聚苯胺在环氧涂料中分散工艺的研究
                            高焕方1，2，刘通3，刘超1
    (1.重庆工学院化学与生物工程学院，重庆400050；2.重庆大学材料科学与工程学院，重庆400030；3.重庆金固特化工新材料技术有限公司，重庆401120) 
    摘要：应用Tafel极化曲线分析方法，研究了分散剂A不同用量及不同分散时间对聚苯胺环氧涂层防腐性能的影响，并应用扫描电子显微镜(SEM)对在最佳工艺条件下所制备的涂层的表面微观形貌进行了测试。结果表明分散剂A对聚苯胺的分散有明显的促进作用，提高了涂层的防腐性能，且分散剂A的最佳用量为占成膜物质的1%；分散时间对聚苯胺的分散亦有明显影响，且最佳分散时间为2h。此外，在最佳工艺条件下，聚苯胺在环氧涂层中可均匀分布，未出现团聚现象。
    关键词：聚苯胺；防腐涂料；分散剂；分散工艺
    0.引言
    聚苯胺是当今具有特殊功能的高科技新材料之一，被称为导电高分子新型材料。人们对聚苯胺的开发研究多集中在利用其导电性方面，例如二次电池、半导体器件、隐身材料等。自DeBerry[1]发现聚苯胺对铁基金属具有防护作用至今，大量试验[2-4]结果证明了聚苯胺涂料对铁基金属具有阳极保护作用的防护能力。刘军喜，等[5]研究表明：用脂肪胺类环氧树脂固化剂充当溶剂首先与聚苯胺混合，再加入环氧树脂，所制得的涂层比环氧树脂先与聚苯胺混合，再加入固化剂所制得的涂层的防腐性能要更好一些；用聚苯胺涂料涂覆的碳钢试样的防腐性能与涂料中聚苯胺的分散性有关，分散性越好，涂层的防腐性能越强。曹京宜，等[6]研究表明采用合适的加热和机械分散方式也能提高聚苯胺在环氧树脂中的分散性能，从而提高涂层的防腐性能。从中可以看出在提高聚苯胺在环氧树脂中的分散性能，满足涂层防腐性能的前提下，减少聚苯胺的用量，可降低聚苯胺防腐涂料的成本，扩大其应用范围。本文通过研究分散剂A的不同用量以及不同分散时间对环氧聚苯胺涂层防腐性能的影响，进而得出适合环氧防腐涂料的聚苯胺分散工艺。
    1.实验部分
    1.1原材料
    本征态聚苯胺：重庆金固特化工新材料技术有限公司；聚氨酯型高分子分散剂A：市售；混合溶剂：自制；E-20环氧树脂、305环氧固化剂：市售。
    1.2实验仪器及设备
    SDF400试验用多功能分散机：江阴云峰化工机械厂；DHG-9246A烘箱：上海浦东荣丰科学仪器有限公司；600B-FN两用涂层测厚仪：德国EPK公司；水帘喷漆柜：重庆班宁机电公司；Quanta200型环境扫描电镜：荷兰FEI公司；CHI604C型电化学工作站：上海辰华仪器公司。
    1.3涂料制备
    将E-20环氧树脂、混合溶剂、本征态聚苯胺与分散剂A混合均匀，其中本征态聚苯胺占成膜物质量分数为5%，分散剂A占成膜物质量分数为0～1.5%，用多功能分散机在2000r/min条件下进行分散，分散时间为1～3h，然后过滤出料，待用。
    1.4试样制备
    将所制备的涂料加入固化剂，用混合溶剂调整到喷涂黏度，喷涂于用150目和600目金相砂纸将测试面打磨成镜面并除去杂质的50mm×12mm×2mm标准冷轧钢试样上，80℃烘0.5h。常温放置7天后，取相同厚度的试样进行性能测试。
    1.5性能测试
    用自制电解池将试样与3.5%(质量分数)的NaCl溶液连通，放置30min，用CHI604C型电化学工作站以铂片电极为对电极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，镁合金磷化试样为工作电极，以10mV/s的扫描速率，以自腐蚀电位为基点从-300mV扫到+300mV，测试试样在3.5%NaCl中的Tafel曲线。用Quanta200型环境扫描电镜观察涂层的表面微观形貌。
    2.结果与讨论
    2.1分散剂A不同用量对涂层防腐性能的影响
    图1为分散时间为1h，分散剂A占成膜物质量分数分别为0、0.5%、1.0%及1.5%时所制备的试样在3.5%NaCI溶液中的Tafel曲线。表1为由Tafel曲线计算的不同分散剂A含量的试样在3.5%NaCl中的腐蚀电位(Ecorr)、腐蚀电流密度(Jcorr)和极化电阻(Rp)。
          
                       图1分散剂A不同用量时涂层的Tafel曲线
          
表1 不同分散剂A含量试样的腐蚀电位(Ecorr)、腐蚀电流密度(Jcorr)和极化电阻(Rp)
    从图1、表1可以看出，相比不含分散剂A的环氧聚苯胺涂层，当分散剂A含量为0.5%及1.0%时，其腐蚀电流密度分别下降了1个数量级和2个数量级，腐蚀电位分别正向移动了98mV及280mV，且涂层的极化电阻亦有所增加，即随着分散剂A含量的增加，涂层的防腐性能随之增加。但当分散剂A含量进一步增加到1.5%时，涂层的腐蚀电流密度反而上升了1个数量级，腐蚀电位负移了102mV，且极化电阻亦有所下降，即涂层的防腐性能下降。分析认为产生这种现象的原因与分散剂A对聚苯胺在涂层中的分散效果有关，开始时，随着分散剂A含量的逐渐增加，聚苯胺颗粒表面逐渐吸附分散剂A，形成稳定的双电层，使其相互间的斥力以及空间位阻效应增加，从而实现聚苯胺在涂层中的均匀分散，提高了涂层的防腐性能。但当分散剂A用量过大时，过量的分散剂会破坏已形成的双电层，引起电荷不平衡分布，使聚苯胺部分团聚，涂层的防腐性能下降。
    2.2不同分散时间对涂层防腐性能的影响
    图2为分散剂A占成膜物质量分数为1%，分散时间分别为1h、2h及3h时所制备的试样在3.5%NaCI溶液中的Tafel曲线。表2为由Tafel曲线计算的不同分散时间的试样在3.5%NaCl中的腐蚀电位(Ecorr)、腐蚀电流密度(Jcorr)和极化电阻(Rp)。
        
                     图 2 不同分散时间时涂层的Tafel曲线
         
表2 不同分散时间试样的腐蚀电位(Ecorr)、腐蚀电流密度(Jcorr)和极化电阻(Rp)
    从图2、表2可以看出，当分散时间为2h时，其涂层的腐蚀电流比分散时间为1h、3h时的涂层的腐蚀电流分别降低了1个数量级及6个数量级，即当分散时间为2h时，涂层具有更好的防腐性能。分析认为产生这种现象的原因为，开始时，随着分散时间的增加，聚苯胺在多功能分散机高速剪切力的作用下，通过改变其粒子的表面能，使其充分润湿而更好地分散到涂料中，从而提高了涂层的防腐性能。但随着分散时间的进一步增加，高速剪切力将破坏由于分散剂而形成的双电层，引起电荷不平衡分布，使聚苯胺部分团聚，涂层的防腐性能下降。
    2.3涂层的表面微观型貌
    图3为分散剂A占成膜物质量分数为1%，分散时间为2h时所制备的聚苯胺环氧涂层的电子扫描电镜图片。
      
                  图 3 聚苯胺环氧涂层的电子扫描电镜图片(×2000)
   从图3可以看出，聚苯胺在环氧涂层中可均匀分布，未出现颜料的团聚现象。即所确定的聚苯胺在环氧涂料中的分散工艺是可行的。
    3.结语
    (1)分散剂A对聚苯胺在环氧涂料中的分散有明显的促进作用，分散剂A在聚苯胺环氧涂料中的最佳添加比例为1%。(2)分散时间对聚苯胺在环氧涂料中的分散亦有明显的影响，分散剂A在聚苯胺环氧涂料中的最佳分散时间为2h。(3)在最佳工艺条件下，聚苯胺在环氧涂层中可均匀分布，未出现团聚现象。