分子在锈层表面的自组装与其耐蚀性能的研究
钢铁很容易在环境中发生腐蚀，这使得我们生产生活中的经济效益大大降低。本文就应对钢铁腐蚀的防护做了一类的研究。本文采用三聚氰胺、2-氨基嘧啶、2-氨基吡啶和不同链长的烷基羧酸，包括乙酸、己酸、月桂酸、硬脂酸合成功能小分子。由于杂环上的N原子和羧酸中的O原子极易在锈层表面与Fe的各种形式形成配位键，很容易在锈层表面实现自组装，从而起到防护作用。另外，在钢铁表面涂覆涂料之前，需要进行比较彻底的预处理，这样费时费力，本实验采用带锈涂料解决了这一难题。本文采用红外光谱表征了合成的功能小分子结构；采用SEM表征了自组装后锈层结构变化；通过极化曲线、交流阻抗分析了自组装的功能小分子侧基链长和杂环主体含N原子数以及涂覆带锈涂料后对锈层耐蚀性的影响。结果表明：经过功能小分子预先处理过的锈层，涂层的耐蚀性能增强且当功能小分子侧链为月桂酸，杂环主体为2-氨基吡啶时，耐蚀性最佳。关键词：腐蚀与防护；自组装；带锈涂料；电化学 目录
第一章 绪论 1
1.1自组装技术 1
1.1.1自组装技术的研究进展 1
1.1.2自组装技术在防腐蚀中的应用 1
1.2分子在金属表面的自组装 2
1.2.1分子在金属表面自组装的主要类别 2
1.2.2自组装膜的制备 3
1.2.3自组装膜的结构组成 4
1.2.4影响自组装过程的因素 4
1.3席夫碱类缓蚀剂 5
1.4带锈涂料 6
1.4.1带锈涂料的概述 6
1.4.2带锈涂料的分类 6
1.4.3溶剂型带锈涂料 7
1.4.4水性带锈涂料 8
1.4.5带锈涂料的研究意义 8
1.4.6带锈涂料的发展 9
1.5 研究内容及意义 9
第2章 功能小分子的合成与表征 11
2.1 实验原料及仪器设备 11
2.1.1 实验原料 11
2.1.2 实验仪器设备 11
2.2 三聚氰胺为分子主体的功能小分子的合成 12
2.2.1 合成路线 12
2.2.2 合成方法 12
2.3 2氨基嘧啶为分子
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
5 研究内容及意义 9
第2章 功能小分子的合成与表征 11
2.1 实验原料及仪器设备 11
2.1.1 实验原料 11
2.1.2 实验仪器设备 11
2.2 三聚氰胺为分子主体的功能小分子的合成 12
2.2.1 合成路线 12
2.2.2 合成方法 12
2.3 2氨基嘧啶为分子主体的功能小分子的合成 13
2.3.1 合成路线 13
2.3.2 合成方法 13
2.4 2氨基吡啶为分子主体的功能小分子的合成 14
2.4.1 合成路线 14
2.4.2 合成方法 14
2.5 结果与讨论 14
2.5.1 分析表征方法 14
2.5.2合成路线中目标产物的表征 15
第3章 功能小分子的结构变化对其与锈层组装的耐蚀性的影响的研究 19
3.1实验原料及仪器设备 19
3.1.1 原料简介 19
3.1.2 实验仪器设备 20
3.2锈层表面与小分子自组装的设计 20
3.3 实验结果与讨论 20
3.3.1 分析表征方法和测试手段 20
3.3.2功能小分子侧基链长对锈层转化效果的耐蚀性的讨论 21
3.3.3功能小分子杂环主体含氮原子个数对锈层转化效果的耐蚀性的讨论 27
第4章 功能小分子对带锈涂层耐蚀性的影响的研究 29
4.1实验原料及仪器设备 29
4.1.1 原料简介 29
4.1.2 实验仪器设备 29
4.2 功能小分子预组装锈层的带锈涂料的制备工艺 29
4.2结果与讨论 30
4.2.2功能小分子自组装锈层对涂层耐蚀性的影响 30
第5章 结论与展望 36
5.1本论文的主要结论 36
5.2 论文的创新之处 36
致 谢 37
第一章 绪论
1.1自组装技术
1.1.1自组装技术的研究进展
最早在1964年自组装技术原理被报导，80年代作为一种成膜技术被广泛研究并且取得了很大的进展。自组装技术不需要复杂贵重的仪器,组装方法简单，得到的自组装膜性能优越，近年来在界面科学，材料科学，生物药学等多个方面应用[1]。
自组装技术就是分子自发地吸附在基底表面形成有序结构的过程。由于分子在基底表面上有序排列会在表面形成一层分子膜，这种分子膜就叫做自组装膜。自组装技术是通过化学吸附和物理吸附使得分子吸附在基底表面上的。化学吸附是指分子与基地表面形成强烈的化学键作用，如含硫醇基团的分子在金表面的自组装等。而物理吸附的组装一般是通过非共价作用如金属有机分子配位作用、偶极偶极、ΠΠ堆积作用、氢键、范德华力等作用来形成自组装膜的。分子是由物理吸附形成时比分子是由化学吸附形成的更加容易扭动、旋转，能够使分子间力的作用体现最佳，因此近年来，物理吸附原理自组装受到了更多的关注[2]。其中金属有机配位键作用下的自组装近年来多被研究。一是由于金属有机分子形成配位键而自组装，这种吸附强度比较高，自组装膜的结构和性质会比较稳定，二是因为引入了金属使得膜的功能更加多样化。另外，超分子化学也在研究自组装技术上取得一定发展。黄仁亮[3]等通过分子间作用力氢键、静电作用的自组装技术组装成的超分子苯丙氨酸二肽类分子可以合成纳米材料还可以用于药物传递、传感分析、和组织修复等领域。
1.1.2自组装技术在防腐蚀中的应用
这种自组装技术形成的自组装膜相较于传统的加入缓蚀剂防止腐蚀有更多的优点。 因为在不同的腐蚀介质中对应于不同的缓蚀剂，也要注意对应的缓蚀剂的溶度使得防腐蚀工作较繁琐、费力，而在金属表面形成自组装膜后对大部分的腐蚀介质都有一定的缓蚀作用。此外，由于自组装膜分子有序排列因此得到的结构非常稳定，它除了减缓腐蚀,还具有减小磨擦和降低磨损的作用。
目前主要研究使用硫醇类化合物在Cu、Au 、Fe 表面进行自组装从而对这些金属的保护，但关于在钢铁表面进行自组装的研究却不足。由于铁在空气中极易被氧化，所以其自组装膜的稳定性很难达到规定的要求[4]。如部分研究结果表明，只有在净铁表面，硫醇类化合物才可以通过形成SFe键发生化学吸附达到自组装的目的。因此研究铁表面自组装膜来达到防腐蚀效果成为当下自组装膜技术研究的热点。
日本研究者Aramaki[5]对铁表面的自组膜做了许多的科研工作,主要是研究了不同链长的羧酸盐(CnH2nCO2 ,n=1218)所形成的自组装膜，并研究了采用双层自组装膜对铁的钝化膜上的保护，这一研究为金属铁自组装膜防止腐蚀提供了新的思路。William[6]等人研究了油酸咪哇琳类化合物在铁上形成自组装膜，完整地提出了组装机理并且探讨了影响组装质量的因素。
1.2分子在金属表面的自组装
1.2.1分子在金属表面自组装的主要类别
（1）硫醇类：
金属与巯基之间强烈发生的键合会形成硫醇类自组装膜。这种自组装行为存在
第一章 绪论 1
1.1自组装技术 1
1.1.1自组装技术的研究进展 1
1.1.2自组装技术在防腐蚀中的应用 1
1.2分子在金属表面的自组装 2
1.2.1分子在金属表面自组装的主要类别 2
1.2.2自组装膜的制备 3
1.2.3自组装膜的结构组成 4
1.2.4影响自组装过程的因素 4
1.3席夫碱类缓蚀剂 5
1.4带锈涂料 6
1.4.1带锈涂料的概述 6
1.4.2带锈涂料的分类 6
1.4.3溶剂型带锈涂料 7
1.4.4水性带锈涂料 8
1.4.5带锈涂料的研究意义 8
1.4.6带锈涂料的发展 9
1.5 研究内容及意义 9
第2章 功能小分子的合成与表征 11
2.1 实验原料及仪器设备 11
2.1.1 实验原料 11
2.1.2 实验仪器设备 11
2.2 三聚氰胺为分子主体的功能小分子的合成 12
2.2.1 合成路线 12
2.2.2 合成方法 12
2.3 2氨基嘧啶为分子
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5 研究内容及意义 9
第2章 功能小分子的合成与表征 11
2.1 实验原料及仪器设备 11
2.1.1 实验原料 11
2.1.2 实验仪器设备 11
2.2 三聚氰胺为分子主体的功能小分子的合成 12
2.2.1 合成路线 12
2.2.2 合成方法 12
2.3 2氨基嘧啶为分子主体的功能小分子的合成 13
2.3.1 合成路线 13
2.3.2 合成方法 13
2.4 2氨基吡啶为分子主体的功能小分子的合成 14
2.4.1 合成路线 14
2.4.2 合成方法 14
2.5 结果与讨论 14
2.5.1 分析表征方法 14
2.5.2合成路线中目标产物的表征 15
第3章 功能小分子的结构变化对其与锈层组装的耐蚀性的影响的研究 19
3.1实验原料及仪器设备 19
3.1.1 原料简介 19
3.1.2 实验仪器设备 20
3.2锈层表面与小分子自组装的设计 20
3.3 实验结果与讨论 20
3.3.1 分析表征方法和测试手段 20
3.3.2功能小分子侧基链长对锈层转化效果的耐蚀性的讨论 21
3.3.3功能小分子杂环主体含氮原子个数对锈层转化效果的耐蚀性的讨论 27
第4章 功能小分子对带锈涂层耐蚀性的影响的研究 29
4.1实验原料及仪器设备 29
4.1.1 原料简介 29
4.1.2 实验仪器设备 29
4.2 功能小分子预组装锈层的带锈涂料的制备工艺 29
4.2结果与讨论 30
4.2.2功能小分子自组装锈层对涂层耐蚀性的影响 30
第5章 结论与展望 36
5.1本论文的主要结论 36
5.2 论文的创新之处 36
致 谢 37
第一章 绪论
1.1自组装技术
1.1.1自组装技术的研究进展
最早在1964年自组装技术原理被报导，80年代作为一种成膜技术被广泛研究并且取得了很大的进展。自组装技术不需要复杂贵重的仪器,组装方法简单，得到的自组装膜性能优越，近年来在界面科学，材料科学，生物药学等多个方面应用[1]。
自组装技术就是分子自发地吸附在基底表面形成有序结构的过程。由于分子在基底表面上有序排列会在表面形成一层分子膜，这种分子膜就叫做自组装膜。自组装技术是通过化学吸附和物理吸附使得分子吸附在基底表面上的。化学吸附是指分子与基地表面形成强烈的化学键作用，如含硫醇基团的分子在金表面的自组装等。而物理吸附的组装一般是通过非共价作用如金属有机分子配位作用、偶极偶极、ΠΠ堆积作用、氢键、范德华力等作用来形成自组装膜的。分子是由物理吸附形成时比分子是由化学吸附形成的更加容易扭动、旋转，能够使分子间力的作用体现最佳，因此近年来，物理吸附原理自组装受到了更多的关注[2]。其中金属有机配位键作用下的自组装近年来多被研究。一是由于金属有机分子形成配位键而自组装，这种吸附强度比较高，自组装膜的结构和性质会比较稳定，二是因为引入了金属使得膜的功能更加多样化。另外，超分子化学也在研究自组装技术上取得一定发展。黄仁亮[3]等通过分子间作用力氢键、静电作用的自组装技术组装成的超分子苯丙氨酸二肽类分子可以合成纳米材料还可以用于药物传递、传感分析、和组织修复等领域。
1.1.2自组装技术在防腐蚀中的应用
这种自组装技术形成的自组装膜相较于传统的加入缓蚀剂防止腐蚀有更多的优点。 因为在不同的腐蚀介质中对应于不同的缓蚀剂，也要注意对应的缓蚀剂的溶度使得防腐蚀工作较繁琐、费力，而在金属表面形成自组装膜后对大部分的腐蚀介质都有一定的缓蚀作用。此外，由于自组装膜分子有序排列因此得到的结构非常稳定，它除了减缓腐蚀,还具有减小磨擦和降低磨损的作用。
目前主要研究使用硫醇类化合物在Cu、Au 、Fe 表面进行自组装从而对这些金属的保护，但关于在钢铁表面进行自组装的研究却不足。由于铁在空气中极易被氧化，所以其自组装膜的稳定性很难达到规定的要求[4]。如部分研究结果表明，只有在净铁表面，硫醇类化合物才可以通过形成SFe键发生化学吸附达到自组装的目的。因此研究铁表面自组装膜来达到防腐蚀效果成为当下自组装膜技术研究的热点。
日本研究者Aramaki[5]对铁表面的自组膜做了许多的科研工作,主要是研究了不同链长的羧酸盐(CnH2nCO2 ,n=1218)所形成的自组装膜，并研究了采用双层自组装膜对铁的钝化膜上的保护，这一研究为金属铁自组装膜防止腐蚀提供了新的思路。William[6]等人研究了油酸咪哇琳类化合物在铁上形成自组装膜，完整地提出了组装机理并且探讨了影响组装质量的因素。
1.2分子在金属表面的自组装
1.2.1分子在金属表面自组装的主要类别
（1）硫醇类：
金属与巯基之间强烈发生的键合会形成硫醇类自组装膜。这种自组装行为存在
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