Page 31 - 2025年7月防腐蚀专辑

苏 洋等：聚乙烯吡 烷酮协助导电聚合物防腐涂层的构建及性能研究

PVP/PPY 涂层体系在 H SO 溶液中的耐腐蚀性 ， 层电阻，Z 为扩散阻抗。CPE 的阻抗值可由式（1）
2 4 w
Nyquist图如图5（a）所示。 表示 。
[17]
n 式（1）
Z =1/[Y（j ）]
0
CPE
; ?eDN 间，其中 n=1表示理想电容；为 数单位； 为施加的
式中：Y 和 n 分别为 CPE 常数，n 的范围在 0~1 之
0

; ?eDN （Ω·cm 2 ） -Z″/ 交流电压的角频率。 c c
j
（Ω·cm 2 ）

由表 2 可见，PANI-PVP/PPY 涂层的 R 明显低于

-Z″/
PANI-PVP 涂层的。R 由聚合物链上的电子移动电
0. 5

[18]

i
e
; ?eDN 阻（R）和聚合物孔隙内的电解质电阻（R）构成 ，因
Z′（Ω·cm ）
2
此，PANI-PVP/PPY 涂层低的 R 表明该涂层具有良好
/
c
的导电性能，这与涂层外层 PPY 的引入有关。由于

Z′（Ω·cm） PANI-PVP/PPY 复合涂层中外层 PPY 由植酸掺杂，大
2
/
; ?eDN
?1 1 1 ?1 1 1 11
分子的植酸根离子难以从 PPY 结构中脱掺杂，且掺
（a）—Nyquist图 杂阴离子的 PPY 外层具有阳离子选择透过性，可排
2 环境中带负电荷的腐蚀性阴离子，发挥良好的阳
D
极保护作用 。同时，由图 5 可见，PANI-PVP/PPY 复
[15]
合涂层低频区的扩散近似垂直于 X ，呈现有限长度

2 : 的扩散特征，表明扩散过程由涂层内的电荷扩散主
D
（b）—EIS拟合电路 导，而非溶液中的离子扩散，涂层对腐蚀环境具有良
[19]
图5 涂 覆 PANI-PVP 与 PANI-PVP/PPY 涂层的 304SS 的 好的屏障作用 。此外，动电位极化测试结果表明
0. 5
Nyquist图和涂层体系的EIS拟合电路 PANI-PVP/PPY 复合涂层体系的自腐蚀电流密度为
Fig. 5 The Nyquist plots of 304SS coated by PANI-PVP and 1. 02×10 A/cm ，明显低于 PANI-PVP 涂层的测试结
2
-6
0. 5
PANI-PVP/PPY coatings and the fitted electric circuits
果（5. 74×10 A/cm）。因此，与 PANI-PVP 涂层相
2
-6
0. 5
of coated 304SS
比，PANI-PVP/PPY复合涂层具有更优异的防腐性能。
由图5可见，涂覆PANI-PVP 及PANI-PVP/PPY 涂层具有可靠的服役稳定性，是其应用于不锈
0. 5
涂层的 304SS 的 Nyquist 图在高频区均呈现电容环， 钢防腐的前提，可通过模拟腐蚀环境，应用 EIS 技术
低频区出现扩散特征，且由图 5（a）中放大的 图可 测试涂层体系长期服役时的防腐稳定性 。图 6 为
[20]
见，两类涂层在高频区域均具有较小的电容环，表明 PANI-PVP 涂层和 PANI-PVP/PPY 涂层在腐蚀环境
0. 5
涂层导电性能良好 。根据样品的 EIS 特征，通过图 中浸泡360 h过程中的Nyquist图。
[16]
5（b）所示的电路图对两类涂层体系的 EIS 谱图进行 由图 6（a）可见，在整个服役过程中，PANI-PVP 0. 5
数据拟合，所得到的主要参数如表 2所示。 涂层体系的 Nyquist图均由高频区域的容抗弧和低频
表2 PANI-PVP 与 PANI-PVP/PP 涂层体 的 区域的扩散组成。由放大的 图可见，在腐蚀环境
0. 5
EIS拟合参数 中浸泡0~120 h时，PANI-PVP 涂层体系容抗弧半径
0. 5
Table 2 The fitted EIS parameters of PANI-PVP 0. 5 增长缓慢，120 h之后，容抗弧半径增长速度加快。这
and PANI-PVP/PP coating systems 与涂层中 PANI 的还原过程有关，随着服役时间的增
项目 PANI-PVP 0. 5 PANI-PVP/PP 加，PANI 逐渐由掺杂的氧化态转变为导电性差的还
R /（Ω·cm） 7. 47 5. 98 原态。在长期服役条件下，当还原态聚合物的占比
2
s 越来越多，会导致 PANI-PVP 的阳极保护作用一定
n
Y /（Ω ·cm ·s ） 1. 67×10 -5 7. 28×10 -5 0. 5
-1
-2
0 程度的减弱 。
[5]
R /（Ω·cm） 13. 05 1. 84
2
c
由图 6（b）可知，服役 360 h 内，涂层呈现一致的
Z /（Ω·cm） 68. 65 9. 86
2
w
EIS 特征。由图中放大的 图可见，PANI-PVP/PPY
图 5（b）的元件中，R 为溶液电阻，由于弥散效应 复合涂层在浸泡期间的容抗弧变化很小，表明涂层
s
的存在，以 CPE 代替电容，CPE 为涂层电容，R 为涂 服役过程中稳定性较好。这是由于外层 PPY 聚合物
c c
28