聚苯胺復合材料對金屬防腐性能綜述

（蘭州理工大學石油化工學院，甘肅 蘭州 730000）

金屬材料具有優良的導電性、導熱性、機械性能以及優良的可鑄造性，是現代社會最重要的結構材料之一。然而，在自然環境和許多腐蝕介質中，除少數貴金屬(如金、鉑等)外，絕大多數金屬都有自發腐蝕現象。對此，研究者不斷探索延緩或者防止腐蝕的材料。研究結果均證實，與普通防腐涂料相比，聚苯胺防腐涂料的性能更佳[1]。正因如此，在防腐涂料研發領域，聚苯胺防腐涂料在當前仍然是研究熱點。本文從防腐機理、常見防腐材料性能等方面對聚苯胺復合材料對金屬的防腐性能加以綜述。

1 聚苯胺防腐機理

關于聚苯胺防腐機理，不同的研究人員的結論有差異，概括起來，包括如下集中觀點：①將聚苯胺材料覆蓋在金屬基體，會形成具有較高穩定性的氧化膜，從而起到防腐效果；②在覆蓋聚苯胺材料后，隔絕了金屬基體和其他防腐誘發因素；③由于聚苯氨具有高導電性，會形成和金屬電子遞傳方向相逆的電場，緩解電子傳遞至氧化物的進程。

2 聚苯胺復合防腐材料性能

2.1 不同酸摻雜的聚苯胺防腐材料

在摻雜機制方面，聚苯胺是通過多種酸來對結構進行改變，從而形成不同標準的防腐性能。在選擇酸時，須對分子質量進行分析，分子質量較大者較為適當。比如，對甲苯磺酸等。Zhang等研究人員[2]在對聚苯胺進行摻雜處理時，采用的方法是，首先加入氫氟酸。然后，將材料與銅環氧樹脂共混。最后，以鎂合金作為觀察對象，將其置入3.5%NaCl溶液，對腐蝕過程進行記錄。結果表明，通過摻雜氫氟酸，在鎂合金材料上覆蓋聚苯材料后，耐腐蝕性能表現良好。

2.2 聚苯胺/金屬及其氧化物復合防腐涂料

利用金屬可以犧牲陽極的陰極作用，金屬氧化物所具備的分散和阻擋作用，將金屬及其氧化物與聚苯胺進行復合，可以加強聚苯胺的防腐蝕保護作用。Mostafaei等研究人員以低碳鋼作為觀察對象，將聚苯胺/氧化鋅納米復合材料覆蓋在其上，并將其置于60℃NaCl溶液，對腐蝕現象進行觀察和記錄。結果表明，在涂上聚苯胺/氧化鋅環氧涂層后，觀察對象的耐腐功能表現良好。這是因為，在覆蓋該復合材料后，能夠形成較好的阻隔效果，起到緩解腐蝕的作用。

2.3 聚苯胺/無機礦物復合防腐涂料

在聚苯胺中摻雜無機物質，可以使復合材料在兼具二者性能的同時表現出更為出色的協同作用，從而有效地提高涂層的防腐性能。Navarchian等研究者以過硫酸銨為引發劑，原位聚合合成聚苯胺/黏土復合材料，并與環氧樹脂共混制得復合涂層涂覆碳鋼表面，在3.5%NaCl溶液中觀察碳鋼材料的腐蝕行為。結果顯示，相比環氧涂層和聚苯胺/環氧涂層，聚苯胺/黏土/環氧涂層對碳鋼材料具有較好的防腐蝕性能。Piromruen等等研究者在制作聚苯胺/MT納米復合防腐材料時，運用到硫酸銨這一物質，后者發揮了引發劑作用。

2.4 聚苯胺/聚合物復合防腐涂料

現有研究成果已經證實，如果所選擇聚合物具備較高催化活性，將其與聚苯胺共混，能夠將防腐性能提升到更高標準。王曉崗等采用原位聚合法合成了2-巰基苯并咪唑/聚苯胺復合材料，當涂層中MBI/PANI為2%時，樣品腐蝕電流低至0.011mA/m2，樣品在1mol/L的鹽酸溶液中浸泡7d，緩蝕率仍高達84%。這是因為，在與腐蝕介質接觸時，PANI會與Cl-發生吸附，同時MBI可吸附于金屬基體表面，阻礙電荷轉移，從而降低腐蝕速率。

李振柱等等研究者以不銹鋼為觀察對象，將聚苯胺/聚氨酯復合材料涂于其上，并對其腐蝕過程進行觀察和記錄。結果表明，該復合涂料可以改善觀察對象的防腐效果。如果可將聚氨酯和聚苯胺質量比控制為14：1，可以達到最優防腐效果。

2.5 其它聚苯胺復合防腐材料

除上述幾類復合防腐材料，材料研究領域還對納米微粒復合材料的防腐性能進行實驗分析。大量實驗結果表明，如果能夠實現聚苯胺/納米類復合材料制備，可以將涂層的防腐性能予以顯著改善。

Karpakam等在草酸溶液中電化學聚合合成了聚苯胺/納米氧化鈦復合材料，并在1%NaCl溶液中觀察涂覆聚苯胺/納米TiO2涂層碳鋼的腐蝕行為。電化學阻抗譜和極化曲線測試結果顯示，相比純的聚苯胺涂料，聚苯胺/納米TiO2復合涂層對碳鋼具有較好的耐蝕性能，納米TiO2的加入，使得聚苯胺涂層更為致密。Ashassi等研究人員以低碳鋼為觀察對象，在3.5%NaCl溶液中，對聚苯胺/納米金剛石涂層的防腐性能進行觀察。結果表明，在加入納米金剛石后，由于可以進一步壓縮空隙率，使得涂層具備更理想的防腐性能。

3 結論與展望

通過以上綜述可知，與單一聚苯胺涂層材料相比較，加入其它材料所形成的聚苯胺復合材料具備更理想的防腐性能。在當前的聚苯胺材料研究領域，解決了改性、復合等層面等諸多難題，使得該領域的研究和應用空間均較大。然而，在未來研究中，需要對如下幾方面的問題進行深入探索：

①材料研究領域中，要繼續對聚苯胺及其復合材料的研究視角進行細化，從而推動更加完善的理論架構的構建。②對于聚苯胺材料而言，本身屬于高分子材料范疇。在研究時，要細化對該類材料的電、磁、光等層面性能的實驗分析。在此基礎上，進一步豐富其運用功能。比如，對該類材料的電磁輻射屏蔽性能進行實驗，并將研究結果應用到鋼筋混凝土自修復、接地網防護、電子設備隱身等領域內。③在實際運用防腐材料時，所面臨環境更加復雜，腐蝕因素更多，而且可控性更低，因此，對PANI防腐涂料的性能進行實驗時，要引入更多環境參數。比如，設置更加復雜的PH值、溫度等。④由于聚苯胺自身結構十分多樣，在研發制作復合防腐材料時，除本文所綜述的內容外，還可以將碳纖維、石墨烯等摻入。在復合實驗中，要重視對分散性、溶解度等指標進行詳細觀察，并進一步分析聚苯胺涂層性能是否得到有效改善，以及在何種制備條件下達到最優性能。另外，可進一步對復合材料加以改善，比如，賦予或者增加其自修復等方面的性能。