聚苯胺复合材料对金属防腐性能综述

（兰州理工大学石油化工学院，甘肃 兰州 730000）

金属材料具有优良的导电性、导热性、机械性能以及优良的可铸造性，是现代社会最重要的结构材料之一。然而，在自然环境和许多腐蚀介质中，除少数贵金属(如金、铂等)外，绝大多数金属都有自发腐蚀现象。对此，研究者不断探索延缓或者防止腐蚀的材料。研究结果均证实，与普通防腐涂料相比，聚苯胺防腐涂料的性能更佳[1]。正因如此，在防腐涂料研发领域，聚苯胺防腐涂料在当前仍然是研究热点。本文从防腐机理、常见防腐材料性能等方面对聚苯胺复合材料对金属的防腐性能加以综述。

1 聚苯胺防腐机理

关于聚苯胺防腐机理，不同的研究人员的结论有差异，概括起来，包括如下集中观点：①将聚苯胺材料覆盖在金属基体，会形成具有较高稳定性的氧化膜，从而起到防腐效果；②在覆盖聚苯胺材料后，隔绝了金属基体和其他防腐诱发因素；③由于聚苯氨具有高导电性，会形成和金属电子递传方向相逆的电场，缓解电子传递至氧化物的进程。

2 聚苯胺复合防腐材料性能

2.1 不同酸掺杂的聚苯胺防腐材料

在掺杂机制方面，聚苯胺是通过多种酸来对结构进行改变，从而形成不同标准的防腐性能。在选择酸时，须对分子质量进行分析，分子质量较大者较为适当。比如，对甲苯磺酸等。Zhang等研究人员[2]在对聚苯胺进行掺杂处理时，采用的方法是，首先加入氢氟酸。然后，将材料与铜环氧树脂共混。最后，以镁合金作为观察对象，将其置入3.5%NaCl溶液，对腐蚀过程进行记录。结果表明，通过掺杂氢氟酸，在镁合金材料上覆盖聚苯材料后，耐腐蚀性能表现良好。

2.2 聚苯胺/金属及其氧化物复合防腐涂料

利用金属可以牺牲阳极的阴极作用，金属氧化物所具备的分散和阻挡作用，将金属及其氧化物与聚苯胺进行复合，可以加强聚苯胺的防腐蚀保护作用。Mostafaei等研究人员以低碳钢作为观察对象，将聚苯胺/氧化锌纳米复合材料覆盖在其上，并将其置于60℃NaCl溶液，对腐蚀现象进行观察和记录。结果表明，在涂上聚苯胺/氧化锌环氧涂层后，观察对象的耐腐功能表现良好。这是因为，在覆盖该复合材料后，能够形成较好的阻隔效果，起到缓解腐蚀的作用。

2.3 聚苯胺/无机矿物复合防腐涂料

在聚苯胺中掺杂无机物质，可以使复合材料在兼具二者性能的同时表现出更为出色的协同作用，从而有效地提高涂层的防腐性能。Navarchian等研究者以过硫酸铵为引发剂，原位聚合合成聚苯胺/黏土复合材料，并与环氧树脂共混制得复合涂层涂覆碳钢表面，在3.5%NaCl溶液中观察碳钢材料的腐蚀行为。结果显示，相比环氧涂层和聚苯胺/环氧涂层，聚苯胺/黏土/环氧涂层对碳钢材料具有较好的防腐蚀性能。Piromruen等等研究者在制作聚苯胺/MT纳米复合防腐材料时，运用到硫酸铵这一物质，后者发挥了引发剂作用。

2.4 聚苯胺/聚合物复合防腐涂料

现有研究成果已经证实，如果所选择聚合物具备较高催化活性，将其与聚苯胺共混，能够将防腐性能提升到更高标准。王晓岗等采用原位聚合法合成了2-巯基苯并咪唑/聚苯胺复合材料，当涂层中MBI/PANI为2%时，样品腐蚀电流低至0.011mA/m2，样品在1mol/L的盐酸溶液中浸泡7d，缓蚀率仍高达84%。这是因为，在与腐蚀介质接触时，PANI会与Cl-发生吸附，同时MBI可吸附于金属基体表面，阻碍电荷转移，从而降低腐蚀速率。

李振柱等等研究者以不锈钢为观察对象，将聚苯胺/聚氨酯复合材料涂于其上，并对其腐蚀过程进行观察和记录。结果表明，该复合涂料可以改善观察对象的防腐效果。如果可将聚氨酯和聚苯胺质量比控制为14：1，可以达到最优防腐效果。

2.5 其它聚苯胺复合防腐材料

除上述几类复合防腐材料，材料研究领域还对纳米微粒复合材料的防腐性能进行实验分析。大量实验结果表明，如果能够实现聚苯胺/纳米类复合材料制备，可以将涂层的防腐性能予以显著改善。

Karpakam等在草酸溶液中电化学聚合合成了聚苯胺/纳米氧化钛复合材料，并在1%NaCl溶液中观察涂覆聚苯胺/纳米TiO2涂层碳钢的腐蚀行为。电化学阻抗谱和极化曲线测试结果显示，相比纯的聚苯胺涂料，聚苯胺/纳米TiO2复合涂层对碳钢具有较好的耐蚀性能，纳米TiO2的加入，使得聚苯胺涂层更为致密。Ashassi等研究人员以低碳钢为观察对象，在3.5%NaCl溶液中，对聚苯胺/纳米金刚石涂层的防腐性能进行观察。结果表明，在加入纳米金刚石后，由于可以进一步压缩空隙率，使得涂层具备更理想的防腐性能。

3 结论与展望

通过以上综述可知，与单一聚苯胺涂层材料相比较，加入其它材料所形成的聚苯胺复合材料具备更理想的防腐性能。在当前的聚苯胺材料研究领域，解决了改性、复合等层面等诸多难题，使得该领域的研究和应用空间均较大。然而，在未来研究中，需要对如下几方面的问题进行深入探索：

①材料研究领域中，要继续对聚苯胺及其复合材料的研究视角进行细化，从而推动更加完善的理论架构的构建。②对于聚苯胺材料而言，本身属于高分子材料范畴。在研究时，要细化对该类材料的电、磁、光等层面性能的实验分析。在此基础上，进一步丰富其运用功能。比如，对该类材料的电磁辐射屏蔽性能进行实验，并将研究结果应用到钢筋混凝土自修复、接地网防护、电子设备隐身等领域内。③在实际运用防腐材料时，所面临环境更加复杂，腐蚀因素更多，而且可控性更低，因此，对PANI防腐涂料的性能进行实验时，要引入更多环境参数。比如，设置更加复杂的PH值、温度等。④由于聚苯胺自身结构十分多样，在研发制作复合防腐材料时，除本文所综述的内容外，还可以将碳纤维、石墨烯等掺入。在复合实验中，要重视对分散性、溶解度等指标进行详细观察，并进一步分析聚苯胺涂层性能是否得到有效改善，以及在何种制备条件下达到最优性能。另外，可进一步对复合材料加以改善，比如，赋予或者增加其自修复等方面的性能。