聚吡咯的制备及其在Q235钢腐蚀防护中的应用研究

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在经济高速发展的今天,钢铁材料是各类工业领域必不可少的金属材料之一。其中,Q235钢是一种重要的结构工程钢,被广泛应用于制造钢筋、建造厂房房架和高压输电铁塔,并且,其在桥梁、车辆和船舶等领域也被大量使用。但是,由于其常在潮湿和海水等侵蚀性环境中服役,其腐蚀失效行为备受关注。导电高分子聚合物聚吡咯(PPy)因其具有无毒、稳定性强以及良好的氧化还原能力等优点渐渐被应用到金属腐蚀防护领域。本文主要研究内容为不同方法制备的PPy产物在Q235钢腐蚀保护领域的应用研究,主要工作如下:(1)在以十二烷基苯磺酸钠(SDBS)为掺杂剂的水溶液中,分别在0.7、0.8、0.9、1.0和1.1 V沉积电位下,通过电化学恒电位法在Q235电极表面制备PPy膜。SEM和FT-IR分析表明,在0.71.1 V电位范围内,均能在Q235电极表面成功制备由SDBS掺杂的PPy颗粒堆积形成的致密的膜层,并且,研究发现沉积电位直接影响PPy产物的粒径大小;电化学Tafel和EIS测试结果表明,沉积电位为0.8 V时制备的PPy-Q235-0.8样品具有最优的防腐蚀性能。在此基础上,分别在吡咯单体浓度为0.05、0.10、0.15和0.20 M下,恒电位法制备PPy-Q235样品。SEM和FT-IR分析表明,合成体系中吡咯单体浓度直接影响PPy产物颗粒粒径和膜层致密度,其中,吡咯单体浓度为0.10 M时制备的PPy颗粒的粒径最小;电化学测试结果表明,PPy-Q235-0.10样品由于具有更小的孔隙率,其表现出更优异的防腐蚀能力。(2)首先,通过浸涂法在Q235钢表面制备KH560硅烷膜,SEM和FT-IR分析证实了Q235钢表面成功形成一层均匀的KH560硅烷膜;水接触角和附着力测试表明此KH560-Q235样品的水接触角达84.7°,附着力大小为11.22 MPa;电化学测试结果表明KH560硅烷膜对Q235基体具有良好的腐蚀保护能力。然后,在此硅烷膜表面,使用恒电位法沉积PPy膜,SEM和FT-IR分析表明在KH560-Q235样品表面成功制备PPy膜;水接触角和附着力测试表明,PPy-KH560-Q235样品具有优于PPy-Q235样品的疏水性和附着力;电化学测试表明此膜层的防腐蚀能力得到大幅提升,这主要归因于KH560中间膜层的引入使膜层附着力和疏水性的提升,可以有效阻碍电解质中腐蚀离子的侵蚀作用;浸泡腐蚀试验表明,在3.5 wt.%NaCl溶液中,PPy-KH560-Q235样品的腐蚀保护作用在浸泡240 h后出现大幅下降。(3)采用化学氧化法,以FeCl3作氧化剂制备PPy产物,通过在合成体系中引入不同掺杂剂(SDBS、CTAC、NaPTs),得到不同的PPy产物。SEM和FT-IR测试结果表明掺杂剂对PPy产物的微观形貌和分子结构有一定影响。将PPy产物与环氧树脂(EP)涂料共混制备PPy/EP涂层,探讨了系列PPy/EP-Q235样品的防腐蚀性能差异。电化学Tafel和EIS测试结果表明,PPy/EP-Q235样品的防腐蚀能力较EP-Q235样品有明显的提升,并且,SDBS掺杂制备的PPy产物与EP共混得到的S-PPy/EP-Q235样品具有最佳的防腐蚀效果;盐雾腐蚀试验结果表明,盐雾腐蚀20天后,样品表面均出现不同腐蚀程度的点蚀坑,其中,S-PPy/EP涂层覆盖的Q235电极表面的点蚀坑的平均深度最小;浸泡腐蚀试验结果表明,系列涂层在浸泡20天后,涂层均被破坏,腐蚀离子侵蚀Q235钢基体,但相较于其他涂层样品,S-PPy/EP-Q235样品具有相对最优的防腐蚀能力。
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