CN103820785A - 用于碳钢的四元复配气相缓蚀剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
用于碳钢的四元复配气相缓蚀剂，由质量-体积浓度为0.8g/L～1.2g/L硅酸钠，1.8g/L～2.3g/L丙氨酸，6.8g/L～8.3g/L苯甲酸钠，6.9g/L～8.1g/L尿素溶于蒸馏水组成；上述缓蚀剂的制备方法为：按质量-体积浓度分别称取所需的硅酸钠、丙氨酸、苯甲酸钠和尿素，分别用1/4体积的蒸馏水溶解，搅拌均匀；将得到的四种溶液分别静置后混合并搅拌均匀。本发明四元复配缓蚀剂使用硅酸钠、丙氨酸、苯甲酸钠和尿素进行复配，绿色、环保、高效、对环境污染小，且具有良好的协同作用，解决了现有气相缓蚀剂缓蚀性能差、污染大的问题，制备方法简单，使用方便，能够提高碳钢的缓蚀率，延长碳钢的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于金属气相防锈技术领域，具体涉及一种用于碳钢的四元复配气相缓蚀剂，本发明还涉及该缓蚀剂的制备方法。
背景技术
气相防锈包装技术，就是在包装容器或封存空间放置一定量的气相缓蚀剂（Volatile Corrosion Inhibitor简称VCI)，或涂有气相防锈剂的气相防锈纸和气相塑料薄膜，其气相防锈剂不断缓慢挥发出防锈气体，形成一定的蒸汽压，充满封存空间，甚至装备元件的缝隙，有效地抑制金属部件锈蚀，该方法又称作气相封存或气相防锈技术。
传统气相防锈包装材料对环境以及人体的危害已经得到广泛的关注，为了满足清洁生产和可持续发展的要求，对气相缓蚀剂的要求不断的提高。已经开发的气相缓蚀剂，商品化的较少，目前商业应用的气相防锈产品的配方中主要为胺的无机酸盐或有机酸盐，亚硝酸二环己胺、碳酸环己胺等有机胺类凭借其优良的缓蚀性能占据着主导地位。磷酸盐缓蚀剂因为价格优势曾被广泛使用，但磷酸盐污水的排放会使河流、湖泊出现赤潮的现象。研究表明，单组份气相缓蚀剂对碳钢具有良好的防锈性能，然而，单组份缓蚀剂的缓蚀性能具有一定的局限性，缓蚀效果较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于碳钢的四元复配气相缓蚀剂，解决了现有气相缓蚀剂缓蚀性能差、对环境危害大的问题。
本发明的另一个目的是提供上述缓蚀剂的制备方法。
本发明所采用的技术方案是：用于碳钢的四元复配气相缓蚀剂，由质量-体积浓度为0.8g/L～1.2g/L硅酸钠，1.8g/L～2.3g/L丙氨酸，6.8g/L～8.3g/L苯甲酸钠，6.9g/L～8.1g/L尿素溶于蒸馏水组成。
本发明所采取的另一个技术方案是，上述缓蚀剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，根据所需缓蚀剂的体积，按质量-体积浓度分别称取0.8g/L～1.2g/L硅酸钠，1.8g/L～2.3g/L丙氨酸，6.8g/L～8.3g/L苯甲酸钠和6.9g/L～8.1g/L尿素；
步骤2，将步骤1称取的硅酸钠、丙氨酸、苯甲酸钠和尿素分别用其1/4体积的蒸馏水溶解，搅拌均匀，分别得到硅酸钠溶液、丙氨酸溶液、苯甲酸钠溶液和尿素溶液；
步骤3，将步骤2得到的硅酸钠溶液、丙氨酸溶液、苯甲酸钠溶液和尿素溶液分别静置，然后将这四种溶液混合并搅拌均匀，即得。
本发明的特点还在于，
步骤2中硅酸钠、丙氨酸、苯甲酸钠、尿素溶液的搅拌时间均为5～10min。
步骤3中硅酸钠溶液、丙氨酸溶液、苯甲酸钠溶液、尿素溶液的静置时间为4～6min。
本发明的有益效果是：本发明用于碳钢的四元复配气相缓蚀剂，使用硅酸钠、丙氨酸、苯甲酸钠和尿素进行复配，该四元复配气相缓蚀剂绿色环保、高效、对环境污染小，且具有良好的协同作用，解决了现有气相缓蚀剂缓蚀性能差、对环境危害大的问题，制备方法简单，使用方便，能够提高碳钢的缓蚀率，延长碳钢的使用寿命。
附图说明
图1是本发明用于碳钢的四元复配气相缓蚀剂不同尿素浓度对缓蚀率的影响图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明用于碳钢的四元复配气相缓蚀剂，由质量-体积浓度为0.8g/L～1.2g/L硅酸钠，1.8g/L～2.3g/L丙氨酸，6.8g/L～8.3g/L苯甲酸钠，6.9g/L～8.1g/L尿素溶于蒸馏水组成。
上述缓蚀剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，根据所需缓蚀剂的体积，按质量-体积浓度分别称取0.8g/L～1.2g/L硅酸钠，1.8g/L～2.3g/L丙氨酸，6.8g/L～8.3g/L苯甲酸钠和6.9g/L～8.1g/L尿素；
步骤2，将步骤1称取的硅酸钠、丙氨酸、苯甲酸钠和尿素分别用其1/4体积的蒸馏水溶解，搅拌5～10min，分别得到硅酸钠溶液、丙氨酸溶液、苯甲酸钠溶液和尿素溶液；
步骤3，将步骤2得到的硅酸钠溶液、丙氨酸溶液、苯甲酸钠溶液和尿素溶液分别静置4～6min，然后将这四种溶液混合并搅拌均匀，即得。
缓蚀剂各个组分的作用：
硅酸钠：分子式Na2SiO4，它是一种已知的对碳钢具有良好缓蚀作用环境友好型缓蚀剂。硅酸钠缓蚀剂在金属表面有强亲和力的成分会在金属表面形成一层致密、稳定的保护膜，使金属与腐蚀环境隔绝开，金属腐蚀速率也随之下降。这是因为硅酸盐与铁表面的氧化物发生反应，生成部分Fe2O3、Fe2SiO4和Fe7SiO10，这些新生成的物质具有较强的抗腐蚀能力。
丙氨酸：分子式C3H7O2N，结构简式为CH3-CH(NH2)-COOH，是一氨基一元酸，是已知的氨基酸类的缓蚀剂。α-丙氨酸亦称2-氨基丙酸，200℃以上升华，随加热速度不同约在264～296℃之间分解，目前多从发酵法和天然产物中提取。氨基酸是沉淀膜型的缓蚀剂，氨基酸类气相缓蚀剂以化学吸附的方式，在金属表面形成保护膜，丙氨酸缓蚀剂分子通过氮原子与铁原子形成配位键，从而形成化学吸附，形成保护膜，具有一定的缓蚀作用。氨基酸类缓蚀剂是兼有碱性氨基及酸性氨基的两性化合物，它们能在自然界中全部分解，是一种绿色环保的气相缓蚀剂。
苯甲酸钠：又称安息香酸钠，分子式为C7H5O2Na，结构式为C6H5COONa。苯甲酸钠是很常用的食品防腐剂，对环境危害小。苯甲酸钠主要是在金属表面形成吸附膜，从而对金属具有缓蚀效果。当苯甲酸钠质量浓度较小时，金属表面形成的吸附膜不完整，而随着质量浓度增大，金属表面的吸附膜逐渐趋于完整，缓蚀效果会大大增加。
尿素：分子式为CO(NH2)2，从尿素的化学结构看，尿素具有双胺基，可提供孤对电子，能够吸附在金属表面，对金属的腐蚀能起到一定的保护作用。尿素的存在使水溶液显弱碱性，尿素离解出的OH-离子是影响金属腐蚀行为的主要因素，OH-离子浓度的增加使合金表面较易形成具有一定保护作用的保护膜，腐蚀速度降低。尿素无嗅、无味、无毒，在空气中能吸收水分而潮解，易溶于水，在真空中能升华，而且对黑色金属液具有一定的缓蚀作用。
本发明用于碳钢的四元复配气相缓蚀剂，使用硅酸钠、丙氨酸、苯甲酸钠和尿素进行复配，该四元复配气相缓蚀剂绿色环保、高效、对环境污染小，且具有良好的协同作用，解决了现有气相缓蚀剂缓蚀性能差、对环境危害大的问题，制备方法简单，使用方便，能够提高碳钢的缓蚀率，从而减低碳钢的腐蚀速率，延长碳钢的使用寿命。
实施例1
步骤1，配置1L缓蚀剂，分别称取1g硅酸钠，2g丙氨酸，8g苯甲酸钠和7g尿素；
步骤2，将步骤1称取的硅酸钠、丙氨酸、苯甲酸钠和尿素分别用250mL的蒸馏水溶解，搅拌5min，分别得到硅酸钠溶液、丙氨酸溶液、苯甲酸钠溶液和尿素溶液；
步骤3，将步骤2得到的硅酸钠溶液、丙氨酸溶液、苯甲酸钠溶液和尿素溶液分别静置5min，然后将这四种溶液混合并搅拌均匀，即得。
将制得的缓蚀剂不超过24小时的时间内，涂覆于防锈原纸或塑料薄膜上，将其制成气相防锈纸或气相防锈薄膜；再将被防锈的碳钢表面处理成清洁、平滑、干燥、无锈蚀状态；最后，将气相防锈纸或气相防锈薄膜包裹碳钢表面，并密封接口处，且气相防锈纸或气相防锈薄膜与碳钢之间直接接触。
将本发明实施例1得到的四元复配缓蚀剂涂覆气相防锈纸与市场上销售的美国生产的VCI-146型气相防锈纸及硅酸钠、丙氨酸和苯甲酸钠三元复配缓蚀剂制成的气相防锈纸的缓蚀率进行对比，结果如表1所示：当硅酸钠:丙氨酸:苯甲酸钠:尿素浓度比为1:2:8:7时对45#钢的缓蚀率达到92.14%，对A3钢的缓蚀率为95.00%；另外，不加尿素，且当硅酸钠:丙氨酸:苯甲酸钠浓度比为1:2:8时，三元复配缓蚀剂对45#钢的缓蚀率为88.77%，对A3钢的缓蚀率为91.01%，表明硅酸钠、丙氨酸、苯甲酸钠与尿素作为四元复配气相缓蚀剂时，尿素具有良好的协同作用，且缓蚀率与VCI-146缓蚀剂接近。
图1为当硅酸钠:丙氨酸:苯甲酸钠浓度比为1:2:8时，不同尿素浓度对缓蚀率的影响，可以看出，当尿素浓度为6.9g/L～8.1g/L时，缓蚀率较高，当尿素浓度为7g/L时，对45#钢的缓蚀率最高为92.14%，对A3钢的缓蚀率最高为95.00%。
表1不同缓蚀剂对45#钢和A3钢的防锈效果对比
实施例2
步骤1，配置1L缓蚀剂，分别称取0.8g硅酸钠，1.8g丙氨酸，6.8g苯甲酸钠和6.9g尿素；
步骤2，将步骤1称取的硅酸钠、丙氨酸、苯甲酸钠和尿素分别用250mL的蒸馏水溶解，搅拌7min，分别得到硅酸钠溶液、丙氨酸溶液、苯甲酸钠溶液和尿素溶液；
步骤3，将步骤2得到的硅酸钠溶液、丙氨酸溶液、苯甲酸钠溶液和尿素溶液分别静置4min，然后将这四种溶液混合并搅拌均匀，即得。
实施例3
步骤1，配置1L缓蚀剂，分别称取1.2g硅酸钠，2.3g丙氨酸，8.3g苯甲酸钠和8.1g尿素；
步骤2，将步骤1称取的硅酸钠、丙氨酸、苯甲酸钠和尿素分别用250mL的蒸馏水溶解，搅拌10min，分别得到硅酸钠溶液、丙氨酸溶液、苯甲酸钠溶液和尿素溶液；
步骤3，将步骤2得到的硅酸钠溶液、丙氨酸溶液、苯甲酸钠溶液和尿素溶液分别静置6min，然后将这四种溶液混合并搅拌均匀，即得。
实施例4
步骤1，配置1L缓蚀剂，分别称取1.1g硅酸钠，2.2g丙氨酸，7.3g苯甲酸钠和7.6g尿素；
步骤2，将步骤1称取的硅酸钠、丙氨酸、苯甲酸钠和尿素分别用250mL的蒸馏水溶解，搅拌8min，分别得到硅酸钠溶液、丙氨酸溶液、苯甲酸钠溶液和尿素溶液；
步骤3，将步骤2得到的硅酸钠溶液、丙氨酸溶液、苯甲酸钠溶液和尿素溶液分别静置5min，然后将这四种溶液混合并搅拌均匀，即得。
Claims (4)
1.用于碳钢的四元复配气相缓蚀剂，其特征在于，由质量-体积浓度为0.8g/L～1.2g/L硅酸钠，1.8g/L～2.3g/L丙氨酸，6.8g/L～8.3g/L苯甲酸钠，6.9g/L～8.1g/L尿素溶于蒸馏水组成。
2.用于碳钢的四元复配气相缓蚀剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，根据所需缓蚀剂的体积，按质量-体积浓度分别称取0.8g/L～1.2g/L硅酸钠，1.8g/L～2.3g/L丙氨酸，6.8g/L～8.3g/L苯甲酸钠和6.9g/L～8.1g/L尿素；
步骤2，将所述步骤1称取的硅酸钠、丙氨酸、苯甲酸钠和尿素分别用其1/4体积的蒸馏水溶解，搅拌均匀，分别得到硅酸钠溶液、丙氨酸溶液、苯甲酸钠溶液和尿素溶液；
步骤3，将所述步骤2得到的硅酸钠溶液、丙氨酸溶液、苯甲酸钠溶液和尿素溶液分别静置，然后将这四种溶液混合并搅拌均匀，即得。
3.如权利要求2所述的用于碳钢的四元复配气相缓蚀剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2中硅酸钠、丙氨酸、苯甲酸钠、尿素溶液的搅拌时间均为5～10min。
4.如权利要求2所述的用于碳钢的四元复配气相缓蚀剂的制备方法，其特征在于，所述步骤3中硅酸钠溶液、丙氨酸溶液、苯甲酸钠溶液、尿素溶液的静置时间为4～6min。
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