不銹鋼表面制備聚苯胺-聚乙烯吡咯烷酮防腐蝕膜的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及不銹鋼表面制備聚苯胺-聚乙烯吡咯烷酮防腐蝕膜的方法，屬導(dǎo)電高分子材料的合成與金屬材料腐蝕防護(hù)領(lǐng)域，在電解液為苯胺、PVP的H2SO4溶液中，使用循環(huán)伏安法在不銹鋼表面電化學(xué)沉積PANI-PVP復(fù)合膜，其中苯胺的濃度10～30g/L，苯胺與PVP的濃度之比為4∶1～1∶1。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明制得的PANI-PVP復(fù)合膜相比單一PANI膜具有表面均勻光滑、更加致密和與基體的粘附力更強(qiáng)的特性。電化學(xué)測(cè)試表明：在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5％的NaCl溶液中復(fù)合膜對(duì)不銹鋼有較好防腐蝕性能，保護(hù)效率達(dá)到97.7％。本發(fā)明的制備方法不需要復(fù)雜的工序和儀器設(shè)備，在簡(jiǎn)易條件下便可操作，合成的材料綠色環(huán)保，具有非常好的應(yīng)用前景。
【專利說明】不銹鋼表面制備聚苯胺-聚乙烯吡咯烷酮防腐蝕膜的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬導(dǎo)電高分子材料的合成與金屬材料腐蝕防護(hù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種在不 銹鋼表面制備聚苯胺-聚乙烯吡咯烷酮防腐蝕膜的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 鋼鐵腐蝕問題存在于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，它不僅造成金屬資源和能源的巨大浪 費(fèi)，而且對(duì)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防和科技的發(fā)展與也造成了極大障礙，還嚴(yán)重威脅到環(huán)境和生態(tài) 的安全。
[0003] 自從發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電聚合物具有防腐蝕作用，以聚苯胺（PANI)為代表的導(dǎo)電聚合物由 于其電化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，原料易得和制備過程簡(jiǎn)單等，成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。但這些聚合物 與活性金屬的結(jié)合力較低，成膜性能差，容易發(fā)生不可逆的電化學(xué)氧化降解，在實(shí)際應(yīng)用中 受到很大的限制。已有報(bào)道將聚苯胺與環(huán)氧樹脂、聚乙烯醇，聚丙烯酸樹脂等物質(zhì)混合制備 成膜，可顯著提高膜層的機(jī)械性能及與金屬基底的結(jié)合力，然而采用的合成方法工藝均較 為復(fù)雜，另一方面聚苯胺與這些基質(zhì)的相溶性較差，在成膜基質(zhì)中分散不均勻，導(dǎo)致得到的 聚苯胺復(fù)合膜的防腐蝕效果并不理想，尚有待改進(jìn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的就是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中在不銹鋼表面制備PANI防腐蝕膜的缺 陷，提供在不銹鋼表面制備聚苯胺-聚乙烯吡咯烷酮防腐蝕膜的方法。
[0005] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0006] 不銹鋼表面制備聚苯胺-聚乙烯吡咯烷酮防腐蝕膜的方法，采用以下步驟：
[0007] (1)電解液配制：將經(jīng)過減壓蒸餾提純后的苯胺溶于濃度為0. 5mol/L的H2SO4溶 液中攪拌其溶解，苯胺在H2SO 4溶液中的濃度為10-30g/L，再向溶液中加入聚乙烯吡咯烷 酮，苯胺與聚乙烯吡咯烷酮的濃度之比為4 : 1?1 : 1，繼續(xù)磁力攪拌0.5h;
[0008] (2)不銹鋼基底預(yù)處理：將304不銹鋼依次經(jīng)600、1000、1500目金相砂紙打磨 后在乙醇和去離子水中超聲清洗以除去表面油污和雜質(zhì)，然后將304不銹鋼在0. 05? 0. 2mol/L的HCl溶液中進(jìn)行化學(xué)刻蝕20?60秒，取出后在去離子水中超聲清洗；
[0009] (3)電化學(xué)合成：將預(yù)處理的不銹鋼置于電解液中，采用循環(huán)伏安法，控制電位掃 描范圍的低電位為-0. 6?0V，高電位為0. 8?I. 2V，掃描段數(shù)為10?20段，掃描速率10? 50mV/S，反應(yīng)時(shí)間為300?3000s，然后利用乙醇和去離子水潤(rùn)洗，在真空干燥箱中50°C干 燥6h，即得在不銹鋼表面合成的PANI-PVP復(fù)合膜。
[0010] 本申請(qǐng)采用電化學(xué)沉積的方法可直接在金屬表面電沉積制備聚苯胺膜，通過在 電解液中加入高分子物質(zhì)制備復(fù)合膜，聚乙烯吡咯烷酮（PVP)是一種非離子型高分子化 合物，易溶于水，具有良好的分散性和成膜性。在電沉積聚苯胺的溶液中加入PVP，可阻止 聚苯胺宏觀沉淀的形成，生成膠體粒子，進(jìn)而在不銹鋼表面生成聚苯胺-聚乙烯吡咯烷酮 (PANI-PVP)復(fù)合膜從而克服單一 PANI膜的缺點(diǎn)，提高其對(duì)不銹鋼基底的腐蝕防護(hù)作用。
[0011] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在不銹鋼表面制得的PANI-PVP復(fù)合膜表面光滑、膜層厚 度均一、致密性好、對(duì)不銹鋼基底的粘結(jié)作用強(qiáng)，提高了膜層對(duì)腐蝕性介質(zhì)的屏蔽作用，對(duì) 不銹鋼基底具有較好的保護(hù)效果，且制備工序簡(jiǎn)單，成本較低，粘結(jié)性較高，復(fù)合防腐蝕膜 具有持久耐蝕性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1為不銹鋼表面PANI (a)和PANI-PVP復(fù)合膜（b)的SEM圖。
[0013] 圖2為表面制備有PANI膜、PANI-PVP復(fù)合膜的不銹鋼電極及裸不銹鋼電極在質(zhì) 量分?jǐn)?shù)為3. 5%的NaCl溶液中浸泡Ih后的動(dòng)電位極化曲線圖。
[0014] 圖3為表面制備有PANI膜、PANI-PVP復(fù)合膜的不銹鋼電極及裸不銹鋼電極在質(zhì) 量分?jǐn)?shù)3. 5%的NaCl溶液中浸泡Ih后的Nyquist圖。
[0015] 圖4為交流阻抗擬等效電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0017] 本發(fā)明在不銹鋼表面制備的PANI-PVP復(fù)合膜用掃描電子顯微鏡（SU-1500,日本 Hitachi公司）觀察其表面形貌。電化學(xué)合成與測(cè)試均使用上海辰華（CHI600E)電化學(xué)工 作站，采用三電極體系進(jìn)行，飽和甘汞電極（SCE)作為參比電極，鉬片電極作為輔助電極。 動(dòng)電位極化曲線測(cè)試掃描速率為lmV/s，交流阻抗測(cè)試頻率范圍為IOOKHz?0. 05Hz，振幅 5mV。交流阻抗擬合采用如圖4所示的等效電路進(jìn)行。
[0018] 其中Rs表示溶液電阻，Cdl表示聚合物膜與不銹鋼電極表面電荷傳遞電阻，Rct表 示不銹鋼電極表面電荷傳遞電阻，η是彌散指數(shù)。由擬合數(shù)據(jù)計(jì)算不銹鋼表面膜層對(duì)不銹 鋼的腐蝕防護(hù)效率：

【權(quán)利要求】
1. 不銹鋼表面制備聚苯胺-聚乙烯吡咯烷酮防腐蝕膜的方法，其特征在于，采用以下 步驟： (1) 電解液配制：將經(jīng)過減壓蒸餾提純后的苯胺溶于H2SO4溶液中攪拌其溶解，再向溶 液中加入聚乙烯吡咯烷酮，繼續(xù)磁力攪拌〇. 5h ; (2) 不銹鋼基底預(yù)處理：將304不銹鋼依次經(jīng)600、1000、1500目金相砂紙打磨后在乙 醇和去離子水中超聲清洗以除去表面油污和雜質(zhì)，然后將304不銹鋼在0. 05?0. 2mol/L 的HCl溶液中進(jìn)行化學(xué)刻蝕20?60秒，取出后在去離子水中超聲清洗； (3) 電化學(xué)合成：將預(yù)處理的不銹鋼置于電解液中，采用循環(huán)伏安法，控制電位掃描范 圍的低電位為-〇. 6?0V，高電位為0. 8?I. 2V，掃描段數(shù)為10?20段，掃描速率10? 50mV/S，反應(yīng)時(shí)間為300?3000s，然后利用乙醇和去離子水潤(rùn)洗，在真空干燥箱中50°C干 燥6h，即得在不銹鋼表面合成的PANI-PVP復(fù)合膜。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的不銹鋼表面制備聚苯胺-聚乙烯吡咯烷酮防腐蝕膜的方法， 其特征在于，所述的苯胺在H2SO 4溶液中的濃度為10-30g/L。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的不銹鋼表面制備聚苯胺-聚乙烯吡咯烷酮防腐蝕膜的方法， 其特征在于，所述的H2SO 4溶液的濃度為0. 5mol/L。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的不銹鋼表面制備聚苯胺-聚乙烯吡咯烷酮防腐蝕膜的方法， 其特征在于，在H2SO 4溶液中，苯胺與聚乙烯吡咯烷酮的濃度之比為4 : 1?1 : 1。
【文檔編號(hào)】C25D9/02GK104313658SQ201410535186
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月11日
【發(fā)明者】云虹, 張志國(guó), 徐群杰, 錢超, 李珊珊 申請(qǐng)人:上海電力學(xué)院