚苯胺不能在环氧树脂中很好的分散的问题，本专利技术提供一种聚苯胺/硝酸铈/环氧聚合涂层的制备方法，应用柠檬酸为聚苯胺的合成提供酸性环境，同时在聚苯胺环氧树脂中添加稀土盐硝酸铈进行改性，能够在环氧树脂作用下将聚苯胺链结构进行稳定，提高聚苯胺在环氧树脂中的分散性，减少涂层内缺陷，提高涂层的防腐效果。本专利技术提供了一种聚苯胺/硝酸铈/环氧聚合涂层的制备方法，所述方法的具体步骤如下：(1)有机酸作用下的聚苯胺制备：在柠檬酸作用下用氧化剂将苯胺进行氧化反应得到聚苯胺。(2)掺杂硝酸铈的改性聚苯胺制备：将一定量的硝酸铈添加到聚苯胺溶液中，充分搅拌后在一定的温度下静置反应，制成掺杂柠檬酸-硝酸铈的聚苯胺胶状溶液。静置过滤得到沉淀物，沉淀物用去离子水洗至中性，再用丙酮洗三到四次，真空干燥后得到墨绿色掺杂柠檬酸-硝酸铈的聚苯胺产物，再将真空干燥后固体产物研磨成粉末。(3)制备聚苯胺/硝酸铈/环氧聚合涂层：将一定量的环氧树脂溶解到一定量的二甲苯中，加入适量步骤(2)中得到的掺杂柠檬酸-硝酸铈的聚苯胺粉末，搅拌均匀，然后超声、磁力搅拌器上分别搅拌，再将适量的固化剂加入并充分搅拌直至完全混合，制备出聚苯胺/硝酸铈/环氧聚合涂层。(4)被保护的金属基体表面处理：分别用240#、400#、600#、800#、1000#金相砂纸进行打磨至镜面，再依次用去离子水、无水乙醇超声清洗去油，电吹风吹干。(5)涂层的涂覆：用手工刷在316L型不锈钢基体表面，涂覆聚苯胺/硝酸铈/环氧聚合涂层干膜厚度为50μm。(6)被保护的金属基体浸泡腐蚀：将涂覆聚苯胺/硝酸铈/环氧聚合涂层的基体在中性海水中进行失效行为的研究。(7)涂层失效行为的测试：将制备好的金属试片置于中性海水中进行电化学阻抗测试，其中电化学阻抗采用三电极体系，工作电极为涂覆涂层金属试片，参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极为铂电极，工作面积为3.14cm2。腐蚀介质为中性海水，测试条件为室温。步骤(1)中，氧化剂为过硫酸铵，酸为有机柠檬酸。步骤(1)中，过硫酸铵与苯胺的质量比为：1：2.5，柠檬酸溶液浓度为1.0mol/L。步骤(2)中，硝酸铈的添加量为5g/L。步骤(2)中，硝酸铈添加到聚苯胺溶液中静置反应的温度和时间为20±3℃、24h。步骤(2)中，真空干燥的条件为60℃、48h。步骤(3)中，环氧树脂的可选用E44、E51或其组合，固化剂为聚酰胺树脂650。步骤(3)中，环氧树脂、二甲苯、聚酰胺树酯三者的质量比为1：0.5：0.8。步骤(3)中，掺杂柠檬酸-硝酸铈的聚苯胺粉末在超声、磁力搅拌器上搅拌的时间分别为30min和3h。所述磁力搅拌器的搅拌速度为150r/min。步骤(4)中，被保护基体表面涂覆聚苯胺/硝酸铈/环氧聚合涂层干膜厚度为45-50μm。本专利技术的有益效果：本专利技术所述的聚苯胺/硝酸铈/环氧聚合涂层的制备方法能够使单体苯胺在有机柠檬酸作用下形成聚苯胺，并通过掺杂一定的本身对金属具有钝化作用的稀土盐硝酸铈，在环氧树脂作用下将聚苯胺链结构进行稳定，改善聚苯胺在环氧树脂中的分散性，使得聚苯胺能更好地分散到环氧树脂中，减少涂层内缺陷，使涂层更致密、均匀，提高涂层的防腐效果。制备得到的聚苯胺/硝酸铈/环氧聚合涂层的防腐蚀效果相比聚苯胺环氧树脂涂层大大提高，电阻抗更大，防护周期更长，对基体金属起到更持久稳定的保护效果。附图说明下面结合附图及实施方式对本专利技术做进一步详细说明：图1a为掺杂硝酸铈聚苯胺环氧聚合涂层和未掺杂硝酸铈聚苯胺环氧聚合涂层分别在pH＝7.5的海水中得到的Nyquist图。图1b为掺杂硝酸铈聚苯胺环氧聚合涂层和未掺杂硝酸本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种聚苯胺/硝酸铈/环氧聚合涂层的制备方法，其特征在于：所述方法的具体步骤如下：/n(1)有机酸作用下的聚苯胺制备：在柠檬酸作用下用氧化剂将苯胺进行氧化反应得到聚苯胺；/n(2)掺杂硝酸铈的改性聚苯胺制备：将一定量的硝酸铈添加到聚苯胺溶液中，充分搅拌后在一定的温度下静置反应，制成掺杂柠檬酸-硝酸铈的聚苯胺胶状溶液，静置过滤得到沉淀物，沉淀物用去离子水洗至中性，再用丙酮洗三到四次，真空干燥后得到墨绿色掺杂柠檬酸-硝酸铈的聚苯胺产物，再将真空干燥后固体产物研磨成粉末；/n(3)制备聚苯胺/硝酸铈/环氧聚合涂层：将一定量的环氧树脂溶解到一定量的二甲苯中，加入适量步骤(2)中得到的掺杂柠檬酸-硝酸铈的聚苯胺粉末，搅拌均匀，然后超声、磁力搅拌器上分别搅拌，再将适量的固化剂加入并充分搅拌直至完全混合，制备出聚苯胺/硝酸铈/环氧聚合涂层；/n(4)被保护的金属基体表面处理：分别用240#、400#、600#、800#、1000#金相砂纸进行打磨至镜面，再依次用去离子水、无水乙醇超声清洗去油，电吹风吹干；/n(5)涂层的涂覆：用手工刷在316L型不锈钢基体表面，涂覆聚苯胺/硝酸铈/环氧聚合涂层干膜；/n(6)被保护的金属基体浸泡腐蚀：将涂覆聚苯胺/硝酸铈/环氧聚合涂层的基体在中性海水中进行失效行为的研究；/n(7)涂层失效行为的测试：将制备好的金属试片置于中性海水中进行电化学阻抗测试，其中电化学阻抗采用三电极体系，工作电极为涂覆涂层金属试片，参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极为铂电极，腐蚀介质为中性海水，测试条件为室温。/n...
【技术特征摘要】
1.一种聚苯胺/硝酸铈/环氧聚合涂层的制备方法，其特征在于：所述方法的具体步骤如下：
(1)有机酸作用下的聚苯胺制备：在柠檬酸作用下用氧化剂将苯胺进行氧化反应得到聚苯胺；
(2)掺杂硝酸铈的改性聚苯胺制备：将一定量的硝酸铈添加到聚苯胺溶液中，充分搅拌后在一定的温度下静置反应，制成掺杂柠檬酸-硝酸铈的聚苯胺胶状溶液，静置过滤得到沉淀物，沉淀物用去离子水洗至中性，再用丙酮洗三到四次，真空干燥后得到墨绿色掺杂柠檬酸-硝酸铈的聚苯胺产物，再将真空干燥后固体产物研磨成粉末；
(3)制备聚苯胺/硝酸铈/环氧聚合涂层：将一定量的环氧树脂溶解到一定量的二甲苯中，加入适量步骤(2)中得到的掺杂柠檬酸-硝酸铈的聚苯胺粉末，搅拌均匀，然后超声、磁力搅拌器上分别搅拌，再将适量的固化剂加入并充分搅拌直至完全混合，制备出聚苯胺/硝酸铈/环氧聚合涂层；
(4)被保护的金属基体表面处理：分别用240#、400#、600#、800#、1000#金相砂纸进行打磨至镜面，再依次用去离子水、无水乙醇超声清洗去油，电吹风吹干；
(5)涂层的涂覆：用手工刷在316L型不锈钢基体表面，涂覆聚苯胺/硝酸铈/环氧聚合涂层干膜；
(6)被保护的金属基体浸泡腐蚀：将涂覆聚苯胺/硝酸铈/环氧聚合涂层的基体在中性海水中进行失效行为的研究；
(7)涂层失效行为的测试：将制备好的金属试片置于中性海水中进行电化学阻抗测试，其中电化学阻抗采用三电极体系，工作电极为涂覆涂层金属试片，参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极为铂电极，腐蚀介质为中性海水，测试条件为室温。
2.如权利要求1所述的一种聚苯胺/硝酸铈/环氧聚合涂层的制备方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨鹏，诸利一，吕文生，尚铎，王淇萱，王昆，温家兴，邓宝超，何涛，贯怀光，
申请(专利权)人：北京联合大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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