導電聚苯胺納米復合材料的制備、性能及其應用研究

胡茂琨+李甘

摘 要：本文對導電聚苯胺納米復合材料的制備進行簡單闡述，介紹并分析了導電聚苯胺納米復合材料在鋼鐵腐蝕防護中的應用及性能，希望能夠從理論層面上為導電聚苯胺納米復合材料的應用及發展研究提供一點支持。

關鍵詞：導電聚苯胺；納米復合材料；制備；性能

一、引言

導電聚苯胺納米復合材料在金屬腐蝕防護中具有較高的應用價值。其制備方法分為很多種，相關人員也圍繞此展開了深入研究，并針對其在鋼鐵腐蝕防護中的應用及性能進行了分析，取得了比較理想的成效，這對于鋼鐵材料保護及應用發展有著十分重要的現實意義。

二、導電聚苯胺納米復合材料的制備

導電聚合物與納米材料復合到一起，可以使導電高分子的性能得到增加。現階段，聚苯胺納米復合材料主要有：導電聚苯胺-磁性納米粒子復合材料、導電聚苯胺-碳納米管復合材料、導電聚苯胺-聚合物復合材料以及導電聚苯胺-氧化物納米復合材料等等。

以磁性導電聚合物為例，其是由導電聚合物與磁性納米粒子復合而成。其次，相關研究人員還對苯胺的原位乳液加以運用，采取聚合的方式對聚苯胺/碳納米管的雜化材料進行了制備，并圍繞此展開了相關研究，結果顯示，這種材料在導電性與熱穩定性方面具有比較突出的優勢，并且提出聚苯胺含量與其導電性成成比例關系。

再者，還有人在無模版條件下，對含Au納米粒子的聚苯胺納米纖維進行了合成。首先，將Au納米粒子的金屬鹽溶液摻加到含有苯胺單體，摻有雜質子酸與氧化劑的溶液中進行溶解，在輻射后，就生成了聚苯胺納米纖維。在這一過程中，金屬鹽發生還原反應，生成金屬納米粒子，并在聚苯胺納米纖維中均勻分布。有研究者還對兩相法加以運用，對銀/聚苯胺納米復合材料進行合成。在主要成為為苯胺的甲苯溶液中分散銀納米粒子，而質子酸的水溶液則溶解了氧化劑；通過混合油相與水相溶液，待分層之后放置一段時間，就可以得到含銀納米粒子的聚苯胺納米膜或聚苯胺/銀納米離子核殼結構。

最后，相關研究人員采用模板法，選擇聚苯乙烯納米膠粒，對聚苯胺/聚苯乙烯納米微球進行制備，這種材料具有可控的結構，并且具有均一的尺寸。在具體制備中，只需要對苯胺/聚苯乙烯的重量比或摻雜劑的添加率進行更更改，就可以對微球尺寸與形狀進行控制。如果按照1∶3設置苯胺/聚苯乙烯重量，那么就可以制得直徑為500nm，呈球狀的聚苯胺/聚苯乙烯復合粒子。

三、導電聚苯胺納米復合材料在鋼鐵腐蝕防護中的應用及性能分析

1.鋼鐵腐蝕

目前，鋼鐵這種金屬材料有著十分廣泛的應用，而在使用過程中，鋼鐵也面臨著腐蝕這一嚴重問題。根據統計，全球范圍內每年由于金屬腐蝕而損失近萬億美元，不只如此，鋼鐵腐蝕還會給人們帶來災難，因此，針對鋼鐵腐蝕防護技術的研究與應用具有重要的現實意義。關于鋼鐵的腐蝕類型，主要可以按照兩種形式進行劃分，一種是根據腐蝕的形態，將鋼鐵腐蝕分為全面腐蝕與局部腐蝕；而另一種則以一腐蝕的反應歷程為依據，對鋼鐵腐蝕進行劃分，即化學腐蝕與電化學腐蝕。

2.導電聚苯胺納米復合材料在鋼鐵腐蝕防護中的應用機理

現階段，在鋼鐵腐蝕防護中，聚苯胺的應用機理主要涉及到幾個觀點，具體闡述如：

第一，機械屏蔽作用。將聚苯胺防腐涂層設置在鋼鐵表面，可以通過機械屏蔽作用來對鋼鐵腐蝕進行裱糊。相關研究人員對電化學交流阻抗技術加以運用，圍繞電化學沉積聚苯胺、對鐵的腐蝕保護作用進行了研究，根據研究結果，得知如果按照1μm的厚度設置涂層，那么就會產生防腐蝕效果。

第二，導電聚苯胺對金屬的陽極保護。根據相關研究，可知當聚苯胺沉積在金屬表面時，會升高金屬腐蝕點位，進而降低腐蝕率。相關人員提出，在3%的NaCl溶液中，本征態PANI涂層覆蓋的鐵電極的腐蝕點位可正向移動80mV。其次，有研究人員選擇0.3M的HCl與1M的NaCl溶液浸泡覆蓋了PANI涂層的碳鋼，待24小時后，剝離開PANI涂層，將其在溶液中直接浸泡，然后比較并分析其阻抗值。根據分析結果，發現在沒有剝落PANI涂層的碳鋼在HCl中具有更大的阻抗，其次則是在NaCl中的碳鋼，最后則是剝落了PANI涂層的碳鋼。根據實驗，可知在聚苯胺的作用下，鋼鐵與聚合物膜界有一層鈍化膜形成，進而對陽極進行保護。此外，有研究者將聚苯胺環氧樹脂涂料涂覆在低碳鋼表面，然后發現金屬表面變成灰色，之后對XPS加以運用，對鋼鐵表面進行分析，發現有含鐵氧化物存在于灰色表面中。還有人利用紅外光譜與XPS進行分析，得知在鐵電極上涂覆聚苯胺，然后浸泡在NaCl溶液中，能夠形成一個穩定性較高的三氧化二鐵。聚苯胺屬于共軛高分子，其氧化還原能力較強，其氧化還原點位比鐵高，因此在接觸接觸金屬的過程中，能夠通過水和氧氣發生反應，并形成一層致密的金屬氧化膜，附著在聚苯胺-金屬的界面，進而實現保護作用。

3.聚苯胺涂層性能制備及分析方法

在鋼鐵腐蝕防護中，導電聚苯胺防腐涂層具有較高的應用價值，其制備方法主要有兩種，即共混法與共溶法。前者是以聚苯胺作為功能填料，然后結合常規涂料，例如聚氨酯、聚酯樹脂等成膜物質，制成涂料；而共溶法則是在聚合物的有機溶劑中分散聚苯胺膠態粒子，形成分散液體系，然后在金屬表面上進行涂覆，等溶劑揮發后就有一層涂層形成。

而在評價聚苯胺涂層性能中，則主要采用重量差法、開路循環點位分析法、電化學調流阻抗增法、光譜分析以及極化曲線法等等。以光譜分析為例，該方法可以對導電聚苯胺結構與性能加以運用，然后通過多種光譜技術研究試樣，對金屬腐蝕防護情況進行分析。通過對紅外光譜圖的應用，將官能團的吸收反映出來，進而可以通過反應性官能團的變化來研究其反應機理。鑒于此，在導電聚合物涂層的防腐機理與老化機理研究中，這種方法具有較強的適用性。

參考文獻：

[1]劉少瓊，于黃中，黃河等.TiO2納米微粒對聚苯胺性能的影響[J].高等學校化學學報，2002，23（1）：161-163.

[2]徐琴，冷俊，陸桂菊等.自組裝法制備一維聚苯胺/金納米復合材料及其在生物傳感中的應用[J].分析化學，2009，37（z1）：408.

[3]包蕾，姜繼森.Fe3O4/聚苯胺納米復合材料高能球磨法制備及其性能研究[J].功能材料，2005，36（11）：1757-1761.

[4]呂秋豐，黃美榮，李新貴等.多功能性聚苯胺/聚合物納米復合材料的制備及應用[J].河南化工，2005，22（2）：1-5.endprint