新型导电聚噻吩的制备及自修复防腐性能研究

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金属腐蚀现象是金属应用中的致命缺陷,使用涂料进行金属腐蚀防护成为了最普遍且有效的方式。但涂料在加工和使用的过程中容易受到外部冲击出现难以修复的损伤,这些损伤通常很难修复,导致涂层的性能下降甚至加速金属的腐蚀,所以如何通过涂层自我修复技术有效进行金属防护成为了防腐蚀领域研究的一大热点。国内外针对微胶囊自修复技术和导电聚合物作自修复涂料进行了大量研究并取得很好成果,但将两种自修复机制结合进行防腐的研究几乎处于空白。本文将构筑一种新型导电聚噻吩自修复微胶囊,揭示导电聚合物材料的防腐新机制,对实现金属防腐和工业化应用具有重要参考价值。本文通过乳液聚合法,以PVP胶束为软模板,一步法制备既掺杂缓蚀剂又包覆缓蚀剂的PEDOT微胶囊,研究了缓蚀剂种类和用量、单体氧化剂摩尔比、反应时间、搅拌方式和PVP相对分子量对微胶囊形貌的影响。实验结果表明,PEDOT微胶囊的最佳制备条件为:单体氧化剂摩尔比1:2,反应时间24 h,磁力搅拌,PVP相对分子量40000。该工艺方法对不同缓蚀剂的掺杂和包覆具有普遍适用性,利用相同的实验方法到了形貌为空心球形或橄榄球形、大小均匀的PEDOT(H3PO4+3-NisA)、PEDOT(MoO42-+3-NisA)、PEDOT(H3PO4+BTA)、PEDOT(MoO42-+BTA)、PEDOT(MoO42-+MBT)五种微胶囊。XPS检测出了微胶囊中包含两种缓蚀剂的特征峰,证实了两种缓蚀剂的成功掺杂和包覆。此外,氮气吸脱附测试表明包覆缓蚀剂的引入有助于增加胶囊表面疏松性,提高缓蚀剂释放效率。根据缓蚀剂对不同金属防腐效果的不同,将五种PEDOT微胶囊埋值于环氧树脂基质涂层中,应用于金属纯锌、纯铁和纯铜的防护。研究了PEDOT对金属的防腐机理。PEDOT参与了基体腐蚀过程的中间反应,掺杂的缓蚀剂通过PEDOT的还原反应释放出来,包覆的缓蚀剂通过微胶囊产生的裂纹和PEDOT氧化还原反应在微胶囊壁上形成的疏松微孔释放出来,两种缓蚀剂作用于金属基体表面形成保护膜,共同保护金属。模拟海水浸渍后,EIS和Tafel测试结果表明PEDOT(H3PO4+3-NisA)、PEDOT(H3PO4+BTA)和PEDOT(MoO42-+MBT)的引入分别使得金属纯锌、纯铁和纯铜年腐蚀速率下降3.3倍、34.3倍和29倍。证实了此种方法制备的双重自修复PEDOT微胶囊对于金属的强力保护和修复作用且对不同金属具有普遍的适用性。
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