CN109267068A - 一种应力腐蚀开裂抑制剂、其制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应力腐蚀开裂抑制剂、其制备方法及应用，涉及防腐缓蚀技术领域。该应力腐蚀开裂抑制剂的原料包括有机磺酸盐1‑80份、有机胺化合物1‑80份、聚丙烯酸衍生物0.1‑50份和溶剂5‑90份。该应力腐蚀开裂抑制剂的制备方法包括：将溶剂和有机胺化合物混合后得到第一混合物；将第一混合物、有机磺酸盐和聚丙烯酸衍生物混合。抑制剂具有抑制效果优良、剂量少、成本低廉、低毒无异味和现场操作简便等特点，能够有效抑制不锈钢材质在氯化物溶液中发生应力腐蚀开裂。
Description
技术领域
本发明涉及防腐缓蚀技术领域，且特别涉及一种应力腐蚀开裂抑制剂、其制备方法及应用。
背景技术
应力腐蚀开裂(SCC)由于其不可预见性、易造成灾难性的后果，是对金属材料危害最大的腐蚀形态之一。化工行业工程上常用的耐蚀性好、强度高的金属及其合金，例如不锈钢、钛合金、铝合金等金属材料分别在一定的腐蚀环境条件下，都易发生应力腐蚀开裂。奥氏体不锈钢具有高韧性、塑性和良好的力学性能，便于进行机械加工、冲压和焊接；同时在氧化性环境中具有优良的耐腐蚀性能和良好的耐热性能，因此各行各业中获得了广泛的应用。但是，奥氏体不锈钢在含氯离子的水溶液中易发生应力腐蚀开裂，即使只含有微量的氯离子也会引起奥氏体不锈钢的应力腐蚀开裂。
通常防止奥氏体不锈钢发生应力腐蚀开裂的措施包括：①选用耐应力腐蚀性能强的材料，②降低水中氯离子含量、固溶处理消除残余应力，③表面敷涂涂层，避免直接接触介质，④降低材料表面粗糙度、结构优化设计避免氯化物的积聚，⑤采用添加剂抑制引起应力腐蚀开裂的发生。其中添加抑制剂是控制不锈钢应力腐蚀开裂的一种经济、有效的办法。
目前关于应力腐蚀开裂抑制剂的研究主要集中在碳钢及其合金钢、铝合金、铜镍合金方面，而针对奥氏体不锈钢氯化物应力腐蚀开裂抑制剂的研究较少。曹楚南等研究硫脲及其衍生物、伯胺以及季胺盐对321不锈钢在酸性氯化物溶液中应力腐蚀缓蚀作用；牛林等研究丙炔醇、苯丙三氮唑对18-8系列不锈钢在酸性氯化物溶液中应力腐蚀缓蚀作用。但是，现有抑制剂中存在不同缺点，例如丙炔醇存在毒性、不宜排放，硫脲及其衍生物、伯胺以及季胺盐存在剂量大、效果差问题，因此开发具有高效、低毒、安全、低廉的应力腐蚀开裂抑制剂，对解决奥氏体不锈钢的氯化物应力腐蚀开裂的工程实际问题才具有应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应力腐蚀开裂抑制剂，旨在有效抑制不锈钢在氯化物溶液中发生应力腐蚀开裂。
本发明的另一目的在于提供一种应力腐蚀开裂抑制剂的制备方法，其方法简便易行，制备得到的抑制剂能够有效抑制不锈钢在氯化物溶液中发生应力腐蚀开裂。
本发明的第三目的在于提供上述应力腐蚀开裂抑制剂在氯化物水溶液中的应用。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出了一种应力腐蚀开裂抑制剂，按重量份数计，其原料包括有机磺酸盐1-80份、有机胺化合物1-80份、聚丙烯酸衍生物0.1-50份和溶剂5-90份。
本发明还提出一种应力腐蚀开裂抑制剂的制备方法，包括以下步骤：
将溶剂和有机胺化合物混合后得到第一混合物；
将第一混合物、有机磺酸盐和聚丙烯酸衍生物混合。
上述提出的应力腐蚀开裂抑制剂在氯化物水溶液中的应用。
本发明实施例提供一种应力腐蚀开裂抑制剂的有益效果是：其通过以有机磺酸盐、有机胺化合物、聚丙烯酸衍生物和溶剂为原料，该抑制剂能够在奥氏体不锈钢金属表面吸附形成保护膜，同时与水溶液中氯离子竞相吸附，阻止奥氏体不锈钢的阳极溶解过程，从而抑制了应力腐蚀开裂的发生和裂纹的扩展。该抑制剂具有抑制效果优良、剂量少、成本低廉、低毒无异味和现场操作简便等特点，适用于化工装置含有氯化物的各种酸性水、循环水以及酸洗过程。
本发明实施例还提供了一种应力腐蚀开裂抑制剂的制备方法，其方法简便易行，制备得到的抑制剂能够有效抑制不锈钢材质在氯化物溶液中发生应力腐蚀开裂。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例提供的应力腐蚀开裂抑制剂、其制备方法及应用进行具体说明。
本发明实施例提供的一种应力腐蚀开裂抑制剂，按重量份数计，其原料包括有机磺酸盐1-80份、有机胺化合物1-80份、聚丙烯酸衍生物0.1-50份和溶剂5-90份。
需要说明的是，本发明实施例采用有机磺酸盐、有机胺化合物、聚丙烯酸衍生物和溶剂为原料，该抑制剂能够在奥氏体不锈钢金属表面吸附形成保护膜，同时与水溶液中氯离子竞相吸附，阻止奥氏体不锈钢的阳极溶解过程，从而抑制了应力腐蚀开裂的发生和裂纹的扩展。该抑制剂具有抑制效果优良、剂量少、成本低廉、低毒无异味和现场操作简便等特点，适用于化工装置含有氯化物的各种酸性水、循环水以及酸洗过程。
发明人对配方中各组分的用量进行了优化，以达到更好的抑制效果。应力腐蚀开裂抑制剂的原料包括有机磺酸盐5-30份、有机胺化合物10-50份、聚丙烯酸衍生物0.5-5份和溶剂10-60份；优选地，应力腐蚀开裂抑制剂的原料包括有机磺酸盐8-25份、有机胺化合物20-40份、聚丙烯酸衍生物0.8-3份和溶剂20-40份。将配方中各组分的用量控制在上述范围内，抑制剂能够维持更长的药效时间。
具体地，有机磺酸盐选自烷基磺酸钠和芳基磺酸钠中的任意一种或多种，且有机磺酸盐的碳链在C3～C30范围内；优选地，有机磺酸盐的碳链在C5～C20范围内。发明人发现有机磺酸盐的碳链过长或过短都不利于提升抑制剂的性能，碳链过长溶解性能差不利于在金属表面吸附形成保护膜。
同样有机胺化合物的碳链也需要进行控制，有机胺化合物选自单胺、二胺和醇胺中的任意一种或多种，且有机胺化合物的碳链在C3-C30范围内；优选地，有机胺化合物选自单胺和醇胺中的任意一种或多种，且有机胺化合物的碳链在C8-C20范围内。单胺、二胺和醇胺均适于本发明实施例中的配方，具备很好的抑制效果。
具体地，聚丙烯酸衍生物为聚丙烯酰胺，且聚丙烯酰胺的分子量为300-2000万，优选为800～1500万。聚丙烯酰胺的分子量过大或过小均不利于获得很好的抑制性能，发明人发现聚丙烯酰胺的分子量控制在上述范围内能够保证最终得到的抑制剂的抑制效果。
具体地，溶剂为水或有机溶剂，其中，有机溶剂选自甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇、正丁醇和异丁醇中的任意一种多种。采用以上几种溶剂能够有效溶解配方中的各组分，制备得到的抑制剂的性能较好。
本发明实施例还提供了一种应力腐蚀开裂抑制剂的制备方法，包括以下步骤：将溶剂和有机胺化合物混合后得到第一混合物；将第一混合物、有机磺酸盐和聚丙烯酸衍生物混合。制备过程中先将溶剂和有机胺混合均匀，然后将第一混合物与有机磺酸盐和聚丙烯酸衍生物混合得到最终的抑制剂产品，方法简便易行适于工业化应用。
具体地，第一混合物的制备过程中是将溶剂和有机胺化合物在室温下搅拌混合20-120min，以使溶剂和有机胺化合物混合均匀。
具体地，第一混合物、有机磺酸盐和聚丙烯酸衍生物的混合温度为40-60℃，搅拌时间为30-180min，混合过程可以在反应釜中进行，在较高温度下搅拌30min以上，以使各组分充分混合。
本发明实施例制备得到的应力腐蚀开裂抑制剂可以在氯化物水溶液中的应用。可以采用预先稀释或直接注入的方式，注入到含有氯化物水溶液的奥氏体不锈钢设备和管线内。优选地，在氯化物水溶液介质中，应力腐蚀开裂抑制剂的用量为20-200μg/g，用量过低抑制效果不佳，用量过或高会影响水质。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种应力腐蚀开裂抑制剂，按重量份数计，其原料包括有机磺酸盐1份、有机胺化合物1份、聚丙烯酸衍生物0.1份和溶剂5份，其中，有机磺酸盐采用十二烷基苯磺酸钠，有机胺化合物采用正十二胺，聚丙烯酸衍生物采用分子量在300左右的聚丙烯酰胺，溶剂为乙醇。
本实施例还提供一种应力腐蚀开裂抑制剂的制备方法，其包括以下步骤：
将溶剂和有机胺化合物加入到500ml的玻璃反应釜内，在室温下搅拌20分钟混合均匀，然后依次向釜内加入有机磺酸盐、聚丙烯酸衍生物，控制玻璃反应釜的温度在40～60℃条件下搅拌混合30分钟。
实施例2
本实施例提供一种应力腐蚀开裂抑制剂，按重量份数计，其原料包括有机磺酸盐80份、有机胺化合物80份、聚丙烯酸衍生物50份和溶剂90份；其中，有机磺酸盐采用正辛烷基磺酸钠，有机胺化合物采用正十八胺，聚丙烯酸衍生物采用分子量为800万左右的聚丙烯酰胺，溶剂为60份异丙醇、20份己二胺、10份丁基二乙醇胺
本实施例还提供一种应力腐蚀开裂抑制剂的制备方法，其包括应用
将溶剂和有机胺化合物加入到500ml的玻璃反应釜内，在室温下搅拌120分钟混合均匀，然后依次向釜内加入有机磺酸盐、聚丙烯酸衍生物，控制玻璃反应釜的温度在40～60℃条件下搅拌混合180分钟。
实施例3
本实施例提供一种应力腐蚀开裂抑制剂，按重量份数计，其原料包括有机磺酸盐5份、有机胺化合物10份、聚丙烯酸衍生物0.5份和溶剂10份，其中，有机磺酸盐采用十二烷基磺酸钠，有机胺化合物采用己二胺，聚丙烯酸衍生物采用分子量为1000万左右的聚丙烯酰胺，溶剂为甲醇。
本实施例还提供一种应力腐蚀开裂抑制剂的制备方法，其包括应用
将溶剂和有机胺化合物加入到500ml的玻璃反应釜内，在室温下搅拌30分钟混合均匀，然后依次向釜内加入有机磺酸盐、聚丙烯酸衍生物，控制玻璃反应釜的温度在40～60℃条件下搅拌混合90分钟。
实施例4
本实施例提供一种应力腐蚀开裂抑制剂，按重量份数计，其原料包括有机磺酸盐30份、有机胺化合物50份、聚丙烯酸衍生物5份和溶剂60份，其中，有机磺酸盐采用十二烷基磺酸钠，有机胺化合物采用十八烯胺，聚丙烯酸衍生物采用分子量为1500万左右的聚丙烯酰胺，溶剂为甲醇。
本实施例还提供一种应力腐蚀开裂抑制剂的制备方法，请参照实施例3，不同之处仅在于原料的种类和用量。
实施例5
本实施例提供一种应力腐蚀开裂抑制剂，按重量份数计，其原料包括有机磺酸盐8份、有机胺化合物20份、聚丙烯酸衍生物0.8份和溶剂20份，其中，有机磺酸盐采用十八烷基苯磺酸钠，有机胺化合物采用正十二胺，聚丙烯酸衍生物采用分子量为1000万左右的聚丙烯酰胺，溶剂为甲醇。
本实施例还提供一种应力腐蚀开裂抑制剂的制备方法，请参照实施例3，不同之处仅在于原料的种类和用量。
实施例6
本实施例提供一种应力腐蚀开裂抑制剂，按重量份数计，其原料包括有机磺酸盐25份、有机胺化合物40份、聚丙烯酸衍生物3份和溶剂40份，其中，有机磺酸盐采用十八烷基苯磺酸钠，有机胺化合物采用正葵胺，聚丙烯酸衍生物采用分子量为2000万左右的聚丙烯酰胺，溶剂为乙醇25份和异丙醇15份。
本实施例还提供一种应力腐蚀开裂抑制剂的制备方法，请参照实施例3，不同之处仅在于原料的种类和用量。
对比例1
本对比例提供一种应力腐蚀开裂抑制剂，按重量份数计，其原料包括有机磺酸盐28份、有机胺化合物40份和溶剂40份，其中，有机磺酸盐采用十八烷基苯磺酸钠，有机胺化合物采用正葵胺，溶剂为乙醇25份和异丙醇15份(对比实施例6)。
本对比例还提供一种应力腐蚀开裂抑制剂的制备方法，请参照实施例3，不同之处仅在于原料的种类和用量，且制备过程中不加入聚丙烯酸衍生物。
对比例2
本实施例提供一种应力腐蚀开裂抑制剂，按重量份数计，其原料包括有机胺化合物40份、聚丙烯酸衍生物28份和溶剂40份，其中，有机胺化合物采用正葵胺，聚丙烯酸衍生物采用分子量为2000万左右的聚丙烯酰胺，溶剂为乙醇25份和异丙醇15份。
本实施例还提供一种应力腐蚀开裂抑制剂的制备方法，请参照实施例3，不同之处仅在于原料的种类和用量，且制备过程中不加入有机磺酸盐。
试验例1
对实施例4-6中制备的应力腐蚀开裂抑制剂进行性能测试，测试结果见表1。
测试方法：奥氏体不锈钢的应力腐蚀开裂敏感性评价步骤(参考GB/T 17898-1999不锈钢在沸腾氯化镁溶液中应力腐蚀实验方法)。采用316L(022Cr17Ni12Mo2)材质的U型弯曲样品，首先将尺寸为50mm╳15mm╳2mm的片状样品进行预处理后使用疲劳实验机将样品弯曲为U型，并用螺栓按标准要求紧固；然后将样品在丙酮酒精溶液中超声清洗后放置到装有25％(质量分数)氯化镁溶液的立式玻璃回流冷凝器内，加热到实验评价温度143℃左右，实验时间分别为7天、14天和21天。实验结束后取出样品，经处理后观察样品表面的宏观和微观形貌。
注：空白实验为不加入抑制剂，观察样品表面的宏观和微观形貌。
表1应力腐蚀开裂敏感性评价结果
由表1可知，本发明实施例中制备得到的抑制剂能够有效抑制氯化物溶液中的应力腐蚀开裂，且药效时间较长，抑制剂的用量也较少。对比实施例6和对比例1-2可知，在相同用量下本发明实施例中提供的抑制剂配方的抑制效果更理想。
综上所述，本发明提供的应力腐蚀开裂抑制剂，其通过以有机磺酸盐、有机胺化合物、聚丙烯酸衍生物和溶剂为原料，该抑制剂能够在奥氏体不锈钢金属表面吸附形成保护膜，同时与水溶液中氯离子竞相吸附，阻止奥氏体不锈钢的阳极溶解过程，从而抑制了应力腐蚀开裂的发生和裂纹的扩展。该抑制剂具有抑制效果优良、剂量少、成本低廉、低毒无异味和现场操作简便等特点。
本发明实施例还提供了一种应力腐蚀开裂抑制剂的制备方法，其方法简便易行，制备得到的抑制剂能够有效抑制不锈钢材质在氯化物溶液中发生应力腐蚀开裂。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种应力腐蚀开裂抑制剂，其特征在于，按重量份数计，其原料包括有机磺酸盐1-80份、有机胺化合物1-80份、聚丙烯酸衍生物0.1-50份和溶剂5-90份。
2.根据权利要求1所述的应力腐蚀开裂抑制剂，其特征在于，所述应力腐蚀开裂抑制剂的原料包括有机磺酸盐5-30份、有机胺化合物10-50份、聚丙烯酸衍生物0.5-5份和溶剂10-60份；
优选地，所述应力腐蚀开裂抑制剂的原料包括有机磺酸盐8-25份、有机胺化合物20-40份、聚丙烯酸衍生物0.8-3份和溶剂20-40份。
3.根据权利要求1或2中所述的应力腐蚀开裂抑制剂，其特征在于，所述有机磺酸盐选自烷基磺酸钠和芳基磺酸钠中的任意一种或多种，且所述有机磺酸盐的碳链在C3～C30范围内；
优选地，所述有机磺酸盐的碳链在C5～C20范围内。
4.根据权利要求1或2中所述的应力腐蚀开裂抑制剂，其特征在于，所述有机胺化合物选自单胺、二胺和醇胺中的任意一种或多种，且所述有机胺化合物的碳链在C3-C30范围内；
优选地，所述有机胺化合物选自单胺和醇胺中的任意一种或多种，且所述有机胺化合物的碳链在C8-C20范围内。
5.根据权利要求1或2中所述的应力腐蚀开裂抑制剂，其特征在于，所述聚丙烯酸衍生物为聚丙烯酰胺，且所述聚丙烯酰胺的分子量为300-2000万，优选为800～1500万。
6.根据权利要求1或2中所述的应力腐蚀开裂抑制剂，其特征在于，所述溶剂为水或有机溶剂，其中，所述有机溶剂选自甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇、正丁醇和异丁醇中的任意一种多种。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的应力腐蚀开裂抑制剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将所述溶剂和所述有机胺化合物混合后得到第一混合物；
将所述第一混合物、所述有机磺酸盐和所述聚丙烯酸衍生物混合。
8.根据权利要求7所述的应力腐蚀开裂抑制剂的制备方法，其特征在于，所述第一混合物的制备过程中是将所述溶剂和所述有机胺化合物在室温下搅拌混合20-120min。
9.根据权利要求7所述的应力腐蚀开裂抑制剂的制备方法，其特征在于，所述第一混合物、所述有机磺酸盐和所述聚丙烯酸衍生物的混合温度为40-60℃，搅拌时间为30-180min。
10.根据权利要求1-6中任一项所述的应力腐蚀开裂抑制剂在氯化物水溶液中的应用；
优选地，所述应力腐蚀开裂抑制剂的用量为20-200μg/g。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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