CN103820786B - 用于碳钢的绿色环保气相缓蚀剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
用于碳钢的绿色环保气相缓蚀剂，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，3.8g/L～4.5g/L苯甲酸铵溶于蒸馏水组成；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、苯甲酸钠和苯甲酸铵，分别用1/4体积的蒸馏水溶解，搅拌均匀；将得到的四种溶液静置后混合并搅拌均匀。本发明用于碳钢的绿色环保气相缓蚀剂，使用硅酸钠、丙氨酸、苯甲酸钠和苯甲酸铵进行复配，绿色环保、高效、对环境污染小，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绿色环保气相缓蚀剂，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（VolatileCorrosionInhibitor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。
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，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，因此开发低公害，无污染的气相缓蚀剂非常重要。
在已经开发的气相缓蚀剂中，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。
目前的研究表明，单组份气相缓蚀剂对金属具有良好的防锈性能，然而，缓蚀剂单组份使用时，其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绿色环保气相缓蚀剂，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：用于碳钢的绿色环保气相缓蚀剂，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，3.8g/L～4.5g/L苯甲酸铵溶于蒸馏水组成。
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3.8g/L～4.5g/L苯甲酸铵；
步骤2，将所述步骤1称取的硅酸钠、丙氨酸、苯甲酸钠和苯甲酸铵分别用其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、苯甲酸钠溶液和苯甲酸铵溶液；
步骤3，将所述步骤2得到的硅酸钠溶液、丙氨酸溶液、苯甲酸钠溶液和苯甲酸铵溶液分别静置，然后将这四种溶液混合并搅拌均匀后，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、苯甲酸铵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、苯甲酸铵溶液的静置时间为4～6min。
本发明的有益效果是：本发明用于碳钢的绿色环保气相缓蚀剂，使用硅酸钠、丙氨酸、苯甲酸钠和苯甲酸铵进行复配，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，能够延长碳钢的使用寿命。
附图说明
图1是本发明用于碳钢的绿色环保气相缓蚀剂不同苯甲酸铵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。
本发明用于碳钢的绿色环保气相缓蚀剂，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，3.8g/L～4.5g/L苯甲酸铵溶于蒸馏水组成。
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3.8g/L～4.5g/L苯甲酸铵；
步骤2，将所述步骤1称取的硅酸钠、丙氨酸、苯甲酸钠和苯甲酸铵分别用其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、苯甲酸钠溶液和苯甲酸铵溶液；
步骤3，将所述步骤2得到的硅酸钠溶液、丙氨酸溶液、苯甲酸钠溶液和苯甲酸铵溶液分别静置4～6min，然后将这四种溶液混合并搅拌均匀后，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。
苯甲酸铵：又称安息香酸铵，分子式为C7H5O2NH4，结构式为C6H5COONH4。在空气中逐渐分解放出氨，能溶于水、乙醇、甘油等，蒸汽压为0.01mmHg（20℃）。该气相缓蚀剂在水中溶解时，一部分离解产生季铵离子与阳离子，当金属表面电位较零电荷电位为负时，季铵离子在金属的阴极区发生吸附作用，阻挠了H+的放电，因而抑制了阴极反应；当金属表面电位较零电荷电位为正时，OH-在金属表面吸附，然后季铵离子在金属表面形成化学吸附，这种吸附在阳极发生，防止金属溶解，其C6H5COO-部分应该可以对金属起到钝化作用。
本发明用于碳钢的绿色环保气相缓蚀剂，使用硅酸钠、丙氨酸、苯甲酸钠和苯甲酸铵进行复配，该复配缓蚀剂绿色环保、高效、对环境污染小，解决了现有气相缓蚀剂缓蚀性能差、对环境危害大的问题，该四元复配气相缓蚀剂具有良好的协同作用，制备方法简单，使用方便，能够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4g苯甲酸铵；
步骤2，将所述步骤1称取的硅酸钠、丙氨酸、苯甲酸钠和苯甲酸铵分别用250mL的蒸馏水溶解，搅拌5min，分别得到硅酸钠溶液、丙氨酸溶液、苯甲酸钠溶液和苯甲酸铵溶液；
步骤3，将所述步骤2得到的硅酸钠溶液、丙氨酸溶液、苯甲酸钠溶液和苯甲酸铵溶液分别静置5min，然后将这四种溶液混合并搅拌均匀后，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，试验结果如表1所示：当硅酸钠:丙氨酸:苯甲酸钠:苯甲酸铵浓度比为1:2:8:4时对45#钢的缓蚀率达到93.75%，对A3钢的缓蚀率为98.33%；另外，不加苯甲酸铵，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、苯甲酸钠与苯甲酸铵作为四元复配气相缓蚀剂时，苯甲酸铵具有良好的协同作用，且缓蚀率与VCI-146缓蚀剂相当。
图1为当硅酸钠:丙氨酸:苯甲酸钠浓度比为1:2:8时，不同苯甲酸铵浓度对缓蚀率的影响，可以看出，当苯甲酸铵浓度为3.8g/L～4.5g/L时，缓蚀率较高，当苯甲酸铵浓度为4g/L时，对45#钢的缓蚀率最高位93.75%，对A3钢的缓蚀率最高为98.33%。
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3.8g苯甲酸铵；
步骤2，将所述步骤1称取的硅酸钠、丙氨酸、苯甲酸钠和苯甲酸铵分别用250mL的蒸馏水溶解，搅拌7min，分别得到硅酸钠溶液、丙氨酸溶液、苯甲酸钠溶液和苯甲酸铵溶液；
步骤3，将所述步骤2得到的硅酸钠溶液、丙氨酸溶液、苯甲酸钠溶液和苯甲酸铵溶液分别静置4min，然后将这四种溶液混合并搅拌均匀后，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4.5g苯甲酸铵；
步骤2，将所述步骤1称取的硅酸钠、丙氨酸、苯甲酸钠和苯甲酸铵分别用250mL的蒸馏水溶解，搅拌10min，分别得到硅酸钠溶液、丙氨酸溶液、苯甲酸钠溶液和苯甲酸铵溶液；
步骤3，将所述步骤2得到的硅酸钠溶液、丙氨酸溶液、苯甲酸钠溶液和苯甲酸铵溶液分别静置6min，然后将这四种溶液混合并搅拌均匀后，即得。
实施例4
步骤1，配置1L缓蚀剂，分别称取1.1g硅酸钠，1.9g丙氨酸，7.5g苯甲酸钠和4.2g苯甲酸铵；
步骤2，将所述步骤1称取的硅酸钠、丙氨酸、苯甲酸钠和苯甲酸铵分别用250mL的蒸馏水溶解，搅拌8min，分别得到硅酸钠溶液、丙氨酸溶液、苯甲酸钠溶液和苯甲酸铵溶液；
步骤3，将所述步骤2得到的硅酸钠溶液、丙氨酸溶液、苯甲酸钠溶液和苯甲酸铵溶液分别静置5min，然后将这四种溶液混合并搅拌均匀后，即得。
Claims (4)
1.用于碳钢的绿色环保气相缓蚀剂，其特征在于，由硅酸钠、丙氨酸、苯甲酸钠、苯甲酸铵及蒸馏水为溶剂组成，气相缓蚀剂中各组分质量-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，3.8g/L～4.5g/L苯甲酸铵。
2.用于碳钢的绿色环保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及各组分的质量-体积浓度：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3.8g/L～4.5g/L苯甲酸铵，分别称取硅酸钠、丙氨酸、苯甲酸钠、苯甲酸铵；
步骤2，将所述步骤1称取的硅酸钠、丙氨酸、苯甲酸钠和苯甲酸铵分别用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、苯甲酸钠溶液和苯甲酸铵溶液；
步骤3，将所述步骤2得到的硅酸钠溶液、丙氨酸溶液、苯甲酸钠溶液和苯甲酸铵溶液分别静置，然后将这四种溶液混合并搅拌均匀。
3.如权利要求2所述的用于碳钢的绿色环保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、苯甲酸铵溶液的搅拌时间均为5～10min。
4.如权利要求2所述的用于碳钢的绿色环保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、苯甲酸铵溶液的静置时间为4～6min。
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