CN103388148A - 一种纯铜缓蚀剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纯铜缓蚀剂及其制备方法，所述的纯铜缓蚀剂包括溶质和溶剂，所述的溶剂为水，所述的溶质为羧甲基纤维素钠与Na2WO4，其中羧甲基纤维素钠为5mg/L，Na2WO4为20-40mg/L。其制备方法，即先将羧甲基纤维素钠加入到水中，控制温度为70℃下搅拌1h,冷却至室温，再添加Na2WO4,搅拌均匀，即得到纯铜缓蚀剂。本发明的一种纯铜缓蚀剂，其所用的原料羧甲基纤维素钠价格低廉、原料易得，因此其生产成本低。另外，本发明的一种纯铜缓蚀剂，由于羧甲基纤维素钠天然改性聚合物易生物降解，因此其使用后不会造成环境污染问题。

Description

一种纯铜缓蚀剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种纯铜缓蚀剂及其制备方法，属于金属材料的防腐蚀技术领域。 
背景技术
铜及其合金因具有良好的导热、机械加工、耐蚀等性能，在电力，船舶等工业的热交换系统中得到广泛的应用。但在含Cl-、SO4 2-、HCO3-等的腐蚀性介质中，铜及其合金易发生腐蚀，缩短了使用寿命。
添加无机或有机缓蚀剂已成为铜及其合金的重要防腐蚀技术。一些传统的高效铜缓蚀剂，如苯并三唑和噻二唑及其衍生物，都是含有N、S等杂环化合物，难生物降解，甚至有毒性，会造成严重的环境污染问题。
因此，必须研究出新的绿色环境友好型铜缓蚀剂，来替代传统铜缓蚀剂。聚天冬氨酸、氨基酸类、咖啡酸等绿色铜缓蚀剂，受到了科研工作者的广泛关注。但目前，绿色铜缓蚀剂未能得到广泛的应用，其中有两个重要原因：一，价格昂贵；二，用量高。
发明内容
本发明的目的之一是为了解决上述的铜缓蚀剂的价格昂贵、用量高等技术问题而提供一种价格低廉、用量少，且可生物降解的纯铜缓蚀剂。
本发明的目的之二是提供上述的一种纯铜缓蚀剂的制备方法。
本发明的技术方案
一种纯铜缓蚀剂，包括溶质和溶剂，所述的溶剂为水，所述的溶质为羧甲基纤维素钠（以下简称Na-CMC）与Na2WO4，其中Na-CMC为5mg/L，Na2WO4为20-40mg/L，优选为20-30mg/L，特别优选30mg/L。
上述的一种纯铜缓蚀剂的制备方法，步骤如下：
首先将Na-CMC加入到水中，控制温度为70℃下搅拌1h,冷却至室温，再添加Na2WO4,搅拌均匀，即得纯铜缓蚀剂。
本发明的有益效果
本发明的一种纯铜缓蚀剂，溶质中的Na-CMC与Na2WO4表现出良好的缓蚀协同效应，并且由于所用的溶质Na-CMC为天然改性聚合物，容易获得，价格低廉，因此，本发明的一种纯铜缓蚀剂具有生产成本低的特点。
进一步，本发明的一种纯铜缓蚀剂与其他绿色缓蚀剂相比，由于所用溶质Na-CMC易生物降解，因此其使用后不会造成环境污染问题。
进一步，本发明的一种纯铜缓蚀剂使用时，其用量少，因此，有利于其工业推广，降低使用成本。
附图说明
图1、铜电极在添加不同浓度纯铜缓蚀剂的模拟冷却水中1h后的交流阻抗图；
图2、铜电极在添加不同浓度纯铜缓蚀剂的模拟冷却水中1h后的极化曲线图。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明进一步阐述，但并不限制本发明。
电化学分析
交流阻抗测试和极化曲线的测量都在三电极体系中完成，工作电极为铜电极，辅助电极和参比电极分别为Pt电极和饱和甘汞电极（SCE）。
电化学测试采用仪器为EG&G公司的恒电位仪Potentiostat/Galvanostat Model 273A和锁相放大器 Model 1025 LOCK IN AMPLIFIER。
交流阻抗测量使用 PRAC M398，其系统频率范围为100 kHz - 0.05 Hz，交流激励信号峰值为5 mV；
极化曲线的测量采用恒电位仪Model 273A，其扫描范围-0.15- 0.15 V (vs. OCP)，扫描速度为1 mV/s。
本发明所用的模拟冷却水，按每升计算，含NaCl39mg、NaHCO3168mg、MgSO4120mg、Ca(NO3)2236mg/L、CaSO4172mg，余量为去离子水。
实施例1
一种纯铜缓蚀剂，包括溶质和溶剂，所述的溶剂为水，所述的溶质为Na-CMC与Na2WO4，其中Na-CMC为5mg/L，Na2WO4为20mg/L。
上述的一种纯铜缓蚀剂的制备方法，步骤如下：
首先将Na-CMC加入到水中，控制温度为70℃下搅拌1h,冷却至室温，再添加Na2WO4,搅拌均匀，即得到纯铜缓蚀剂。
实施例2
一种纯铜缓蚀剂，包括溶质和溶剂，所述的溶剂为水，所述的溶质为Na-CMC与Na2WO4，其中Na-CMC为5mg/L，Na2WO4为40mg/L。
上述的一种纯铜缓蚀剂的制备方法，步骤如下：
首先将Na-CMC加入到水中，控制温度为70℃下搅拌1h,冷却至室温，再添加Na2WO4,搅拌均匀，即得到纯铜缓蚀剂。
实施例3
一种纯铜缓蚀剂，包括溶质和溶剂，所述的溶剂为水，所述的溶质为Na-CMC与Na2WO4，其中Na-CMC为5mg/L，Na2WO4为30mg/L。
上述的一种纯铜缓蚀剂的制备方法，步骤如下：
首先将Na-CMC加入到水中，控制温度为70℃下搅拌1h,冷却至室温，再添加Na2WO4,搅拌均匀，即得到纯铜缓蚀剂。
应用实施例1
将本发明的纯铜缓蚀剂在铜缓蚀方面的应用，具体步骤如下：
（1）、铜的预处理
将8块铜电极依次经1#、3#、6#金相砂纸打磨后，在丙酮液中用超声波清洗机清洗5min左右后，再依次用无水乙醇、去离子水冲洗，以除去表面油污和油脂；
（2）、模拟冷却水的配制
          将NaCl,NaHCO3,MgSO4,Ca(NO3)2,CaSO4加入到去离子水中，配制浓度为[NaCl]=39mg/L、[NaHCO3]=168mg/L、[MgSO4]=120mg/L、[Ca(NO3)2]=236mg/L、[CaSO4]=172mg/L的模拟冷却水；
（3）、在8份1000ml的步骤（2）的模冷却水中，依次分别添加0mg、5mg、5mg、5mg、5mg、0mg、0mg和0mg的Na-CMC，控制温度为70℃下搅拌1h,冷却至室温，再分别对应添加0mg、0mg、20mg、30mg、40mg、20mg、30mg、40mg的Na2WO4，即分别得浓度为0mg/LNa-CMC、5mg/LNa-CMC、5mg/L Na-CMC+20mg/LNa2WO4、5mg/LNa-CMC+30mg/LNa2WO4、5mg/LNa-CMC+40mg/LNa2WO4、20mg/LNa2WO4、30mg/LNa2WO4、40mg/LNa2WO4的模拟冷却水；
（4）、将步骤（1）预处理后的8块规格相同的铜电极分别放入步骤（3）所得的含0mg/LNa-CMC、5mg/LNa-CMC、5mg/LNa-CMC+20mg/LNa2WO4、5mg/LNa-CMC+30mg/LNa2WO4、5mg/LNa-CMC+40mg/LNa2WO4、20mg/LNa2WO4、30mg/LNa2WO4、40mg/LNa2WO4的模拟冷却水1h。
采用PRAC M398测定上述在含不同浓度的纯铜缓蚀剂的模拟冷却水1h后的铜电极的交流阻抗图，从图1中可以看出，5mg/L Na-CMC+30mg/LNa2WO4时铜电极阻抗最大，5mg/LNa-CMC+20mg/LNa2WO4时铜电极阻抗次之，高于单一5mg/LNa-CMC时铜电极的阻抗值，表明Na-CMC与Na2WO4表现出良好的缓蚀协同效应，但当5mg/LNa-CMC+40mg/LNa2WO4时铜电极的阻抗值减小。而单独的0mg/LNa-CMC、20mg/LNa2WO4、30mg/LNa2WO4、40mg/LNa2WO4时铜电极阻抗值均明显低于的5mg/L Na-CMC+30mg/LNa2WO4、5mg/LNa-CMC+20mg/LNa2WO4时铜电极阻抗，由此表明，本发明的纯铜缓蚀剂，在Na-CMC为5mg/L、Na2WO4为20-30mg/L，特别Na2WO4优选为30mg/L时，对铜表现出良好的防腐蚀效果。
采用恒电位仪Model 273A测定上述分别在含0mg/LNa-CMC、5mg/LNa-CMC、5mg/LNa-CMC+20mg/LNa2WO4、5mg/LNa-CMC+30mg/LNa2WO4、5mg/L Na-CMC+40mg/LNa2WO4、20mg/LNa2WO4、30mg/LNa2WO4、40mg/LNa2WO4的模拟冷却水中1h的铜电极的极化曲线，从图2中可以看出，在含有5mg/LNa-CMC+20mg/LNa2WO4、5mg/L Na-CMC+30mg/LNa2WO4的模拟冷却水中的铜电极的阳极和阴极的电流密度相对于0mg/L即不含羧甲基纤维素钠水溶液的模拟冷却水中的铜电极的电流密度有明显的减少，由此表明了复配的5mg/LNa-CMC+20mg/LNa2WO4、5mg/L Na-CMC+30mg/LNa2WO4的纯铜缓蚀剂对铜起到了良好的防腐蚀效果。
其相应的电化学动力学参数腐蚀电位（Ecoor）、腐蚀电流（Icoor（inh））和缓蚀效率（IE%）列于表1中，其中Icoor(0)和Icoor(inh)分别为未添加即0mg/L和添加了含不同浓度的纯铜缓蚀剂的腐蚀电流密度，其中缓蚀效率根据方程（1）计算得出：
Figure 929699DEST_PATH_IMAGE001
                  （1）。
表1、添加了不同浓度NaCMC和钨酸钠的极化曲线参数和缓蚀效率
Figure 846840DEST_PATH_IMAGE002
将表1中的在含0mg/LNa-CMC、5mg/LNa-CMC、5mg/LNa-CMC+20mg/LNa2WO4、5mg/LNa-CMC+30mg/LNa2WO4、5mg/L Na-CMC+40mg/LNa2WO4、20mg/LNa2WO4、30mg/LNa2WO4、40mg/LNa2WO4的模拟冷却水中的铜电极的腐蚀电位（Ecoor）,腐蚀电流（Icoor（inh））及缓蚀效率（IE%）进行比较，可以看出，相对于0mg/LNa-CMC 、5mg/LNa-CMC、20mg/LNa2WO4、30mg/LNa2WO4、40mg/LNa2WO4的模拟冷却水中的铜电极的腐蚀电位（Ecoor）,腐蚀电流（Icoor（inh））及缓蚀效率（IE%），复配的5mg/LNa-CMC+20mg/LNa2WO4、5mg/LNa-CMC+30mg/LNa2WO4的模拟冷却水中的铜电极的腐蚀电流密度均明显的减少，缓蚀效率增高，但复配的5mg/L Na-CMC+40mg/LNa2WO4的模拟冷却水中的铜电极的腐蚀电流密度增加，但缓蚀效率降低，并且含有5mg/L Na-CMC+30mg/LNa2WO4的模拟冷却水中的铜电极的腐蚀电流密度最低，缓蚀效率最高，由此进一步表明了，本发明的纯铜缓蚀剂，在Na-CMC为5mg/L、Na2WO4为20-30mg/L，特别Na2WO4优选为30mg/L时，对铜的防腐蚀效果最好。
综上所述，本发明的纯铜缓蚀剂，Na-CMC与Na2WO4表现出良好的缓蚀协同效应，并且优选为5mg/LNa-CMC+30mg/LNa2WO4。
上述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种纯铜缓蚀剂，包括溶质和溶剂，所述的溶剂为水，其特征在于所述的溶质为羧甲基纤维素钠与Na2WO4，其中羧甲基纤维素钠为5mg/L，Na2WO4为20-40mg/L。
2.如权利要求1所述的一种纯铜缓蚀剂，其特征在于所述的溶质Na2WO4为20-30mg/L。
3.如权利要求1所述的一种纯铜缓蚀剂，其特征在于所述的溶质Na2WO4为30mg/L。
4.如权利要求1、2或3所述的一种纯铜缓蚀剂的制备方法，其特征在于先将羧甲基纤维素钠加入到水中，控制温度为70℃下搅拌1h,冷却至室温，再添加Na2WO4,搅拌均匀，即得到纯铜缓蚀剂。
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