基于響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)的水基防銹劑配方研究

王亞 魏子堯 陳會(huì) 寇乾詣 侯金鵬

【摘 要】為了研究出綠色環(huán)保，并能更好保護(hù)鋼片表面結(jié)構(gòu)的水基防銹劑，本文利用單因素實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)表面活性劑進(jìn)行篩選，得出吐溫20、6501、MOA-5為主要表面活性劑;司班80、OP-10、二乙醇胺作為輔助活性劑。并利用單純性配方試驗(yàn)中的質(zhì)量對(duì)比得出了它們的最佳配比，其比例為吐溫20：6501：MOA-5為0.3034188：0.6965812：0其防銹效率可達(dá)99.87%具有較好的防銹效果，該水基防銹劑PH近似中性，且該水基金屬防銹劑性能及成本均優(yōu)于市售防銹劑。

【關(guān)鍵詞】水基防銹劑;單因素實(shí)驗(yàn);單純型配方設(shè)計(jì)

1.前言

鐵的機(jī)械特性使其在所有經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都可用。年度的鋼鐵產(chǎn)量已經(jīng)成為一個(gè)國(guó)家生產(chǎn)能力的重要指標(biāo)。但鋼在大氣中含有微銹的元素[1]，據(jù)計(jì)算每年總產(chǎn)出中有20%來(lái)自銹元素[2]。2000年侵蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失，總計(jì)5億元[3]。金屬銹不僅能造成金屬壽命的消耗，還會(huì)造成嚴(yán)重事故和嚴(yán)重?fù)p失。如果鋼的結(jié)構(gòu)材料腐爛了，許多指標(biāo)就會(huì)明顯下降，嚴(yán)重影響到結(jié)構(gòu)項(xiàng)目的安全、運(yùn)作條件和使用期。就以廢鐵的結(jié)構(gòu)來(lái)看，情況是這樣的。強(qiáng)度下降可達(dá)10%-15%[4]，大量的事故致使研究鋼鐵侵蝕變得更加重要。

自然環(huán)境中的金屬侵蝕是不可避免的，但運(yùn)用適當(dāng)?shù)目茖W(xué)技術(shù)就能在很大程度上降低。許多人為加強(qiáng)防腐技術(shù)而設(shè)計(jì)的工具，包括用金屬防腐技術(shù)、使用精銹材料和產(chǎn)生額外的薄膜。由于成本和效率，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注這種方式。

2.1單因素實(shí)驗(yàn)研究

本文選取實(shí)驗(yàn)藥品：吐溫20、6501、MOA-5、司班80、OP-10、二乙醇胺等，作為單因素的變量依次進(jìn)行試驗(yàn)，試劑配置具體步驟如下：稱取相應(yīng)藥品質(zhì)量，加入50ml水后，將配置好的溶液放置于25℃恒溫水浴鍋中均勻攪拌;將表面處理好的鐵箔均勻涂抹配置好的水基防銹劑，將其放置恒溫箱中24h，溫度25℃計(jì)算生銹部分的質(zhì)量換算防銹效率，作為評(píng)判防銹效果的指標(biāo)。

經(jīng)單因素試驗(yàn)探究后得出吐溫20、6501、MOA-5對(duì)防銹效果影響因素較大，試確定出上述三種藥品為主要表面活性劑，司班80、OP-10、二乙醇胺等藥品對(duì)防銹效率影響不大，作為輔助活性劑。鉬酸鈉、D-葡萄糖酸鈉、苯駢三氮唑、植酸、聚乙二醇400、泡敵等作為助劑。

根據(jù)圖1可以看出前期隨著吐溫20用量增大，其防銹效果在增加，但增量到一定程度達(dá)到3ml時(shí)達(dá)到了峰值，再增大吐溫20的用量將會(huì)加快對(duì)鐵箔的腐蝕，由此可以推斷其最好的用量范圍在2.0ml～3.0ml范圍之間。水可以導(dǎo)致吐溫80發(fā)生水解降解并引起酯鍵的斷裂不過(guò)，吐溫80產(chǎn)品中同時(shí)含有的一定量的雙、三油酸酯雜質(zhì)，能夠抑制吐溫80因水發(fā)生的水解降解。發(fā)生水解降解后的吐溫80，在酯鍵斷裂的同時(shí)也就失去了表面活性和形成膠束的能力。因此防銹效率下降。

圖2可知當(dāng)6501范圍在2.0～2.5ml時(shí)隨著肉桂酸用量的增加防銹效率在顯著上升，表面活性劑分子從體相向表面擴(kuò)散的速度增大，當(dāng)加至2.5ml時(shí)鐵箔的防銹效率達(dá)到峰值，因此肉桂酸的最佳用量介于2.0～2.5ml之間，此時(shí)鐵箔具有較好的耐腐蝕性。當(dāng)表面活性劑的濃度高于表面活性劑的CMC后[5]，混合體系的擴(kuò)張模量均與單獨(dú)表面活性劑溶液的數(shù)值比較接近，說(shuō)明界面上大分子逐漸被表面活性劑分子所替代導(dǎo)致其清洗濃度的下降[6]。

2.2 單純性配方設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)確定出三種表面活性劑的種類，對(duì)其進(jìn)行單純型配方設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)具體采用質(zhì)量對(duì)比法，進(jìn)而得出這幾種緩蝕劑表面活性劑的最佳配比，具體溶液配置過(guò)程和處理?xiàng)l件同上述單因素實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)完的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)刻畫，得到其預(yù)測(cè)刻畫的最適值為吐溫20、6501、MOA-5的比例為0.3034188：0.6965812：0其防銹效率可達(dá)99.87%具有較好的防銹效果，可以達(dá)到其標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 防銹性能指標(biāo)測(cè)試

將處理后的防銹棄液進(jìn)行PH檢測(cè)，得出不同比例下的ph值的幅度在6～8不等，溶液為中性，具體原因是酸式類緩蝕劑和顯堿性的二乙醇胺配置比例不同導(dǎo)致;靜置該廢棄溶液24h觀察其均質(zhì)性，可以得到24h后該溶液均質(zhì)性良好，與市售防銹劑無(wú)區(qū)別;涂抹在鐵箔表面時(shí)，市售防銹劑易成股停留在處理好的鐵箔表面，該防銹劑能夠均勻覆蓋在其表面。

3.結(jié)論

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)可以挑選出三種防銹影響因素較大的表面活性劑，并確定出相應(yīng)的輔助活性劑;后用單純性配方設(shè)計(jì)中的質(zhì)量比較得出三種主要表面活性劑的最適比例，得到其比例為0.3034188：0.6965812：0其防銹效率可達(dá)99.87%;最后對(duì)其性能檢測(cè)，看出其均質(zhì)性良好，能夠均勻覆蓋在表面，無(wú)刺激性氣味且相比市售防銹劑成本更低。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃之祥，吳霽虹. 鋼鐵腐蝕因素分析及不同防腐底漆的性能比較[J]. 上海涂料，2006（08）：24+32-36.

[2]孔綱，盧錦堂，許喬瑜. 熱浸鍍鋅合金技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J]. 腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2005，017（004）：259-261.

[3]李丹，梁亮，蔣晨，等. 環(huán)境友好型水性涂料復(fù)合膜防腐性能的研究[J]. 涂料工業(yè)，2010，40（8）：48-51.

[4]夏妍. 碳鋼和耐候鋼在若干典型環(huán)境下的腐蝕行為研究[D]. 浙江大學(xué)博士論文，2014.

[5]李剛森;蔡立芳，十二烷基硫酸鈉與非離子表面活性劑AEO9/6501復(fù)配體系表面活性及動(dòng)態(tài)表面張力研究[J] 輕工學(xué)報(bào). 2016，31（05），51-57.

[6]譚晶. 表面活性劑與聚合物在油水和泡沫體系的加合增效機(jī)制研究[D]. 山東大學(xué)碩士論文，2010.

基金項(xiàng)目：

大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（202110214339）

作者簡(jiǎn)介：

王亞（2000?），女，山東省煙臺(tái)市人，在讀本科生，專業(yè)為土木工程專業(yè)。