聚苯胺

此方法优点是，较好的解决了金属附着力和聚苯胺溶解性的问题，简化了
施工步骤，且对水有很好的隔离效果。因此，此种方法在实际的研发应用中 具有广泛的应用价值。
3 聚苯胺涂层的防腐机理
由于聚苯胺作为防腐涂料所表现出的优异性能，吸引了研究者们的普 遍关注，但是其防腐蚀机理现在没有达成共识，对其需要进一步的研究。
到了很大的限制。
⑷共混复合 是指将聚苯胺与常规涂料树脂混合使用。现在用得比较多的是将聚苯胺 作为添加剂来使用。 具体的做法是：先将聚苯胺与有机溶剂(例如甲醇、正丁醇、异丁醇等） 形成分散性较好的分散液，然后添加在常规涂料的成膜物质中，通过机械共 混的方法形成分散均匀的涂料，然后均匀的涂覆在金属基体上，从而形成聚 苯胺防腐涂层。
⑴ 电化学聚合
在含有苯胺的电解质溶液中，以待保护的金属作为工作电极，以电极电 位作为聚合反应的内部驱动力，常采用恒电位法、循环伏安、动电位扫描等 方法，通过电化学反应直接在金属电极表面沉积聚苯胺涂层。
优点：可以制备高纯的聚苯胺防腐涂层，反应条件也比较简单且易于调节。 缺点： ① 涂层的质量受到溶液的酸碱度、所选酸碱的种类、聚合时苯胺单体 的浓度、进行聚合的金属材料和聚合反应时的温度等；
目前，已经提出的聚苯胺材料的防腐机理有很多种，但能够较好地解释实
验的理论主要包括以下三种。 ⑴ 钝化作用 由于聚苯胺的还原电位为 0 V (vs SCE)，而金属如 Fe 的氧化电位为 −0.44 V(vs SCE)，氧的还原电位为 1.229 V(vs SCE)，因此聚苯胺与金属作 用，通过与氧的可逆氧化还原反应，在聚苯胺与金属基体表面作用，生成一
⑵ 金属表面防腐涂层 使金属与环境介质减小接触甚至隔离开来。 主要包括： ① 通过蒸镀、电镀、化学镀等方法在金属表面沉积一层相对来说腐蚀电
位更高或难腐蚀的金属涂层；
②使金属与无机添加剂反应，在金属最接近环境介质的表层形成一层致密 的氧化物膜，该氧化膜具有很强的耐腐蚀性； ③在金属表面覆盖上一层防腐涂料，涂料的组成包括成膜物质、颜料、溶 剂、和助剂（也叫添加剂）。
聚苯胺在防腐涂料上的应用
一 聚苯胺的分子结构及导电机理 二 聚苯胺的合成 三 聚苯胺的性能
1 金属的腐蚀与防护
四 聚苯胺防腐涂料
2 聚苯胺防腐涂层的制备方法
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聚苯胺涂层的防腐机理
一 聚苯胺分子结构及导电机理
MacDiarmid 等第一次提出了聚苯胺的苯式和醌式结构单元重复交替的共轭分子 结构模型。
优点：能够制备大批量的聚苯胺，也是最常用的一种制备聚苯胺的方法。 缺点：受反应介质酸的种类及浓度、氧化剂的种类及浓度、单体浓度和反 应温度、反应时间等因素的影响
三 聚苯胺的性能
现有的合成方法所制备的聚苯胺基本上都具有纳米结构，此时聚苯胺划入 纳米结构材料的范畴，它具有表面效应、小尺寸效应和量子尺寸效应以及微纳尺 寸组合引起的量子耦合效应和协调效应等纳米结构材料所共有的特性。纳米结构 的聚苯胺同时具有纳米结构材料和导电聚合物的独特性质，使其在电化学性能、 电致变色现象、气体传感性能、光电特性、金属防腐涂料等方面都具有卓越的表 现，同时，这些又跟聚苯胺的结构和形貌密切相关，因此，获得结构和形貌可控 的纳米结构聚苯胺对于提高材料的性能和功能材料的开发具有重要的研究意义。
层致密的、覆盖性很好的金属钝化膜，这层膜构成独立的固相膜层，把金属
基体与介质隔离开来，阻碍阳极过程的进行，降低了金属的腐蚀速率，从而 对基体起到了保护作用。
⑵ 屏蔽作用 涂料通常都具有屏蔽保护的作用,将金属表面与周围腐蚀环境隔开,聚苯胺可 在金属表面形成一层致密的薄膜，起到保护金属不被腐蚀的作用。利用交流阻 抗技术（EIS）研究本征态的本征态聚苯胺涂层都有很高的阻抗值。掺杂态聚苯 胺含有一定量电荷，对于完全掺杂的聚苯胺每一个聚合单体含有一个正电荷或 负电荷。因此，水合电解质穿过这种聚电解质膜就比穿过不带电荷的本征态聚
1、电导率及电化学性能 当pH<2 时，聚苯胺的电导率与 pH 值无关，材料呈金属特性； 当2<pH<4 时，电导率随着 pH 降低而迅速增加； 当 pH>4 时，无论 pH 多大，聚苯胺绝缘，不导电。 聚苯胺在电化学反应过程中，会发生氧化态到还原态的可逆转变， 这就使得聚苯胺可作为很好的电极材料。 2、电致变色现象 电致变色是指材料在外加电压的作用下发生氧化还原反应,引起的材料的 光吸收和光散射发生稳定、可逆的变化的现象。 只有在酸性条件下制得的聚 苯胺才具有可逆多重颜色的电致变色现象。当电位在-0.2~ +1.0 V（v s SCE） 之间扫描时聚苯胺的颜色随着电位的变化由亮黄色（-0.2 V）变为绿色（+0.5 V），再变为暗蓝色（+0.8 V）最后变成黑色（+1.0V），呈现出完全可逆的 电化学活性和电致变色效应
轭链结构达到足够大时化合物才可提供自由电子，从而能够导电。
二 聚苯胺的合成
合成聚苯胺的方法有化学氧化聚合、电化学聚合、紫外光照聚合、缩 合聚合等，其中电化学聚合和化学氧化聚合应用最广泛。
1 电化学聚合 在含有苯胺的电解质溶液中，以电极电位作为聚合反应的内部驱动力，使 苯胺在电极表面发生氧化聚合，从而沉积成膜。所选用的电解质溶液一般为硫 酸、盐酸、高氯酸等酸性介质。 优点：操作简便，成品纯度高，反应条件人为可控，因此在薄膜的制备上具有
3、气体传感性能 微纳米结构的聚苯胺通常是在酸性环境中制得，且具有很高的导电性，如 果暴露于碱性气氛中，可以发生脱掺杂反应，导致电导率的降低，因此酸掺杂 的聚苯胺可以作为化学气敏元件用于气体的监测。此外微纳米结构的聚苯胺有 比较高的比表面积，所以具有比较高的气体检测灵敏性。
四 聚苯胺防腐涂料
1 金属的腐蚀与防护
金属腐蚀的类型有电化学腐蚀 、化学腐蚀 和微生物腐蚀。
腐蚀造成了巨大的直接或间接经济损失和严重的社会危害。在资源日 益匮乏的今天，通过采取恰当的腐蚀控制技术与手段，最大限度的减缓和 控制金属腐蚀，不仅可以减少损失，还有利于资源的可持续利用。
比较广泛的防腐方法主要是以下几种： ⑴ 电化学保护 包括阴极保护和阳极保护。 阴极保护：利用电化学方法向被保护金属补充大量的电子，使其产生阴 极极化，以消除局部的阳极溶解，从而来减少金属的腐蚀； 阳极保护：采用外加阳极极化来使金属材料表面形成金属钝化层，以达 到减缓金属的腐蚀的目的。
y=1 时，对应完全还原态 y=0 时，对应完全氧化态
这两种状态下，聚苯胺都是绝缘体
y=0.5 时，聚苯胺处于翠绿亚胺氧化态，也叫中间氧化态，此时，聚 苯胺的电导率最大。
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聚苯胺是第一个通过质子酸掺杂由氧化态向还原态转变的导电高子。 经过质子酸掺杂后聚苯胺的电导率可提高十几个数量级。 聚苯胺的分子主链中含有单双键交替的重复结构单元，这种特殊的结构使 其分子主链的反键分子轨道非定域化，电子云结构松散。当分子链中形成共 轭结构时，π 电子体系增大，电子的离域性增强，可迁移程度增大；只有当共
很大的优势。
缺点：由于其反应所需要的设备复杂，成本较高，很难应用于大规模的生产， 因此，限制了电化学聚合的应用范围。
2 化学氧化聚合 化学氧化聚合是指将在含有苯胺酸性水溶液（例如盐酸苯胺溶液）中加 入氧化剂，使苯胺发生氧化聚合反应生成聚苯胺。常采用的氧化剂主要有 过硫酸铵(APS)、氯化铜、重铬酸钾、过氧化氢、氯化铁等。
②此种聚合方法受操作工艺的影响，不适合大的金属镀件，不利于大
规模工业生产。
⑵ 化学氧化聚合 化学氧化聚合是指在金属基体表面通过原位聚合的方法沉积一层聚苯胺的 薄膜，这种方法操作简单、不依赖于设备、对金属表面形状的要求不高。
⑶ 共溶 共溶是指使聚苯胺与有机溶剂形成共溶物，然后直接涂覆在金属表面上， 待溶剂挥发后形成涂层。 优点：操作简单，具有一定的防腐效果。 缺点： ① 由于聚苯胺的刚性结构所致，在普通的有机溶剂里不能将其溶解，用 的比较多得是 N-甲基吡咯烷酮（NMP），但是溶解度很低，且 NMP 具有较大 的毒性，不易挥发，会降低涂层的质量。 ②此种方法制备的涂层，对金属基体的附着力比较差，从而使其应用受
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聚苯胺防腐涂层的制备方法
自从 DeBerry首次发现表面覆盖一薄层聚苯胺的不锈钢片在酸性溶液中
仍然能够稳定存在以来，聚苯胺对低碳钢、不锈钢、铝、铜、镁等的防腐作 用得到了比较深入的研究。
目前对聚苯胺防腐涂料的研究较多，聚苯胺涂料具有普通涂料不可比
拟的特性，如抗划伤、抗点蚀及防止海生物附着等，这些优良的特性开拓了 聚苯胺涂料在严酷条件下的防腐应用，如航海、航天等领域。
苯胺容易一些，这可以从涂层阻抗值的变化体现出来。
⑶ 缓蚀效应 在聚苯胺的分子链结构中，中心原子 N 上具有未共用的电子对，当金属基体 表面存在空的 d 电子轨道时，N 原子上为共用的电子对就会与空的 d 电子轨道配 对，形成配位共价键，从而在基体表面形成一层聚苯胺/金属化合物吸附膜，该化 合物的氧化电位比聚苯胺要高，因此可以补偿金属溶解所损失的电荷，明显降低 金属的腐蚀速率，从而起到缓蚀的作用。
金属单质及其合金是应用最为普遍和最重要的工程材料，得到了广泛的应 用 ，同时无时无刻不在进行的金属腐蚀也给人类社会造成了巨大损失，有关金 属腐蚀和防护相关研究也越来越受到研究者们的重视。
金属材料表面与环境介质发生化学或电化学作用而导致表面结构的变化， 从而使金属材料遭受到破坏，这一现象称之为金属腐蚀。