[发明专利]聚苯胺/三氧化二锰环氧复合防腐蚀涂料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料合成以及有机高分子涂料制备工艺技术领域，尤其是涉及一种高性能聚苯胺/三氧化二锰环氧复合防腐蚀涂料制备方法。

背景技术

金属腐蚀不仅浪费了自然资源，而且对环境造成污染，全世界因为金属腐蚀所引起的经济损失不可估量，由此所导致的安全事故多不胜数。随着各国对环境问题和各国经济健康发展的关注，开发研制高性能、无公害、经济型的防腐蚀技术已成为金属防腐蚀课题的研究热点。导电聚合物聚苯胺由于具有良好的导电性，结构多样，独特的掺杂机制和原料易得等特点引起了研究者的广泛关注。自从DeBerry报道聚苯胺可对金属进行阳极保护以来，许多研究者针对聚苯胺对金属的防护作用进行了大量的研究。

在金属表面制备聚苯胺(PANI)膜可以钝化金属表面，起到腐蚀防护作用。然而，单一的聚苯胺膜由于其机械强度低，抗划伤性能差，在实际应用中受到很大的限制。将聚苯胺与环氧树脂等成膜物质混合后制备复合涂层，可显著提高涂层的机械强度和防腐蚀性能。此外，在聚苯胺中掺杂金属氧化物，可改变聚苯胺的电学和电化学性质。在聚苯胺复合涂层中加入金属氧化物，如ZnO，TiO₂和Fe₂O₃等可以增加涂层的物理屏蔽作用，提高PANI在基质中的分散均匀性并有利于在金属表面形成均匀的钝化膜。有关聚苯胺复合涂层中添加三氧化二锰(Mn₂O₃)的研究及其在金属防护中的应用尚未见报道。

目前聚苯胺溶解性差，在与成膜物质混合的过程中分散性不好，涂层长期浸泡在腐蚀性的介质中物理屏蔽作用下降，耐水渗透性能差等问题尚未得到很好的解决，迫切需要提供新型的涂料制备技术。

申请号为201210435622.8的中国专利公开了具有强粘附性的导电高分子聚苯胺/三氧化二锰复合涂层及其制法，属于材料合成以及高性能防腐材料发明应用领域。一种具有强粘附性的导电高分子聚苯胺/三氧化二锰复合涂层，金属基体上生成氧化锌纳米棒，再以聚苯胺/三氧化二锰复合涂料涂覆于金属基本上，膜层镶嵌在氧化锌纳米棒之中，其中聚苯胺/三氧化二锰复合涂料是由原料聚苯胺与球形三氧化二锰按99∶1-90∶10的质量比例范围混合，混合原料置于氮甲基吡咯烷酮溶剂中，超声振荡，磁力搅拌反应6-48小时制得。该专利中使用先在金属表面生成氧化锌纳米棒的方法提高膜层与金属基体的结合力，但由于氧化锌纳米棒的自由生长难以形成致密均匀的结构，因此其与金属基底的结合力仍然较弱，同时由于聚苯胺成膜性能差，该专利所得到的膜层机械强度低，膜层极易脱落，难以大规模应用。本专利实际上是提供一种防腐涂料及其制备方法，本发明使用环氧树脂作为成膜物质，大大提高了涂料的机械强度和与金属基体的粘附力，具有良好的屏蔽作用。在制备方法上，相比此专利，材料制备的工艺流程相对简单，适于大规模生产和应用。

发明内容

本发明的目的之一是为了解决上述的技术问题而提供一种高性能聚苯胺/三氧化二锰环氧复合防腐蚀涂料，该聚苯胺/三氧化二锰/环氧树脂复合涂料能够充分发挥Mn2O3的催化性能和聚苯胺阳极保护作用，两者协同作用促进在金属表面形成钝化膜，同时环氧树脂作为成膜物质使涂层的机械强度和屏蔽作用显著增强，该涂料对金属基体具有较强的防腐蚀作用。

本发明的目的之二在于提供上述的一种高性能聚苯胺/三氧化二锰环氧复合防腐蚀涂料的制备方法，该方法使用硫酸作为质子酸对聚苯胺进行掺杂，提高了聚苯胺与环氧树脂的相容性。制备的三氧化二锰介孔微球形貌单一，结晶度较高，具有较高的催化活性。同时该制备方法具有工艺相对简单，不需要复杂的设备、能耗低的特点。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种高性能聚苯胺/三氧化二锰环氧复合防腐蚀涂料制备方法，采用以下步骤：

(1)聚苯胺制备：

向苯胺单体中加入硫酸溶液，磁力搅拌0.5h，以过硫酸铵为氧化剂溶于去离子水中，完全溶解后缓慢滴加至上述的苯胺的硫酸溶液中，滴加速率为2～5滴/秒，在冰水浴条件下磁力搅拌反应2～6h，陈化24h后得到墨绿色沉淀物悬浊液，抽滤，依次用乙醇和去离子水洗涤产物至滤液无色，真空干燥24小时得到聚苯胺；

(2)三氧化二锰制备：