CN107653453B - 一种适用于q235钢与铜合金电偶的复配缓蚀剂及其制备方法 - Google Patents

一种适用于q235钢与铜合金电偶的复配缓蚀剂及其制备方法 Download PDF

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    • C23F11/08—Inhibiting corrosion of metallic material by applying inhibitors to the surface in danger of corrosion or adding them to the corrosive agent in other liquids

Abstract

本发明属于金属材料腐蚀与防护技术领域，具体涉及一种适用于Q235钢与铜合金电偶的复配缓蚀剂及其制备方法，该复配型缓蚀剂由膦酰基脲基亚麻籽油衍生物、焦磷酸钾、聚天门冬氨酸、钼酸钠和异丙醇组成，其质量分数分别为：膦酰基脲基亚麻籽油衍生物50%‑60%、焦磷酸钾10%‑20%、聚天门冬氨酸5%‑10%、钼酸钠5%‑10%、异丙醇10%‑20%，各组份百分含量之和为100%。本发明具有优异的缓蚀效果、生产成本低、复配缓蚀剂具有环境友好性、复配缓蚀剂不影响设备正常作业的特点。

Description

一种适用于Q235钢与铜合金电偶的复配缓蚀剂及其制备方法
技术领域
本发明属于金属材料腐蚀与防护技术领域，具体涉及一种适用于Q235钢与铜合金电偶的复配缓蚀剂及其制备方法。
背景技术
不同金属相连接时，可发生电偶腐蚀，这种腐蚀现象的发生很大程度上依赖于现有的腐蚀条件和管道系统。同冷冻水或消防系统相比，这种腐蚀现象在开放冷凝水和工艺用水系统中更为常见。例如，电偶腐蚀常常会发生在碳钢管和黄铜阀相连的位置。这样的现象在实际生产和生活中极为常见。但这种现象时腐蚀损害已经很严重了，可能导致大范围失效和整个管道的分离。
缓蚀剂是一种在很低的浓度下，能抑制金属在腐蚀介质中的破坏过程的物质。目前国内外学者对电偶腐蚀的研究多局限于在其影响因素方面，而对于缓蚀剂抑制电偶腐蚀的效率低下等方面的探讨鲜有报道。且常规单金属有机缓蚀剂仅能有效地抑制单金属在腐蚀介质的腐蚀，对电偶腐蚀的抑制效果较差。
随着人们环保意识的加强，积极开发绿色高效缓蚀剂成为必然趋势。以亚麻籽油为原料合成咪唑啉类缓蚀剂现有技术中已公开，见文献《金属表面防护性涂层评价及缓蚀剂技术研究》及中国发明专利201410238332.3和201410238349.9，然而该文献以及专利文件中记载的的亚麻籽油缓蚀剂均是针对于钢铁在不同介质(酸性、污水、海水)的缓蚀保护，且单一的亚麻籽油缓蚀剂缓蚀效率不高，不利于工业化应用。而复配型缓蚀剂缓蚀效果一般高于单一组分缓蚀剂，因此，研制一种绿色环保且高效率的针对Q235钢与铜合金电偶应用于冷凝水腐蚀介质的复配型缓蚀剂具有重要经济意义和社会意义。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种高效的、环保的适用于Q235钢与铜合金电偶的复配缓蚀剂及其制备方法，该复配型缓蚀剂尤其适用于Q235钢与铜合金电偶在冷凝水腐蚀介质中的防护。
本发明提出一种适用于Q235钢与铜合金电偶的复配缓蚀剂及其制备方法，该复配型缓蚀剂由膦酰基脲基亚麻籽油衍生物、焦磷酸钾、聚天门冬氨酸、钼酸钠和异丙醇组成，其质量分数分别为：膦酰基脲基亚麻籽油衍生物50％-60％、焦磷酸钾10％-20％、聚天门冬氨酸5％-10％、钼酸钠5％-10％、异丙醇10％-20％，各组份百分含量之和为100％。本发明提出的复配型缓蚀剂的应用时按照每100g腐蚀介质中含有5–10mg复配型缓蚀剂的比例(即复配型缓蚀剂在腐蚀介质中的质量分数为50–100ppm)将复配型缓蚀剂添加到腐蚀介质中。所述的腐蚀介质为模拟冷凝水腐蚀介质(蒸馏水+2.2％NaCl+0.4％CaCl2+0.3％MgCl2.6H20+0.2％Na2SO4+0.15％NaHC03+0.12％KCl)。
本发明提出一种适用于Q235钢与铜合金电偶的复配缓蚀剂及其制备方法，具体包括以下几个步骤：
步骤一：脲基亚麻籽油的制备；
于250ml四口瓶中加入亚麻籽油和二甲苯溶剂，每摩尔亚麻籽油加入二甲苯体积为20–40ml，在氮气保护下缓慢加热到110-160℃，按摩尔比例1:0.5–1:1.2将硫脲缓慢加入至上述混合物中，在机械搅拌条件下冷凝回流6–8h，得到脲基亚麻籽油产物。
其中，亚麻籽油原料购于张家口市馨特植物油有限公司，其主要成份见下表：
脂肪酸种类 含量
饱和脂肪酸 9％-11％
油酸 13％-29％
亚油酸 15％-30％
亚麻酸 40％-60％
反应方程式为：
步骤二：膦酰基脲基亚麻籽油衍生物的制备；
于250ml四口瓶中加入脲基亚麻籽油产物，溶于二甲苯溶剂，每摩尔脲基亚麻籽油加入二甲苯体积为20–40ml，在氮气保护下缓慢加热到100-150℃，同时加入甲醇钠催化剂，所述的催化剂的加入量为每摩尔亚麻籽油中加入0.1–0.5ml，通过滴液漏斗按摩尔比例1:1–1:1.25缓慢加入2-羟基膦酰基乙酸，在120-160℃下反应4–6小时，反应结束后蒸馏出二甲苯。冷却降温至室温得到产物为膦酰基脲基亚麻籽油衍生物。
其中，亚麻籽油原料购于张家口市馨特植物油有限公司，其主要成份见下表：
脂肪酸种类 含量
饱和脂肪酸 9％-11％
油酸 13％-29％
亚油酸 15％-30％
亚麻酸 40％-60％
反应方程式为：
步骤三：复配型缓蚀剂的制备；
将膦酰基脲基亚麻籽油衍生物、焦磷酸钾、聚天门冬氨酸、钼酸钠和异丙醇按其质量分数分别为50％-60％、10％-20％、5％-10％、5％-10％和10％-20％进行混合，即得到复配型缓蚀剂。
本发明具有的优点在于：
1.本发明提供一种适用于Q235钢与铜合金电偶的复配缓蚀剂及其制备方法，目前针对Q235钢与铜合金电偶在冷凝水腐蚀介质中研发的缓蚀剂较少；
2.本发明提供一种适用于Q235钢与铜合金电偶的复配缓蚀剂及其制备方法，此缓蚀剂可明显减小电偶对的电位差；
3.本发明提供一种适用于Q235钢与铜合金电偶的复配缓蚀剂及其制备方法，其中各原料来源广泛且亚麻籽油为绿色植物油，具有环境友好性；
4.本发明提供一种适用于Q235钢与铜合金电偶的复配缓蚀剂及其制备方法，合成的最终产物膦酰基脲基亚麻籽油衍生物缓蚀剂不需要纯化处理，副产物对缓蚀效率基本无影响；
5.本发明提供一种适用于Q235钢与铜合金电偶的复配缓蚀剂及其制备方法，可同时抑制Q235钢与铜合金电偶材料的均匀腐蚀与点蚀；
6.本发明提供一种适用于Q235钢与铜合金电偶的复配缓蚀剂及其制备方法，通过缓蚀剂复配增效的方法，充分发挥各组分的协同作用，进而在模拟冷凝水腐蚀介质(蒸馏水+2.2％NaCl+0.4％CaCl2+0.3％MgCl2.6H20+0.2％Na2SO4+0.15％NaHC03+0.12％KCl)中具有优异的缓蚀效果，缓蚀效率均达到97％以上。
7.本发明提供一种适用于Q235钢与铜合金电偶的复配缓蚀剂及其制备方法，其中复配方法简单，且协同效应使复配缓蚀剂中各缓蚀剂用量较单一使用时明显降低，因而生产成本较低；复配缓蚀剂具有环境友好的特点，复配缓蚀剂不影响设备正常作业。
附图说明
图1：Q235钢与铜合金电偶未加入复配型缓蚀剂的电偶电流测试结果。
图2：Q235钢与铜合金电偶加入复配型缓蚀剂的电偶电流测试结果。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的说明。
本发明提供一种适用于Q235钢与铜合金电偶的复配缓蚀剂及其制备方法，该复配型缓蚀剂由膦酰基脲基亚麻籽油衍生物、焦磷酸钾、聚天门冬氨酸、钼酸钠和异丙醇组成，其质量分数分别为：膦酰基脲基亚麻籽油衍生物50％-60％、焦磷酸钾10％-20％、聚天门冬氨酸5％-10％、钼酸钠5％-10％、异丙醇10％-20％，各组份百分含量之和为100％。本发明提出的复配型缓蚀剂的应用时按照每100g腐蚀介质中含有5–10mg复配型缓蚀剂的比例(即复配型缓蚀剂在腐蚀介质中的质量分数为50–100ppm)将复配型缓蚀剂添加到腐蚀介质中。所述的腐蚀介质为模拟冷凝水腐蚀介质(蒸馏水+2.2％NaCl+0.4％CaCl2+0.3％MgCl2.6H20+0.2％Na2SO4+0.15％NaHC03+0.12％KCl)。
上述的膦酰基脲基亚麻籽油衍生物缓蚀剂为粘稠液态产物，微溶于水，纯度为60–75％。焦磷酸钾、聚天门冬氨酸与钼酸钠为白色结晶，异丙醇为溶剂。
本发明提出一种适用于Q235钢与铜合金电偶的复配缓蚀剂及其制备方法，具体包括以下几个步骤：
步骤一：脲基亚麻籽油的制备；
于250ml四口瓶中加入亚麻籽油和二甲苯溶剂，每摩尔亚麻籽油加入二甲苯体积为20–40ml，在氮气保护下缓慢加热到110-160℃，按摩尔比例1:0.5–1:1.2将硫脲缓慢加入至上述混合物中，在机械搅拌条件下冷凝回流6–8h，得到脲基亚麻籽油产物。
其中，亚麻籽油原料购于张家口市馨特植物油有限公司，其主要成份见下表：
脂肪酸种类 含量
饱和脂肪酸 9％-11％
油酸 13％-29％
亚油酸 15％-30％
亚麻酸 40％-60％
反应方程式为：
步骤二：膦酰基脲基亚麻籽油衍生物的制备；
于250ml四口瓶中加入脲基亚麻籽油产物，溶于二甲苯溶剂，每摩尔脲基亚麻籽油加入二甲苯体积为20–40ml，在氮气保护下缓慢加热到100-150℃，同时加入甲醇钠催化剂，所述的催化剂的加入量为每摩尔亚麻籽油中加入0.1–0.5ml，通过滴液漏斗按摩尔比例1:1–1:1.25缓慢加入2-羟基膦酰基乙酸，在120-160℃下反应4–6小时，反应结束后蒸馏出二甲苯。冷却降温至室温得到产物为膦酰基脲基亚麻籽油衍生物。
其中，亚麻籽油原料购于张家口市馨特植物油有限公司，其主要成份见下表：
脂肪酸种类 含量
饱和脂肪酸 9％-11％
油酸 13％-29％
亚油酸 15％-30％
亚麻酸 40％-60％
反应方程式为：
步骤三：复配型缓蚀剂的制备；
将膦酰基脲基亚麻籽油衍生物、焦磷酸钾、聚天门冬氨酸、钼酸钠和异丙醇按其质量分数分别为50％-60％、10％-20％、5％-10％、5％-10％和10％-20％进行混合，即得到复配型缓蚀剂。
上述的复配型缓蚀剂在应用时，按照整体的复配型缓蚀剂的质量分数为50–100ppm)的比例添加到腐蚀介质中。所述的腐蚀介质为模拟冷凝水腐蚀介质(蒸馏水+2.2％NaCl+0.4％CaCl2+0.3％MgCl2.6H20+0.2％Na2SO4+0.15％NaHC03+0.12％KCl)。投加此复配型缓蚀剂的冷凝水腐蚀介质中Q235钢与铜合金电偶的腐蚀失重明显减小，具有良好的缓蚀效果。
实施例1：
本发明提出一种适用于Q235钢与铜合金电偶的复配缓蚀剂及其制备方法，具体包括以下几个步骤：
步骤一：脲基亚麻籽油的制备；
于250ml四口瓶中加入亚麻籽油和二甲苯溶剂，每摩尔亚麻籽油加入二甲苯体积为20–40ml，在氮气保护下缓慢加热到110-160℃，按摩尔比例1:0.5–1:1.2将硫脲缓慢加入至上述混合物中，在机械搅拌条件下冷凝回流6–8h，得到脲基亚麻籽油产物。
其中，亚麻籽油原料购于张家口市馨特植物油有限公司，其主要成份见下表：
脂肪酸种类 含量
饱和脂肪酸 9％-11％
油酸 13％-29％
亚油酸 15％-30％
亚麻酸 40％-60％
反应方程式为：
步骤二：膦酰基脲基亚麻籽油衍生物的制备；
于250ml四口瓶中加入脲基亚麻籽油产物，溶于二甲苯溶剂，每摩尔脲基亚麻籽油加入二甲苯体积为20–40ml，在氮气保护下缓慢加热到100-150℃，同时加入甲醇钠催化剂，所述的催化剂的加入量为每摩尔亚麻籽油中加入0.1–0.5ml，通过滴液漏斗按摩尔比例1:1–1:1.25缓慢加入2-羟基膦酰基乙酸，在120-160℃下反应4–6小时，反应结束后蒸馏出二甲苯。冷却降温至室温得到产物为膦酰基脲基亚麻籽油衍生物。
其中，亚麻籽油原料购于张家口市馨特植物油有限公司，其主要成份见下表：
脂肪酸种类 含量
饱和脂肪酸 9％-11％
油酸 13％-29％
亚油酸 15％-30％
亚麻酸 40％-60％
反应方程式为：
步骤三：复配型缓蚀剂的制备；
将膦酰基脲基亚麻籽油衍生物、焦磷酸钾、聚天门冬氨酸、钼酸钠和异丙醇按其质量分数分别为50％、10％、10％、10％和20％进行混合，即得到复配型缓蚀剂。
将得到的复配型缓蚀剂按照每100g模拟冷凝水介质(蒸馏水+2.2％NaCl+0.4％CaCl2+0.3％MgCl2.6H20+0.2％Na2SO4+0.15％NaHC03+0.12％KCl)中加入复配型缓蚀剂5mg的比重加入到模拟海水腐蚀溶液中，并在加入及未加入复配型缓蚀剂的模拟冷凝水溶液中均放置Q235钢与铜合金电偶试片，在室温25℃浸泡24小时后进行失重测试，结果如表1所示，加入此复配缓蚀剂后，Q235钢与铜合金电偶的腐蚀失重明显减小，说明此复配缓蚀剂对Q235钢与铜合金电偶具有优异的缓蚀效果。
表1
实施例2：
本实施例与实施例1的主要区别在于步骤二，具体为：
将膦酰基脲基亚麻籽油衍生物、焦磷酸钾、聚天门冬氨酸、钼酸钠和异丙醇按其质量分数分别为60％、20％、5％、5％和10％进行混合，即得到复配型缓蚀剂。
将得到的复配型缓蚀剂按照每100g模拟冷凝水介质(蒸馏水+2.2％NaCl+0.4％CaCl2+0.3％MgCl2.6H20+0.2％Na2SO4+0.15％NaHC03+0.12％KCl)中加入复配型缓蚀剂5mg的比重加入到模拟海水腐蚀溶液中，并在加入及未加入复配型缓蚀剂的模拟冷凝水溶液中均放置Q235钢与铜合金电偶试片，在室温25℃进行电偶电流测试，结果如图1、图2和表2所示，加入此复配缓蚀剂后，Q235钢与铜合金电偶的电偶电流明显减小，说明缓蚀剂具有优异的缓蚀效果。
表2

Claims (3)

1.一种适用于Q235钢与铜合金电偶的复配缓蚀剂，其特征在于：该复配缓蚀剂由膦酰基脲基亚麻籽油衍生物、焦磷酸钾、聚天门冬氨酸、钼酸钠和异丙醇组成，其质量分数分别为：膦酰基脲基亚麻籽油衍生物50％-60％、焦磷酸钾10％-20％、聚天门冬氨酸5％-10％、钼酸钠5％-10％、异丙醇10％-20％，各组份百分含量之和为100％；所述膦酰基脲基亚麻籽油衍生物的分子结构式为：
其中R包括R1、R2、R3或R4；
按照每100g腐蚀介质中含有5–10mg复配缓蚀剂的比例将复配缓蚀剂添加到模拟冷凝水腐蚀介质中。
2.如权利要求1所述的适用于Q235钢与铜合金电偶的复配缓蚀剂，其特征在于：所述的腐蚀介质为冷凝水介质。
3.一种适用于Q235钢与铜合金电偶的复配缓蚀剂的制备方法，
其特征在于：包括以下几个步骤：
步骤一：脲基亚麻籽油的制备；
于250ml四口瓶中加入亚麻籽油和二甲苯溶剂，每摩尔亚麻籽油加入二甲苯体积为20–40ml，在氮气保护下缓慢加热到110-160℃，按摩尔比例1:0.5–1:1.2将硫脲缓慢加入至上述混合物中，在机械搅拌条件下冷凝回流6–8h，得到脲基亚麻籽油产物；
反应方程式为：
R包括R1、R2、R3或R4；
步骤二：膦酰基脲基亚麻籽油衍生物的制备；
于250ml四口瓶中加入脲基亚麻籽油产物，溶于二甲苯溶剂，每摩尔脲基亚麻籽油加入二甲苯体积为20–40ml，在氮气保护下缓慢加热到100-150℃，同时加入甲醇钠催化剂，所述的催化剂的加入量为每摩尔亚麻籽油中加入0.1–0.5ml，通过滴液漏斗按摩尔比例1:1–1:1.25缓慢加入2-羟基膦酰基乙酸，在120-160℃下反应4–6小时，反应结束后蒸馏出二甲苯，冷却降温至室温得到产物为膦酰基脲基亚麻籽油衍生物；
反应方程式为：
R包括R1、R2、R3或R4；
步骤三：复配缓蚀剂的制备；
将膦酰基脲基亚麻籽油衍生物、焦磷酸钾、聚天门冬氨酸、钼酸钠和异丙醇按其质量分数分别为50％-60％、10％-20％、5％-10％、5％-10％和10％-20％进行混合，即得到复配缓蚀剂。
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