[01848396]聚苯胺纳米杂化材料的构筑、绿色合成及其在涂料工程中的应用

采用富锌等重金属防腐油漆是减缓金属腐蚀速度的一种传统方法,但其存在有机挥发份（VOC）及重金属排放等环境污染问题,开发环保（无重金属以及低VOC排放）的新型涂料体系迫在眉睫。聚苯胺等导电高分子被认为是一种有应用潜力的绿色防腐材料,然而,由于聚苯胺的金属防腐机理没有完全明确,使其电化学防腐作用只在pH低于5的环境中显现,且化学规模制备产生的废水难以达到排放标准,使得聚苯胺防腐材料至今未形成商品。项目组在国家科技部,科技人员服务企业行动项目以及江苏省高校自然科学研究重大项目的资助下,针对上述难题与挑战,联合高校学科型企业,利用扬州大学地方研究院新型研发机构平台,历经10年的持续基础与应用创新研究,获得主要创新点如下： 1、项目分别采用共聚pH活性苯胺衍生物单体、大分子酸掺杂以及碳纳米材料电子转移掺杂设计原理,构筑了四种聚苯胺纳米杂化途径,将聚苯胺的氧化还原活性从pH为5拓展到11,从而拓宽了聚苯胺电化学防腐的pH范围。 2、通过构建聚苯胺纳米杂化材料的纳米复合涂层,揭示出涂层中的聚苯胺纳米杂化材料的金属防腐机理。实现了通过改变金属防腐机理而设计出新一代高效、绿色新型纳米复合防腐涂层材料,技术指标在机械力学性能以及耐化学腐蚀性能大大超过油性富锌涂料。相比富锌涂料金属锌粉对钢铁的“阴极保护作用”,聚苯胺纳米杂化材料在广泛的pH环境中具有高效阻隔、可逆的得失电子及其电子传导以及金属表面钝化催化等协同金属防腐机制。 3、顺序采用化学沉淀、絮凝、磁介孔吸附以及好氧-厌氧微生物氧化组合工艺,绿色化处理氧化聚合法规模生产聚苯胺产生的废水,实现了低成本达到排放标准的目标,最终使聚苯胺及其纳米杂化材料得以产业化。其中关键技术是发现磁性介孔二氧化硅对苯胺衍生物具有强而快的吸附、可磁分离及可脱吸附的特点,因此,废水处理工艺中采用磁介孔吸附单元操作,降低了苯胺氧化聚合废水处理的难度,解决了低成本处理难题。 项目在国内外学术期刊发表论文19篇,申请国家发明专利14件,已授权11件。“钢铁铸件环氧纳米防腐涂层材料及涂覆技术规范”获得2017年第二批中国石化联合会团体标准立项,国内外还未见类似的标准。中国石油与化学联合会组织的科技成果鉴定评价：项目整体技术水平达到国际先进。 项目专利产品PAASA@rGO、A-g-EP-PANI以及PANI@CNT分别被国内外知名涂料企业应用于环保型防腐涂料、导静电防腐涂料以及水性环氧纳米功能工业防腐涂料等新品的开发,相比传统涂料,不仅原材料成本大幅度降低,而且技术指标大幅度提高。近三年,开发的环保型防腐涂料销售168,688万元,新增利税56,703万元,通过减少锌粉与有机溶剂的使用节支总额18,158万元。 利用本项目专利产品开发的环保型涂料已在空军武器装备系统海防地对空移动式导弹发射装置载车防腐底涂、氯碱车间修复防腐工程、电信铁塔涂装工程、污水处理整套装置防腐工程、以及锂离子电池领域腐蚀严重不锈钢焚烧炉防腐等工程中得到推广应用。其中无溶剂与水性环氧纳米复合防腐涂料共开发了50万吨,与油漆相比,节约溶剂在30万吨以上,减少溶剂年排放量6万吨,减少锌粉用量达到3000吨,显著减少有毒有机挥发份与重金属的污染,缓解了环境压力;新增新型环保型防腐涂料研发与应用工程师120多个岗位。取得显著的经济、生态环境以及社会效益。