导电白云母复合材料的制备与防腐蚀性能研究

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微晶白云母是一种2:1型层状硅酸盐矿物材料,具有许多优异性能,例如耐腐蚀、热力学稳定等,微晶白云母在塑料、涂料、橡胶等领域被广泛应用。聚2,3-二甲基苯胺(Poly 2,3-dimethylaniline,P(2,3-DMA))是聚苯胺的主要衍生物之一,具有好的防腐蚀性能,并且P(2,3-DMA)通过在苯环上引入两个-CH3可有效增加聚苯胺的溶解度。Sb掺杂Sn O2(Antimony-doped Tin Oxide,ATO)以其优良的导电率、高灵敏度、稳定性高等特点得到极大重视和深入研究,并且金属氧化物本身具有一定的防腐蚀性。分别制备P(2,3-DMA)/白云母、ATO/白云母复合材料,得到一系列导电白云母复合材料。导电白云母具有防腐蚀性能,可以应用于防静电领域,很大程度的增加了白云母的用途。本文通过对白云母热活化处理、酸浸处理、硝酸锂处理、十六烷基三甲基溴化铵(Cetyltrimethylammonium bromide,CTAB)有机改性处理制备有机白云母。本文采用原位插层聚合法和化学共沉淀法分别制备了聚2,3-二甲基苯胺/有机白云母(P(2,3-DMA)/OM)和ATO/白云母复合材料。对制备的两种导电白云母复合材料分别利用X-射线衍射仪(XRD)、红外光谱分析仪(FTIR)、热重分析仪(TG)、扫描电子显微镜(SEM)、四探针测试仪进行了表征,同时利用电化学分析仪探究复合涂层对金属的防腐蚀效果。结果表明:1.白云母经过有机改性后,层间由亲水性转变为疏水性,层间距从1.02 nm提高到1.42 nm;制备的P(2,3-DMA)/OM复合材料为插层/剥离型复合材料,而制备的P(2,3-DMA)/未改性白云母为传统型复合材料,说明对白云母的有机改性是有效的;制备的复合材料的热稳定性明显优于纯P(2,3-DMA),这是因为复合材料中分散的白云母有渗透/扩散屏障的作用;当n(APS)/n(2,3-DMA)=2.5:1、n(H3PO4)/n(2,3-DMA)=2.5:1、反应温度为30℃、反应时间为9 h,m(OM)/m(2,3-DMA)=6%时复合材料具有最佳的导电性;电化学测试结果表明,当P(2,3-DMA)/OM复合材料添加量为7%时,涂层防腐蚀性能最佳;P(2,3-DMA)/OM与环氧树脂形成的复合涂料的防腐性能优于P(2,3-DMA)/环氧树脂复合涂层,当白云母与单体所占比例为6%时,复合涂层对金属的防腐效果最好。2.通过共沉淀法制备了ATO/白云母复合材料,XRD、SEM、FTIR、TG等结果表明所制备复合粉体仍保留白云母的基本骨架结构,并在部分晶面出现了Sn O2衍射峰,且Sn O2以颗粒的形态位于白云母表面,形成了一种包覆结构的ATO/白云母;TGA测试表明ATO/白云母复合材料前驱体中负载在白云母表面的物质主要成分为含有结晶水的Sn水解产物Sn O2×x H2O;当m(Sn Cl4):m(白云母)=1:1、n(Sb):n(Sn)=7:43、水浴温度为30℃、煅烧温度为700℃和煅烧时间为1.5 h时复合材料具有最佳的导电性;电化学测试结果表明,当ATO/白云母复合材料添加量为7%时,涂层防腐蚀性能最佳;ATO/白云母与环氧树脂的复合涂层的防腐性能优于白云母/环氧树脂复合涂层。当n(Sn Cl4):n(白云母)=5:5时,ATO/白云母复合涂层具有最好的防腐蚀性能。电化学测试结果表明ATO/白云母环氧树脂复合材料涂层可以保护金属避免被外界侵蚀介质所腐蚀。
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