聚苯胺PANI复合材料防腐性能研究进展
目前,聚苯胺复合材料的制备方法主要包括原位聚合、共混、共聚等
聚苯胺因其环境稳定性较好、简便的合成方法、低毒性、原料易得、电导率较高,倍受国内外专家学者的关注和研究,被认为是一种具有广泛应用前景的功能材料。自从De Berry首次发现聚苯胺对不锈钢具有防腐蚀保护作用后,人们陆续对聚苯胺防腐涂料做了大量的研究工作。通过各种分析测试方法和不同涂装方式 (例如,SEM和XPS等方法用于分析金属表面层的化学成分和结构;ASTM中对涂料的检测标准方法;电化学测试方法测量极化阻抗、开路电位、腐蚀电位和腐蚀电流等) 研究了聚苯胺涂料对金属 (主要是Fe) 基体的防腐蚀效果和防腐蚀机理,大量研究结果表明聚苯胺类防腐涂料防腐性能相比于常规防腐涂料防腐性能有了显著的提高。聚苯胺材料对碳钢、不锈钢、Zn、Ti、Al和Cu等多种材料也具有保护性能,而且聚苯胺材料同时具有独特的抗点蚀和抗划伤性能。
目前聚苯胺防腐材料作为取代铬酸盐的无毒填料已成功投入商业应用，德国Ormecon公司率先开发了系列聚苯胺防腐蚀涂料，国内相关的聚苯胺防腐蚀产品相对较少。因此,开发功能性聚苯胺防腐材料仍然是重防腐涂料研究与开发领域的一个热点。
目前,人们对聚苯胺涂料的防腐蚀机理有不同的看法,主要包括以下几点：
(1) 聚苯胺与金属基体接触时,会在金属表面形成一层致密稳定的氧化膜,使得金属处于钝化状态,从而降低金属腐蚀速率。
(2) 由于聚苯胺涂层的存在,阻止了腐蚀物质与金属基体的直接接触,降低了金属的腐蚀速率。研究发现,随着涂层的厚度的增加,屏蔽作用有所增强。
(3) 具有良好导电性的聚苯胺能够在金属材料表面形成一个电场,该电场的方向与电子递传方向相反,因此会阻碍电子从金属向氧化物传递,如图所示。
PANI复合材料相对于单一的聚苯胺涂层材料可在很大程度上改善其耐蚀性能。尽管人们在研究PANI的结构、复合、改性等方面取得一定的成绩,在防腐材料领域展现广阔的应用前景,但仍有一些问题亟待解决：
(1) 继续研究聚苯胺及其复合材料的防腐机理,形成一个比较完整的理论体系,为后续开发更多的功能性聚苯胺材料提供理论指导。
(2) PANI本身是一种具有导电性高分子功能性材料,具有特殊的光、电、磁等性能,研究开发多功能聚苯胺防腐蚀涂料引起人们的广泛兴趣,如可以屏蔽电磁辐射的隐身涂料,用于电力输送接地网的防护涂料,具有自修复功能的混凝土钢筋的保护涂料等。
(3) 目前对于聚苯胺防腐涂料的环境影响因素 (如温度、pH值) 研究很少,但实际应用过程中,环境因素对PANI防腐涂料的防腐蚀性能影响较大,急需加强这方面的深入研究。
(4) PANI具有多样性的结构,将它与碳材料 (如石墨烯、碳纳米管、碳纤维等) 复合,可以提高它在涂层中的溶解度和分散性,改善聚苯胺涂层性能的稳定性及成膜性能,从而提高其防腐蚀特性。同时,还可赋予防腐蚀涂料自诊断、自修复等特殊功能。