一種水基防銹劑的制備研究

張宏軍

一種水基防銹劑的制備研究

張宏軍

（新東北電氣集團(tuán)高壓開(kāi)關(guān)有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110027）

防銹劑保護(hù)技術(shù)是一種廣泛采用的金屬防腐蝕技術(shù)，試驗(yàn)以山梨醇、三乙醇胺、苯甲酸鈉、硼酸、碳酸鈉為主要原料制備水基環(huán)保防銹劑。試驗(yàn)主要考察反應(yīng)溫度、原料用量配比、防銹劑稀釋質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)防銹效果的影響，同時(shí)采用鹽霧試驗(yàn)與車(chē)間自然環(huán)境下測(cè)試防銹實(shí)際效果。本制備工藝簡(jiǎn)單，成本較低，所制備防銹劑效果良好，使用方便。

水基防銹劑；環(huán)保；金屬腐蝕

金屬在儲(chǔ)運(yùn)、生產(chǎn)過(guò)程中，很難不與空氣中的氧、濕氣或其他腐蝕性介質(zhì)接觸，這些物質(zhì)在金屬表面發(fā)生電化學(xué)腐蝕而生銹，要防止銹蝕就得阻止以上物質(zhì)與金屬接觸[1]。一旦發(fā)生銹蝕，不但對(duì)金屬材料的性能產(chǎn)生影響，甚至?xí)斐刹牧系膱?bào)廢[2]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全世界每年因生銹而報(bào)廢的金屬材料有幾千萬(wàn)噸，因腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)上千億人民幣[3-4]。因此，金屬材料的防腐蝕研究具有重要意義。

金屬防銹劑分為水基型和油基型[5]。油基型防銹性能雖好，但成本高，而且后期處理比較困難。水基防銹液使用方便易去除，且價(jià)格低廉、防腐效果好，目前應(yīng)用比較廣泛。水基防銹液多數(shù)為含磷酸鹽或亞硝酸鹽型，但亞硝酸鹽可轉(zhuǎn)化成致癌物，出于環(huán)境保護(hù)與人體健康考慮，其使用和排放均受到了嚴(yán)格限制[6-7]。近幾年，環(huán)保型水基防銹劑已成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。本文以山梨醇、三乙醇胺、苯甲酸鈉、硼酸、碳酸鈉為主要原料制備一種水基防銹劑，并在新東北電氣集團(tuán)電鍍車(chē)間試用。

1 實(shí)驗(yàn)研究

1.1 實(shí)驗(yàn)原料和設(shè)備

實(shí)驗(yàn)的主要原料和設(shè)備見(jiàn)表1和表2。

表1 原料與試劑

實(shí)驗(yàn)用水為過(guò)濾純凈水。

表2 主要設(shè)備儀器

其他實(shí)驗(yàn)儀器為抽濾瓶、三口燒瓶、聚四氟乙烯攪拌轉(zhuǎn)子、球形冷凝管、移液管、溫度計(jì)、防腐表面皿、防腐手套、防毒氣面具等實(shí)驗(yàn)室基本儀器。

1.2 實(shí)驗(yàn)操作方法

試驗(yàn)須要分別制備a、b兩種組分。

a組分制備方法：準(zhǔn)確稱量各主要原料，首先將山梨醇加入到三口燒瓶反應(yīng)器中，采用磁力攪拌，緩慢加熱至50~80 ℃，使之完全融化；隨后立刻將三乙醇胺加入到融化后的山梨醇中，采用磁力攪拌加熱，混合均勻，再加入苯甲酸鈉，保持溫度在80~100 ℃之間，持續(xù)攪拌、加熱，待苯甲酸鈉完全溶解，最后加入硼酸，攪拌加熱至100±1 ℃，使硼酸完全溶解，繼續(xù)加熱2 h，待完全反應(yīng)后自然冷卻，即得到組分a。

b組分制備方法：量取一定量的 a組分，一定溫度下加入適量碳酸鈉，磁力攪拌，混合均勻，使其完全溶解，其間可以加入適量的去離子水，用酸度計(jì)測(cè)定pH在7.0~8.0之間，得到b組分，即為所需防銹劑。

1.3 防銹性能檢測(cè)

采用中性鹽霧試驗(yàn)法來(lái)檢測(cè)防銹劑的防銹性能，以樣品是否產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象來(lái)進(jìn)行判定。同時(shí)，將試驗(yàn)樣本放置在車(chē)間自然環(huán)境中，觀察樣品的腐蝕情況。

2 防銹劑制備過(guò)程中影響因素的研究

2.1 反應(yīng)溫度的影響

本試驗(yàn)對(duì)溫度要求非常嚴(yán)格。在a組分的制備過(guò)程中需要3次溫度的控制，即a組分的4種原料，山梨醇、三乙醇胺、苯甲酸鈉、硼酸，每加入一種試劑，均需緩慢加熱至一度溫度。首先，山梨醇可作溶劑與穩(wěn)定劑，當(dāng)溫度高于80 ℃時(shí)，山梨醇受高溫影響會(huì)發(fā)生碳化反應(yīng)，反應(yīng)器的底部留下很多黑色物質(zhì)黏附在瓶壁，并產(chǎn)生很多刺激性氣體，此時(shí)試驗(yàn)失敗，故山梨醇的融化溫度控制在80 ℃以內(nèi)；其次，苯甲酸鈉為有機(jī)緩蝕劑，適用于鋼、銅、鉛的防銹，適當(dāng)?shù)脑黾颖郊姿徕c含量，有利于防銹膜耐蝕性的增強(qiáng)[8-9]，溫度的升高有利于苯甲酸鈉的溶解，但溫度高于100 ℃時(shí)，苯甲酸鈉會(huì)迅速升華，同時(shí)不利于下一步硼酸的加入；最后，硼酸能隨水蒸氣揮發(fā)，加熱至100~105 ℃時(shí)失去一分子水而形成偏硼酸，于104~160 ℃時(shí)長(zhǎng)時(shí)間加熱則轉(zhuǎn)變?yōu)榻古鹚?，更高溫度則形成無(wú)水物。而且，溫度過(guò)高也會(huì)造成反應(yīng)中合成的酯發(fā)生分解，導(dǎo)致防銹劑失去作用，故硼酸加入后的反應(yīng)溫度控制在100 ℃左右。

2.2 碳酸鈉用量對(duì)防銹效果的影響

碳酸鈉本身可以作為工件的防銹劑，在本試驗(yàn)中也充當(dāng)著溶液酸堿度的調(diào)節(jié)試劑，使溶液呈中性或弱堿性。相同條件下，取5個(gè)試驗(yàn)工件為樣本，分別做防銹測(cè)試。表3中列出了碳酸鈉用量對(duì)溶液pH值與防銹時(shí)間的影響。由表3可知，短時(shí)間內(nèi)防銹，比如1周，可以選擇碳酸鈉的加入量為6%左右，若要求防銹時(shí)間達(dá)到2周以上，可以選擇7%的加入量。

表3 碳酸鈉用量對(duì)防銹效果的影響

2.3 原料配比防銹效果的影響

防銹劑在使用時(shí)須用水進(jìn)行稀釋，試驗(yàn)將所有原料山梨醇、三乙醇胺、苯甲酸鈉、硼酸、碳酸鈉和水的配比，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表4。A 因素為山梨醇、三乙醇胺、苯甲酸鈉、硼酸組分質(zhì)量比，B因素為加入碳酸鈉的質(zhì)量比，C因素為純凈水的質(zhì)量比。試驗(yàn)結(jié)果則用直觀分析法進(jìn)行分析。由表4中結(jié)果可知，原料的不同配比對(duì)于防銹效果影響較大，A1B3C3組合較為理想。

表4 正交試驗(yàn)結(jié)果

2.4 防銹液質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)防銹性能的影響

根據(jù)表4中原料配比數(shù)據(jù)結(jié)果，選擇最優(yōu)a、b組分配比，配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%~20%的溶液，進(jìn)行中性鹽霧試驗(yàn)，結(jié)果如表5所示。

表5 母液濃度對(duì)防銹性能的影響

由表5的數(shù)據(jù)可知，當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%時(shí)，鹽霧試驗(yàn)的防銹時(shí)間已經(jīng)可以達(dá)到26 h，這與正交試驗(yàn)結(jié)果符合。繼續(xù)加大防銹劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)大，無(wú)論鹽霧試驗(yàn)，還是車(chē)間環(huán)境下，試驗(yàn)樣本的防銹時(shí)間沒(méi)有顯著增長(zhǎng)，綜合考慮，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%比較適當(dāng)。

2.5 防銹性能測(cè)試結(jié)果

以普通鐵片為試驗(yàn)樣本，將鐵片除雜、除油后放置于所制備的防銹劑稀釋溶液中浸漬，待鐵片外表面均勻地形成一層防銹膜時(shí)，取出試樣進(jìn)行中性鹽霧測(cè)試，同時(shí)以空白試樣做對(duì)比。從鹽霧時(shí)間2 h開(kāi)始，每間隔2 h觀察并記錄，結(jié)果如表6所示。

表6 鹽霧試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

3 結(jié) 論

1）試驗(yàn)所制備防銹劑原料常見(jiàn)，工藝較為簡(jiǎn)單，鹽霧實(shí)驗(yàn)測(cè)試防銹時(shí)間達(dá)到26 h，車(chē)間環(huán)境下的防銹時(shí)間可達(dá)到18 d。

2）制備過(guò)程中，須要嚴(yán)格控制各步溫度。所制備的防銹劑為中性或弱堿性，母液用水稀釋至質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%時(shí)，防銹效果較好。

［1］王響.鋼鐵表面防銹工藝的研究[J].山東化工，2018，47（2）：42-47.

［2］唐婧，薛永萍，杜妮，等.金屬清洗劑中防銹緩蝕劑的復(fù)配[J].清洗世界2017，3（6）：22-26．

［3］李璐，白寧寧，何榮幸.水溶性環(huán)境友好型防銹劑的研制新技術(shù)新工藝[J].化學(xué)研究與應(yīng)用，2014，26（12）：1958-1963.

［4］史寧，張書(shū)弟，李德順.環(huán)保型水溶性防銹劑的研究及性能測(cè)試[J].電鍍與精飾2014，26（3）：9-12.

［5］王文忠.金屬防銹劑[J].電鍍與環(huán)保，2018，38（1）：67-68．

［6］張倩，張二水.合成型切削液防銹性能的研究[J]．石油學(xué)報(bào)，2001，17（7）：33-35．

［7］張迎平，劉蘭軒，楊承鳳，等.一種環(huán)保型水基防銹劑的性能研究[J].材料保護(hù)，2012（10）：56-58.

［8］鐘雪麗，楊志霞，郭培寬.一種無(wú)毒水基防銹劑的研制及其性能[J]. 表面技術(shù)，2014，43（3）：115-119.

［9］蘇紅軍，趙旗，陳小平.水系鋅鉻膜涂層組成結(jié)構(gòu)的研究[J].表面技術(shù)，2002，31（5）：12-15．

Study on Preparation of a Water-based Antirust Agent

（New Northeast Electric Group Co., Ltd., Shenyang Liaoning 110027, China）

Antirust protection technology is a widely used metal anti-corrosion technology. Environmentally friendly water-based antirust agent was prepared by using sorbitol, triethanolamine, sodium benzoate, boric acid, sodium carbonate as the main raw materials. The influence of reaction temperature, ratio of raw material dosage and mass fraction of antirust agent on antirust effect was mainly investigated in the test. Meanwhile, salt spray test and workshop natural environment were used to test the actual antirust effect. The preparation process is simple, the cost is low, the prepared antirust agent has good effect and is easy to use.

Water-based antirust agent; Environmental protection; Metal corrosion

2020-08-15

張宏軍（1978-），男，遼寧省沈陽(yáng)市人，工程師，碩士， 2017年畢業(yè)于東北大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，研究方向：電鍍技術(shù)。

TQ050.9+6

A

1004-0935（2021）01-0012-03