聚硫醇的合成及其在铜防腐中的应用研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zbz963
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铜的腐蚀会引起设备构件的破坏,造成巨大的经济损失。自组装涂层因其反应迅速、实施简单、条件温和等优点成为防护铜的重要方法。在铜表面自组装一层致密的聚硫醇厚涂层能有效抑制腐蚀离子渗透到金属铜表面,有效减缓铜的腐蚀。  本文合成了三种大分子聚硫醇(聚硅氧烷基聚硫醇、聚硫醚基聚硫醇和潜伏型聚硫醇)并用核磁共振氢谱表征了聚硫醇的化学结构。通过极化曲线、电化学阻抗谱、盐雾实验、扫描电镜等测试方法表征了聚硫醇对铜的防护性能。聚硅氧烷基聚硫醇以乙烯基甲基硅氧烷均聚物(VMS-T11)和硫代乙酸等为原料通过巯基-烯点击反应和酸式水解法合成。通过极化曲线测试,电化学阻抗谱和盐雾实验测试聚硅氧烷基聚硫醇对铜的缓蚀性能,可以得到浸泡成膜时间为60 min的涂有聚硅氧烷基聚硫醇涂层的铜电极缓蚀效率高达99.8%,|Z|0.01则达到7.06,而在中性盐雾实验中,该样品经过168 h仍不会腐蚀。随着浸泡成膜时间的增加,聚硅氧烷基聚硫醇涂层的缓蚀效率与|Z|0.01都有一定的提高。通过扫描电镜观察涂有聚硅氧烷基聚硫醇涂层样品的表面与断面形貌,可以发现涂层与铜基底牢牢地结合在一起,断面和表面均比较光滑平整,没有任何孔洞或其他缺陷。涂层厚度随浸泡时间线性增加,60 min浸泡时间样品的涂层厚度达到2.03um。聚硫醚聚硫醇以氯丙炔,硫代乙酸,乙二硫醇等为主要原料通过取代反应,巯基-炔基点击反应和酸式水解法合成。通过极化曲线测试,电化学阻抗谱和盐雾实验测试聚硫醚基聚硫醇对铜的缓蚀性能,可以得到浸泡成膜时间为60 min的涂有聚硫醚基聚硫醇涂层的铜电极缓蚀效率高达99.9%,|Z|0.01则达到6.76,而在中性盐雾实验中,该样品经过168 h仍不会腐蚀。通过扫描电镜观察涂有聚硫醚基聚硫醇涂层样品的断面形貌,可以发现涂层与铜基底牢牢地结合在一起,断面比较光滑平整,没有任何孔洞或其他缺陷,涂层厚度达1.16 um。聚硫醚基聚硫醇的成功合成有效降低了多巯基聚硫醇的合成成本,为其在铜防腐上的实际应用提供了更多的可能性。潜伏型聚硫醇以缩水甘油基炔丙基醚,三乙胺,硫代乙酸,1,3-丙二硫醇等为主要原料通过开环反应,巯基-炔基点击反应和乙酰基转移反应合成。潜伏型聚硫醇能以潜伏型聚硫酯的形式稳定保存,在使用时采用乙酰基转移反应,可以迅速地得到潜伏型聚硫醇。比较了潜伏型聚硫醇与聚硅氧烷基聚硫醇、聚硫醚基聚硫醇、苯并三唑以及十二硫醇对铜缓蚀效果。结果表明,潜伏型聚硫醇对铜的缓蚀效果不及聚硅氧烷基聚硫醇与聚硫醚基聚硫醇,这可能与潜伏型聚硫醇巯基含量较低有关。盐雾实验表明,潜伏型聚硫醇涂层耐盐雾时间在72 h以上,防腐效果优于十二硫醇与苯并三唑。  本文通过研究三种聚硫醇对铜的防护,总结了聚硫醇对铜的防护机理。聚硫醇大量的巯基能与铜基底形成S-Cu金属键,牢固的结合力使得聚硫醇涂层具有优异的附着力。聚硫醇分子之间通过共价键(双硫键)连接,交联网络涂层十分致密,能有效防止氧、水分、腐蚀离子的在涂层内的转移。聚硫醇涂层厚度可达微米级,增加了氧、水分、腐蚀离子渗透到达铜表面的距离,减缓了铜的腐蚀。
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