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系統識別號 U0002-2008201016162000
中文論文名稱 添加抑制劑電聚合苯胺增加碳鋼的抗腐蝕研究
英文論文名稱 Addition of inhibitors in the electropolymerization of aniline to enhance corrosion resistance of carbon steel
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 化學學系碩士班
系所名稱(英) Department of Chemistry
學年度 98
學期 2
出版年 99
研究生中文姓名 林尹壬
研究生英文姓名 Yin-Jen Lin
學號 697160710
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2010-07-23
論文頁數 103頁
口試委員 指導教授-高惠春
委員-張錦泉
委員-黃何雄
中文關鍵字 抑制劑  聚苯胺  鉬酸鈉  腐蝕 
英文關鍵字 inhibitor  polyaniline  sodium molybdate  corrosion 
學科別分類 學科別自然科學化學
中文摘要 本研究主要是在電聚合聚苯胺的電解液中添加不同種類的抑制劑,目的在抑制基材鐵片(SAE1018)被酸性的電解液侵蝕,並且增加電聚合聚苯胺的附著力。以0.20 M磷酸催化0.15 M苯胺,電聚合4 h可降低腐蝕速率從0.39 mm/year至0.34 mm/year。在 pH值3.0的緩衝液中電聚合聚苯胺3 h,可提升附著力從2B (15-35%脫落面積)至3B (5-15%)。在相同的緩衝液中添加腐蝕抑制劑如:硝酸鈉、鉬酸鈉、鎢酸鈉、草酸鈉或乙二胺四乙酸(H4EDTA),並電聚合聚苯胺1 h。由電化學測量結果看來前三者較好的添加濃度為1.0 × 10-3 M;後兩者較好的添加濃度為5.0 × 10-3 M。鉬酸鈉與 H4EDTA的 Tafel測試有較低腐蝕速率(0.22 mm/year);EIS測試有較高阻抗(322 ohm);;鹽霧測試時間可達7 h。5種抑制劑的優劣順序為鉬酸鈉 > H4EDTA > 鎢酸鈉 > 草酸鈉 > 硝酸鈉。附著力測試中,添加硝酸鈉、鉬酸鈉與鎢酸鈉可以提升聚苯胺對鐵片基材的附著力至4B。綜合上述,鉬酸鈉有最佳腐蝕抑制效果。
英文摘要 In this research, several inhibotors were added into the solution during the electropolymerization of aniline in order to suppress the corrosion rate and increase the adhesion of polyaniline on the substrate (SAE1018). Catalyzing 0.15 M aniline by 0.20 M phosphoric acid and electropolymerization for 4 h, polyaniline decreases the corrosion rate of the substrate from 0.39 mm/year to 0.34 mm/year. On the other hand, electropolymerization of aniline for 3 h in a pH 3.0 buffer solusion, the adhesion of the polyaniline on the substrate increases from 2B (15-35% area removing) to 3B (5-15%). Sodium nitrate, sodium molybdate, sodium tungstate, sodium oxalic acid, or ethylenediaminetetraacetic acid (H4EDTA) is added as corrosion inhibitors to a pH 3.0 buffer solution and electropolymerization for 1 h, the best inhibitor concentration found is 1.0 × 10-3 M for the former three; and for the latter two, they are 5.0 × 10-3 M by the electrochemical test. Sodium molybdate and H4EDTA have a lower corrosion rate (0.22 mm/year) found by the Tafel plot; a higher resistance (322 ohm)by the EIS (electrochemical impedance spectroscopy) measurement; and the salt spray test (SST) reaches to 7 h. The decreasing order of the inhibitors on the corrosion rate is: sodium molybdate > H4EDTA > sodium tungstate > sodium oxalic acid > sodium nitrate. In the adhesion test, adding sodium nitrate, sodium molybdate, or sodium tungstate the adhesion of polyaniline on the substrate increases to 4B (5%). In conclusion, sodium molybdate is the best corrosion inhibitor among them.
論文目次 目 錄
目錄........................................... I

圖索引......................................... VI

表索引......................................... XII


第一章 緒論................................... 1
1-1 腐蝕概論........................................ 1
1-1-1 腐蝕原理...................................... 2
1-1-2 腐蝕熱力學.................................... 3
1-1-3 腐蝕電化學原理與應用.......................... 4
1-1-4 被覆膜防腐蝕原理.............................. 7
1-2 共軛導電高分子的發展歷史......................... 8
1-3 聚苯胺之歷史..................................... 11
1-3-1 聚苯胺之基本結構.............................. 11
1-3-2 聚苯胺合成.................................... 14
1-3-3 聚苯胺之定性與定量分析........................ 14
1-3-4 聚苯胺之防腐蝕研究............................ 15
1-3-4-1 聚苯胺防鏽機制............................ 15
1-3-4-2 聚苯胺防鏽效能的提昇...................... 16
1-4 Buffer pH值....................................... 18
1-5 鈍化............................................. 18
1-5-1 鈍化膜理論.................................... 19
1-6 抑制劑........................................... 21
1-6-1 抑制劑的歷史.................................. 21
1-6-2 抑制劑的種類.................................. 22
1-6-3 抑制劑的防鏽機制.............................. 23
1-7 研究動機......................................... 24
第二章 實驗................................... 25
2-1 藥品............................................. 25
2-2 實驗儀器與使用方法............................... 26
2-2-1 研磨拋光機.................................... 26
2-2-2 超音波震盪儀.................................. 27
2-2-3 數位式電源供應器.............................. 27
2-2-4 鹽水噴霧機.................................... 28
2-2-5 附著力測試器.................................. 29
2-2-6 鉛筆式硬度計.................................. 30
2-2-7 膜厚測定儀.................................... 31
2-2-8 恆電位儀...................................... 32
2-2-8-1 開放電流電位.............................. 33
2-2-8-2 Tafel Plot.................................. 33
2-2-8-3 交流阻抗.................................. 34
2-2-9 掃描式電子顯微鏡.............................. 34
2-3 實驗部分........................................ 34
2-3-1 基材的成份及前處理............................ 34
2-3-2 純化苯胺...................................... 35
2-3-3 電解液、不同 pH值電解液、抑制劑溶液製備...... 35
2-3-3-1 ANI電解液................................ 35
2-3-3-2 不同 pH值電解液.......................... 35
2-3-3-3 抑制劑溶液................................ 35
2-3-4 電聚合PANI................................... 36
2-3-5 實驗流程...................................... 36
2-3-5-1 聚苯胺單層膜.............................. 36
2-3-5-2 緩衝溶液聚苯胺單層膜...................... 36
2-3-5-3 抑制劑聚苯胺單層膜........................ 37
第三章 結果與討論............................. 38
3-1 第一部分―聚苯胺單層膜........................ 38
3-1-1 電聚合時間對聚苯胺防鏽效果的影響.............. 38
3-1-2 由SEM觀察電聚合聚苯胺的結果................. 42
3-1-3 電聚合聚苯胺膜厚、硬度與附著力測試............ 46
3-2 第二部分―不同 pH值緩衝液的效果................. 48
3-2-1 各種 pH值的緩衝液之 Tafel測試................ 48
3-2-2 各種 pH值的緩衝液之 EIS測試................. 52
3-2-3 各種 pH值的緩衝液對於 Ocp測試............... 54
3-2-4 各種 pH值的緩衝液對於鹽霧與附著力測試........ 56
3-3 第三部分―添加抑制劑電聚合聚苯胺................. 59
3-3-1 添加硝酸鈉抑制劑............................. 59
3-3-1-1 不同鐵片處理並添加硝酸鈉.................. 59
3-3-1-2 添加硝酸鈉電聚合不同時間.................. 64
3-3-1-3 添加不同濃度硝酸鈉電聚合聚苯胺之 EIS測量.. 69
3-3-2 添加鉬酸鈉抑制劑............................. 71
3-3-2-1 添加鉬酸鈉抑制劑 Tafel測試................ 71
3-3-2-2 添加鉬酸鈉抑制劑 EIS測試................. 74
3-3-3 添加鎢酸鈉抑制劑............................. 76
3-3-3-1 添加鎢酸鈉抑制劑 Tafel測試................ 76
3-3-3-2 添加鎢酸鈉抑制劑 EIS測試................. 79
3-3-4 添加草酸鈉抑制劑............................. 81
3-3-4-1 添加草酸鈉抑制劑 Tafel測試................ 81
3-3-4-2 添加草酸鈉抑制劑 EIS測試................. 84
3-3-5 添加 H4EDTA抑制劑.......................... 86
3-3-5-1 添加H4EDTA抑制劑 Tafel測試.............. 86
3-3-5-2 添加 H4EDTA抑制劑 EIS測試.............. 89
3-3-6 由電化學測是比較各種抑制劑................... 91
3-3-7 由 SEM觀察添加抑制劑所聚合的聚苯胺......... 95
3-3-8 添加抑制劑聚合聚苯胺之鹽霧與附著力測試....... 98
第四章 結論................................... 100
參考文獻....................................... 101









圖 索 引
圖1-1 Tafel plot................................... 7
圖1-2 聚苯胺基本結構............................. 8
圖1-3 聚苯胺五種型態............................. 13
圖1-4 聚苯胺五種型態彼此間的摻雜與去摻雜及氧化還原反應....................................
13
圖1-5 聚苯胺結構中官能基的名稱................... 14
圖1-6 聚苯胺孔洞的防鏽機制...................... 16
圖1-7 (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.................

17
圖2-1 OM-G2-007 研磨拋光機...................... 26
圖2-2 Chrom Tech UC-3120B (H)單頻超音波震盪儀..... 27
圖2-3 型號HPT1001數位式電源供應器.............. 28
圖2-4 Chtek SH-90型鹽水噴霧試驗機................ 29
圖2-5 JL-1540刮刀................................ 29
圖2-6 台灣錦亮B-3084T3鉛筆式硬度計............... 31
圖2-7 Fischer Deltascope MP10磁性、電感應式膜厚儀與探針.......................................
32
圖2-8 AutoLab PGSTAT100恆電位儀................. 32
圖2-9 三電極法.................................. 33
圖3-1 短時間內,電聚合聚苯胺單層膜與裸鐵之 Tafel曲線圖.......................................
39
圖3-2 長時間中,電聚合聚苯胺單層膜與裸鐵之 Tafel曲線圖.......................................
39
圖3-3 不同時間電聚合聚苯胺所對應之腐蝕電位圖..... 40
圖3-4 不同時間電聚合聚苯胺所對應之腐蝕電流密度圖. 41
圖3-5 不同時間電聚合聚苯胺所對應之腐蝕電阻圖..... 41
圖3-6 不同時間電聚合聚苯胺所對應之防鏽效能圖..... 42
圖3-7 電聚合聚苯胺10 min之 SEM圖.............. 43
圖3-8 電聚合聚苯胺10 min之 SEM圖.............. 43
圖3-9 電聚合聚苯胺20 min之 SEM圖............... 43
圖3-10 電聚合聚苯胺20 min之 SEM圖............... 44
圖3-11 電聚合聚苯胺60 min之 SEM圖............... 44
圖3-12 電聚合聚苯胺240 min之 SEM圖.............. 45
圖3-13 電聚合聚苯胺360 min之 SEM圖.............. 45
圖3-14 電聚合聚苯胺360 min之 SEM圖.............. 46
圖3-15 不同時間電聚合聚苯胺所對應之膜厚圖......... 46
圖3-16 各種 pH緩衝液電聚合聚苯胺之 Tafel曲線圖.... 49
圖3-17 各種 pH緩衝液電聚合聚苯胺之腐蝕電位圖..... 50
圖3-18 各種 pH緩衝液電聚合聚苯胺之腐蝕電流密度圖. 51
圖3-19 各種 pH緩衝液電聚合聚苯胺之腐蝕電阻圖..... 51
圖3-20 各種 pH緩衝液電聚合聚苯胺之防鏽效能圖..... 52
圖3-21 EIS測試中模擬的等效電路.................... 52
圖3-22 各種 pH緩衝液電聚合聚苯胺之 EIS圖......... 53
圖3-23 各種 pH緩衝電解液電聚合聚苯胺之交流電阻圖. 54
圖3-24 各種 pH緩衝液電聚合聚苯胺之 Ocp圖........ 55
圖3-25 各種 pH緩衝液電聚合聚苯胺之 10800 sec電位圖 56
圖3-26 各種 pH緩衝液電聚合聚苯胺之膜厚圖......... 57
圖3-27 各種 pH緩衝液電聚合聚苯胺之鹽霧測試時間圖. 58
圖3-28 方法一鐵片處理添加 NaNO3抑制劑之 Tafel曲線圖.........................................
60
圖3-29 方法二鐵片處理添加 NaNO3抑制劑之 Tafel曲線圖.........................................
61
圖3-30 兩種方法鐵片處理添加 NaNO3抑制劑之腐蝕電位圖.........................................
62
圖3-31 兩種方法鐵片處理添加 NaNO3抑制劑之腐蝕電流密度圖.....................................
63
圖3-32 兩種方法鐵片處理添加 NaNO3抑制劑之腐蝕電阻圖.........................................
63
圖3-33 兩種方法鐵片處理添加 NaNO3抑制劑之防鏽效能圖.........................................
64
圖3-34 添加 NaNO3抑制劑電聚合3 h之 Tafel曲線圖.... 65
圖3-35 添加 NaNO3抑制劑電聚合1 h之 Tafel曲線圖... 66
圖3-36 添加 NaNO3抑制劑電聚合0.5 h之 Tafel曲線圖.. 67
圖3-37 添加 NaNO3抑制劑電聚合不同時間之腐蝕電位圖 68
圖3-38 添加 NaNO3抑制劑電聚合不同時間之腐蝕電流密度圖.......................................
68
圖3-39 添加 NaNO3抑制劑電聚合不同時間之腐蝕電阻圖 69
圖3-40 添加不同濃度 NaNO3抑制劑之 EIS圖......... 70
圖3-41 添加不同濃度 NaNO3抑制劑之交流阻抗圖...... 71
圖3-42 添加不同濃度 Na2MoO4抑制劑之 Tafel 曲線圖.. 72
圖3-43 添加不同濃度 Na2MoO4抑制劑之腐蝕電位圖.... 73
圖3-44 添加不同濃度 Na2MoO4抑制劑之腐蝕電流密度圖 73
圖3-45 添加不同濃度 Na2MoO4抑制劑之防鏽效能圖.... 74
圖3-46 添加不同濃度 Na2MoO4抑制劑之 EIS圖........ 75
圖3-47 添加不同濃度 Na2MoO4抑制劑之交流阻抗圖.... 76
圖3-48 添加不同濃度 Na2WO4抑制劑之 Tafel 曲線圖... 77
圖3-49 添加不同濃度 Na2WO4抑制劑之腐蝕電位圖..... 78
圖3-50 添加不同濃度 Na2WO4抑制劑之腐蝕電流密度圖. 78
圖3-51 添加不同濃度 Na2WO4抑制劑之防鏽效能圖..... 79
圖3-52 添加不同濃度 Na2WO4抑制劑之 EIS圖......... 80
圖3-53 添加不同濃度 Na2WO4抑制劑之交流阻抗圖..... 81
圖3-54 添加不同濃度(NaCOO)2抑制劑之 Tafel曲線圖... 82
圖3-55 添加不同濃度(NaCOO)2抑制劑之腐蝕電位圖.... 83
圖3-56 添加不同濃度(NaCOO)2抑制劑之腐蝕電流密度圖 83
圖3-57 添加不同濃度(NaCOO)2抑制劑之防鏽效能圖.... 84
圖3-58 添加不同濃度(NaCOO)2抑制劑之 EIS圖........ 85
圖3-59 添加不同濃度 (NaCOO)2抑制劑之交流阻抗圖... 86
圖3-60 添加不同濃度 H4EDTA抑制劑之 Tafel 曲線圖.. 87
圖3-61 添加不同濃度 H4EDTA抑制劑之腐蝕電位圖... 88
圖3-62 添加不同濃度 H4EDTA抑制劑之腐蝕電流密度圖 88
圖3-63 添加不同濃度 H4EDTA抑制劑之防鏽效能圖... 89
圖3-64 添加不同濃度 H4EDTA抑制劑之 EIS圖....... 90
圖3-65 添加不同濃度 H4EDTA抑制劑之交流阻抗圖... 91
圖3-66 不同濃度抑制劑之腐蝕電位圖................. 92
圖3-67 不同濃度抑制劑之交流阻抗圖................. 92
圖3-68 各種抑制劑的較佳濃度之 Tafel圖.............. 93
圖3-69 各種抑制劑的較佳濃度之腐蝕電位圖........... 93
圖3-70 各種抑制劑的較佳濃度之 EIS圖............... 94
圖3-71 各種抑制劑的較佳濃度之交流阻抗值........... 94
圖3-72 各種抑制劑的較佳濃度之相位角............... 95
圖3-73 硝酸鈉抑制劑電聚合聚苯胺之 SEM圖......... 96
圖3-74 鉬酸鈉抑制劑電聚合聚苯胺之 SEM圖......... 96
圖3-75 鎢酸鈉抑制劑電聚合聚苯胺之 SEM圖......... 97
圖3-76 草酸鈉抑制劑電聚合聚苯胺之 SEM圖......... 97
圖3-77 H4EDTA抑制劑電聚合聚苯胺之 SEM圖........ 97
圖3-78 各種抑制劑濃度的鹽霧時間圖................. 99






表 索 引
表1-1 常見的共軛導電高分子...................... 10
表2-1 實驗藥品基本物理性質及來源................ 25
表2-2 研磨拋光機功能與規格...................... 26
表2-3 附著力ISO試驗等級判別表(ISO 2409:1992(E)).. 30
表2-4 鐵片(SAE 1018)之化學成份................... 34
表3-1 電聚合聚苯胺Tafel plot參數.................. 40
表3-2 電聚合聚苯胺膜厚、硬度與附著力參數......... 47
表3-3 配置不同 pH值緩衝溶液..................... 48
表3-4 各種 pH 值所電聚合聚苯胺之 Tafel plot參數... 50
表3-5 各種 pH 值所電聚合聚苯胺之 EIS plot參數.... 53
表3-6 各種 pH值緩衝液不同時間的電位(V).......... 55
表3-7 不同 pH值緩衝液鹽霧測試、膜厚、硬度與附著力參數....................................
57
表3-8 2種鐵片處理方法的比較..................... 59
表3-9 方法一添加硝酸鈉之 Tafel plot參數........... 61
表3-10 方法二添加硝酸鈉之 Tafel plot參數........... 62
表3-11 添加硝酸鈉電聚合3 h之 Tafel plot參數........ 65
表3-12 添加硝酸鈉電聚合1 h之 Tafel plot參數........ 66
表3-13 添加硝酸鈉電聚合0.5 h之 Tafel plot參數....... 67
表3-14 添加硝酸鈉電聚合聚苯胺之 EIS polt參數....... 70
表3-15 添加鉬酸鈉電聚合聚苯胺之 Tafel plot參數..... 72
表3-16 添加鉬酸鈉電聚合聚苯胺之 EIS polt參數...... 75
表3-17 添加鎢酸鈉電聚合聚苯胺之 Tafel plot參數..... 77
表3-18 添加鎢酸鈉電聚合聚苯胺之 EIS polt參數...... 80
表3-19 添加草酸鈉電聚合聚苯胺之 Tafel plot參數..... 82
表3-20 添加草酸鈉電聚合聚苯胺之 EIS polt參數...... 85
表3-21 添加H4EDTA電聚合聚苯胺之 Tafel plot參數. .. 87
表3-22 添加H4EDTA電聚合聚苯胺之 EIS polt參數.... 90
表3-23 各種抑制劑濃度的鹽霧時間(h) ................ 98
表3-24 各種抑制劑濃度的膜厚(µm) .................. 98
表3-25 各種抑制劑的硬度與附著力.................. 99


參考文獻 參考資料
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