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，并能更好保護鋼片表面結(jié)構(gòu)的水基防銹劑，本文利用單因素實驗進行對緩蝕劑進行篩選，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中的格點設(shè)計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;單因素實驗;單純型配方設(shè)計

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。在我國銹蝕報廢的鋼材占我國鋼材總量的20%。根據(jù)國家數(shù)據(jù)統(tǒng)計，每年由于金屬發(fā)生銹蝕導(dǎo)致的金屬報廢占全部金屬總產(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，但其缺點也十分顯著，基體經(jīng)油基防銹液處理后，表面會有殘余油的存在，容易造成環(huán)境污染同時對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，且相對來說安全可靠。因此被廣泛應(yīng)用，具有廣闊的市場使用價值及研發(fā)空間[2]。而近年來，隨著人們對健康、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，亞硝酸鹽類不僅對環(huán)境造成了污染，還對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)成為熱點課題，備受關(guān)注，而且已經(jīng)取得了不錯的進展[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試其防銹效率因此需要對鐵箔進行預(yù)處理，將鐵箔放置酸性溶液中浸泡少許時間，對表面進行清洗及干燥后，放置在2000目砂紙上，對其表面進行打磨，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單因素實驗研究

本文選取實驗藥品：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行試驗，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℃計算生銹部分的面積換算防銹效率，作為評判防銹效果的指標(biāo)。

經(jīng)單因素試驗探究后得出肉桂酸，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到0.1g時達到了峰值，再增大葵二酸的用量將會加快對鐵箔產(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，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時鐵箔的防銹效率達到峰值，因此肉桂酸的最佳用量介于0.1g～0.16g之間，此時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，但其用量不足時會在金屬表面形成大陰極小陽極而發(fā)生孔蝕[4]，對金屬腐蝕有促進作用，因此要使得肉桂酸含量達到過量，但過多的肉桂酸則會影響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)計實驗

通過單因素實驗確定出五種緩蝕劑的種類，對其進行單純型配方設(shè)計，實驗具體采用格點設(shè)計法，進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條件同上述單因素實驗，對實驗設(shè)計完的數(shù)據(jù)進行預(yù)測刻畫，得到其預(yù)測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99.19%具有較好的防銹效果，可以達到其標(biāo)準。

2.4 防銹性能指標(biāo)測試

將處理后的防銹棄液進行PH檢測，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，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)單因素實驗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)計中的格點設(shè)計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99.19%;最后對其性能檢測，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

[1]?馬健，王猛，孫學(xué)軍.鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕現(xiàn)狀和防護發(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.

基金項目：大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（202010214223）

作者簡介：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)。