CN101532139A - 一种抑制碳钢海水腐蚀的水溶性缓蚀剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于金属材料的海水防腐技术，具体涉及一种抑制碳钢海水腐蚀的水溶性缓蚀剂及其制备方法。所述的缓蚀剂为：水溶性缓蚀剂为羧甲基壳聚糖经双氧水氧化降解所得的水溶性羧甲基壳聚糖，其分子式如上所示，粘均分子量为5800～27600。本发明降解所得在碳钢表面发生多层吸附，抑制海水的腐蚀。本发明的缓蚀剂产品具有原料来源丰富，价格低廉，生产简便，水溶性好，对环境无污染，可生物降解等优点。

Description

一种抑制碳钢海水腐蚀的水溶性缓蚀剂及其制备方法

技术领域

本发明属于金属材料的海水防腐技术，具体涉及一种抑制碳钢海水腐蚀的水溶性缓蚀剂及其制备方法。

背景技术

腐蚀是现代工业和生活中的重要破坏因素，我国的年腐蚀损失约占国民生产总值的6％。目前防腐蚀方法有表面涂装、表面处理、电化学保护等多种，而添加缓蚀剂是一种工艺简便、成本低廉、适用性强的方法。随着海洋世纪的到来，海水资源的开发利用也越来越受到重视，天然海水在其利用领域内必然涉及碳钢等金属设备的腐蚀问题，而海水因其强烈的腐蚀性给人类带来了无数的灾难并造成了巨大的经济损失和社会危害。海洋环境是一个腐蚀性很强的灾害环境，金属材料在海洋环境中极易发生腐蚀破坏。

20世纪50～60年代对海水介质中的缓蚀剂进行了大量的研究，发现铬酸盐、重铬酸盐、亚硝酸钠对海水介质中的碳钢及有色金属具有较好的缓蚀作用，但这些盐类所要求的用量均较高，该时期的缓蚀剂研究均是从提高缓蚀剂效率出发，没有考虑到环境污染问题。在地球生态环境日益恶化并对海洋资源有巨大依赖的今天，人们的环境保护意识不断加强，一些有毒有害的缓蚀剂将被限制或禁止使用。因此，保护环境、研究和开发无毒无害、可生物降解的环境友好高效绿色海水缓蚀剂已成为必然，另外绿色海水缓蚀剂不但因其使用方便、高效、无毒，受到广泛关注，而且必须要廉价，才能有广阔的发展空间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抑制碳钢海水腐蚀的水溶性环保型的缓蚀剂，该缓蚀剂能够在海水环境中较好的抑制碳钢表面的腐蚀。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

水溶性缓蚀剂：水溶性缓蚀剂为羧甲基壳聚糖经双氧水氧化降解所得的水溶性羧甲基壳聚糖，其分子式为：

粘均分子量为5800～27600。所述羧甲基壳聚糖脱乙酰度为90.1-95％，经双氧水氧化降解后其分子中含有缓蚀性能的基团：氨基、羟基。

水溶性缓蚀剂的制备方法：将羧甲基壳聚糖、蒸馏水按照质量比1:14-16混合，缓慢加入混合液，反应170-190min，而后过滤，浓缩并在浓缩后溶液中加入浓缩后溶液3-5倍体积的无水乙醇，静置过夜、将沉淀干燥，即降解得到水溶性羧甲基壳聚糖；其中混合液为30％H₂O₂和蒸馏水，两者按质量比2:13-2:3混合，混合液与羧甲基壳聚糖质量比为14-16:1。

所述羧甲基壳聚糖和蒸馏水混合、搅拌后于60℃恒温水浴下加混合液。所述30％H₂O₂和蒸馏水的混合液加入时边搅拌边滴加，共滴加30-40min。所述的浓缩的温度为55-60℃。所述干燥采用30℃真空干燥箱。

本发明具有如下有益效果：

本发明的缓蚀剂为水溶性的海水缓蚀剂，具有原料来源丰富，价格低廉，生产简便，具有水溶性，对环境无污染，可生物降解的优点。通过失重法和电化学测试，各降解组分浓度为800mg/L时，缓蚀率最高，缓蚀率分散范围在40％-65％之间。本发明的缓蚀剂是一种水溶性的海水缓蚀剂，它能够很好的对碳钢海水的腐蚀起到保护作用。它在碳钢表面发生多层吸附，形成保护膜，为控制阴极型的缓蚀剂。这种缓蚀剂具有水溶性好，原料来源丰富，价格低廉，生产简便，对环境无污染特点。在海水体系中使用该缓蚀剂不仅可以有效的抑制海水对设备的腐蚀，而且可以减少维修费用，降低生产成本。

具体实施方式

实施例1

向含有5g脱乙酰度为90.1％的羧甲基壳聚糖的烧瓶中加入75mL蒸馏水，搅拌均匀，置于60℃恒温水浴中，匀速滴加10mL 30％H₂O₂和65mL蒸馏水的混合液，搅拌反应3h，过滤，55℃下将滤液在旋转蒸发仪中浓缩，加入浓缩后溶液3倍体积的无水乙醇，室温静置过夜，过滤将沉淀置于30℃真空干燥箱中，干燥完全后研磨，即降解得到淡黄色低分子量的水溶性羧甲基壳聚糖，粘均分子量为27600。

实施例2与实施例1不同之处：

向含有5g脱乙酰度为95％的羧甲基壳聚糖的烧瓶中加入70mL蒸馏水，搅拌均匀，置于60℃恒温水浴中，匀速滴加10mL 30％H₂O₂和60mL蒸馏水的混合液，反应170min后过滤，60℃下将滤液在旋转蒸发仪中浓缩，加入浓缩后溶液4倍体积的无水乙醇，降解得到淡黄色低分子量的水溶性羧甲基壳聚糖，粘均分子量为9400。

实施例3与实施例1不同之处：

向含有5g脱乙酰度为92％的羧甲基壳聚糖的烧瓶中加入80mL蒸馏水，搅拌均匀，置于60℃恒温水浴中，匀速滴加20mL 30％H₂O₂和55mL蒸馏水的混合液，反应175min后过滤，58℃下将滤液在旋转蒸发仪中浓缩，加入浓缩后溶液5倍体积的无水乙醇，降解得到淡黄色低分子量的水溶性羧甲基壳聚糖，粘度分子量为7800。

实施例4与实施例1不同之处：

向含有5g脱乙酰度为93％羧甲基壳聚糖的烧瓶中加入75mL蒸馏水，搅拌均匀，置于60℃恒温水浴中，匀速滴加20mL 30％H₂O₂和60mL蒸馏水的混合液，反应190min降解得到淡黄色低分子量的水溶性羧甲基壳聚糖，粘度分子量为6600。

实施例5与实施例1不同之处：

向含有5g脱乙酰度为94的％羧甲基壳聚糖的烧瓶中加入75mL蒸馏水，搅拌均匀，置于60℃恒温水浴中，匀速滴加30mL 30％H₂O₂和45mL蒸馏水的混合液，降解得到淡黄色低分子量的水溶性羧甲基壳聚糖，粘度分子量为5800。

应用例

测定缓蚀率：将上述实施例所得缓蚀剂分别以3个不同的添加量：200mg/L、400mg/L、800mg/L，在常温下进行静态挂片实验，以空白海水体系为对照，用失重法分别测定各个实验体系对应试样的腐蚀失重速率并计算出缓蚀率。计算公式如下：腐蚀速率(g·m^-2·d^-1)：V＝(W₀-W_corr)/ST缓蚀率(％)： $\mathrm{IE}=\frac{V_0-V}{V_0}\×100\%$

其中：W₀—浸泡前试片的质量；       W—腐蚀后除去腐蚀产物的试片的质量；

S—试片的表面积(cm²)；             T—试片的浸泡时间(s)；

V—加入缓蚀剂后试样的腐蚀速率(g/m²·d)；

V₀—空白海水中试样的腐蚀速率(g/m²·d)。

实验所用的腐蚀介质为青岛汇泉广场海水，pH值为8.1，溶解氧为8.03mgO₂/L，腐蚀材料为海水设备中常用的Q235碳钢，试验时间为360h。结果如表1。

表1

从表1中可知通过失重法测试，各降解组分浓度为800mg/L时，缓蚀率最高，缓蚀率分散范围在40％-65％之间。而目前研制的天然环保的绿色缓蚀剂主要大多应用在酸性介质中，至于在海水介质中阻止金属腐蚀的高效无毒、环境友好的绿色缓蚀剂的研究则是一项空白。在海水体系中使用该缓蚀剂不仅可以有效的抑制海水对设备的腐蚀，而且由于原料易得，可以减少维修费用，降低生产成本。

Claims (7)

1.一种抑制碳钢海水腐蚀的水溶性缓蚀剂，其特征在于：水溶性缓蚀剂为羧甲基壳聚糖经双氧水氧化降解所得的水溶性羧甲基壳聚糖，其分子式为：

粘均分子量为5800～27600。

2.按权利要求1所述的抑制碳钢海水腐蚀的水溶性缓蚀剂，其特征在于：所述羧甲基壳聚糖脱乙酰度为90.1-95％，经双氧水氧化降解后其分子中含有缓蚀性能的基团：氨基、羟基。

3.一种按权利要求1所述的抑制碳钢海水腐蚀的水溶性缓蚀剂的制备方法，其特征在于：将羧甲基壳聚糖、蒸馏水按照质量比1:14-16混合，缓慢加入混合液，反应170-190min，而后过滤，浓缩并在浓缩后溶液中加入浓缩后溶液3-5倍体积的无水乙醇，静置过夜、将沉淀干燥，即降解得到水溶性羧甲基壳聚糖；

其中混合液为30％ H₂O₂和蒸馏水，两者按质量比2:13-2:3混合，混合液与羧甲基壳聚糖质量比为14-16:1。

4.按权利要求3所述的抑制碳钢海水腐蚀的水溶性缓蚀剂的制备方法，其特征在于：所述羧甲基壳聚糖和蒸馏水混合、搅拌后于60℃恒温水浴下加混合液。

5.按权利要求3所述的抑制碳钢海水腐蚀的水溶性缓蚀剂的制备方法，其特征在于：所述30％ H₂O₂和蒸馏水的混合液加入时边搅拌边滴加，共滴加30-40min。

6.按权利要求3所述的抑制碳钢海水腐蚀的水溶性缓蚀剂的制备方法，其特征在于：所述的浓缩的温度为55-60℃。

7.按权利要求3所述的抑制碳钢海水腐蚀的水溶性缓蚀剂的制备方法，其特征在于：所述干燥采用30℃真空干燥箱。