环保型水基防锈剂的研制.pdf

72
环保型水基防锈剂的研制
李月,衣守志,吴家全
(天津科技大学海洋科学与工程学院,天津300457)
[摘要]为了克服目前水基防锈剂防锈效果差、含亚硝酸盐等有毒物质以及成本較高等缺点,以硅酸盐为主料,
与多种不同类型的防锈助剂进行复配,制备了环保型水基防锈剂。通过外观表征、NaCl盐水浸泡、湿热试验、 Tafel
极化曲线测试和扫描电镜观察等方法对制备的防锈剂的性能进行评价,选出了与硅酸盐具有协同作用的物质。通
过正交试验确定了防銹剂的最佳配比并研究了各种因素对该防绣剂防銹性能的影响。结果表明,最优防銹剂配方
为:在50mL600g/L的硅酸盐中加入50mL水,0.10mnL三乙醇胺,0.05g明酸,0.08g乙ニ胺四乙酸,0.40g钨酸
钠。该防銹剂可使钢铁的腐蚀速?明显降低,并且防锈剂成膜均匀致密,防銹效果好、成本低,具有很好的应用前
景
[关键词]」环保型水基防锈剂;硅酸盐;复配;防绣性能;正交试验
[中图分类号」TG174.42[文献标识码]A[文章编号]1001-1560(2011)05-0031-03
前言
1.2防剂的配制及处理
金属在大气中一定条件下会与氧、水及其他物质
纯硅酸盐物质水溶性好,适合制备水基防锈剂,可
发生化学或电化学作用而产生锈蚀叫,这不仅影响材以在钢铁表面形成沉积膜,防锈效果佳,无毒无害,对
料的外观,甚至直接影响其使用寿命,造成巨大的经济环境不产生有害物质。硅酸盐价格低廉,制成防锈剂
损失?
应用前景较广阔,缺陷是成膜不均匀,有孔隙,耐水性
水基防锈剂在使用时不需要对工件进行表面处差,且在钢铁表面成膜后,会产生一层白霜,严重影响
理],但早期的水基防锈剂大都含有剧毒的亚硝酸盐,外观。因此,需对其复配改性,以提高其耐水性。
除了会造成污染3?外,在涂于金属表面后还会形成
用模数为3.2的钠水玻璃配制600g/L的溶液作
层白霜,失去应有的防锈效果?。另外,工业上广泛为基液,向其中加入三乙醇胺、固体硼酸、乙二胺四乙
使用的防锈剂也含有磷酸锌等含磷物质,排放到环境酸和钨酸钠进行稀释,根据L。(43)正交试验优选其配
中,会产生富营养化。因此,研制防锈效果好、环保、价比后,在85℃的恒温水浴中搅拌30min,制成环保型
格低廉的水基防锈剂具有重要意义。本工作以硅酸盐水基防锈剂。
为主料,复配其他防锈物质,开发了一种环境友好的水
将清洗过的Q235钢片浸人防锈剂中,2~3min后
性防锈剂,并考察了其防锈性能。
取出晾干。
1试验
1.3防锈性能评价
耐湿热性:在干燥器的隔板上放一块干净的布,使
1.1基材处理
水蒸气在其中上升均匀。将晾干后的试样放在干燥器
基材为Q235钢件,尺す为10cm×5cm,先用400中,合上干燥器盖,置于温度为(65土2)℃的电热鼓风
号砂纸打磨处理,再浸入10%稀H2SO2中,0.5h后取干燥箱中,40h后取出,观察耐湿热效果。
出,用清水冲洗、擦干,再用酒精棉球擦拭,去除表面油
耐盐水浸泡:将晾干后的试样在室温下浸人质量
污及浮锈后,晾干备用。
分数为3%的NaCl水溶液中,2h后取出,计算出现锈
[收稿日期]2010-12-09
斑的总面积和腐蚀面积率[m(腐蚀面积)=S(腐蚀面
[通信作者]李月(1985-),硕士研究生,主要研究方向:积)/S(浸泡总面积)
环境工程,电话:022-60601130,E-mail:wode
Tafel极化性能:采用三电极体系,以试样为工作电
dipan_muziyue(@sina.com
极,232型饱和甘汞电极(SCE)为参比电极,213型铂电
极为辅助电极,利用LK98C电化学综合测试系统进行。进行复配
Tafel i极化曲线试验后计算腐蚀速率,由 Rafel极化曲线
表1各种复配物质的热及水浸泡结果
可得到钢片在每一种防锈剂中的自腐蚀电位E。o,自腐
三乙六次甲
乙二胺
蚀电流。及腐蚀电流密度m,再由=3.73x10“x
复配物醇胺基四发酸氯硅服四乙柠檬酸钨酸钠铝酸钠
M/n×J。m计算出试样经不同防锈剂处理后的腐蚀速(腐蚀53654.0147837.82,40.403.5051,830.14
率。腐蚀速率越小,说明防锈剂的耐腐蚀性能越好。
面积)/%
其中:v为腐蚀速度,g/(m2?h);M为金属摩尔质量,2.3正交试验結果
g/mol;n为金属的价态
正交试验优选时,以500mL600g/L的模数3.2
在这几个因素中,自腐蚀电位E。m表示的是一种耐的钠水玻璃溶液为基液,并向其中添加复配物质。根
腐蚀趋势,其值越大,钢体的耐腐蚀趋势越好。而后三据确定的复配物质进行L。(4)正交优化试验,见表2。
者的腐蚀趋势相同,均表示钢体的腐蚀率,其值越大,正交试验相关结果见表3。根据极差R分析,R值的顺
钢体的腐蚀率越大,所用防锈剂的防锈性能越差。
序依次为三乙醇胺ンH10>乙二胺四乙酸>硼酸>钨
防锈膜形貌:利用SEM-JEd-6380LV扫描电镱观酸钠,三乙醇胺的影响最大,钨酸钠的影响最小,说明
察试样处理前后的表面形貌变化,并对防锈剂在钢铁三乙醇胺对防锈膜的形成起主要作用。优选出的环保
表面的成膜状况进行分析。
型防锈剂的最优配方:H20()三乙醇胺2)明酸乙ニ
2结果及讨论
胺四乙酸钨酸钠(,即在50mL600g/L的钠水玻璃
中加入50mLH20,0.1mL三乙醇胺,0.05g硼酸
2.1复配物质的选择
0.08g乙二胺四乙酸,0.40g钨酸钠
(1)胺类胺类属于有机型防锈剂,其中的氮原子
表2正交试验因素水平表
(H2O)/三乙醇m(酸)m(乙二胺四m(钨酸
具有孤对电子,可与金属原子或离子的空轨道形成配水平mL胺)/mLg
乙酸)g钠)g
位键,化学吸附在金属表面?。选其与有机酸和无机
0,02
0,10
酸复配,常温下生成醇胺盐,与羧酸加热生成的酰胺也
0.1
0.10
0.04
0,20
是一种很有效的防锈剂,还可增强膜的耐水解性能
0.2
15
(2)酸类调节pH值可改变主料硅酸盐的模数。4s0
0.3
0.20
0.08
0.40
模数显示硅酸盐的组成,又影响硅酸盐的物理、化学性
表3正交试险结果
质。向主料硅酸盐中添加酸类物质,可以提高主料的
模数。通过酸改性后的防锈剂不再出现白霜,表观效
序号B:0)三乙,m(間(乙胶(酸腐使)
果良好。
0.05
0.0
0.100.000822
(3)盐类为了弥补主剂成膜的缺陷,引入氧化型
0.10.100.040.200.000349
防锈剂钨酸盐和钼酸盐。氧化型防锈剂主要通过直接
0.150.060.300.000142
或间接地氧化金属,在其表面形成金属氧化物薄膜,阻
0.30.200.08
0.400.002958
止腐蚀反应的进行。其膜致密,与金属附着力强,防腐
0.401.424852
蚀性能优良。
0,050.080.300.019547
2.2复配物质的确定
0.02
0.201.977916