191不飽和聚酯樹脂耐鋼鐵清洗液腐蝕性能研究

齊 雙 春

（衡水學(xué)院 化工學(xué)院，河北 衡水 053000）

鋼鐵清洗液主要由水、低級醇、酸、金屬鹽類等成分組成，一般是弱酸性溶液，pH 值在6 ~ 8.5 范圍內(nèi)[1]，用來清洗金屬容器、管道、金屬部件等金屬產(chǎn)品表面的污垢、銹斑等雜質(zhì)，使用溫度一般在10 ~ 70 ℃范圍內(nèi)。

鋼鐵清洗液是弱酸性溶液，具有一定的腐蝕性，目前儲存、輸送鋼鐵清洗液的設(shè)備材質(zhì)主要是金屬材質(zhì)，這些設(shè)備或者價格高，或者壽命短，往往還造成污染，找到一種性價比優(yōu)良、不造成污染的非金屬材質(zhì)制備儲存、輸送鋼鐵清洗液的設(shè)備是非常必要的。

191UPR 是一種通過熔融法合成的鄰苯型UPR，其價格較低廉[2]，在玻璃鋼復(fù)合材料行業(yè)常被作為結(jié)構(gòu)層樹脂或外表層樹脂使用，作為耐腐蝕的內(nèi)襯層樹脂使用未見報道，對于其耐鋼鐵清洗液腐蝕性能的研究未見報道。本文通過浸泡法，考核191 不飽和聚酯樹脂（UPR）制成的玻璃鋼（GFRP）試塊浸泡前后巴氏硬度、彎曲強(qiáng)度、厚度、質(zhì)量、介質(zhì)顏色、玻璃鋼試塊表面的變化，研究191UPR 耐鋼鐵清洗液的腐蝕性能，獲得耐腐蝕數(shù)據(jù)，對玻璃鋼行業(yè)中有關(guān)鋼鐵清洗液儲罐與管道的選材設(shè)計具有重要意義。

1 儀器藥品

電子天平（EJ-1201C），北京朗科興業(yè)稱重設(shè)備有限公司；臺式天平，上海經(jīng)若科學(xué)儀器有限公司；電子萬能試驗機(jī)（WE-1000D），濟(jì)南中路昌試驗機(jī)制造有限公司；切割鋸（DQ150），武漢大學(xué)儀器廠；500L 不銹鋼反應(yīng)釜一套、不銹鋼模具，冀州中意復(fù)合材料有限公司；軋輥、吸耳球、移液管（1 mL、2 mL）、剪刀、溫度計、游標(biāo)卡尺，衡水學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系提供。

鄰苯二甲酸酐，苯甲酸，順丁烯二酸酐，富馬酸，丙二醇，乙二醇，苯乙烯，固化劑—過氧化甲乙酮（MEKP），促進(jìn)劑—環(huán)烷酸鈷，乙醇，脫模劑，聚酯表面氈，玻璃纖維短切氈，鋼鐵清洗液。以上藥品與原料均由冀州中意復(fù)合材料有限公司提供。

191UPR，自制，制備方法參見參考文獻(xiàn)[3]

2 191UPR 玻璃鋼試塊的制備

2.1 191UPR 固化配方

在200 mL 燒杯中，稱取100 g191UPR，用移液管量取1.8 mL 固化劑，加入燒杯中，用玻璃棒攪拌均勻，用另一支移液管量取不同量的促進(jìn)劑加入燒杯中，攪拌均勻，在室溫下測試并調(diào)整191UPR 的膠凝時間在40 ~ 60 min 之間。

2.2 纖維織物的裁剪

按照模具尺寸，用剪刀裁剪相應(yīng)大小的纖維織物若干份備用。

2.3 191UPR 玻璃鋼試塊制備

1）模具清理。水洗，乙醇洗，晾干。

2）涂擦脫模劑。用細(xì)棉紗蘸取蜂蠟在清洗后的模具上刮涂，涂抹均勻。

3）191 UPR 玻璃鋼試塊制備。在涂有脫模劑的模具上加入適量2.1 調(diào)配好的191UPR，依次鋪設(shè)2 層聚酯表面粘（30 g/m2）、4 層短切氈（450 g/m2）、2 層聚酯表面粘（30 g/m2），邊鋪設(shè)，邊加調(diào)配好的191UPR，邊用滾軸滾壓，以便結(jié)合緊密，并趕凈氣泡，保證層與層之間結(jié)合緊密，沒有氣泡。

2.4 固化

室溫固化72 h，脫模，80 ℃固化24 h，保證固化完全。

2.5 191UPR 玻璃鋼試塊加工

用切割鋸將2.4 中制備、固化好的玻璃鋼試塊加工成80*15*3.5 的規(guī)格，用小鋼銼修整切口，除去毛邊，使切口平整，用水沖洗，晾干，石蠟封邊。

3 191UPR 玻璃鋼試塊性能測試

按照GB/T2567-2008 和GB/T3854-2005 分別測量191UPR 玻璃鋼試塊的彎曲強(qiáng)度和巴氏硬度，按照GB/T3857-2005 測量191UPR 玻璃鋼試塊的質(zhì)量和厚度。

4 191UPR 耐腐蝕性能測試

用浸泡法測試191UPR 的耐腐蝕性能，浸泡時間15 天。

準(zhǔn)備8 個250 mL 的圓底燒瓶，分兩組A 組和B 組，分別編號作記號，A 組盛裝低酸度鋼鐵清洗液1，B 組盛裝高酸度鋼鐵清洗液2。

取8 塊2.5 加工好的191UPR 玻璃鋼試塊，分兩組A 組和B 組，并做好記號。

把盛裝鋼鐵清洗液的A、B 兩組燒瓶固定安裝在4 個2 口恒溫水浴鍋上，A、B 兩組燒瓶一一對應(yīng)安裝在同一個恒溫水浴鍋上。裝上冷凝器

打開循環(huán)冷凝水，開啟加熱，調(diào)整并固定溫度12 ℃、35 ℃、50 ℃、70 ℃，注意保持恒溫。

定時補充鋼鐵清洗液，保證液體浸沒玻璃鋼試塊；定時觀察介質(zhì)和玻璃鋼試塊表面變化，并做好記錄。

實驗結(jié)束，取出玻璃鋼試塊，用自來水沖洗干凈，自然晾干，按照3 的方法重新測量191UPR 玻璃鋼試塊的彎曲強(qiáng)度、巴氏硬度、質(zhì)量和厚度。觀察介質(zhì)和玻璃鋼試塊表面變化，并做好記錄。

5 結(jié)果討論

5.1 不同溫度、不同酸度的鋼鐵清洗液對191UPR 性能的影響

不同溫度、不同酸度的鋼鐵清洗液對191UPR 性能的影響如圖1－圖4（圖中低代表低酸度的鋼鐵清洗液1，高代表高酸度的鋼鐵清洗液2；保留率是浸泡后測得的數(shù)據(jù)除以浸泡前測得的數(shù)據(jù)，再乘以100%），表1列出了浸泡前后介質(zhì)與191UPR 玻璃鋼試塊顏色與狀態(tài)的變化情況。

5.2 耐腐蝕性能分析

鋼鐵清洗液對191UPR 玻璃鋼試塊的腐蝕包括物理腐蝕和化學(xué)腐蝕兩方面，物理腐蝕是指液體介質(zhì)滲入試塊內(nèi)部，引起試塊溶脹、厚度增加、質(zhì)量變大、彎曲強(qiáng)度和巴氏硬度下降；化學(xué)腐蝕是指液體介質(zhì)進(jìn)攻191UPR 中的酯鍵，使其斷裂，引起高分子鏈斷裂降解，引起191UPR 玻璃鋼試塊厚度減小、質(zhì)量變小、彎曲強(qiáng)度和巴氏硬度下降。無論是物理腐蝕還是化學(xué)腐蝕，都造成191UPR 玻璃鋼試塊力學(xué)性能、耐溫性能等性能降低，甚至消失，從而失去其用途。

圖1 鋼鐵清洗液對191UPR 試塊厚度影響

圖2 鋼鐵清洗液對191UPR 試塊巴氏硬度影響

圖3 鋼鐵清洗液對191UPR 試塊質(zhì)量影響

圖4 鋼鐵清洗液對191UPR 試塊彎曲強(qiáng)度影響

表1 浸泡前后介質(zhì)與191UPR 試塊顏色與表面狀態(tài)變化情況

由圖1－圖4可知，隨著溫度的上升，191UPR 的質(zhì)量、厚度、彎曲強(qiáng)度、硬度保留率均呈下降趨勢；隨著鋼鐵清洗液酸度的提高，191UPR 玻璃鋼試塊的質(zhì)量、厚度、彎曲強(qiáng)度、硬度保留率也呈下降趨勢；由表1可知：1）50 ℃以下，鋼鐵清洗液1 和鋼鐵清洗液2 兩種清洗液浸泡后，191UPR 玻璃鋼試塊外觀和介質(zhì)顏色均沒有太大變化；2）50 ℃ ~ 70℃，鋼鐵清洗液1 浸泡后，191UPR 玻璃鋼試塊外觀沒有太大變化，介質(zhì)顏色稍變深，但變化不大，鋼鐵清洗液2 浸泡后，191UPR 玻璃鋼試塊外觀和介質(zhì)顏色均稍有變化，但變化不大。這說明，在實驗條件下，兩種腐蝕中，化學(xué)腐蝕起了主要作用，但腐蝕強(qiáng)度不大，沒有造成191UPR 的力學(xué)性能、耐腐蝕性能、耐溫性能明顯的降低，耐腐蝕性能良好。

鋼鐵清洗液1 含質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的硫酸鐵和10%的硫酸；鋼鐵清洗液2 含質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的硫酸鐵和質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%的硫酸。二者均是含硫酸鐵的稀硫酸溶液，它們對191UPR 玻璃鋼試塊的物理腐蝕是通過微孔、裂紋等玻璃鋼試塊缺陷滲透到玻璃鋼試塊內(nèi)部，使玻璃鋼試塊溶脹，造成玻璃鋼試塊表面變化，巴氏硬度、彎曲強(qiáng)度降低，厚度與質(zhì)量增加；它們對191UPR 玻璃鋼試塊的化學(xué)腐蝕是在酸催化下水進(jìn)入玻璃鋼試塊內(nèi)部，進(jìn)攻酯鍵，使其斷裂造成高分子鏈降解變成小分子鏈段，酸度越高酯鍵斷裂速度越快，表現(xiàn)為玻璃鋼試塊表面變暗，纖維裸露，巴氏硬度、彎曲強(qiáng)度，厚度與質(zhì)量變小，介質(zhì)顏色變深變渾。

191UPR 從結(jié)構(gòu)上講屬于鄰苯型不飽和聚酯樹脂（UPR），酯鍵兩側(cè)有體積較大的苯環(huán)，在一定程度上阻礙了親核試劑對酯鍵的進(jìn)攻，起到了保護(hù)酯鍵的作用，提高了其耐腐蝕性能；191UPR 制備過程中采用不飽和二元酸富馬酸作原料，合成不飽和聚酯，在與苯乙烯混合制備產(chǎn)品，由于富馬酸是反丁烯二酸，對稱性好，固化交聯(lián)時，雙鍵充分反應(yīng)，固化密度高，分子規(guī)整性好，提高了191UPR 的防滲透性，提高了其耐腐蝕性。

6 耐腐蝕性評價方法

一般根據(jù)浸泡介質(zhì)、玻璃鋼試塊外表及其性能在浸泡前后的變化，判斷其耐腐蝕性能，判斷方法如表2。

表2 不飽和聚酯樹脂耐腐蝕性標(biāo)準(zhǔn)

7 結(jié)論

由浸泡前后的實驗數(shù)據(jù)、介質(zhì)顏色變化和玻璃鋼試塊外觀變化分析得出：70 ℃以下，191UPR 耐鋼鐵清洗液1 和鋼鐵清洗液2 的腐蝕。