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一文读懂聚苯胺防腐涂

所属分类:行业动态    发布时间: 2021-11-06    作者:admin
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聚苯胺防腐涂

聚苯胺是一种新型的金属防腐保护材料,与常规缓蚀剂相比没有任何的环境副作用,是一种符合时代和科技发展的绿色缓蚀剂,成为当前研究.多的导电高分子材料。

传统的金属防护方法有使用缓蚀剂、电镀惰性材料、钝化金属形成致密钝化膜、阴极保护及涂层等方法。从实际使用效果来看,缓蚀剂使用方便但是效率低;电镀惰性贵金属效果好但成本高;阴极保护适用于一些特定的环境中;涂层防护法方便、简单,使用.广,但涂层的防护效果取决于涂层的阻隔性能,为提高涂层的阻隔性能,往往在涂料中添加片状材料或/和氧化性金属盐。添加片状材料或/和氧化性金属盐的加入不能避免涂层的缺陷,如:涂层微孔,致密度低,难以阻止空气、水及盐离子等腐蚀介质进入涂层,造成金属腐蚀;涂层中的无机片状材料(玻璃鳞片、云母、玄武岩鳞片等)与树脂亲和力差,容易产生分相现象形成界面微裂隙,加速腐蚀介质渗透,造成金属腐蚀。即使无机鳞片用偶联剂表面处理,其仍存在与树脂材料膨胀系数不同现象,仍会出现相分离现象形成气孔,形成腐蚀介质通道,造成金属腐蚀。氧化性金属盐的添加,也可能由于重金属的污染对人体健康产生危害。

聚苯胺防腐涂层的制备方法

目前,聚苯胺防腐蚀涂层的制备方法有以下几种:
(1) 
电化学沉积法
电化学沉积法是指通过电化学的方法在金属表面沉积形成聚苯胺涂层,主要包括恒电流法、恒电位法、脉冲极化法和动电位扫描法。聚苯胺一般都是在酸性溶液中进行聚合。由于电极材料、电位以及电解质溶液的pH 值等对苯胺的聚合都有一定影响,所以当前这种制备聚苯胺涂层方法采用的条件仍然不统一。Bemard M C 等采用恒电位法合成聚苯胺膜,并研究了其在不同酸性条件下对基体表面钝化作用的影响。但是这种方法很难应用于较大的金属部件,因此其应用还是有限的。
  (2) 
共溶
共溶是指将聚苯胺与传统的聚合物溶剂混合使其形成共溶物进行涂覆,待溶剂挥发后会形成涂层。这种方法也具有一定的缺点因为聚苯胺在有机溶剂中的溶解度较低,虽然在高沸点溶剂中有一定的溶解度,但是这些溶剂的沸点均较高,对涂层质量有一定的影响。而且这些溶剂大都有毒,也比较昂贵,应用方面受到限制。Mari 等采用该方法开发了聚苯胺环氧树脂防腐蚀涂料。

(3) 共混
共混是指将聚苯胺作为现有防腐涂料的添加剂,与常规涂料如环氧树脂等混合使用进行涂敷,利用聚苯胺和其他组分间的相互作用以及化学键作用来提高这种共混涂料的防腐性能。这种方法是当前研究聚苯胺防腐应用.多的方法,研究表明通过聚苯胺与树脂共混制备的防腐涂料不但具有阳极保护作用,而且附着力以及对水的屏蔽作用都优于前面两种方法。

聚苯胺防腐涂料的优点

防腐涂料是一种以防止金属被环境腐蚀作为主要目的的涂料,应具备涂料的各项基础性能、加工性能以外,还应该兼具下列特征:

1)耐腐蚀性能好;

2)涂层较厚且各种小粒子无法透过涂层;

3)耐候性好,拥有一定的抵抗紫外光照射且环境适应力强;

4)使用寿命长,相对于其他种类的涂料,防腐涂料需要更长的有效时间。

相对于其他种类的防腐涂料体系,添加有聚苯胺的防腐涂料体系附加的还具有下面几个优点:

1)因聚苯胺特殊的防腐机理,从而在理论上要达到普通的防腐涂料所具有的防腐效果,聚苯胺涂膜的厚度只达到需20?m即可。

2)市售的普通防腐涂料往往普遍含有如Cr,Pb, Zn等重金属,而聚苯胺防腐涂料不含,因此在使用过程中不会像普通涂料那样出现重金属离子析出的问题,且因体系不存在重金属离子的牺牲损耗,能更持久的对涂层进行保护,节省资源,对环境保护更有利。

3)聚苯胺制备的防腐涂料其防腐性能高,同时该体系还具有一定的特殊防静电性能。

4)聚苯胺防腐涂料具有优良的边缘防腐性能,有效阻隔了金属边缘水和空气渗透腐蚀,具有抗划伤能力,减少了防划伤流平剂的使用,研究表明对于宽度为1~2mm的划痕,含有聚苯胺涂层可有效抵御腐蚀并能进一步防止锈层的扩大。

5)涂料耐酸碱,可在不同pH值条件下使用从而拓展了使用范围。

聚苯胺防腐涂料通过以下机理防腐:

1)依靠聚苯胺的氧化还原性使金属基材表面形成致密的氧化膜薄膜(钝化膜),钝化膜的形成大大延缓了金属的腐蚀;

2)同样依据聚苯胺的氧化还原性,在聚苯胺氧化金属形成致密钝化膜的同时,聚苯胺被还原,还原的聚苯胺为绝缘体,阻止腐蚀电荷的传递;

3)依据聚苯胺可逆的掺杂/脱掺杂性,当掺杂的离子合适时,掺杂的离子能够促进钝化膜的形成或自身在金属表面形成吸附层防腐;

4)聚苯胺的导电性能使金属表面产生一个电场,该电场的方向与电子传递方向相反,阻碍电子从金属向氧化物质的传递,即形成了电子传递屏障。

当聚苯胺的结构与状态控制合适时,少量聚苯胺的加入会大幅度提高防腐涂层对金属的防护水平和涂层的机械性能。因此,聚苯胺防腐涂层的综合性能优异,例如:天津大学王纪孝教授团队研发的系列聚苯胺防腐涂料耐盐雾12000小时以上,耐急速温度冲击(在-80oC 30Min.230oC 30Min.分钟交替进行)24次以上,适用于高浓酸、碱、盐等多种重腐蚀环境下的使用。聚苯胺防腐涂料具有非常好的边缘防腐性能和抗划伤能力,涂层可以抵抗1-2㎜的划痕,使锈层扩展速度极慢。在轧钢厂二冷室(腐蚀速率≥12mm/Y,为C5.高腐蚀速率的60倍以上,为CX.高腐蚀速率的17倍以上)、低温换热器(腐蚀速率≥12mm/Y,为C5.高腐蚀速率的60倍以上,为CX.高腐蚀速率的17倍以上)等重腐蚀环境的工程表明,含有聚苯胺的涂层能够在酸、碱、盐等环境中具有极强的防护能力。

通过控制涂层的结构,聚苯胺防腐涂层的耐温范围宽,在-65-180℃环境下具有优异的防腐性能,其在酸,碱,盐或者酸碱交替变化环境中抗腐蚀性能突出,具有长效防腐的效果。与不同的面漆配套,在跨海大桥,港口船坞,近海设施,海洋平台,储罐管道,垃圾处理设备,闸门栅栏,矿山设施,采煤设备,高压线塔,管桩栈桥,钢结构管廊架,特别是恶劣环境下海湾大桥,海上平台,风力发电,光伏发电诸多领域被作为长效性防腐材料有广泛的应用前景,被称为防腐领域的新一代产品。

国外聚苯胺防腐涂料应用有:德国铁路桥梁,日本过街天桥和棒球馆,波兰废水处理钢结构,德国原油输水管道,法国空中客车动力系统,丹麦集装箱船,德国化工厂过滤设备和矿井设备等;

国内以天津大学王纪孝教授团队研发、上海平耐公司生产的聚苯胺防腐涂料应用有:莱钢II厂区连铸1车间二冷室钢结构涂装(工况条件,温度85℃,相对湿度....,含盐量饱和,高照度辐射,有振动,腐蚀强度≥12/年),江苏索普集团低温换热器防腐(工况条件,温度-5℃,20%食盐水,腐蚀强度≥12/年),中石化达州天然气净化厂硫磺储运车间料仓地下廊道防腐(工况条件,温度20-40℃硫化氢浓度6-18PPm,相对湿度45%-....)工程等。

聚苯胺防腐涂料施工方法和传统的防腐涂料施工方法差别不大,重点要注意以下几点:

1)聚苯胺防腐涂料是双组分材料,必须按比例充分混合,并做相应的预处理。一般条件下,熟化后的涂料必须2h内用完,否则会发生凝胶现象无法使用。

2)聚苯胺防腐涂料在常温条件下应在喷砂后4h内涂装,相对湿度≥80%时应该立即涂装,以免闪锈的发生。后续涂层应该在前一道涂层表干后进行,表干时间3-12h不等,完全固化为10d,复涂.大间隔时间不得超过3d

3)聚苯胺防腐涂料涂层在两周内达到稳定的.佳效果,涂层未表干或者受潮沾水不可涂装面涂。

聚苯胺防腐涂料在实际施工中的工艺步骤和传统的涂装工艺相似,并不复杂,具体操作流程如下:

1)表面处理。清除构件或设施表面灰尘,污垢,油渍及疏松的物质,表面应干燥清洁,建议采取喷砂或喷丸方式除锈,如果条件受限无法喷砂时,可以采用机械打磨方式。除锈质量要求应符合GB8923.新标准所规定的要求,喷砂Sa2.5打磨St3级。

2)配料涂装。将聚苯胺防腐涂料的两组分搅拌摇匀后按照配比机械搅拌5-10Min.,再进行10Min.超声波处理,熟化的涂料可采用刷涂、滚涂、浸涂、喷涂等方式施工。

3)自然养护。聚苯胺防腐涂料涂装结束后,应该保持一段时间的自然养护,建议常温浸没或高温(超过100oC)环境下,放置7d后投入使用,环境温度低于10℃时,延长至10d后再投入使用。一般气氛环境下,表干即可使用。

4)配套面漆。一般情况下聚苯胺在全浸没或无强紫外线暴露工况下可不进行面漆涂装,就可以达到长效的防腐蚀效果。当聚苯胺涂层应用于强紫外线暴露或有装饰、警示要求时,需配套不同的面漆,面漆涂装必须在聚苯胺涂层干燥的条件下进行。

聚苯胺涂料发展趋势

聚苯胺作为一种新型的金属防腐保护材料,具有独特的抗划伤和抗点蚀性能。与常规缓蚀剂如铬酸盐、钼酸盐等相比,聚苯胺没有任何的环境副作用,是一种符合时代和科技发展的绿色缓蚀剂,成为当前研究.多的导电高分子材料。但由于聚苯胺分子链骨架刚性强、分子间作用力大,导致聚苯胺不溶不熔,极大地影响了其大规模的生产与应用。为了改善聚苯胺 的溶解性,人们开始尝试对聚苯胺进行改性,包括选用氮位取代苯胺单体如( N  甲基苯胺或N  乙基苯胺进行聚合,以其获得形态结构致密以及防腐性能较好的防腐涂层;此外,选用含取代基的苯胺单体环取代 或氮位取代,通过化学氧化法聚合,以其达到改善聚苯胺溶解性和可加工性的目的。在聚苯胺的苯环上引入取代基,可以有效地降低分子链刚性,减小链间作用力,进而提高其溶解性。同时也能有效地阻止取代基位置可能发生的副反应,有利于整个大分子共轭体系的形成。而且取代基的存在也会为结构测试带来方便。有研究表明通过引入供电子基取代基可以有效改善其防腐能力和溶解性。因此通过对聚苯胺进行改性,提高其在有机溶剂中的溶解度逐渐成为聚苯胺防腐涂料的研究热点。


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