CN102061479A - 铝表面抗腐蚀多层有机复合薄膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝表面抗腐蚀多层有机复合薄膜的制备方法。本发明以巯丙基三甲氧基硅烷、多巴胺和十四酰氯为原料，利用分子间的化学反应在铝表面上制备多层复合薄膜。薄膜具有良好的抗腐蚀性能，可以用作金属腐蚀防护涂层，而且解决了传统含铬涂层的毒性对人体和环境的危害。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝表面抗腐蚀多层有机复合薄膜的制备方法。
背景技术
金属铝被广泛应用于航空、建筑、汽车等工业领域，是工程应用不可或缺的金属材料。在铝表面有一层天然形成的氧化膜，能够保护材料抵抗腐蚀。然而在强烈的腐蚀环境中，氧化膜容易被破坏掉。因此，为了保护金属，防腐蚀涂层得到广泛的研究和应用。传统的防腐涂层一般含有铬，防腐蚀效果好，但对人体毒害大，对环境污染严重，并且镀铬的设备比较昂贵。因此，开发一种新型、不含铬的环境友好型防腐蚀涂层十分必要。
近年来，有机薄膜在抗腐蚀方面的应用得到关注，发现具有交联结构的聚合物有机薄膜抗腐蚀性能最为突出。影响聚合物薄膜抗腐蚀性能的因素很多，主要包括以下几点：薄膜和基底的结合强度；薄膜的内在交联结构；薄膜的疏水性能等。然而，与基底结合牢固的聚合物一般含有大量的极性官能团，疏水性能差。利用不同分子间相互作用，构造一种与基底结合牢固且表面疏水的聚合物多层复合薄膜有望解决上述问题。
聚多巴胺薄膜是一种制备过程简单、结构致密的聚合物薄膜，能以不同强度吸附在各种材料的表面，且能与含巯基的分子发生化学反应，结合尤为牢固；另外，薄膜表面含有大量的氨基基团，为薄膜进一步改性创造了条件。根据聚多巴胺的这些特性，期望在铝表面制备一种以聚多巴胺为主要交联结构的抗腐蚀性能优异的聚合物薄膜：首先在铝表面利用巯丙基三甲氧基硅烷自组装膜作为过渡层来增强聚多巴胺与基底的结合强度；最后在聚多巴胺薄膜的表面接枝长链烷基酰氯来提高薄膜的疏水性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种铝表面抗腐蚀多层复合有机薄膜的制备方法，以解决传统含铬涂层的毒性对人体和环境的危害。
本发明以巯丙基三甲氧基硅烷、多巴胺和十四酰氯为原料，利用分子间的化学反应在铝表面上制备多层复合薄膜。
一种铝表面抗腐蚀多层有机复合薄膜的制备方法，其特征在于将巯丙基三甲氧基硅烷溶解于正己烷中；以铝片作基底，使用前进行清洗；将清洗铝片置于巯丙基三甲氧基硅烷的正己烷溶液中；取出后经丙酮彻底清洗并吹干；多巴胺溶解于三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲溶液中，控制pH＝8-9；将组装有巯丙基三甲氧基硅烷的铝片放置于溶液中浸泡2～6小时，同时搅拌；取出后经丙酮、水清洗并吹干；十四酰氯环己烷溶液，加入微量三乙胺；将经过巯丙基三甲氧基硅烷、聚多巴胺修饰过的铝片置于溶液中20-30小时；取出后经丙酮、水清洗并吹干，在铝表面形成抗腐蚀多层有机复合薄膜。
本发明的多层复合有机薄膜具有良好的抗腐蚀性能，可以用作金属腐蚀防护涂层。采用的试验方法如下：
腐蚀试验在上海辰华仪器有限公司CHI760b型电化学工作站上进行。采用动电位极化曲线评价腐蚀防护性能。对电极为铂电极、参比电极为饱和甘汞电极。电解质溶液为3.5％(质量百分比)的氯化钠溶液。试验结果表明，经过彻底清洗的铝片腐蚀电流密度较大，腐蚀电位较负，分别为14910nA/cm2和-0.792V；经过巯丙基三甲氧基硅烷自组装膜修饰并在多巴胺溶液中聚合2小时后，腐蚀电流密度和腐蚀电位分别为1401nA/cm2和-0.744V；延长聚合时间至6小时后，腐蚀电流密度和腐蚀电位分别变为208nA/cm2和-0.739V；将经巯丙基三甲氧基硅烷自组装膜和聚多巴胺薄膜修饰过的铝片接枝上十四酰氯单层之后，腐蚀电流密度进一步降低，腐蚀电位进一步变正，对于聚多巴胺生聚合时间为2小时和6小时的接枝样品，腐蚀电流密度和腐蚀电位分别变为98nA/cm2、-0.663V和43nA/cm2、-0.654V。
以上试验数据表明，本发明以聚多巴胺为主要交联结构的多层复合有机薄膜具有良好的抗腐蚀性能，可用作腐蚀防护涂层。
本发明和现有技术相比有如下优点：
(1)薄膜毒性小，环境友好；
(2)实验过程简单可行，不需要特殊设备。
具体实施方式
实施例1：
(1)配制5mM的巯丙基三甲氧基硅烷正己烷溶液。将20μl的巯丙基三甲氧基硅烷溶解在20mL正己烷中；
(2)以铝片作基底，使用前经丙酮超声清洗3次，每次15分钟；
(3)将洁净的铝片置于巯丙基三甲氧基硅烷的正己烷溶液中浸泡12小时，环境温度15-20℃，相对湿度40％～50％；
(4)取出后分别在丙酮、水中超声清洗3分钟，并吹干；
(5)配制10mM，pH＝8.5的三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲溶液50mL。将0.0606g三羟甲基氨基甲烷溶解在50mL容量瓶去离子水中，加入盐酸调节酸度到pH＝8.5；将0.0862g盐酸多巴胺溶解在50mL三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲溶液中；
(6)将经巯丙基三甲氧基硅烷自组装膜修饰的铝片置于溶解了多巴胺的三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲溶液中聚合2小时，并搅拌；
(7)取出后分别在丙酮、水中超声清洗3分钟，并吹干；
(8)配制10mM十四酰氯环己烷溶液。将56μl十四酰氯溶解在20mL环己烷中，并加入5μl三乙胺；将经巯丙基三甲氧基硅烷自组装膜、聚多巴胺薄膜修饰过的铝片置于十四酰氯溶液中24小时；
(9)取出后分别在丙酮、水中超声清洗3分钟，并吹干。
实施例2：
(1)将聚多巴胺生长时间延长至6小时；
(2)其他步骤同实施例1。
Claims (1)
1.一种铝表面抗腐蚀多层有机复合薄膜的制备方法，其特征在于将巯丙基三甲氧基硅烷溶解于正己烷中；以铝片作基底，使用前进行清洗；将清洗铝片置于巯丙基三甲氧基硅烷的正己烷溶液中；取出后经丙酮彻底清洗并吹干；多巴胺溶解于三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲溶液中，控制pH＝8-9；将组装有巯丙基三甲氧基硅烷的铝片放置于溶液中浸泡2～6小时，同时搅拌；取出后经丙酮、水清洗并吹干；十四酰氯环己烷溶液，加入微量三乙胺；将经过巯丙基三甲氧基硅烷、聚多巴胺修饰过的铝片置于溶液中20-30小时；取出后经丙酮、水清洗并吹干，在铝表面形成抗腐蚀多层有机复合薄膜。
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2009
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