聚苯胺-丙烯酸树脂防腐涂料的制备及性能研究

聚苯胺-丙烯酸树脂防腐涂料的制备及性能研究

在许多导电材料中，聚苯胺是许多优秀的物理材料，其结构多样性、独特的混合机制和良好的环境稳定性等优点，成为当前聚合物和高合金属学的热点和推动者之一，在多个行业引起了应用。1实验部分1.1化学试剂及试剂苯胺(ANI):天津市东丽区天大化学试剂厂,使用前经过二次蒸馏后使用;碳酸氢钠:上海虹光化工厂;十二烷基苯磺酸钠(LAS)、十六醇:天津市东丽区天大化学试剂厂;5-磺基水杨酸(SSA):天津市富宇精细化工有限公司;丙烯酰胺(AM)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、苯乙烯(St)、甲基丙烯酸(MAA)、过硫酸铵(APS):天津市科密欧化学试剂有限公司,使用前经过减压蒸馏除去阻聚剂。以上试剂均为分析纯。1.2丙酸钠溶液制备本实验采用过硫酸铵为引发剂,十二烷基苯磺酸钠为乳化剂,采用乳液聚合方法制备丙烯酸树脂种子乳液。种子乳液的反应器配料、乳化单体配料以及引发剂溶液组成如表1所示。(1)混合单体的制备按表1中乳化单体的配料比,在250mL三口烧瓶中,先加水,再加乳化剂搅拌,然后边搅拌边滴加混合单体。水浴加热,控制温度40℃,恒速搅拌,乳化时间为60min,即得预乳化单体。(2)引发剂溶液的制备按表1中反应器配料比,将十二烷基苯磺酸钠、去离子水、过硫酸铵、碳酸氢钠加入到装有机械搅拌器、温度计以及回流冷凝管的500mL四口瓶中,水浴加热,升温至80～85℃,首先加入15%的预乳化单体,恒温80～85℃反应30min,然后于该温度下在4～5h内同时连续滴加剩余的预乳化单体及过硫酸铵和去离子水配成的引发剂溶液;滴加完毕后,保温1h,冷却降温至40℃,用氨水调节pH至8～10,搅拌15min,最后冷却至室温,过滤,制得丙烯酸树脂种子乳液。1.3改性丙烯酰胺树脂乳液的制备在装有机械搅拌器,温度计以及回流冷凝管的1000mL四口烧瓶中加入20%的上述丙烯酸树脂种子乳液,搅拌并逐渐升温至80℃左右,将剩余的种子乳液、丙烯酸单体10.5g,在1～2h内连续匀速滴加到体系中,滴加完毕后,保温1h,自然冷却至室温,过滤,即得改性丙烯酸树脂乳液。1.4聚苯胺双酰胺乳液的制备将乳化剂十二烷基苯磺酸钠7.0g、助乳化剂十六醇6.2g和掺杂剂5-磺基水杨酸1.64g加入到一定量装有去离子水的三口瓶中,剧烈搅拌1h直到乳液十分均匀,将3.0g苯胺单体滴加到上述溶液中,室温下剧烈搅拌30min。配制过硫酸铵浓度为0.8mol/L的(NH1.5聚苯胺-丙烯酸树脂混合涂料的制备1.5.1二烷基苯磺酸钠改性丙烷酸酯微乳液的制备在装有机械搅拌器,温度计以及回流冷凝管的500mL四口烧瓶中加入250mL上述改性丙烯酸树脂乳液。将5.0g苯胺滴加到30mL1.0mol/LHCl溶液中,加入1.5g十二烷基苯磺酸钠和2.0g磺基水杨酸,在水浴中剧烈搅拌30min预乳化,然后将上述预乳化液滴加到改性丙烯酸树脂乳液中,恒速搅拌,温度控制在15～20℃。配置一定浓度的过硫酸铵-HCl溶液,控制其与苯胺的物质的量比为1∶1,在5h内缓慢将该过硫酸铵-HCl溶液滴加到混合液中。滴加完毕,继续反应2h,冷却,出料。1.5.2聚苯胺乳液树脂配比的确定在250mL烧瓶中加入50mL改性丙烯酸树脂乳液,然后加入聚苯胺乳液。根据制备的聚苯胺乳液中的苯胺含量,控制聚苯胺与丙烯酸树脂质量比为1∶50。加入后剧烈搅拌,共混1h,加入氨水调节pH至7～8,出料。1.6聚苯胺-丙烯酸树脂、磺化和制剂1.6.1试片的制备把1mm×30mm×100mm马口铁试片(按国标GB/T1727—1979制备)经1000号砂纸充分打磨至呈金属色泽,然后分别用丙酮和无水乙醇清洗试片表面,待溶剂挥发基本干燥后放入干燥箱中干燥以待涂膜时使用。1.6.2均匀涂膜的制备将制得的聚苯胺-丙烯酸树脂乳液在处理过的马口铁片上均匀涂膜,然后放置到干燥箱中升温至50℃干燥2h,再升温至100℃烘干24h。干燥后涂膜厚度(40±5)μm。1.7表中的粘膜结构性能和抗腐蚀性能1.7.1红外显微镜测试将在马口铁表面制得的聚苯胺-丙烯酸树脂防腐蚀涂膜用美国PekinElmer公司的Spectrum400红外显微镜系统进行分析,观察其在红外显微镜下的涂膜均匀性以及聚苯胺在丙烯酸树脂中的分散性,并测定其红外光谱。1.7.2涂层耐腐蚀性能试验将马口铁片上制备的防腐蚀涂膜在2结果与讨论2.1乳液共混后聚苯胺-丙烯酰胺树脂涂膜的红外显微镜观察图1是采用乳液互穿网络聚合法制备的聚苯胺-丙烯酸树脂涂膜的红外显微镜照片。其中图1(a)是涂膜上选择一小区域的可见光照片,图1(b)是图1(a)图中选择的一个小区域的红外吸收图。从图1中可以看出,涂膜表面比较平整,聚苯胺在丙烯酸树脂中的分布也比较均匀,但是仍有少量白色的小颗粒,初步推测为助乳化剂十六醇的颗粒。图2是聚苯胺乳液和丙烯酸树脂乳液2种乳液共混后的红外显微镜照片。其中图2(a)是涂膜上一小区域的可见光照片,图2(b)是图2(a)中选择的一个小区域的红外吸收图。从图2中可以看出涂层中深颜色的颗粒较多,说明聚苯胺在丙烯酸树脂中的分布不均匀。这是由于物理共混物中聚苯胺的粒径较大,导致聚苯胺在丙烯酸树脂乳液中不能很好地分散。图3是采用乳液互穿网络聚合法制备的聚苯胺-丙烯酸树脂涂膜对应的红外光谱图。即从图1(b)中选取一点所做的红外光谱图。从图3中可以看出,3400cm2.2涂层耐腐蚀性能分析2.2.1涂膜开口电位比表2是马口铁表面聚苯胺/丙烯酸树脂混合乳液涂层和裸马口铁在从表2中数据比较可知,乳液互穿聚合物网络法制备的聚苯胺-丙烯酸树脂防腐蚀乳液涂膜开路电位比裸马口铁高0.779V,乳液共混法涂膜开路电位比裸马口铁高0.183V。乳液互穿聚合物网络法制备的聚苯胺-丙烯酸树脂防腐蚀乳液涂膜腐蚀电流比裸马口铁低2个数量级,乳液共混法涂膜腐蚀电流比裸马口铁低1个数量级,由此可见,采用乳液互穿聚合物网络法制备的聚苯胺-丙烯酸树脂防腐蚀乳液涂膜防腐蚀性能更好。2.2.2极化曲线的制备图4为马口铁表面聚苯胺-丙烯酸树脂乳液涂层和裸马口铁在图4中曲线1为裸马口铁片的极化曲线,腐蚀电位为-0.717V。曲线2是采用互穿聚合物网络法制备的聚苯胺-丙烯酸树脂乳液涂膜后的极化曲线,其腐蚀电位为0.062V。曲线3是乳液共混法涂膜的极化曲线测试结果,其腐蚀电位为-0.53V,比采用互穿聚合物网络法制备的乳液涂层的极化电压要低得多,可见其防腐蚀性能要差一些。这主要是因为两种方法制得的乳液中聚苯胺的分散性不同,互穿聚合物网络法制备的聚苯胺-丙烯酸树脂乳液涂层中聚苯胺的分散性好于乳液共混法。3聚苯胺-丙烯酰胺树脂防腐涂层的红外显微镜分析模型采用过硫酸铵为引发剂,十二烷基苯磺酸钠为乳化剂,用乳液聚合法制备聚丙烯酸酯乳液,并对聚丙烯酸酯乳液进行了改性。分别采用乳液互穿聚合物网络