不锈钢表面制备聚苯胺-聚乙烯吡咯烷酮防腐蚀膜的方法
【专利摘要】本发明涉及不锈钢表面制备聚苯胺-聚乙烯吡咯烷酮防腐蚀膜的方法，属导电高分子材料的合成与金属材料腐蚀防护领域，在电解液为苯胺、PVP的H2SO4溶液中，使用循环伏安法在不锈钢表面电化学沉积PANI-PVP复合膜，其中苯胺的浓度10～30g/L，苯胺与PVP的浓度之比为4∶1～1∶1。与现有技术相比，本发明制得的PANI-PVP复合膜相比单一PANI膜具有表面均匀光滑、更加致密和与基体的粘附力更强的特性。电化学测试表明：在质量分数为3.5％的NaCl溶液中复合膜对不锈钢有较好防腐蚀性能，保护效率达到97.7％。本发明的制备方法不需要复杂的工序和仪器设备，在简易条件下便可操作，合成的材料绿色环保，具有非常好的应用前景。
【专利说明】不锈钢表面制备聚苯胺-聚乙烯吡咯烷酮防腐蚀膜的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属导电高分子材料的合成与金属材料腐蚀防护领域，尤其是涉及一种在不 锈钢表面制备聚苯胺-聚乙烯吡咯烷酮防腐蚀膜的方法。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 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。但这些聚合物 与活性金属的结合力较低，成膜性能差，容易发生不可逆的电化学氧化降解，在实际应用中 受到很大的限制。已有报道将聚苯胺与环氧树脂、聚乙烯醇，聚丙烯酸树脂等物质混合制备 成膜，可显著提高膜层的机械性能及与金属基底的结合力，然而采用的合成方法工艺均较 为复杂，另一方面聚苯胺与这些基质的相溶性较差，在成膜基质中分散不均匀，导致得到的 聚苯胺复合膜的防腐蚀效果并不理想，尚有待改进。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的就是为了克服现有技术中在不锈钢表面制备PANI防腐蚀膜的缺 陷，提供在不锈钢表面制备聚苯胺-聚乙烯吡咯烷酮防腐蚀膜的方法。
[0005] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006] 不锈钢表面制备聚苯胺-聚乙烯吡咯烷酮防腐蚀膜的方法，采用以下步骤：
[0007] (1)电解液配制：将经过减压蒸馏提纯后的苯胺溶于浓度为0. 5mol/L的H2SO4溶 液中搅拌其溶解，苯胺在H2SO 4溶液中的浓度为10-30g/L，再向溶液中加入聚乙烯吡咯烷 酮，苯胺与聚乙烯吡咯烷酮的浓度之比为4 : 1?1 : 1，继续磁力搅拌0.5h;
[0008] (2)不锈钢基底预处理：将304不锈钢依次经600、1000、1500目金相砂纸打磨 后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304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；
[0009] (3)电化学合成：将预处理的不锈钢置于电解液中，采用循环伏安法，控制电位扫 描范围的低电位为-0. 6?0V，高电位为0. 8?I. 2V，扫描段数为10?20段，扫描速率10? 50mV/S，反应时间为300?3000s，然后利用乙醇和去离子水润洗，在真空干燥箱中50°C干 燥6h，即得在不锈钢表面合成的PANI-PVP复合膜。
[0010] 本申请采用电化学沉积的方法可直接在金属表面电沉积制备聚苯胺膜，通过在 电解液中加入高分子物质制备复合膜，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。在电沉积聚苯胺的溶液中加入PVP，可阻止 聚苯胺宏观沉淀的形成，生成胶体粒子，进而在不锈钢表面生成聚苯胺-聚乙烯吡咯烷酮 (PANI-PVP)复合膜从而克服单一 PANI膜的缺点，提高其对不锈钢基底的腐蚀防护作用。
[0011] 与现有技术相比，本发明在不锈钢表面制得的PANI-PVP复合膜表面光滑、膜层厚 度均一、致密性好、对不锈钢基底的粘结作用强，提高了膜层对腐蚀性介质的屏蔽作用，对 不锈钢基底具有较好的保护效果，且制备工序简单，成本较低，粘结性较高，复合防腐蚀膜 具有持久耐蚀性。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1为不锈钢表面PANI (a)和PANI-PVP复合膜（b)的SEM图。
[0013] 图2为表面制备有PANI膜、PANI-PVP复合膜的不锈钢电极及裸不锈钢电极在质 量分数为3. 5%的NaCl溶液中浸泡Ih后的动电位极化曲线图。
[0014] 图3为表面制备有PANI膜、PANI-PVP复合膜的不锈钢电极及裸不锈钢电极在质 量分数3. 5%的NaCl溶液中浸泡Ih后的Nyquist图。
[0015] 图4为交流阻抗拟等效电路图。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0017] 本发明在不锈钢表面制备的PANI-PVP复合膜用扫描电子显微镜（SU-1500,日本 Hitachi公司）观察其表面形貌。电化学合成与测试均使用上海辰华（CHI600E)电化学工 作站，采用三电极体系进行，饱和甘汞电极（SCE)作为参比电极，钼片电极作为辅助电极。 动电位极化曲线测试扫描速率为lmV/s，交流阻抗测试频率范围为IOOKHz?0. 05Hz，振幅 5mV。交流阻抗拟合采用如图4所示的等效电路进行。
[0018] 其中Rs表示溶液电阻，Cdl表示聚合物膜与不锈钢电极表面电荷传递电阻，Rct表 示不锈钢电极表面电荷传递电阻，η是弥散指数。由拟合数据计算不锈钢表面膜层对不锈 钢的腐蚀防护效率：
【权利要求】
1. 不锈钢表面制备聚苯胺-聚乙烯吡咯烷酮防腐蚀膜的方法，其特征在于，采用以下 步骤： (1) 电解液配制：将经过减压蒸馏提纯后的苯胺溶于H2SO4溶液中搅拌其溶解，再向溶 液中加入聚乙烯吡咯烷酮，继续磁力搅拌〇. 5h ; (2) 不锈钢基底预处理：将304不锈钢依次经600、1000、1500目金相砂纸打磨后在乙 醇和去离子水中超声清洗以除去表面油污和杂质，然后将304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； (3) 电化学合成：将预处理的不锈钢置于电解液中，采用循环伏安法，控制电位扫描范 围的低电位为-〇. 6?0V，高电位为0. 8?I. 2V，扫描段数为10?20段，扫描速率10? 50mV/S，反应时间为300?3000s，然后利用乙醇和去离子水润洗，在真空干燥箱中50°C干 燥6h，即得在不锈钢表面合成的PANI-PVP复合膜。
2. 根据权利要求1所述的不锈钢表面制备聚苯胺-聚乙烯吡咯烷酮防腐蚀膜的方法， 其特征在于，所述的苯胺在H2SO 4溶液中的浓度为10-30g/L。
3. 根据权利要求1所述的不锈钢表面制备聚苯胺-聚乙烯吡咯烷酮防腐蚀膜的方法， 其特征在于，所述的H2SO 4溶液的浓度为0. 5mol/L。
4. 根据权利要求1所述的不锈钢表面制备聚苯胺-聚乙烯吡咯烷酮防腐蚀膜的方法， 其特征在于，在H2SO 4溶液中，苯胺与聚乙烯吡咯烷酮的浓度之比为4 : 1?1 : 1。
【文档编号】C25D9/02GK104313658SQ201410535186
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月11日 优先权日:2014年10月11日
【发明者】云虹, 张志国, 徐群杰, 钱超, 李珊珊 申请人:上海电力学院