CN104372362A - 一种铝碱洗缓蚀剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种铝碱洗缓蚀剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铝碱洗缓蚀剂及其制备方法和应用，属于铝合金防腐领域。该缓蚀剂由水、硅酸钠、葡萄糖酸钠、苯并三氮唑、酒石酸钙、吖啶和邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯(PDDA)组成，其制备方法为：(1)将PDDA、酒石酸钙和水混合均匀得到A液；(2)将硅酸钠、苯并三氮唑和水混合均匀得到B液；(3)将葡萄糖酸钠、吖啶和水混合均匀得到C液；(4)将B液和C液加入A液中搅拌均匀得到缓蚀剂。本发明的缓蚀剂效果好，对环境友好，适用铝合金材料碱洗过程中的缓蚀保护，具有制备工艺简单、条件温和、易于制造的优点。

Description

一种铝碱洗缓蚀剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于铝合金防腐领域，更具体地说，涉及一种铝碱洗缓蚀剂及其制备方法和应用。
背景技术
铝具有材质轻、导热好、易于加工以及在中性、近中性的水和大气中十分耐蚀等特点，广泛用于制造铝板式冷换设备、冷凝器、空冷器、结晶器、反应器、干燥器、贮槽、槽车及配管等，在建筑、交通运输、轻工与民用等行业也有大量的应用。铝在自然条件下表面能形成一层氧化膜，但是这层膜非常薄，易破损，因而其抗腐蚀能力很差，导致每年因各种环境造成的腐蚀损失是很惊人的。为了提高铝合金材料的耐腐蚀性能，使铝合金材料能够更好，更有效地应用于各个行业中，国内外研究人员运用了各种方法对其进行有效的缓蚀处理，缓蚀剂技术在铝合金的防护中得到了越来越多的重视。铝冷换设备在使用一段时间后，灰尘、油污、工作介质等很容易在设备表面形成污垢，污垢下面铝材腐蚀的同时还形成较大的热阻，严重影响设备制冷作用。为维护设备的正常运行和延长使用寿命，铝冷换设备应该定期清洗，尤其是化学清洗。为使铝质设备碱清洗成为可能，人们对碱性溶液中铝的缓蚀剂研究已做了大量工作，但由于缓蚀性能差、缓蚀作用时间短或抗干扰性能差等原因，大多数缓蚀剂难以投入实际应用。
经检索，中国专利申请号201110272091.0公开了一种中性介质的铝合金缓蚀剂，该缓蚀剂由硫酸锌0.1～0.2mg/g、油酸钠0.1～0.2mg/g、正磷酸钠0.1～0.2mg/g和牛脂胺0.1～0.2mg/g混合组成，其中，硫酸锌和油酸钠能协同的对铝合金起到缓蚀作用，它们配比形成的铝合金缓蚀剂低毒、高效、经济，但是只适合于中性介质的铝合金，应用范围窄，适用性差。中国专利申请号201310107913.9公开了一种铝合金缓蚀剂，由亚硝酸钾1-2份、20-100份葡萄糖酸钙、2-5份琉基苯并噻唑、2-5份硼酸盐以及2-5份十六烷胺组成，该发明为水质稳定剂制备所需葡萄糖酸钙提出了新工艺，但是该新工艺过程十分复杂，制备过程需要用到葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶，对工艺条件的要求高，制备成本高，且亚硝酸钾有毒，会污染环境，因此不适于产业化应用。目前关于碱性介质铝的缓蚀剂的报道比较少，且存在缓蚀率偏低、剂量大、有的有毒性、价格高等问题，需要研发一种经济环保、缓蚀效率高的缓蚀剂。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有铝缓蚀剂存在的缓蚀率偏低、剂量大、有的有毒性、价格高等问题，本发明提供一种铝碱洗缓蚀剂及其制备方法和应用，在已有的碱性介质铝缓蚀剂研究基础上，研究了添加剂与缓蚀剂的复配效果，寻找缓蚀剂与缓蚀剂之间、缓蚀剂与添加剂之间的协同效应，从而制得高效、环境友好的铝碱洗缓蚀剂。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种铝碱洗缓蚀剂，由水、硅酸钠、葡萄糖酸钠、苯并三氮唑、酒石酸钙、吖啶和邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯组成，所述的各组分的质量份数为：硅酸钠15-25份、葡萄糖酸钠10-20份、苯并三氮唑5-10份、酒石酸钙10-15份、吖啶8-12份、邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯20-30份、水30-40份。
优选地，所述的各组分的质量份数为：硅酸钠20份、葡萄糖酸钠15份、苯并三氮唑5份、酒石酸钙10份、吖啶8份、邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯30份、水35份。
上述的一种铝碱洗缓蚀剂的制备方法，其步骤为：
(a)按质量份数称取邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯20-30份、水10-15份和酒石酸钙10-15份加热至40-45℃，搅拌混合均匀，得到铝碱洗缓蚀剂的A液；
(b)按质量份数称取硅酸钠15-25份、苯并三氮唑5-10份和水10-13份在室温下搅拌混合均匀，得到铝碱洗缓蚀剂的B液；
(c)按质量份数称取葡萄糖酸钠10-20份、吖啶8-12份和水10-12份在室温下搅拌混合均匀，得到铝碱洗缓蚀剂的C液；
(d)在搅拌的条件下分别将步骤(b)中得到的B液和步骤(c)中得到的C液加入步骤(a)中得到的A液中，搅拌3-5h后得到铝碱洗缓蚀剂。
优选地，所述的步骤(a)、步骤(b)和步骤(c)中的搅拌速度均为180-250rpm。
优选地，所述的步骤(d)中的搅拌速度为100-150rpm。
优选地，所述的步骤(d)加入B液和C液的条件为当步骤(a)中的A液冷却至30℃时。
邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯在铝碱洗缓蚀剂中的应用。
铝碱洗缓蚀剂在铝碱洗中的应用。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的一种铝碱洗缓蚀剂，其组分中的葡萄糖酸钠、苯并三氮唑和酒石酸钙具有缓蚀性能好、低毒、有协同作用等优点，同时组分中的吖啶和邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯(PDDA)能增强缓蚀剂的缓蚀效率，能显著的提高铝合金材料的抗腐蚀能力；
(2)本发明的铝碱洗缓蚀剂，其组分中的PDDA是一种大分子的阳离子聚合物，在盐溶液中，其表面有大量的阴离子结合位点，而铝在碱性溶液中，其表面吸附有OH-离子，因此PDDA能沉积在铝的表面，同时PDDA上还有很多结合位点，可以结合葡萄糖酸钠、苯并三氮唑和酒石酸钙等缓蚀性能好的分子，协同增强它们的缓蚀性能，避免团聚现象的发生，可以提高缓蚀率，降低缓蚀剂用量，提高综合性能；
(3)本发明的铝碱洗缓蚀剂的制备方法，由于PDDA在纯水中溶解度很低，但是在40-45℃的酒石酸钙溶液中可以溶解，所以先将PDDA、酒石酸钙和部分水搅拌混合制成A液，然后在30℃左右时，将硅酸钠与苯并三氮唑的水溶液和葡萄糖酸钠与吖啶的水溶液加入A液中，搅拌均匀，使得硅酸钠、苯并三氮唑、葡萄糖酸钠和吖啶充分分散在PDDA分子的周围，避免团聚情况的发生，形成高效的铝碱洗缓蚀剂，分散性好；经过本方法的顺序制作的缓蚀阻垢剂的分散性好，不团聚，耐储存，复配完成之后储存期可达到2年；
(4)本发明的铝碱洗缓蚀剂的制备方法具有工艺简单、条件温和、保存期长，易操作等优点。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
实施例1
一种铝碱洗缓蚀剂，其制备步骤为：
(a)按质量份数称取邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯30份、水15份和酒石酸钙15份加热至40℃，在180rpm条件下搅拌混合均匀，得到铝碱洗缓蚀剂的A液；
(b)按质量份数称取硅酸钠15份、苯并三氮唑5份和水13份，室温下以180rpm速度搅拌混合均匀，得到铝碱洗缓蚀剂的B液；
(c)按质量份数称取葡萄糖酸钠20份、吖啶8份和水12份，室温下以180rpm速度搅拌混合均匀，得到铝碱洗缓蚀剂的C液；
(d)当步骤(a)中的A液冷却至30℃时在搅拌的条件下分别将步骤(b)中得到的B液和步骤(c)中得到的C液加入步骤(a)中得到的A液中，在100rpm条件下搅拌3h后得到铝碱洗缓蚀剂。在无光照的情况下密封保存2年，液体的性能和各项指标未发生明显变化。
按照标准GB/T 18175—2000规定的旋转挂片法测试本实施例中得到的缓蚀剂的缓蚀效果，步骤如下：
实验材料为铝(型号3003)，Ⅱ型标准挂片，规格为50mm×25mm×2mm，面积28cm2。所用挂片均经金相砂纸逐级打磨，再经蒸馏水、无水乙醇清洗后再用丙酮清洗、冷风吹干，置于干燥器24h以上，备用。
实验采用失重法，实验温度50℃。将试片旋转的线速度保持在0.35m/s(70r/min)，时间72小时，挂片按GB/T 18175—2000方法处理后称重，再按下式计算挂片的腐蚀率V：
V(mm/a)＝8.76×104·△W/s·t·ρ
式中：△W为挂片的失重(g)，s为挂片的表面积(cm2)，t为时间(h)，ρ为挂片密度(g/m3)。
然后按下式计算缓蚀剂对铝的缓蚀率E：
E(％)＝100·(V0-Vc)/V0
式中：V0为空白腐蚀率，Vc为给定缓蚀剂的腐蚀率。
试验溶液为加有本实施例中的缓蚀剂的8％氢氧化钠溶液和空白对照，测试结果表明，当溶液中缓蚀剂的浓度为800ppm时，对铝的缓蚀率为96.1％。
实施例2
一种铝碱洗缓蚀剂，其制备步骤为：
(a)按质量份数称取邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯20份、水12份和酒石酸钙10份加热至45℃，在200rpm条件下搅拌混合均匀，得到铝碱洗缓蚀剂的A液；
(b)按质量份数称取硅酸钠20份、苯并三氮唑8份和水12份，室温下以200rpm速度搅拌混合均匀，得到铝碱洗缓蚀剂的B液；
(c)按质量份数称取葡萄糖酸钠15份、吖啶10份和水11份，室温下以200rpm速度搅拌混合均匀，得到铝碱洗缓蚀剂的C液；
(d)当步骤(a)中的A液冷却至30℃时，在搅拌的条件下分别将步骤(b)中得到的B液和步骤(c)中得到的C液加入步骤(a)中得到的A液中，在120rpm条件下搅拌5h后得到铝碱洗缓蚀剂。
按照标准GB/T 18175—2000规定的旋转挂片法测试本实施例中得到的缓蚀剂的缓蚀效果，步骤同实施例1，试验溶液为加有本实施例中的缓蚀剂的8％氢氧化钠溶液和空白对照，测试结果表明，当溶液中缓蚀剂的浓度为1000ppm时，对铝的缓蚀率为98.6％。
实施例3
一种铝碱洗缓蚀剂，其制备步骤为：
(a)按质量份数称取邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯25份、水10份和酒石酸钙12份加热至45℃，在250rpm条件下搅拌混合均匀，得到铝碱洗缓蚀剂的A液；
(b)按质量份数称取硅酸钠25份、苯并三氮唑10份和水10份，室温下以200rpm速度搅拌混合均匀，得到铝碱洗缓蚀剂的B液；
(c)按质量份数称取葡萄糖酸钠10份、吖啶12份和水10份，室温下以200rpm速度搅拌混合均匀，得到铝碱洗缓蚀剂的C液；
(d)当步骤(a)中的A液冷却至30℃时在搅拌的条件下分别将步骤(b)中得到的B液和步骤(c)中得到的C液加入步骤(a)中得到的A液中，在150rpm条件下搅拌4h后得到铝碱洗缓蚀剂。
试验中以8％的氢氧化钠溶液对某炼油厂的风冷铝翅片换热器进行化学清洗(喷淋法)，其中缓蚀剂的加入量为500mg/L，结果表明缓蚀率达97.35％，被清洗金属表面达到要求，无点蚀、过洗现象。

Claims (8)

1.一种铝碱洗缓蚀剂，由水、硅酸钠、葡萄糖酸钠、苯并三氮唑、酒石酸钙、吖啶和邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯组成，所述的各组分的质量份数为：硅酸钠15-25份、葡萄糖酸钠10-20份、苯并三氮唑5-10份、酒石酸钙10-15份、吖啶8-12份、邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯20-30份、水30-40份。
2.根据权利要求1所述的一种铝碱洗缓蚀剂，其特征在于：所述的各组分的质量份数为：硅酸钠20份、葡萄糖酸钠15份、苯并三氮唑5份、酒石酸钙10份、吖啶8份、邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯30份、水35份。
3.权利要求1中所述的一种铝碱洗缓蚀剂的制备方法，其步骤为：
(a)按质量份数称取邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯20-30份、水10-15份和酒石酸钙10-15份加热至40-45℃，搅拌混合均匀，得到铝碱洗缓蚀剂的A液；
(b)按质量份数称取硅酸钠15-25份、苯并三氮唑5-10份和水10-13份在室温下搅拌混合均匀，得到铝碱洗缓蚀剂的B液；
(c)按质量份数称取葡萄糖酸钠10-20份、吖啶8-12份和水10-12份在室温下搅拌混合均匀，得到铝碱洗缓蚀剂的C液；
(d)在搅拌的条件下分别将步骤(b)中得到的B液和步骤(c)中得到的C液加入步骤(a)中得到的A液中，搅拌3-5h后得到铝碱洗缓蚀剂。
4.根据权利要求3所述的一种铝碱洗缓蚀剂的制备方法，其特征在于：所述的步骤(a)、步骤(b)和步骤(c)中的搅拌速度均为180-250rpm。
5.根据权利要求3所述的一种铝碱洗缓蚀剂的制备方法，其特征在于：所述的步骤(d)中的搅拌速度为100-150rpm。
6.根据权利要求3所述的一种铝碱洗缓蚀剂的制备方法，其特征在于：所述的步骤(d)加入B液和C液的条件为当步骤(a)中的A液冷却至30℃时。
7.邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯在铝碱洗缓蚀剂中的应用。
8.权利要求1中的铝碱洗缓蚀剂在铝碱洗中的应用。
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