系統識別號 | U0002-0608200814012900 |
---|---|
DOI | 10.6846/TKU.2008.00149 |
論文名稱(中文) | 聚苯胺防止鐡片腐蝕之研究 |
論文名稱(英文) | Iron Corrosion Inhibition by Polyaniline |
第三語言論文名稱 | |
校院名稱 | 淡江大學 |
系所名稱(中文) | 化學學系碩士班 |
系所名稱(英文) | Department of Chemistry |
外國學位學校名稱 | |
外國學位學院名稱 | |
外國學位研究所名稱 | |
學年度 | 96 |
學期 | 2 |
出版年 | 97 |
研究生(中文) | 黃逸閩 |
研究生(英文) | Yi-Ming Huang |
學號 | 695160688 |
學位類別 | 碩士 |
語言別 | 繁體中文 |
第二語言別 | |
口試日期 | 2007-06-30 |
論文頁數 | 87頁 |
口試委員 |
指導教授
-
高惠春(kaohci@mail.tku.edu.tw)
委員 - 楊思明(smyang@cc.ncu.edu.tw) 委員 - 林孟山(mslin@mail.tku.edu.tw) |
關鍵字(中) |
聚苯胺 電聚合 防鏽 PPDT |
關鍵字(英) |
polyaniline electropolymerization anti-corrosion PPDT |
第三語言關鍵字 | |
學科別分類 | |
中文摘要 |
本研究使用直流電源供應器電聚合PANI於低碳鋼(SAE 1018)表面形成PANI/steel,探討防鏽效能。固定電壓2.00 V將0.15 M之苯胺加入0.20 M磷酸電解液(pH = 2.19),於陽極析出p-PANI。p-PANI/steel利用Tafel plot (掃描速率:1 mV/s;掃描範圍:-0.9 V至-0.1 V)發現其腐蝕電位值高於裸鋼111 mV。藉由X-光繞射、FT-IR和UV-Vis分析藍色p-PANI之物理性質。p-PANI粉末擁有2θ = 20.35°和25.48°的繞射峰,推測p-PANI中quinoid或benzenoid重覆單元之鏈長為4.39 Å;而p-PANI層與層間距為3.51 Å。p-PANI的FT-IR圖譜中,quinoid的C=N為1578 cm-1;benzenoid的C=C為1490 cm-1。SEM觀察p-PANI/steel,p-PANI膜為多孔結構。p-PANI溶於鹼性DMF之UV-Vis圖譜中,618 nm為quinoid電子π-π*躍遷;因此,PANI為emeraldine base形態。藉由PPDT(poly(2-N-phenylamino-4,6-dimercapto-S-triazine))附著於鋼與p-PANI之間能降低水及氧之侵蝕。電聚合雙層膜形成p-PANI/PPDT/steel,其腐蝕電位值高於裸鋼200 mV。因此,p-PANI/PPDT雙層膜的防鏽效果更甚於單層p-PANI。 |
英文摘要 |
In this research, p-PANI was prepared in a solution containing 0.15 M aniline and 0.20 M phosphoric acid (pH = 2.19) on a low carbon steel (SAE 1018) substrate by a 2.00 V DC power source in order to study the anti-corrosion effect of the electropolymerized film. Comparing the corrosion potential of p-PANI/steel with the bare steel by the Tafel plot (scanning rate, 1 mV/s; potential range, -0.9 V to -0.1 V), the former is 111 mV higher than the latter. The blue p-PANI had two XRD peaks at 2θ = 20.35° and 25.48°. They are probably due to the long range ordering of the quinoid and benzenoid rings. The rings have a length near 4.39 Å and the parallel packed polymers have a van der Waal distance of 3.51 Å. FT-IR spectra of the p-PANI show absorption bands at 1578 cm-1 and 1490 cm-1 corresponding to the quinoid (C=N) and benzenoid (C=C) rings, respectively. The p-PANI/steel film has a porous morphology observed under SEM. Dissolving the p-PANI in DMF, the 618 nm absorption corresponding to the π-π*transition is found in the UV-Vis spectra that is a characteristic peak of emeraldine base. Adding a PPDT, poly(2-N-phenylamino-4,6-dimercapto-S-triazine), layer between PANI and steel. PPDT is strongly adsorbed on the surface of steel and allows low permeability of water and oxygen. As a consequence, the corrosion potential of p-PANI/PPDT/steel is further increased, 200 mV higher than the bare steel. Hence, the p-PANI/PPDT bilayer material has a better anti-corrosion effect. |
第三語言摘要 | |
論文目次 |
總目錄 中文摘要..................................................I 英文摘要................................................II 謝誌...................................................III 目錄....................................................IV 表索引................................................VIII 圖索引..................................................IX 目錄 第一章、緒論..............................................1 1-1 聚苯胺(PANI)........................................2 1-2 PANI合成............................................4 1-3 PANI之定性與定量分析................................5 1-3-1 紅外線吸收光譜法(FT-IR) ........................6 1-3-2 紫外線可見光吸收光譜法(UV-Vis) .................7 1-3-3 核磁共振光譜法(NMR) ............................8 1-3-4 分子量、表面積之分析...........................10 1-4 腐蝕概論...........................................10 1-4-1 腐蝕原理.......................................10 1-4-2 腐蝕熱力學.....................................12 1-4-3 腐蝕動力學.....................................13 1-4-4 電化學的防鏽測量與極化.........................14 1-5 PANI之防鏽應用.....................................18 1-5-1 PANI之防鏽研究與專利...........................18 1-5-2 聚苯胺防鏽機制.................................19 1-5-3 提高聚苯胺防鏽效能.............................20 1-6 研究動機...........................................23 第二章、實驗.............................................24 2-1 實驗目的...........................................24 2-2 實驗方法...........................................26 2-3 鐡/鋼片的前處理....................................26 2-4 實驗步驟...........................................26 2-4-1 磷酸或磷酸緩衝液電聚合PANI.....................26 2-4-1-1 改變電聚合磷酸濃度與電流...................27 2-4-1-2 改變電聚合電流與電壓於磷酸緩衝液(pH = 5.51)27 2-4-1-3 改變電聚合電流與電壓於磷酸緩衝液(pH = 5.51)加 入氧化劑...................................28 2-4-1-4 改變電聚合之電流與電壓於磷酸緩衝液(pH = 6.98)......................................29 2-4-1-5 改變磷酸緩衝液pH值.........................30 2-4-2 電聚合PANI或PANI/PPDT..........................31 2-4-2-1 草酸電解液電聚合o-PANI.....................31 2-4-2-2 改變電聚合o-PANI/PPDT雙層膜時間............31 2-4-2-3 不同電解液電聚合PANI並比較其防鏽效果.......32 2-4-2-4 改變電聚合p-PANI/PPDT雙層膜時間............32 2-4-3 尋找電聚合PPDT最佳條件.........................33 2-4-3-1 尋找電聚合PPDT最佳電解質...................33 2-4-3-2 尋找電聚合PPDT的C9H8N4S2最佳含量...........34 2-4-3-3 尋找電聚合PPDT的Na2CO3最佳濃度.............35 2-4-4 p-PANI物理性質測量.............................36 2-4-4-1 測量p-PANI X-光繞射光譜....................36 2-4-4-2 測量p-PANI紅外射光譜.......................36 2-4-4-3 測量p-PANI紫外線可見光吸收光譜.............36 2-4-4-4 觀察p-PANI的表面結構.......................36 2-4-5 電聚合p-PANI/PPDT雙層膜於鐡片上................36 2-5 實驗儀器...........................................37 2-5-1 超音波震盪儀...................................37 2-5-2 數位式電源供應器...............................37 2-5-3 鹽水噴霧試驗機.................................38 2-5-4 附著力刮刀.....................................39 2-5-5 鉛筆式硬度計...................................40 2-5-6 膜厚測定儀.....................................41 2-5-7 恆電位儀.......................................42 2-5-7-1 開放電流電位(open circuit potential,OCP)測量....43 2-5-7-2 Tafel plot測量...................................43 2-5-7-3 循環伏安法(CV)測量...............................43 2-5-8 X-光繞射儀(X-ray)..............................44 2-5-9 紅外線吸收光譜分析儀(FT-IR) ...................44 2-5-10 紫外線可見光吸收光譜儀(UV-Vis) ...............44 2-5-11 掃描式電子顯微鏡(SEM) ............................44 第三章、結果與討論.......................................45 3-1 磷酸或磷酸緩衝液電聚合PANI.........................45 3-1-1 改變電聚合磷酸濃度與電流.......................45 3-1-2 改變電聚合電流與電壓於磷酸緩衝液(pH = 5.51)....46 3-1-3 改變電聚合電流與電壓於磷酸緩衝液(pH = 5.51)加入氧 化劑...........................................47 3-1-4 改變電聚合電流與電壓於磷酸緩衝液(pH = 6.98)....48 3-1-5 改變磷酸緩衝液pH值.............................49 3-2 電聚合PANI或PANI/PPDT..............................53 3-2-1 草酸電解液電聚合o-PANI.........................53 3-2-2 改變電聚合o-PANI/PPDT雙層膜之時間..............57 3-2-3 不同電解液中電聚合PANI並比較防鏽效果...........58 3-2-4 改變電聚合p-PANI/PPDT雙層膜之時間..............60 3-3 尋找電聚合PPDT最佳條件.............................62 3-3-1 尋找電聚合PPDT最佳電解質.......................62 3-3-2 尋找電聚合PPDT的C9H8N4S2最佳含量...............67 3-3-3 尋找電聚合PPDT的Na2CO3最佳濃度.................71 3-4 p-PANI物理性質分析.................................73 3-4-1 分析p-PANI X-光繞射光譜圖......................74 3-4-2 分析p-PANI紅外線光譜圖.........................75 3-4-3 分析p-PANI紫外線可見光吸收光譜圖...............76 3-4-4 分析p-PANI表面結構.............................77 3-5 電聚合p-PANI/PPDT雙層膜於鐡片上....................78 第四章 結論..............................................83 參考資料.................................................84 表索引 表1.1、p-PANI的FT-IR特徵吸收峰............................7 表1.2、PANI的UV-Vis吸收光譜之波長.........................8 表2.1、實驗藥品基本物理性質及來源........................24 表2.2、鋼片(SAE 1018)之化學成份..........................25 表2.3、H3PO4液之實驗條件值...............................27 表2.4、磷酸緩衝液(pH = 5.51)之實驗條件值.................28 表2.5、加氧化劑於磷酸緩衝液(pH = 5.51)之實驗條件值.......29 表2.6、磷酸緩衝液(pH = 6.98)之實驗條件值.................30 表2.7、pH值對應表........................................30 表2.8、改變電聚合PPDT之時間..............................31 表2.9、e、f、g、h電解液的溶質濃度........................32 表2.10、改變電聚合時間...................................33 表2.11、k、l、m、n、o電解液的溶質含量....................34 表2.12、改變C9H8N4S2含量.................................35 表2.13、改變Na2CO3濃度...................................35 表2.14、p液中溶質含量....................................36 表2.15、附著力ISO試驗等級判別表(ISO 2409:1992(E)) ......40 表3.1、H3PO4液之實驗結果.................................45 表3.2、磷酸緩衝電解液(pH = 5.51)之實驗結果...............46 表3.3、加氧化劑於磷酸緩衝液(pH = 5.51)之實驗結果.........48 表3.4、磷酸緩衝電解液(pH = 6.98)之實驗結果...............49 表3.5、改變電聚合PPDT時間之實驗結果......................58 表3.6、改變電解液之Tafel plot參數值..................... 60 表3.7、改變電聚合時間之Tafel Plot參數值................. 61 表3.8、改變C9H8N4S2含量之電化學參數值....................70 表3.9、p-PANI/PPDT膜之厚度、硬度和附著力.................80 圖索引 圖1.1、PANI基本結構.......................................3 圖1.2、PANI五種形態.......................................3 圖1.3、PANI五種形態彼此間的摻雜與去摻雜及氧化還原.........4 圖1.4、PANI結構中官能基的名稱.............................6 圖1.5、13C NMR圖譜........................................9 圖1.6、PANI官能基之化學位移..............................10 圖1.7、Tafel plot圖譜....................................17 圖1.8、PANI防鏽機制......................................20 圖1.9、PANI及磷酸鹽類保護之鋼片......................... 22 圖1.10、PANI/PPDT膜防鏽機制..............................22 圖2.1、Chrom Tech UC-3120B (H)單頻超音波震盪儀...........37 圖2.2、TOPWARD 6303D數位式電源供應器.....................38 圖2.3、Chtek SH-90型鹽水噴霧試驗機.......................38 圖2.4、JL-1540刮刀.......................................39 圖2.5、台灣錦亮B-3084T3鉛筆式硬度計......................41 圖2.6、Fischer Deltascope MP10磁性、電感應式膜厚儀與探針.42 圖2.7、AutoLab PGSTAT100恆電位儀.........................42 圖3.1、磷酸緩衝液pH = 6.00電聚合PANI之CV圖譜............ 50 圖3.2、磷酸緩衝液pH = 6.50電聚合PANI之CV圖譜.............51 圖3.3、磷酸緩衝液pH = 7.00電聚合PANI之CV圖譜.............51 圖3.4、磷酸緩衝液pH = 7.50電聚合PANI之CV圖譜.............52 圖3.5、磷酸緩衝液pH = 7.50反應性最佳.....................52 圖3.6、磷酸根之UV-vis譜圖................................53 圖3.7、草酸鈍化之CV圖譜..................................55 圖3.8、草酸電聚合PANI之第一次循環CV圖譜..................56 圖3.9、草酸電聚合PANI之CV圖譜............................56 圖3.10、o-PANI/steel於草酸之CV圖譜.......................57 圖3.11、PANI/steel之Tafel plot圖譜.......................59 圖3.12、p-PANI/PPDT/steel之Tafel plot圖譜................61 圖3.13、acetonitrile電聚合PPDT之CV圖譜...................62 圖3.14、草酸電聚合PPDT之CV圖譜...........................63 圖3.15、碳酸氫鈉電聚合PPDT之CV圖譜.......................64 圖3.16、草酸鈉電聚合PPDT之CV圖譜.........................65 圖3.17、碳酸鈉電聚合PPDT之CV圖譜.........................66 圖3.18、碳酸鈉電聚合PPDT之第一次循環CV圖譜...............67 圖3.19、改變C9H8N4S2含量電聚合PPDT之CV圖譜...............68 圖3.20、取圖3.19氧化電位值0.80至1.20 V的CV函數圖譜.......69 圖3.21、圖3.20 CV函數圖譜一次微分........................69 圖3.22、C9H8N4S2溶質克數對應電流密度值...................70 圖3.23、改變碳酸鈉莫耳濃度電聚合PPDT之CV圖譜.............72 圖3.24、圖3.23的CV函數一次微分...........................72 圖3.25、碳酸鈉濃度對應電流密度值.........................73 圖3.26、直流電源供應器電聚合p-PANI.......................74 圖3.27、p-PANI之X-ray圖譜................................75 圖3.28、p-PANI之FT-IR圖譜................................76 圖3.29、p-PANI之UV-Vis圖譜...............................77 圖3.30、p-PANI之SEM圖譜放大3000倍........................78 圖3.31、p-PANI/PPDT/iron,SST實驗結果....................79 圖3.32、p-PANI/PPDT雙層膜電聚合於鐡片上之厚度............80 圖3.33、p-PANI/PPDT/iron之OCP圖譜........................81 圖3.34、p-PANI/PPDT/iron之Tafel plot圖譜.................82 |
參考文獻 |
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