[发明专利]聚苯胺金属防腐水性工业涂料

说明书

技术领域

本发明涉及使用本征态聚苯胺(Eigenstate Polyaniline)、导电态聚苯胺(Conducting State Polyaniline)分别用于制造可配套成系的金属防腐水性底涂和面涂的工业涂料。由于不使用有机溶剂，所以制成的金属防腐水性底涂和面涂是很低VOC(有机挥发物)含量和对环境友好的用于金属基材面上的非溶剂型金属防腐工业涂料。与常用的牺牲型防腐蚀涂料对金属面实施阴极保护作用不同，聚苯胺金属防腐水性工业涂料对金属材料是一类阳极保护涂料。

背景技术

金属的腐蚀无处不在，而主要集中在用量最多的钢铁材料上，是造成各种设施和装备自然损耗的最主要因素，造成巨大的经济损失和社会危害。据统计，全世界每年钢材产量的1/3因为腐蚀而损失掉，中国每年因金属腐蚀带来的直接经济损失约占国民生产总值GDP的4％。

中国从元朝而国外从古罗马时期开始，人们就试图用天然和合成的涂料或后来的油漆来保护金属基材免遭锈蚀。据粗略估计，2007年我国防腐蚀涂料品种逾1000种，防腐蚀涂料年产量在15万-17万吨，但金属防腐的效果不让人乐观。因此，金属的腐蚀与防护是涂料工业界永无止息的课题和任务。

1910年Green等基于对苯胺基本氧化产物的元素分析和定量的氧化还原反应，提出了直接合成的苯胺八偶体的碱式结构为Emeraldine形式和苯胺的五种结构形式，分别命名为Leucoeeral-dinebase(LEB)，Emeraldinease(EB)，Penigranilinebase(PNB)，Protoemeraldine，Nigraniline。现已公认的聚苯胺的结构式是1987年由MacDiarmid提出的：即结构式中含有“苯—苯”连续的还原形式和含有“苯—醌”交替的氧化形式，其中y值表征PAN的氧化还原程度，不同的结构，组分和颜色及导电率。当y＝1是完全还原的全苯式结构，对应着“Leucoemeraldine”；y＝0是“苯-醌”交替结构，对应着“Prenigraniline”，均为绝缘体。而y＝0.5为苯醌比为3∶1的半氧化和还原结构，对应着“Emeral-dine”，即本征态。

y为摩尔分数，X为聚合度

聚苯胺是一种高分子合成材料，俗称导电塑料。它是一种具有特种功能的材料，具有塑料的密度，又有金属的导电性和塑料的可加工性，还具备金属和塑料欠缺的化学和电化学性能。聚苯胺的导电率可以通过掺杂率和氧化程度控制，氧化程度通过合成条件来控制。当氧化程度一定时，导电率与掺杂态密切相关，随掺杂率的提高，导电率不断增大，最后可达100S/cm左右。

近年来，导电高分子的研究掀起了极大的热潮，这不仅体现在新型导电高分子的不断合成和问世上，而且体现在人们的研究目标已延伸到了导电高分子的终极应用领域。研制开发出新型实用性导电功能高分子材料已成为高分子领域里科学家及学者孜孜以求的目标。已有研究表明，聚苯胺由于具有优异的导电性、易制备性及环境稳定性而成为共轭性导电高分子家庭中最有希望率先展示其魅力的重要一员。在工业应用领域，涉及到金属的防腐蚀、抗静电材料、电子化学产品、电磁屏蔽材料等。在中国发明专利申请号01138153.1、02139434.2和03151472.3三份专利申请文件里，可以看到科技人员尝试将聚苯胺运用于金属的防腐涂料的制造中。而最后一份专利申请中，陈述了用分子链上带有羧基的苯胺共聚物与脂肪族多元胺进行缩合反应，通过-COOH与脂肪族多元胺中的氨基缩合，将脂肪族多元胺接枝到聚苯胺分子链上，制得一种能溶于水的聚苯胺/脂肪族多元胺缩合物型环氧树脂固化剂，将该固化剂与水性环氧树脂复配，从而获得一种低固化温度且满足绿色化学要求的金属防腐涂料。这是至2008年7月唯一一份涉及将聚苯胺用来制造金属水性防腐涂料的中国发明专利申请。

本征态聚苯胺(Eigenstate Polyaniline)和导电态聚苯胺(ConductingState Polyaniline)是两种不同的产品，本征态聚苯胺的分子结构是由苯二胺和醌二亚胺的单元组成，其分子量介于10,0000～100,000；导电态聚苯胺是由聚苯胺和有机质子酸组成，其导电率是10-6～100(S/cm)。