基本介紹
- 中文名：腐蝕阻滯劑
- 外文名：Corrosion retarder
- 本質：聚合物
- 作用：保護材料免於腐蝕
- 例子：聚苯胺
- 製備：電化學聚合、共溶、共聚等
腐蝕阻滯劑的概述,腐蝕阻滯劑的原理,聚苯胺防腐蝕塗層的製備方法,電化學聚合,共溶,共混,聚苯胺防腐蝕塗料的特性,
腐蝕阻滯劑的概述
腐蝕阻滯劑是塗在金屬等物質的表面的聚合物，可阻擋氧氣、化學試劑等對金屬等材料的腐蝕。腐蝕阻滯劑最初由美國國家航空和航天局NASA和德國化學公司在試驗中發現，用聚合苯胺——一種基礎結構式為(C6H3NHO)n的聚合物,比用傳統方式防鏽效果更好。這種聚合物可用於太空梭發射台鋼結構的表面,可使NASA每年節省25萬美元。
這種聚合物可用於太空梭發射台鋼結構的表面。目前發射台在每次發射後必須重新油漆,以防止因鏽蝕蔓延而造成發射台結構的破壞。位於佛羅里達州卡納維拉爾角的甘迺迪宇航中心的鋼結構的發射台,此前是用含有環氧層和大約85%的鋅作底漆進行保護的。因為鋅更活潑,比鋼更易氧化,但是一旦鋅全部氧化,鋼仍然會生鏽。此外,鋅無法保護沒有被環氧遮蓋的已剝落的部分。
儘管塗層能保護鋼免遭在宇航中心含有鹽份的濕空氣的侵蝕,但是火箭起飛時所產生的濃密的煙氣具有很強的酸性,它能產生鹽酸腐蝕塗層。這樣,鋅就會被溶解並被衝掉。因此,每次太空梭發射後,整個發射台必須清掃、除銹,然後用鋅作底劑再重新塗抹。這就意味著每次發射後要對9300平方米麵積的發射台進行處理。在發射中心有兩個發射台,平均每年每台發射4次,所以除銹的費用相當昂貴。
NASA的洛斯阿拉莫斯國家實驗室和德國漢堡的齊佩林·凱斯勒的科學家們的工作都表明,摻入氯化氫的聚苯胺塗層能防鏽。在洛斯阿拉莫斯國家實驗室里塗上聚合物的低碳鋼的樣件能在稀鹽酸中存在近25周而毫無銹跡。與此相對照的是,末塗聚合物的樣件在近4周后就生鏽了。德國研究也表明,聚苯胺塗層比鋅塗料生鏽程度小。
腐蝕阻滯劑的原理
齊佩林·凱斯勒的霍爾格·梅爾克爾認為,聚合物的存在迫使鐵和鋼與之接觸,而氧化成薄薄一層均勻的氧化鐵,因為它沒有水合,所以起到防鏽的作用。還懷疑(雖然他沒有證明)聚合物能使銹重新轉變為它的未水合形式。但當在聚合物與鐵的界面處觀察到氧化鐵層時,梅爾克沒有肯定聚合物是如何引起氧化鐵層的形成的。相反,在卡納維拉爾角的甘迺迪宇航中心負責故障分折和物理實驗的科爾曼·布魯安則認為,聚苯胺正如鋅一樣,是利用氧化作用阻止對金屬的氧化擴散,來保護金屬的。布魯安認為,利用氯化氫作摻雜劑意味著太空梭騰空時有助於塗層對煙氣發揮防護作用。這樣,發射台就可以隔3-4年才重新油漆。
聚苯胺防腐蝕塗層的製備方法
目前所採用的聚苯胺型防腐塗層的方法主要有以下三種:
電化學聚合
通過電化學聚合反應直接在金屬電極表面沉積的聚苯胺塗層,主要有恆電位法、恆電流法、動電位掃描法和脈衝極化法。一般都是苯胺在酸性溶液中,在陽極上進行聚合,由於電極材料、電極電位、電解質溶液的pH值及其種類對苯胺的聚合都有一定的影響,所以目前這種方法製備聚苯胺防腐塗層所採用的反應條件還不統一。例如M.C.Bermard等人研究了用恆電位法,於不同的酸性條件下的苯胺溶液中在鑄鐵電極表面生成的聚苯胺膜對基體表面鈍化作用的影響。CamaletJL等人也對草酸條件下恆電位聚合的聚苯胺對鑄鐵的防腐作用作了研究。但這種方法難以用於較大的金屬部件,因而套用是有限的。
共溶
通過聚苯胺與傳統的聚合物的溶劑形成共溶物進行塗敷,待溶劑揮發後形成塗層。這種方法形成的聚苯胺塗層對金屬同樣具有鈍化作用的防腐效果,只是附著力比較差。但這種方法仍存在不足,主要是:聚苯胺在普通的有機溶液劑中溶解率極低,甚至不溶,在其它高沸點溶劑如N-甲基吡咯烷酮(NMP)中,雖有一定的溶解率,但實用性有限,這些溶劑的沸點均比較高,對塗層質量有不良影響,而且這些溶劑大多比較昂貴,毒性較大,套用受到限制。
共混
與常規塗料成膜物質(如環氧樹脂、聚丙烯酸樹脂等)混合使用進行塗敷,這種方法是目前研究聚苯胺防腐性能和機理套用最多的方法,並且大量研究表明,聚苯胺與樹脂共混製備的防腐塗料不但具有陽極保護作用而且附著力和對水的禁止作用都優於前兩種方法。筆者認為第三種方法在研製、生產和套用方面都優於前兩者,具有廣泛的套用前景。
聚苯胺防腐蝕塗料的特性
近十年來,國內外科研人員對聚苯胺型防腐塗料的防腐蝕性能的研究已做了大量的工作。通過如前所述的不同塗敷方式和分析測試方法(例如,ASTM中對塗料的檢測標準方法;電化學測試方法測量開路電位、腐蝕電位、腐蝕電流和極化阻抗等;XPS和SEM等方法分析金屬表面層的結構和化學成份)研究了聚苯胺塗料對金屬(主要是鐵基金屬)的防腐蝕效果和防腐蝕機理,大量研究結果證明了聚苯胺類防腐塗料與常規防腐塗料相比,最顯著的特點就是它對金屬基體表面具有陽極鈍化的保護作用,並且它的禁止作用也異於常規防腐塗料。目前,國內外對聚苯胺塗料防腐蝕效果和防腐蝕機理的研究主要集中在以下三個方面:禁止作用、緩蝕作用和陽極保護作用,其中陽極保護作用機理作為聚苯胺防腐塗料的主要特點被研究得最多。
