水基金屬防銹劑制備工藝及其研究

賈文琦 張銘 王亞 梁博

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)緩蝕劑進(jìn)行篩選，得出肉桂酸，葵二酸，鄰氨基甲苯，肌醇磷六脂酸，D-葡萄糖酸鈉為主要緩釋物;尿素，苯駢三氮唑，鉬酸鈉作為輔助緩蝕劑。并利用單純性配方試驗(yàn)中的格點(diǎn)設(shè)計(jì)得出了它們的最佳配比，其比例為葵二酸：肉桂酸：鄰氨基甲苯：肌醇六磷脂酸為0.1：0.29：0.05：0.53：0.03其防銹效率可達(dá)99.19%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

金屬材料在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用十分廣泛，一些大型生產(chǎn)設(shè)備管道等都是易被腐蝕破壞的金屬材料，其中鋼鐵材料在這些金屬材料中占據(jù)極大的比例。在我國(guó)銹蝕報(bào)廢的鋼材占我國(guó)鋼材總量的20%。根據(jù)國(guó)家數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年由于金屬發(fā)生銹蝕導(dǎo)致的金屬報(bào)廢占全部金屬總產(chǎn)量的40%左右，其中鋼鐵材料發(fā)生的銹蝕約是全部金屬腐蝕的一半還多，損失極度嚴(yán)重[1]。所以，鋼鐵防銹也越來越受人們關(guān)注。在此之前，油基防銹液一直被廣泛使用，其防銹效果突出，但其缺點(diǎn)也十分顯著，基體經(jīng)油基防銹液處理后，表面會(huì)有殘余油的存在，容易造成環(huán)境污染同時(shí)對(duì)操作人員還存在安全隱患，其次防銹油的去除成本高，工藝復(fù)雜，因此油基 防銹液逐步被水基防銹劑取代。水基防銹劑在使用時(shí)不用考慮溶劑的污染及加工處理后工藝成本等問題、水基防銹液本身生產(chǎn)成本較低，且相對(duì)來說安全可靠。因此被廣泛應(yīng)用，具有廣闊的市場(chǎng)使用價(jià)值及研發(fā)空間[2]。而近年來，隨著人們對(duì)健康、安全、環(huán)境等問題越來越重視，已經(jīng)有一系列的法律規(guī)定和限制著防銹劑的使用，部分水基防銹劑仍使用亞硝酸鹽類，亞硝酸鹽類不僅對(duì)環(huán)境造成了污染，還對(duì)操作使用人員的健康造成危害因此研制防銹性能優(yōu)良，成本低廉，性質(zhì)穩(wěn)定的環(huán)保型水基防銹劑經(jīng)成為熱點(diǎn)課題，備受關(guān)注，而且已經(jīng)取得了不錯(cuò)的進(jìn)展[3]。

2.防銹劑的制備工藝

2.1鐵箔表面處理

市售鐵箔表面具有層防銹油，附著在鐵箔表面無法有效測(cè)試其防銹效率因此需要對(duì)鐵箔進(jìn)行預(yù)處理，將鐵箔放置酸性溶液中浸泡少許時(shí)間，對(duì)表面進(jìn)行清洗及干燥后，放置在2000目砂紙上，對(duì)其表面進(jìn)行打磨，打磨至失去其原光澤度為止，并將打磨好的鐵箔浸泡在3.5%氯化鈉溶液中十分鐘，再涂抹水基防銹劑。

2.2單因素實(shí)驗(yàn)研究

本文選取實(shí)驗(yàn)藥品：葵二酸，肉桂酸，鄰氨基苯甲酸，肌醇六磷脂酸，尿素，苯駢三氮唑，鉬酸鈉，D-葡萄糖酸鈉等，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)算生銹部分的面積換算防銹效率，作為評(píng)判防銹效果的指標(biāo)。

經(jīng)單因素試驗(yàn)探究后得出肉桂酸，葵二酸，鄰氨基甲苯，肌醇磷六脂酸，D-葡萄糖酸鈉對(duì)防銹效果影響因素較大，試確定出上述五種藥品為主要緩蝕物，尿素，苯駢三氮唑，鉬酸鈉等藥品對(duì)防銹效率影響不大，作為輔助緩蝕劑。OP-10、聚乙二醇、司盤80、二乙醇胺等作為助劑。

根據(jù)圖1可以看出隨著葵二酸用量增大，其防銹效果在增加，但增量到一定程度達(dá)到0.1g時(shí)達(dá)到了峰值，再增大葵二酸的用量將會(huì)加快對(duì)鐵箔產(chǎn)生腐蝕，由此可以推斷其最好的用量范圍在0.08g～0.12g范圍之間。但是葵二酸用量較少時(shí)無法充分的與二乙醇胺相互反應(yīng)生成致密的防銹薄膜，影響其防銹效果;當(dāng)葵二酸含量過多時(shí)，使得其鋪展性不好，不能均勻分布，防銹效果將大打折扣，防銹效率顯著降低。

圖2可知當(dāng)肉桂酸范圍在0.08g～0.2g時(shí)隨著肉桂酸用量的增加防銹效率在顯著上升，當(dāng)加至0.14g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0.1g～0.16g之間，此時(shí)鐵箔具有較好的耐腐蝕性，肉桂酸屬于氧化型緩蝕劑形成致密的氧化膜，但其用量不足時(shí)會(huì)在金屬表面形成大陰極小陽極而發(fā)生孔蝕[4]，對(duì)金屬腐蝕有促進(jìn)作用，因此要使得肉桂酸含量達(dá)到過量，但過多的肉桂酸則會(huì)影響PH值，造成其他藥品效果的抑制，因此適當(dāng)?shù)姆秶軌蚴谷夤鹚岚l(fā)揮較高的防銹能力。

2.3 單純性配方設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

通過單因素實(shí)驗(yàn)確定出五種緩蝕劑的種類，對(duì)其進(jìn)行單純型配方設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)具體采用格點(diǎn)設(shè)計(jì)法，進(jìn)而得出這幾種緩蝕劑的最佳配比，具體溶液配置過程和處理?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)刻畫的最適值為葵二酸：肉桂酸：鄰氨基甲苯：肌醇六磷脂酸的比例為0.1：0.29：0.05：0.53：0.03其防銹效率可達(dá)99.19%具有較好的防銹效果，可以達(dá)到其標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 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)可以挑選出五種防銹影響因素較大的緩蝕劑，并確定出相應(yīng)的輔助緩蝕劑;后用單純性配方設(shè)計(jì)中的格點(diǎn)設(shè)計(jì)得出五種主要緩蝕劑的最適比例得到其比例為0.1：0.29：0.05：0.53：0.03其防銹效率可達(dá)99.19%;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，無刺激性氣味且相比市售防銹劑成本更低。

參考文獻(xiàn)

[1]?馬健，王猛，孫學(xué)軍.鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕現(xiàn)狀和防護(hù)發(fā)展[J].建筑結(jié)構(gòu)，2009，39（S2）：344-345.

[2]?李志林，韓立興，陳澤民.水基防銹劑的研究進(jìn)展[J].表面技術(shù)，2006（05）：51-53.

[3]?杜天源. 環(huán)保型水基防銹劑的制備與性能研究[D].天津科技大學(xué)，2016.

[4]?任國(guó)鵬. 鋼板水基防銹處理液的制備及性能研究[D].沈陽理工大學(xué)，2017.

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（202010214223）

作者簡(jiǎn)介：賈文琦（1999?），男，山東省泰安市人，在讀本科生，專業(yè)為土木工程專業(yè)。