铜表面有机复合膜的制备及海水中腐蚀性能研究

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金属在工业生产中应用非常广泛,但每年超过亿吨的金属腐蚀造成的经济损失达到国民生产总值的4%。铜比一般的金属更稳定,也更耐腐蚀,释放的铜离子具有杀菌作用,因此铜被广泛应用于海洋、船舶、石化工业中,但其防腐性能还远远不够,给生产、生活带来很大损失。对铜基体进行表面处理,减缓或阻止铜基体与环境界面的腐蚀显得尤为重要。本论文首先在铜基体上制备了十八胺有机膜,同时利用扫描电镜、能谱分析、接触角测量等对膜层的疏水性能进行了表征。结果显示,十八胺有机膜为疏松多孔的海绵状形貌,接触角比铜基体有稍微提高,同时,利用动电位极化曲线、电化学阻抗谱图对十八胺有机膜进行了防腐蚀性能研究,通过等效电路表征膜层防腐蚀原理,结果表明,吸附十八胺有机膜的铜片电容性能增加,电化学阻抗谱显示,接枝十八胺后,铜基体的阻抗由4000·cm2提高到33000·cm2,有效提高了铜基体的防腐蚀性能。但这种膜的缺陷是,与铜基体的结合不牢固。近年来,多巴类物质的发现为材料的表面改性提供了广阔的空间。该种物质主要含有两种化学成分—胺基和邻苯二酚,酚羟基可以粘附在多种基体上,与基底形成共价键。同时,多巴包覆层仍允许含氨基(-NH2)或巯基(-SH)的有机物进一步接枝,为第二层膜的吸附提供了平台。针对上述十八胺膜的缺憾,我们在多巴类包覆层外又接枝了十八胺分子,并进行了扫描电镜、能谱分析、接触角测量,对表面形貌进行了观察,研究表明,铜基体表面形成了一层更加致密的有机膜,该有机复合膜的接触角达到110°,增强了铜的疏水效果。动电位极化曲线和电化学阻抗谱测试表明,复合膜出现了两个时间常数,证明确实存在两种膜,一种是聚多巴类物质,一种为在外接枝的十八胺。多巴类物质的存在确实增强了复合膜的粘结性能,同时,由于增强了膜层的致密度,基体的阻抗值达到106·cm2,比纯铜提高了3个数量级。这有效防止了Cl-的腐蚀,较好的保护了铜基体。为进一步加强膜层对基体的防污保护,我们初步探索了用原子转移自由基聚合方法(ATRP)制备有机复合防污膜。由于氨丙基三乙氧基硅烷(ATPS)像多巴类物质一样,含有活性氨基(-NH2),可以作为第二层膜吸附的平台,于是我们在此基底上,引入了含有抑菌基团叔胺基的单体。扫描电镜、能谱测试结果表明,复合膜制备成功。同时,在含有大肠杆菌的培养基中进行了抑菌测试,发现接枝有机复合膜后的铜基体即使在菌种培养基中浸泡60小时,周围仍出现了很明显的抑菌圈,若应用在海洋中,可大大提高基体的防污效果。这种方法也为其他基体防污提供了指导意义。
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