聚多巴胺/导电聚合物复合防腐蚀涂层研究开题报告

1. 研究目的与意义

人类的生活离不开各类金属，但是各类金属如铜，铝，不锈钢等的腐蚀可对桥梁、管道、船舶、公共建筑物、家用设备等会造成不可逆转的损害。中国每年因为腐蚀造成的经济损失超过3100亿美元，占据gdp的3.34 ％。不锈钢是一种典型的铁基合金材料，富含铬元素，具有高强度、强断裂韧性、优异的钝化性能以及良好的导电性等优点，在工业和能源领域有着广泛的应用。然而，不锈钢在特定环境中特别是在含有cl^-的条件下，也不可避免地会发生腐蚀，造成严重的经济损失和环境污染。目前防止不锈钢腐蚀的方法有很多，如对不锈钢表面进行处理、制备防腐蚀涂层等，其中涂层防腐蚀法是提高不锈钢耐蚀性的最主要方法之一。

导电聚合物如聚乙炔（pa）、聚苯胺（pani）、聚吡咯（ppy）、聚噻吩（pot）等是一类特殊的有机聚合物材料，经由部分物质掺杂具有导电性。导电聚合物电导率易于调节,对光和电有各向异性,具备反射损耗电磁波,吸收损耗的特点,且其涂层材料对某些金属的防腐蚀起到一定作用。1985年，deberry首次将pani涂层材料用于不锈钢防腐蚀，发现电聚合的pani涂层可以促进不锈钢表面钝化层的形成，显著提高了不锈钢的耐蚀性。研究表明ppy覆盖在金属的表面，可形成致密、低孔隙和具有良好附着力的涂层，阻止腐蚀性物质通过涂层到达金属表面，从而起到屏蔽的作用。同时，ppy涂层对金属有一定的阳极保护作用，通过ppy的还原和金属的氧化使金属表面与涂层间形成致密的氧化膜，金属表面的氧化电位提高，从而阻止金属的进一步腐蚀。当金属表面的ppy涂层浸泡到腐蚀环境中后，ppy会发生“去掺杂”过程，释放出具有缓蚀能力的阴离子，聚集在金属与ppy涂层的界面，部分释放的掺杂离子与外界阳离子反应生成具有保护作用的难溶物质，可进一步增强涂层的防腐蚀效果。尽管导电聚合物涂层有众多优点，其在腐蚀环境中的防腐蚀稳定性仍有待提高。研究表明导电聚合物在特定环境中被还原导致聚合物导电性下降，阳极的保护效果也逐渐丧失。同时，pani、ppy等涂层结构中通常存在孔隙缺陷且与基底附着力不强，一定程度上削弱了对腐蚀性物质的隔离作用。因此，将导电聚合物与一些性质稳定的物质复合以提高其长效的防腐蚀性能，是导电聚合物涂层的研究重点。

多巴胺是一种灵长类动物的儿茶酚衍生物海洋贻贝蛋白，可以在碱性条件下附着在几乎所有的材料表面，聚合形成具有半导体性质的聚多巴胺（pda）。pda涂层制备方法简便，获得的涂层表面平整、结构致密。研究表明，pda涂层能有效增强金属在腐蚀环境中的耐蚀性，因此在金属的腐蚀防护方面有巨大的应用前景。pda中的儿茶酚基团具有的强金属配位能力，高的附着力使pda涂层不易剥离，减少了腐蚀性物质与金属基底的直接接触。现阶段对pda在腐蚀领域的研究也多是将其作为防腐蚀涂层的中间层来修饰被保护基底，此基础上将其它功能复合材料键合到pda层表面，提高复合涂层整体的附着力，进而增强被保护金属的防腐蚀性能。近年来，研究表明在铜表面直接制备含有8-羟基喹啉的pda涂层，当8-羟基喹啉浓度为0.02 mol·l^-1 时涂层的缓蚀效果最佳，缓蚀效率高达97.7%；^[4]利用多巴胺基团上的儿茶酚基吸附在铜基体上，通过溶液浸泡法吸附十一巯基十一烷酸（mua）单层膜，研究发现，mua 膜的吸附使得涂层更加的致密，抗腐蚀性能也比纯铜和吸附有单一聚多巴胺膜的要好很多。基于pda优异的金属粘附作用和上述对金属腐蚀防护方面的报道，可见pda防腐蚀涂层对不锈钢在酸性、中性盐等腐蚀环境中的腐蚀防护方面有着较大的应用可行性与应用前景。

2. 研究内容和预期目标

本论文通过调研文献，拟在不锈钢表面制备pda/ppy和pda/pani复合涂层来实现对不锈钢的腐蚀防护。通过对不锈钢进行表面处理并优化涂层制备工艺，获得附着力高、结构致密、缺陷少的pda/导电聚合物复合涂层.通过电化学测试分析pda/导电聚合物复合涂层保护下的不锈钢在所模拟的腐蚀环境中的耐蚀性,评价涂层对不锈钢的防腐蚀效果。具体包含以下两个方面的研究内容：

3. 研究的方法与步骤

（1）不锈钢的表面处理：通过不同等级的sic砂纸对不锈钢表面进行打磨去除不锈钢表面钝化层，然后依次使用去离子水、丙酮、乙醇对不锈钢表面进行清洗。

（2）pda/ppy复合涂层的制备：通过改变盐酸多巴胺浓度、聚合时间等自聚合条件，优化pda自聚合工艺，于不锈钢表面获得附着力高、缺陷少、厚度适宜的pda中间层。以吡咯单体和合适的掺杂剂（如樟脑磺酸、植酸等）为支撑电解质，以pda修饰的不锈钢板材为基底制备ppy涂层，研究ppy和掺杂剂浓度、制备条件等因素对涂层性质的影响，最终获得pda-ppy复合涂层。

4. 参考文献

[1] 周亚倩, 郝璐, 朱凯明, 于德梅. 聚吡咯的合成及其在金属防腐蚀领域的应用[j]. 西安交通大学理学院，2018,30（5）：558-562.

[2] 燕群，李传宪，石恩华，杨飞. 电化学合成聚吡咯 /二氧化硅复合膜及其防腐性能[j]. 中国石油大学( 华东) 储运与建筑工程学院,2016,32(3):8-14

[3] 杨皓程. 基于聚多巴胺／聚乙烯亚胺共沉积技术的聚合物膜表界面工程[d]. 浙江大学，2017.

5. 计划与进度安排

1、2022.03 文献查阅、确定研究思路和详细方案，撰写开题报告！

2、2022.04 由于疫情影响，修改为文献综述类论文，完成外文翻译和论文提纲的撰写！