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。第4期,200年4月
气相绶蚀剂研究、开发及应用的进展
张大全
(上海电力学院环境工程系,上海200090
[摘要]气相缓蚀剂具有使用方便、效果好的特点,已成为防止金属气相腐蚀绿色技术发展的主要方向之ー。
综述了气相缓蚀剂的研究、开发的现状,总结了气相缓蚀剂的应用技术进展,分析了气相缓蚀技术的发展方向。
[关键词]气相缓蚀剂;缓蚀机理;应用;进展
[中图分类号]TG174.42[文献标识码]A[文章编号]1001-1560(2010)04-0061-04
0前言
定条件下容易挥发,在金属表面形成一种保护膜,或者
金属的气相腐蚀广泛存在,既包括自然大气中的能与酸性气体发生反应,从而抑制金属的气相腐蚀。
腐蚀,也包括腐蚀性工业气体中的腐蚀。气相缓蚀剂亚硝酸二环己胺等是性能优异的黑色金属气相缓蚀
( Vapor Phase Inhibitor,简称VPI),又叫挥发性缓蚀剂剂,现在仍被广泛使用。20世纪90年代后,开始运用
现代物质结构理论研究气相缓蚀剂的分子结构和性能
( Volatile Corrosion Inhibitor,简称VCI)或气相防锈剂
之间的关系,通过分子设计和分子组装指导气相缓蚀
常温下能自动挥发出缓蚀成分,吸附在金属表面,从而
剂的合成,使气相缓蚀剂的开发进入了一个新阶段
防止金属腐蚀3。气相缓蚀剂使用时不必直接接触
高效环保的气相缓蚀剂新品种开发日益受到重
金属表面,具有防锈效果好、操作简便、成本较低等特
视。将有机二胺或多胺化合物作为气相缓蚀剂的研究
点,特别适合于结构复杂的金属制品与构件的非涂装
越来越多,如以1,3-二胺基-2-丙醇衍生物作为气相缓
性保护。近年来,气相缓蚀技术在机械、电子、化工、航
蚀剂,包括1,3-二吗啉基-2-丙醇(DMP)和1,3-双
空、军事等领域得到了广泛的应用,出现了多种以气相
缓蚀剂为基础的气相防锈产品。现在的气相防锈材料こ胺基-2-丙醇(DEAP),能有效地防止碳钢、黄铜的大
气腐蚀,通过阻止金属活性位溶解来抑制腐蚀的阳极
为制造业提供了有效的保护手段,有利于满足对产品
过程。其中,DEAP的缓蚀效果要优于DMPO?。脂肪
质量、环境保护、劳动者健康安全的严格要求,从而提
族叔二胺化合物可用于防止石油开采过程中硫化氢
髙整个制造业的生产效率。与传统的防锈油、干燥
(H2S)的腐蚀?。月桂酰联胺及其行生物作为气相缓
剂加阻隔层包装技术相比,制造业用VCI防锈包装技
蚀剂,对碳钢、铜合金、锌、铝均有很好的保护作用·。
术费用将减少35%~50%?。为此,介绍了国内外气
相缓蚀剂及其应用技术的发展概况,并对该领域的研
些脲胺衍生物对碳钢具有较好的气相缓蚀作用?。
氨基酸化合物具有无毒、易降解的特点,在缓蚀剂
究发展方向进行展望
研究中备受亲睞。3-(苯甲酰基)-N-(1,1-二甲基-2
1产品开发
羟乙基)-丙氨酸(TALA)对湿大气中的低碳钢具有良
好的保护效果,可以用于汽车零配件的清洗中,以防止
长期以来,钢铁用气相缓蚀剂的基本组成为有机储运过程中产生锈蚀。
胺及其盐类,分子量较小且有较高的饱和蒸气压,在
一些杂环化合物也被开发用作气相缓蚀剂,如
[收稿日期]2009-11~-03
1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯对低碳钢具有很
基金项目]国家自然科学基金(20576069,2077083,好的气相保护作用。
209111402720);上海市基础研究重点项目
6-羟甲基-氨基苯并噻唑行生物气相缓蚀剂对低
(08160512600,09JC1406800)
碳钢、黄铜、紫铜有很好的缓蚀效果,其中6-羟甲基-氨
[通信作者]张大全(1968-),男,博士,教授,主要从事金基苯并噻唑肉桂酸盐( MABTC)缓蚀效果最好]。
属腐蚀与防护、电力环境保护等方面的教学
对多种咪唑衍生物的研究表明,除4-甲基-5-咪唑
和研究,E-mail:zhangdaquan@shiep.edu.cn
基羧酸酯外,其余2种对铜的大气腐蚀均有良好的缓
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蚀作用。
用价值。
另外,由俄罗斯研究开发的N,N-二乙胺基丙氰在2.2在金属表面的作用
工业性和海洋性大气中对黑色金属和有色金属均具有
气相缓蚀剂或其有效缓蚀组分到达金属表面后
良好的保护作用。
立刻溶于金属表面的电解质薄层中并发挥作用。目
有机合成技术的发展为高效低毒气相缓蚀剂的合前,对气相缓蚀作用的研究主要集中在3个方面:(1)
成提供了基础。可控制分解的多胺化合物能在一定条
气相缓蚀剂对薄层电化学腐蚀微电池反应的影响;(2)
件下逐级分解释放出小分子量的胺,实现对金属长效金属表面和气相缓蚀剂之间的相互作用;(3)气相缓蚀
持久的保护]。金属表面原位定向聚合技术提供了按
剂的构效关系,有针对性地合成新型高效低毒的气相
设定方式修饰金属表面的方法。这些都为新型气相缓缓蚀剂。
蚀剂的开发提供了新的思路。
薄层电化学测量技术是研究气相缓蚀剂作用规律
2理论研究
不可缺少的手段。目前,薄层电解液的电化学测量使
用较多的有大气腐蚀监测电池ACM( Atmospheric Cor-
挥发扩散
rosion Monitor)和 Kelvin探头参比电极技术等
气相缓蚀剂的挥发特性取决于其饱和蒸汽压和晶 Bastidas M等采用ACM作为气相缓蚀剂探头
格的稳定性,对其应用性能具有重要的影响。不同结(VCIM),研究了亚硝酸二环己胺和二环己胺对碳钢的
构的气相缓蚀剂,其挥发到达金属表面的方式不同,大缓蚀作用。20世纪80年代后期,将 Kelvin探头参比电
致有2种方式:(1)在空气作用下水解或离解生成挥发极技术应用于金属腐蚀的研究,对环境试验中大气腐蚀
性的缓蚀基团或缓蚀分子,然后借助自身挥发性到达的电化学硏究测试带来了突破性进展。用 Kelvin探头
金属表面:(2)整体挥发到达金属表面后,在金属表面作为参比电极研究电解质薄液下的金属电化学行为和缓
电解液薄层中水解或离解出保护基团。通常,常温下蚀剂的作用性能,所得极化曲线与常规测得的极化曲线
气相缀蚀剂的饱和蒸汽压较小,不易测量,可用克努增具有类似的形状,不存在溶液电阻引起误差和畸变问题。
( Kundun)扩散试验测定,即通过测定高真空条件下气
一般说来,气相缓蚀剂在金属表面的缓蚀作用方
相缓蚀剂通过小孔的气化速率来计算饱和蒸汽压的。式包含以下3个方面:(1)在金属表面起阳极钝化作
此外,还可通过扭转扩散试验和石英晶体微天平的方用,从而阻止阳极的电化学过程;(2)在金属表面发生
法来测定气相缓蚀剂的饱和蒸汽压-。
物理、化学吸附从而形成吸附层,既屏蔽了腐蚀介质的
对不同物质的饱和蒸汽压进行理论研究是一项重作用,又降低了金属电化学反应的能力;(3)在金属表
要工作。运用线性自由能关系研究有机分子不同取代面结合成稳定的配位化合物膜,增加金属的表面电阻。
基对其升华能的贡献,可以预测气相缓蚀剂的饱和蒸目前,对极薄气相缓蚀膜的成分进行检测的灵敏技术
汽压。假设盐型气相缓蚀剂的挥发是按照离解的机十分缺乏。光谱法和各种表面分析技术是研究金属表
理进行的,据