CN107381842A - 一种对铜和碳钢同时有效的无磷阻垢缓蚀剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种对铜和碳钢同时有效的无磷阻垢缓蚀剂。该阻垢缓蚀剂含有：5‑15质量份硼酸盐、10‑18质量份葡萄糖酸盐、8‑12质量份无机锌盐、0.5‑2质量份甲基苯骈三氮唑、8‑19质量份阻垢剂和0.1‑1质量份表面活性剂。该阻垢缓蚀剂对系统中的铜和碳钢同时具有保护作用，使用该缓蚀阻垢剂后碳钢腐蚀速率可低于0.02mm/a、铜的腐蚀速率低于0.005mm/a，缓蚀率可达98％以上。该阻垢缓蚀剂同时具有较好的阻垢性能，在四倍浓缩实验中阻垢率优于90％。本发明的阻垢缓蚀剂同时解决了系统的结垢和腐蚀问题，缓蚀性能和阻垢效果均优于国家和行业相关标准，并且不含磷和稀土元素，实现了循环水废水的无磷排放，具有很高的工业价值和较好的环保效益。
Description
技术领域
本发明涉及金属腐蚀与防护领域和工业水处理领域，具体涉及一种对铜和碳钢同时有效的无磷阻垢缓蚀剂。
背景技术
近期发布的调查结果表明，我国全行业腐蚀总成本约占国内生产总值(GDP)的3.34％，达到21278.2亿人民币，相当于每位公民承担1555多元的腐蚀成本。腐蚀是安全问题、节约资源问题，亟待解决。缓蚀剂是一种以适当的浓度和形式存在于环境(介质)中时，可以防止或减缓金属表面腐蚀的化学物质或几种化学物质的混合物，已经广泛应用于工业水处理中。随着环保意识的提高，目前研发新型无磷或低磷水处理药剂成为研究热点。
专利CN200310115070.3公开了一种用于处理循环冷却水的无磷复合阻垢缓蚀剂，含聚天冬氨酸、聚乙烯醇、氧化淀粉、聚丙烯酸、葡萄糖酸钾、甲基苯骈三氮唑、硝酸锌、钼酸钠或钨酸钠等，利用制备的阻垢缓蚀剂处理后，碳钢腐蚀速率0.02mm/a，浓缩倍数6倍时，碳酸钙阻垢率达到98％。
专利200910046244.2公开了一种无磷绿色缓蚀阻垢剂，含有聚天冬氨酸或聚环氧琥珀酸、马来酸均聚物、丙烯酸类共聚物、硫酸锌、硝酸镧、葡萄糖酸钠、甲基苯并三氮唑等，利用制备的缓蚀阻垢剂处理碳钢缓蚀率可达98％，处理黄铜缓蚀率可达95％，阻垢率在90％以上。
专利201010512464.2公开了一种无磷复合阻垢缓蚀剂，含有四硼酸钠、葡萄糖酸锌、聚天冬氨酸、聚环氧琥珀酸、丙烯酸-丙烯酸羟丙酯共聚物、苯并三氮唑、硫酸锌等，利用制备的缓蚀阻垢剂处理碳钢腐蚀速度可达0.010mm/a，但其阻垢率较低，基本上未超过85％。
发明内容
目前现有技术中存在的技术问题是，传统缓蚀剂多为功能单一型缓蚀剂，只能够用于防止或减缓单一金属的锈蚀，即只对于碳钢、不锈钢、铜等其中一种金属起主要作用。但以碳钢为主的工业水系统，实际工况都会有部分设备的材质为铜，存在异种金属(铜和铁之间)电偶腐蚀问题，加速设备的腐蚀老化。此时，采用单一缓蚀剂很难控制材料腐蚀。而且在工业冷却水或其它工业用水中，材料表面结垢时，不仅降低导热性能，而且促使材料形成垢下腐蚀。
现有技术为了获得较好的防腐效果，使用了钼酸盐或钨酸盐或硝酸镧等，但是钼酸盐、钨酸盐等是重金属盐、硝酸镧是稀有金属盐类，现有技术中用量大，易形成重金属污染或成本较高。
本发明人为解决上述技术问题发现，将聚环氧琥珀酸、葡萄糖酸盐、锌盐组合，在表面活性剂的配合作用下，对金属腐蚀防护具有显著协同增效作用，且经过配比调试，得到一种对碳钢和铜同时具有缓蚀作用，并具有较好阻垢效果的无磷型低毒阻垢缓蚀剂。并发现碳钢和铜在同一个介质共存的情况下缓蚀剂对两种金属仍具有优异的缓蚀效果。
在环保的前提下，为了克服现有单一缓蚀剂对铜和碳钢混合体系缓蚀效果差的局限，提供一种既有较高阻垢率，又对铜和碳钢同时有效的无磷低毒阻垢缓蚀剂，本发明采用下述技术方案：
一种对铜和碳钢同时有效的无磷阻垢缓蚀剂，包含以下重量份的组分：5-15份硼酸盐、10-18份葡萄糖酸盐、8-12份无机锌盐、0.5-2份甲基苯骈三氮唑、8-19份阻垢剂、0.1-1份表面活性剂。
按照上述重量比例，先将甲基苯骈三氮唑溶于少量的无水乙醇中，再与其它组分共同使用，制得本发明的无磷阻垢缓蚀剂。
具体来说，本发明提出了如下技术方案：
本发明提供了阻垢缓蚀剂，含有硼酸盐、葡萄糖酸盐、无机锌盐、甲基苯骈三氮唑、阻垢剂和表面活性剂。
优选的是，所述阻垢缓蚀剂，其中，硼酸盐、葡萄糖酸盐、无机锌盐、甲基苯骈三氮唑、阻垢剂、表面活性剂的重量比为(5～15)：(10～18)：(8～12)：(0.5～2)：(8～19)：(0.1～1)；优选重量比为(5～10)：(10～18)：(8～12)：(0.5～1)：(12～19)：(0.1～1)；更优选重量比为(5～10:)：(15～18)：(10～12)：(0.5～1)：(13～18)：(0.2～1)。
优选的是，所述阻垢缓蚀剂，其中，所述硼酸盐选自四硼酸钠、八硼酸钠和四硼酸钾中的一种。
优选的是，所述阻垢缓蚀剂，其中，所述葡萄糖酸盐选自葡萄糖酸钾、葡萄糖酸钠、葡萄糖酸锌、葡萄糖酸钙、葡萄糖酸铜和葡萄糖酸镁中的一种或两种以上。
优选的是，所述阻垢缓蚀剂，其中，无机锌盐选自硫酸锌、氯化锌和硝酸锌中的一种。
优选的是，所述阻垢缓蚀剂，其中，所述表面活性剂选自烷基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、失水山梨醇脂肪酸酯和烷基苯磺酸盐中的一种或两种以上；优选OP-10、吐温-80、吐温-60和十二烷基苯磺酸钠中的一种或两种以上。
优选的是，所述阻垢缓蚀剂，其中，所述阻垢剂选自聚天冬氨酸类阻垢剂、丙烯酸类阻垢剂和聚环氧琥珀酸类阻垢剂中的一种或两种以上。
优选的是，所述阻垢缓蚀剂，其中，所述聚环氧琥珀酸类阻垢剂选自聚环氧琥珀酸、聚环氧琥珀酸钠和聚环氧琥珀酸钾中的一种或两种以上，优选聚环氧琥珀酸类阻垢剂相对分子量在800-2000。
优选的是，所述阻垢缓蚀剂，其中，所述丙烯酸类阻垢剂选自丙烯酸、丙烯酸-丙烯酸酯共聚物、聚丙烯酸和含磺酸基的丙烯酸中的一种或两种以上。
优选的是，所述阻垢缓蚀剂，其中，含有甲基苯骈三氮唑、四硼酸钠、葡萄糖酸锌、硫酸锌、聚天冬氨酸、聚环氧琥珀酸和吐温-80；优选以质量份计含有甲基苯骈三氮唑0.5份、四硼酸钠15份、葡萄糖酸锌10份、硫酸锌8份、聚天冬氨酸3份、聚环氧琥珀酸10份和吐温-800.1份。
优选的是，所述阻垢缓蚀剂，含有甲基苯骈三氮唑、四硼酸钠、葡萄糖酸钠、氯化锌、丙烯酸、聚环氧琥珀酸和吐温-60；优选含有以质量份计甲基苯骈三氮唑1份、四硼酸钠5份、葡萄糖酸钠15份、氯化锌10份、丙烯酸3份和聚环氧琥珀酸10份和吐温-601份。
优选的是，所述阻垢缓蚀剂，含有甲基苯骈三氮唑、四硼酸钠、葡萄糖酸钾、硫酸锌、聚环氧琥珀酸和OP-10；优选含有以质量份计甲基苯骈三氮唑2份、四硼酸钠5份、葡萄糖酸钾10份、硫酸锌12份、聚环氧琥珀酸8份和OP-100.5份。
优选的是，所述阻垢缓蚀剂，含有甲基苯骈三氮唑、四硼酸钠、葡萄糖酸镁、硫酸锌、聚环氧琥珀酸钠和十二烷基苯磺酸钠；优选以质量份计含有甲基苯骈三氮唑0.8份、四硼酸钠5份、葡萄糖酸镁18份、硫酸锌8份、聚环氧琥珀酸钠12份和十二烷基苯磺酸钠0.5份。
优选的是，所述阻垢缓蚀剂，含有甲基苯骈三氮唑、四硼酸钠、葡萄糖酸钾、硫酸锌、聚环氧琥珀酸钠、聚天冬氨酸和OP-10；优选以质量份计含有甲基苯骈三氮唑0.5份、四硼酸钠10份、葡萄糖酸钾10份、硫酸锌8份、聚环氧琥珀酸钠5份、聚天冬氨酸8份和OP-100.2份。
优选的是，所述阻垢缓蚀剂，含有甲基苯骈三氮唑、四硼酸钠、葡萄糖酸钙、硝酸锌、聚环氧琥珀酸钠、聚天冬氨酸和吐温60；优选以质量份计含有甲基苯骈三氮唑1份、四硼酸钠5份、葡萄糖酸钙18份、硝酸锌12份、聚环氧琥珀酸钠15份、聚天冬氨酸3份和吐温600.2份。
优选的是，所述的阻垢缓蚀剂，其中，还含有乙醇。
优选的是，所述的阻垢缓蚀剂，其中，乙醇与甲基苯并三氮唑的体积质量比为8～12:1ml/g；优选为10:1ml/g。
另一方面，本发明还提供了本发明的阻垢缓蚀剂的方法，通过将甲基苯骈三氮唑溶于无水乙醇中，再与其他组分共同使用。
本发明还提供了本发明的阻垢缓蚀剂应用于铜和/或钢的防腐蚀。
本发明的有益效果包括：
本发明具有无磷环保、同时对铜和碳钢有缓蚀效果、阻垢效果良好，且成本较低的优点。经预膜在含阻垢缓蚀剂系统中，旋转挂片50℃下运行72小时，铜的腐蚀速率<0.005mm/a、碳钢腐蚀速率<0.075mm/a，阻垢率控制在90％以上。在最优条件下碳钢腐蚀速率可控制在0.02mm/a以下，阻垢率可达98％以上。
下面结合具体实施方式，对本发明及其有益技术效果进行详细说明。
具体实施方式
如上所述，本发明的目的在于：在环保的前提下，提供一种既有较高阻垢率，又对铜和碳钢同时有效的无磷阻垢缓蚀剂，克服现有单一缓蚀剂对铜和碳钢混合体系缓蚀效果差的局限。
本发明优选的无磷阻垢缓蚀剂，按照重量份，先将甲基苯骈三氮唑溶于少量的无水乙醇中，再与其它组分共同使用。含甲基苯骈三氮唑的乙醇溶液可以与其他组分混合后使用，也可以分别加入运行环境中使用。
下面通过具体实施例来说明本发明的阻垢缓蚀剂，并通过阻垢实验和腐蚀试验说明本发明阻垢缓蚀剂的效果。
将试片经预膜浸入含阻垢缓蚀剂的烧杯中进行腐蚀试验。
预膜过程为：在2L水中分别加入0.1g阻垢剂,0.25g葡萄糖酸盐,0.5g锌盐，0.008g甲基苯骈三氮唑和0.006g表面活性剂配成预膜液。将试片挂入预膜液中，25℃和80r/min条件下，在旋转挂片腐蚀试验仪中运行40小时，试片取出经水冲洗作为腐蚀试验用试片。其中所用阻垢剂、葡萄糖酸盐、锌盐及表面活性剂与腐蚀试验中的缓蚀阻垢剂成分相同。
腐蚀试验为：50℃和80r/min条件下，按GB/T 18175-2014《水处理剂缓蚀性能的测定——旋转挂片法》操作，其中每个试验烧杯中挂两片碳钢试片和一片铜试片。
阻垢试验按GB/T 16632-2008《水处理剂阻垢性能的测定碳酸钙沉积法》操作。
腐蚀试验和阻垢试验所用实验水质如表1:
表1天津市市政供水的自来水水质
下面实施例中所用到各试剂和仪器来源如下：
表2实施例所用仪器试剂表
实施例1
甲基苯骈三氮唑0.5g、四硼酸钠15g、葡萄糖酸锌10g、硫酸锌8g、聚天冬氨酸3g、聚环氧琥珀酸10g和吐温-800.1g，其它成分为去离子水，配成200mL溶液，即得本发明的缓蚀阻垢剂。
缓蚀阻垢剂用量为4ml/L条件下，经测试铜的腐蚀速率为0.0048mm/a、对碳钢腐蚀速率为0.072mm/a，浓缩四倍测得阻垢率为92％。
实施例2
将四硼酸钠5g、葡萄糖酸钠15g、氯化锌10g、丙烯酸3g、聚环氧琥珀酸10g和吐温-601g共同溶于200mL去离子水中得A组分；将甲基苯骈三氮唑1g溶于10mL无水乙醇中得B组分，再与A组分共同使用即得本发明的缓蚀阻垢剂。
缓蚀阻垢剂用量为A组分4ml/L和B组分0.01ml/L条件下，经测试铜的腐蚀速率为0.0033mm/a、对碳钢腐蚀速率为0.0149mm/a，浓缩四倍测得阻垢率为98％。
实施例3
将四硼酸钠5g、葡萄糖酸钾10g、硫酸锌12g、聚环氧琥珀酸阻垢剂8g和OP-100.5g共同溶于200mL去离子水中得A成分；将甲基苯骈三氮唑2g溶于15mL无水乙醇中得B组分，再与A组分共同使用，即得本发明的缓蚀阻垢剂。
缓蚀阻垢剂用量为A组分4ml/L和B组分0.01ml/L条件下，经测试铜的腐蚀速率为0.0025mm/a、对碳钢腐蚀速率为0.062mm/a，浓缩四倍测得阻垢率为91％。
实施例4
将甲基苯骈三氮唑0.8g、四硼酸钠5g、葡萄糖酸镁18g、硫酸锌8g、聚环氧琥珀酸钠阻垢剂12g和十二烷基苯磺酸钠0.5g，共同溶于200mL去离子水中，搅拌均匀即得本发明的缓蚀阻垢剂。
缓蚀阻垢剂用量为4ml/L条件下，经测试铜的腐蚀速率为0.0038mm/a、对碳钢腐蚀速率为0.053mm/a，浓缩四倍测得阻垢率为94％。
实施例5
将甲基苯骈三氮唑0.5g溶于5mL无水乙醇中，再与四硼酸钠10g、葡萄糖酸钾10g、硫酸锌8g、聚环氧琥珀酸钠阻垢剂5g、聚天冬氨酸8g、OP-100.2g，共同溶于200mL去离子水中，搅拌均匀即得本发明的缓蚀阻垢剂。
缓蚀阻垢剂用量为4ml/L条件下，经测试铜的腐蚀速率为0.0031mm/a、对碳钢腐蚀速率为0.057mm/a，浓缩四倍测得阻垢率为95％。
实施例6
将四硼酸钠5g、葡萄糖酸钙18g、硝酸锌12g、聚环氧琥珀酸钠阻垢剂15g、聚天冬氨酸3g和吐温600.2g，共同溶于200mL去离子水中得组分A，将甲基苯骈三氮唑1g溶于10mL无水乙醇中得组分B，再与组分A共同使用即得本发明的缓蚀阻垢剂。
缓蚀阻垢剂用量为A组分4ml/L和B组分0.01ml/L条件下，经测试铜的腐蚀速率为0.0031mm/a、对碳钢腐蚀速率为0.0283mm/a，浓缩四倍测得阻垢率为98％。
实施例1-实施例6中所用聚天冬氨酸、聚环氧琥珀酸或丙烯酸用量均为有效成分用量。通过实施例1-实施例6可以看出，本发明的无磷阻垢缓蚀剂具有优异的阻垢缓蚀效果，能同时降低铜和碳钢的腐蚀速率，在上述实施例最优条件下，铜的腐蚀率降低到0.003mm/a左右的同时，能够将碳钢的腐蚀速率可降低到0.015mm/a，且阻垢率高达98％。
Claims (18)
1.一种阻垢缓蚀剂，其特征在于，含有硼酸盐、葡萄糖酸盐、无机锌盐、甲基苯骈三氮唑、阻垢剂和表面活性剂。
2.根据权利要求1所述的阻垢缓蚀剂，其中，硼酸盐、葡萄糖酸盐、无机锌盐、甲基苯骈三氮唑、阻垢剂、表面活性剂的重量比为(5～15)：(10～18)：(8～12)：(0.5～2)：(8～19)：(0.1～1)；优选重量比为(5～10)：(10～18)：(8～12)：(0.5～1)：(12～19)：(0.1～1)；更优选重量比为(5～10:)：(15～18)：(10～12)：(0.5～1)：(13～18)：(0.2～1)。
3.根据权利要求1或2所述的阻垢缓蚀剂，其中，所述硼酸盐选自四硼酸钠、八硼酸钠和四硼酸钾中的一种。
4.根据权利要求1-3任一项所述的阻垢缓蚀剂，其中，所述葡萄糖酸盐选自葡萄糖酸钾、葡萄糖酸钠、葡萄糖酸锌、葡萄糖酸钙、葡萄糖酸铜和葡萄糖酸镁中的一种或两种以上。
5.根据权利要求1-4任一项所述的阻垢缓蚀剂，其中，无机锌盐选自硫酸锌、氯化锌和硝酸锌中的一种。
6.根据权利要求1-5任一项所述的阻垢缓蚀剂，其中，所述表面活性剂选自烷基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、失水山梨醇脂肪酸酯和烷基苯磺酸盐中的一种或两种以上；优选OP-10、吐温-80、吐温-60和十二烷基苯磺酸钠中的一种或两种以上。
7.根据权利要求1-6任一项所述的阻垢缓蚀剂，其中，所述阻垢剂选自聚天冬氨酸类阻垢剂、丙烯酸类阻垢剂和聚环氧琥珀酸类阻垢剂中的一种或两种以上。
8.根据权利要求7所述的阻垢缓蚀剂，其中，所述聚环氧琥珀酸类阻垢剂选自聚环氧琥珀酸、聚环氧琥珀酸钠和聚环氧琥珀酸钾中的一种或两种以上，优选聚环氧琥珀酸类阻垢剂相对分子量在800-2000。
9.根据权利要求7或8所述的阻垢缓蚀剂，其中，所述丙烯酸类阻垢剂选自丙烯酸、丙烯酸-丙烯酸酯共聚物、聚丙烯酸和含磺酸基的丙烯酸中的一种或两种以上。
10.根据权利要求1-9任一项所述的阻垢缓蚀剂，其中，含有甲基苯骈三氮唑、四硼酸钠、葡萄糖酸锌、硫酸锌、聚天冬氨酸、聚环氧琥珀酸和吐温-80；优选以质量份计含有甲基苯骈三氮唑0.5份、四硼酸钠15份、葡萄糖酸锌10份、硫酸锌8份、聚天冬氨酸3份、聚环氧琥珀酸10份和吐温-800.1份。
11.根据权利要求1-9任一项所述的阻垢缓蚀剂，其中，含有甲基苯骈三氮唑、四硼酸钠、葡萄糖酸钠、氯化锌、丙烯酸、聚环氧琥珀酸和吐温-60；优选含有以质量份计甲基苯骈三氮唑1份、四硼酸钠5份、葡萄糖酸钠15份、氯化锌10份、丙烯酸3份和聚环氧琥珀酸10份和吐温-601份。
12.根据权利要求1-9任一项所述的阻垢缓蚀剂，其中，含有甲基苯骈三氮唑、四硼酸钠、葡萄糖酸钾、硫酸锌、聚环氧琥珀酸和OP-10；优选含有以质量份计甲基苯骈三氮唑2份、四硼酸钠5份、葡萄糖酸钾10份、硫酸锌12份、聚环氧琥珀酸8份和OP-100.5份。
13.根据权利要求1-9任一项所述的阻垢缓蚀剂，其中，含有甲基苯骈三氮唑、四硼酸钠、葡萄糖酸镁、硫酸锌、聚环氧琥珀酸钠和十二烷基苯磺酸钠；优选以质量份计含有甲基苯骈三氮唑0.8份、四硼酸钠5份、葡萄糖酸镁18份、硫酸锌8份、聚环氧琥珀酸钠12份和十二烷基苯磺酸钠0.5份。
14.根据权利要求1-9任一项所述的阻垢缓蚀剂，其中，含有甲基苯骈三氮唑、四硼酸钠、葡萄糖酸钾、硫酸锌、聚环氧琥珀酸钠、聚天冬氨酸和OP-10；优选以质量份计含有甲基苯骈三氮唑0.5份、四硼酸钠10份、葡萄糖酸钾10份、硫酸锌8份、聚环氧琥珀酸钠5份、聚天冬氨酸8份和OP-100.2份。
15.根据权利要求1-9任一项所述的阻垢缓蚀剂，其中，含有甲基苯骈三氮唑、四硼酸钠、葡萄糖酸钙、硝酸锌、聚环氧琥珀酸钠、聚天冬氨酸和吐温60；优选以质量份计含有甲基苯骈三氮唑1份、四硼酸钠5份、葡萄糖酸钙18份、硝酸锌12份、聚环氧琥珀酸钠15份、聚天冬氨酸3份和吐温-600.2份。
16.根据权利要求1-15任一项所述的阻垢缓蚀剂，其中，还含有乙醇，优选乙醇与甲基苯并三氮唑的体积质量比为8～12:1ml/g；优选为10:1ml/g。
17.制备权利要求16所述阻垢缓蚀剂的方法，通过将甲基苯骈三氮唑溶于无水乙醇中，再与其他组分共同使用。
18.权利要求1-15任一项所述阻垢缓蚀剂应用于铜和/或钢的防腐蚀。
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