[发明专利]一种不锈钢表面聚苯胺-聚乙烯吡咯烷酮复合膜及其制备方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种不锈钢表面聚苯胺-聚乙烯吡咯烷酮复合膜及其制备方法，属导电高分子材料的合成与金属材料腐蚀防护领域。 

技术背景

钢铁腐蚀问题存在于国民经济的各个领域，它不仅造成金属资源和能源的巨大浪费，而且对工业、农业、国防和科技的发展与也造成了极大障碍，还严重威胁到环境和生态的安全。 

自从发现导电聚合物具有防腐蚀作用，以聚苯胺(PANI)为代表的导电聚合物由于其电化学性质稳定，原料易得和制备过程简单等，成为国内外研究的热点。采用电化学方法可直接在金属表面电沉积聚苯胺膜，该方法操作简单，可通过调整电化学参数灵活调整聚苯胺膜的厚度、氧化还原状态等。然而，由于聚苯胺的成膜性能差，聚苯胺膜与金属基底的结合力较弱。同时，由于苯胺的聚合是一个自催化过程，链的生长在已经形成的聚苯胺晶核上进行，致使生成的聚苯胺膜疏松多孔，这些都大大减弱了聚苯胺膜对金属基底的腐蚀防护作用。目前，迫切需要提供一种制备表面均匀致密、与金属基底具有较强结合力的聚苯胺膜的方法。 

聚乙烯吡咯烷酮（PVP）是一种非离子型高分子化合物，易溶于水，具有良好的分散性和成膜性，其在聚苯胺的聚合过程中可作为空间稳定剂防止聚苯胺瞬间大量团聚。同时，聚乙烯吡咯烷酮可与苯胺发生接枝共聚反应，形成聚苯胺-聚乙烯吡咯烷酮复合物。目前，关于在金属表面制备聚苯胺-聚乙烯吡咯烷酮复合防腐蚀膜的相关研究尚未见报道。 

发明内容

本发明目的之一是为了解决上述的聚苯胺膜疏松多孔，与金属基底结合力差的问题而提供一种聚苯胺-聚乙烯吡咯烷酮复合膜，该复合膜具有表面光滑、均匀致密、与金属基底有较强结合力等优点。 

本发明的目的之二是提供上述一种聚苯胺-聚乙烯吡咯烷酮复合膜的制备方法。通过在电解液中加入聚乙烯吡咯烷酮，用电沉积的方法直接在金属表面制备聚苯胺-聚乙烯吡咯烷酮复合膜，其制备方法简单，便于操作。 

本发明的技术方案 

一种聚苯胺-聚乙烯吡咯烷酮复合膜，通过包括如下步骤的方法制备而成： 

（1）、不锈钢基底的预处理

将不锈钢依次经600、1000、1500目的金相砂纸打磨，然后依次在乙醇和去离子水中超声清洗以除去表面油污和杂质，然后将不锈钢在0.05-0.2mol/L的HCl溶液中进行化学刻蚀20-60秒，取出后在去离子水中超声清洗；

所述的不锈钢为304不锈钢、316不锈钢、316L不锈钢或321不锈钢等；

（2）、电解液的配制

将苯胺溶于0.5mol/L的H₂SO₄水溶液中，其中苯胺的浓度为10-30g/L，搅拌使其溶解，然后加入聚乙烯吡咯烷酮，继续磁力搅拌0.5h，得到电解液；

聚乙烯吡咯烷的加入量，按苯胺与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1-4：1，优选为1.2-2:1；

（3）、将步骤（1）预处理后的不锈钢基底在步骤（2）所得的电解液中采用循环伏安法进行电沉积；

上述的循环伏安扫描过程中控制电位扫描范围的低电位为-0.6-0V，高电位为0.8-1.2V，扫描段数为10-20段，扫描速率10-50mV/S；

上述电沉积结束后在不锈钢表面生成一层墨绿色的膜，然后依次经乙醇和去离子水润洗，然后真空条件下控制温度为50℃进行干燥，即在不锈钢的表面形成一层聚苯胺-聚乙烯吡咯烷酮复合膜。

上述的制备方法所得的聚苯胺-聚乙烯吡咯烷酮复合膜均匀致密，通过划格子实验对制备的复合膜层和单一聚苯胺膜层样片进行粘附力测试，结果表明聚苯胺-聚乙烯吡咯烷酮复合膜具有较强的粘附作用，同时聚苯胺-聚乙烯吡咯烷酮复合膜对不锈钢基底具有优异的腐蚀防护作用，保护效率达到97.7%。 

本发明的有益效果 

本发明的一种不锈钢表面的聚苯胺-聚乙烯吡咯烷酮复合膜，采用了电沉积的方法在含有苯胺和聚乙烯吡咯烷酮的电解液中进行聚合。聚乙烯吡咯烷酮的羰基与苯胺的氨基之间发生亲核反应，通过聚乙烯吡咯烷酮与苯胺之间的接枝共聚，使聚苯胺分子与聚乙烯吡咯烷酮分子之间形成了结合效果较好的化学结合，解决了聚苯胺膜机械强度低，与金属基体粘附力弱的问题。通过划格子实验表明，相比单一聚苯胺膜，聚苯胺-聚乙烯吡咯烷酮复合膜的机械强度及与金属基底的粘附力大为提高，同时聚苯胺-聚乙烯吡咯烷酮复合膜对不锈钢基底具有优异的腐蚀防护作用，保护效率达到97.7%。