系統識別號 | U0002-1908200915515800 |
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DOI | 10.6846/TKU.2009.00693 |
論文名稱(中文) | 聚苯胺雙層膜防止鋼片腐蝕之研究 |
論文名稱(英文) | Steel Corrosion Protection by Polyaniline Bilayer Film |
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 | 97 |
學期 | 2 |
出版年 | 98 |
研究生(中文) | 施政淵 |
研究生(英文) | Cheng-Yuan Shih |
學號 | 696160562 |
學位類別 | 碩士 |
語言別 | 繁體中文 |
第二語言別 | |
口試日期 | 2009-07-24 |
論文頁數 | 86頁 |
口試委員 |
指導教授
-
高惠春(kaohci@mail.tku.edu.tw)
委員 - 黃何雄(hhhuang@ym.edu.tw) 委員 - 張錦泉(cjc@solartech.com.tw) |
關鍵字(中) |
電聚合 聚苯胺 防腐蝕 溶膠-凝膠法 |
關鍵字(英) |
Electropolymerization polyaniline anticorrosion sol-gel |
第三語言關鍵字 | |
學科別分類 | |
中文摘要 |
本實驗分為兩部分,第一部分為有機高分子,利用直流電源供應器,電聚合聚苯胺 (PANI)單層膜及poly(2-N- phenylamino-4, 6- dimercapto-S- triazine) (PPDT)/PANI雙層膜。研究發現電聚合聚苯胺單層膜的防鏽效果不佳,鹽霧測試時間 (SST)小於1 h。由磷酸電解液所電聚合出的聚苯胺有纖維狀及晶體狀兩種結構,且有此兩種結構混合的聚苯胺,其腐蝕電位值較高。當電聚合時間為6/24 h ,PPDT/ PANI雙層膜之腐蝕電位值最大,為-0.178 V,腐蝕速率為0.405 mm/year,附著力測試為3 B等級 (<5~15%脫落)、而硬度測試則為7 H。第二部分則為有機/無機複合膜,利用電聚合法 (EP)與溶膠-凝膠法 (SG)於鋼片上形成雙層膜,應用於鋼片的防鏽。三種方法分別為SG、EP/ SG、SG/EP,其腐蝕電位、腐蝕電阻大小的順序為EP/ SG > SG > SG/EP ; 而腐蝕電流密度大小則相反,因此可得知EP/ SG防鏽效果最佳。取PMMA 3.0g 與TEOS 、aniline 混合攪拌4 day來製備Sol-gel溶液,旋轉塗佈5 s於鋼片上,接著電聚合時PANI 30 min , 所得EP/SG雙層膜之腐蝕速率為0.280 mm/year,而鹽霧測試結果可達80 h以上,附著力測試為4 B等級(< 5%脫落)、而硬度測試則為9 H 。 |
英文摘要 |
There were two major parts in this research. The first part uses polyaniline (PANI) and poly(2-N-phenylamino-4,6-dimercapto-S-triazine) (PPDT). They were electropolymerised on the SAE 1018 steel by a DC power supply. Single PANI layer shows poor anticorrosion effect, which sustains under the salt spray test (SST) for less than 1 h. Fibrous and crystalline materials were observed for the PANI film growing in phosphoric acid. Sample containing both structures seems have a higher corrosion potential. The best PPDT/PANI bilayer films were polymerized for 6/24 h, which has Ecorr and Rcorr of |
第三語言摘要 | |
論文目次 |
目錄 第一章、緒論...............................................1 1-1腐蝕概論................................................1 1-1.1腐蝕原理..........................................1 1-1.2腐蝕熱力學........................................3 1-1.3法拉第電解定律........................................4 1-1.4腐蝕電化學原理與應用..............................4 1-1.5被覆膜防腐蝕原理......................................8 1-2 共軛導電高分子的歷史發展...............................9 1-3聚苯胺之歷史發展.......................................12 1-4聚苯胺之基本結構.......................................12 1-5 聚苯胺合成............................................15 1-6聚苯胺之定性與定量分析.................................17 1-6.1紅外線吸收光譜法(FT-IR) .........................17 1-6.2紫外線可見光吸收光譜法(UV-Vis) ..................18 1-6.3聚苯胺之核磁共振光譜法(NMR) .....................19 1-6.4 聚苯胺之性質分析................................20 1-7 溶膠-凝膠法.......................................21 1-8苯胺之防腐蝕研究.......................................23 1-8.1聚苯胺之防鏽機制.................................23 1-8.2聚苯胺防鏽效能的提昇............................24 1-9 研究動機..............................................27 第二章、實驗..............................................28 2-1 藥品..................................................28 2-2 實驗儀器與使用方法....................................29 2.2.1 研磨拋光機..........................................29 2-2.2 超音波震盪儀....................................30 2-2.3 數位式電源供應器................................31 2-2.4 鹽水噴霧機......................................32 2-2.5 附著力測試器....................................32 2-2.6 鉛筆式硬度計....................................34 2-2.7 膜厚測定儀......................................34 2-2.8 恆電位儀........................................35 2-2.8.1 開放電流電位測量(open circuit potential,OCP).....36 2-2.8.2 Tafel plot........................................36 2-2.8.3交流阻抗測量(EIS)..................................37 2-2-9掃描式電子顯微鏡(SEM) ...............................37 2-3 實驗部分..............................................37 2-3.1 基材成分與前處理....................................37 2-3.2 純化苯胺............................................38 2-3.3電解液、溶膠-凝膠溶液製備............................38 2-3.3.1 ANI 電解液......................................38 2-3.3.2 PDT 電解液......................................38 2-3.3.3 Sol-gel溶液.....................................38 2-3.4 電聚合..............................................39 2-3.4.1 電聚合PANI......................................39 2-3.4.2 電聚合PPDT......................................39 2-3.5 實驗流程........................................39 2-3.5.1 聚苯胺單層膜................................39 2-3.5.2 聚苯胺雙層膜................................39 2-3.5.2.1 PPDT/PANI 雙層膜.........................39 2-3.5.2.2 Sol-gel (SG)/Electropolymerization PANI (EP)...................40 2-3.5.2.3 EP/SG...................................41 第三章、結果與討論....................................... 42 3-1聚苯胺單層膜...........................................42 3-1.1 酸性電解液對聚苯胺單層膜防鏽效果的影響.......... 42 3-1.2 Tafel plot電位掃描速率的影響.....................44 3-1.3 不同電聚合時間對聚苯胺單層膜防鏽效果的影響...... 45 3-2電聚苯胺雙層膜........................................ 48 3-2.1 PPDT/PANI雙層膜..................................48 3-2.1.1電聚合PANI電壓對雙層膜防鏽效果的影響...........48 3-2.1.2 短時間PPDT/PANI雙層膜聚合結果.................50 3-2.1.3 改變PPDT時間(長)對雙層膜防鏽效果的影響........55 3-2.1.4 改變PANI時間(長)對雙層膜防鏽效果的影響........58 3-2.1.5 長時間PPDT/PANI雙層膜聚合結果.................61 3-2.2溶膠-凝膠 (SG)與電聚合聚苯胺 (EP)雙層膜..............64 3-2.2.1 三種不同製備方法電化學分析的比較…...........64 3-2.2.2 改變反應時間對EP/SG防鏽效果的影響................69 3-2.2.3 改變PMMA克數對EP/SG防鏽效果的影響.. ..............72 3-2.2.4 改變旋轉塗佈時間對EP/SG防鏽效果的影響.............75 3-2.2.5 改變電聚合聚苯胺時間對EP/SG防鏽效果的影響.........78 第四章、結論............................................. 82 參考資料..................................................83 圖目錄 圖1.1 Tafel plot...........................................7 圖1.2 2000年諾貝爾化學獎得主..............................10 圖1.3聚苯胺基本結構.......................................13 圖1.4 聚苯胺五種型態......................................14 圖1.5 聚苯胺五種型態彼此間的摻雜與去摻雜及氧化還原反應....14 圖1.6 聚苯胺結構中官能基的名稱............................17 圖1.7 (a) emeraldine與(b) emeraldine salt之13C NMR圖譜....19 圖1.8 (a) emeraldine與(b) emeraldine salt各個官能基之化學位移………...20 圖 1.9 溶膠-凝膠法之縮合聚合反應..........................23 圖1.10 聚苯胺孔洞的防鏽機制...............................24 圖1.11 (a)含有磷酸鹽類的電解液中電聚合聚苯胺,於鐡電極表面產生磷酸鹽類與聚苯胺的防鏽保護層(b)磷酸鹽類惰性保護層的防鏽機制.... ...................................................26 圖1.11 電聚合聚苯胺/PPDT膜於鐵表面上的防鏽機制........... 27 圖2.1 OM-G2-007 研磨拋光機................................30 圖 2.2 Chrom Tech UC-3120B (H)單頻超音波震盪儀............30 圖2.3 型號HPT1001數位式電源供應器.........................31 圖2.4 Chtek SH-90型鹽水噴霧試驗機.........................32 圖 2.5 JL-1540刮刀........................................33 圖 2.6 台灣錦亮B-3084T3鉛筆式硬度計.......................34 圖2.7 Fischer Deltascope MP10磁性、電感應式膜厚儀與探針...35 圖2.8 AutoLab PGSTAT100恆電位儀...........................35 圖2.9 三電極法.. .........................................36 圖3.1 於不同酸中,電聚合聚苯胺單層膜與裸鐵之 Tafel plot曲線圖.........43 圖3.2 以不同電位掃描速率測量含有聚苯胺單層膜之鐵片的Tafel plot.曲線圖...............................................45 圖3.3 以不同電聚合時間測量含有聚苯胺單層膜之鐵片的Tafel plot曲線圖....................................................46 圖3.4 不同電聚合時間所對應之腐蝕電位圖....................47 圖3.5 不同電聚合聚苯胺電壓,電聚合雙層膜之鐵片的Tafel plot曲線圖...... ...............................................49 圖3.6 不同電聚合聚苯胺電壓所對應之腐蝕電位圖..............49 圖3.7不同電聚合PPDT/PANI時間,電聚合出雙層膜之Tafel plot 曲線圖.. .................................................51 圖3.8 不同電聚合PPDT/PANI之時間所對應之腐蝕電位圖.........52 圖3.9 不同電聚合PPDT/PANI之時間所對應之腐蝕電流密度圖.....52 圖3.10 不同電聚合PPDT/PANI之時間所對應之腐蝕電阻圖........53 圖3.11 不同電聚合PPDT/PANI之時間所對應之鹽霧測試時圖......53 圖3.12 電聚合PPDT/PANI時間10/10 min 之SEM圖 (倍率:由左而右依序為 500 、 2000 ) .......................................54 圖3.13 電聚合PPDT/PANI時間15/15 min 之SEM圖 (倍率: 由左而右依序為 500、2000) ........................................54 圖3.14 電聚合PPDT/PANI時間30/30 min 之SEM圖 (倍率: 由左而右依序為 500、2000) .. .....................................54 圖3.15 固定電聚合PANI時間,改變電聚合PPDT時間,電聚合PPDT/PANI雙層膜保護之鐡片其 Tafel plot曲線圖..............56 圖3.16 不同電聚合PPDT的時間所對應其腐蝕電位圖.............57 圖3.17 不同電聚合PPDT的時間所對應其腐蝕電流密度圖. .......57 圖3.18 電聚合PPDT時間3 h 之SEM圖 (倍率: 5000) ............58 圖3.19 固定PPDT電聚合時間,改變電聚合PANI時間,雙層膜之 Tafel plot曲線圖..........................................59 圖3.20 固定PPDT電聚合時間,改變電聚合PANI時間所對應之腐蝕電位圖......................................................60 圖3.21 固定PPDT電聚合時間,改變電聚合PANI時間所對應之腐蝕電流密度圖..................................................60 圖3.22 PPDT、PANI電聚合時間減半,電聚合PPDT/PANI雙層膜之Tafel plot曲線圖..........................................61 圖3.23 PPDT、PANI電聚合時間減半所對應其腐蝕電位圖.........62 圖3.24 電聚合PPDT/PANI時間1.5/6 h 之SEM圖 (倍率: 由左而右依序為100、500、2000、5000) ................................63 圖3.25 電聚合PPDT/PANI時間3/12 h 之SEM圖 (倍率: 由左而右依序為100、500、2000、5000) ..................................63 圖3.26 電聚合PPDT/PANI時間6/24 h 之SEM圖 (倍率: 由左而右依序為500、5000) .............................................64 圖3.27 三種不同製備方法之Tafel plot曲線圖.................66 圖3.28 三種不同製備方法之OCP圖…..........................67 圖3.29 三種不同製備方法之EIS圖.. .........................67 圖3.30 EP製備聚苯胺膜於鐵片上之SEM圖(倍率: 由左到右 100、500) ... .. ..............................................68 圖3.31 EP/SG製備聚苯胺膜於鐵片上之SEM圖(倍率: 由左到右 100、500) .....................................................68 圖3.32 EP/SG 、SG/EP兩種方法上之電流圖(右:EP/SG右:SG/EP) .68 圖3.33 不同反應時間製備聚苯胺膜於鐵片上之Tafel plot曲線圖..............70 圖3.34 不同反應時間對應腐蝕電位圖.........................71 圖3.35 不同反應時間對應腐蝕電流密度圖.....................71 圖3.36 不同PMMA克數製備聚苯胺膜之Tafel plot曲線圖.........73 圖3.37 不同PMMA克數製備聚苯胺膜之OCP圖. ..................74 圖3.38 不同PMMA克數對應腐蝕電位圖... .....................74 圖3.39 不同旋轉塗佈時間製備聚苯胺膜於鐵片上之Tafel plot曲線圖... ....................................................76 圖3.40 不同旋轉塗佈時間製備聚苯胺膜於鐵片上之OCP..........77 圖3.41 不同旋轉塗佈時間對應腐蝕電位圖.....................77 圖3.42 不同旋轉塗佈時間對應腐蝕電流密度圖.................78 圖3.43 不同電聚合聚苯胺時間製備聚苯胺膜於鐵片上之Tafel plot曲線圖....................................................79 圖3.44 不同電聚合聚苯胺時間對應腐蝕電位圖.................80 圖3.45 不同電聚合聚苯胺時間對應腐蝕電阻圖.. ..............80 圖3.46 不同電聚合聚苯胺時間對應腐蝕電流密度圖.............81 表目錄 表1.1常見的共軛導電高分子................................11 表1.2 磷酸摻雜聚苯胺的紅外線吸收光譜特徵吸收峰...........18 表1.3 為聚苯胺的紫外線及可見光吸收光譜之波長.............19 表2.1 實驗藥品基本物理性質及來源.........................28 表2.2 TOHAMA 型號 OM-G2-007研磨拋光機規格................29 表2.3 型號HPT1001數位式電源供應器規格....................31 表2.4 附著力ISO試驗等級判別表(ISO 2409:1992(E)) ........33 表2.5 鐵片(SAE 1018)之化學成份...........................37 表3.1 於不同酸中電聚合聚苯胺單層膜與裸鐵之 Tafel plot防鏽參數......44 表3.2 以不同電位掃描速率測量含有聚苯胺單層膜之鐵片的Tafel plot防鏽參數.............................................45 表3.3 以不同電聚合時間測量含有聚苯胺單層膜之鐵片的Tafel plot防鏽參數..... ...........................................47 表3.4 不同電聚合聚苯胺之電壓,電聚合雙層膜之鐵片的Tafel plot防鏽參數.. ..............................................49 表3.5 短時間電聚合PPDT/PANI雙層膜於鐡片上的Tafel plot防鏽參數.......................................................51 表3.6 固定電聚合PANI時間,改變電聚合PPDT時間,電聚合 PPDT/PANI雙層膜保護之鐡片其 Tafel plot防鏽參數...........56 表3.7 改變電聚合PANI時間,電聚合PPDT/PANI雙層膜 保護之鐡片其 Tafel plot防鏽參數. ..................59 表3.8 PPDT、PANI電聚合時間減半之實驗結果................62 表3.9 三種不同製備方法之Tafel plot防鏽參數.. ............66 表3.10 三種不同製備方法的實驗結果. ......................66 表3.11 不同反應時間塗佈聚苯胺膜於鐵片上之Tafel plot防鏽參數...........70 表3.12不同反應時間製備聚苯胺膜於鐵片上的實驗結果.........70 表3.13 不同PMMA克數製備聚苯胺膜之Tafel plot防鏽參數…………….............................................73 表3.14 不同旋轉塗佈時間塗佈聚苯胺膜於鐵片上之Tafel plot防鏽 參數..............................................76 表3.15 不同旋轉塗佈時間製備聚苯胺膜於鐵片上的實驗結.......................................................76 表3.16 不同電聚合聚苯胺時間塗佈聚苯胺膜於鐵片上之Tafel plot 防鏽參數. ........................................79 |
參考文獻 |
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