CN111334801A - 一种环保型气相缓蚀剂及其制备方法 - Google Patents

一种环保型气相缓蚀剂及其制备方法 Download PDF

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张圣超
王咚
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    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
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Abstract

本发明公开了一种环保型气相缓蚀剂，由钨酸钠水溶液、柠檬酸钠水溶液、HDTMP水溶液、硫酸锌水溶液混合而成。本发明还公开了该环保型气相缓蚀剂的制备方法：按质量百分比称取原料；将称取的原料用蒸馏水溶解，搅拌、静置；将钨酸钠溶液，柠檬酸钠溶液，HDTMP溶液和硫酸锌溶液混合并搅拌均匀得到环保型气相缓蚀剂。本发明的有益效果是：使用钨酸钠、HDTMP、柠檬酸钠、硫酸锌四元复配气相缓蚀剂绿色环保、高效、对环境污染小，且具有良好的协同缓蚀作用，对于碳钢等均具有良好的缓蚀性能，解决了现有缓蚀剂缓蚀性能差、毒性大的问题，制备方法简单，使用方便，能够提高碳钢的缓蚀率，延长金属的使用寿命。

Description

一种环保型气相缓蚀剂及其制备方法
技术领域
本发明属于金属缓蚀剂技术领域，涉及一种环保型气相缓蚀剂，本发明还涉及上述环保型气相缓蚀剂的制备方法。
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(Volatile Corrosion Inhibitor简称VCI)，或涂有气相缓蚀剂的气相防锈纸和气相防锈塑料薄膜，其气相缓蚀剂不断缓慢挥发出缓蚀气体，形成一定的蒸气压，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。
影响气相缓蚀剂缓蚀效果的因素：(1)蒸气压：气相缓蚀剂挥发到金属表面的速度主要由气相缓蚀剂的饱和蒸气压决定的，饱和蒸气压大的，快速挥发吸附在金属表面，蒸气压小的，具有持久的防锈效果；(2)水溶性：缓蚀剂一般是易溶于水的，因为空气中含有大量的水蒸汽，会对缓蚀剂的缓蚀性能造成影响，导致缓蚀效率下降。因此在缓蚀剂溶解的基础上，缓蚀剂还应该具有很好地吸附性，能够在金属表面形成完整的保护膜，达到气相缓蚀的目的；(3)温度：在一定的温度范围内，缓蚀剂的缓蚀效果是相对稳定的，一旦高出与之对应的临界值范围，就会造成缓蚀效果的大打折扣；(4) 浓度：缓蚀剂的用量如果没有达到用量要求，不但无法起到缓蚀作用，还会发生负作用，使得金属被腐蚀的更快。用量如果过大，会造成浪费，有时也会造成反向不良的结果，加快金属的锈蚀。
但是，目前的气相缓蚀剂的毒性大，且只能对单一金属起到防护作用。
发明内容
本发明的目的是提供一种环保型气相缓蚀剂，解决了现有技术中存在的气相缓蚀剂的毒性大，且只能对单一金属起到防护作用的问题。
本发明的另一目的是提供上述环保型气相缓蚀剂的制备方法。
本发明所采用的技术方案是，一种环保型气相缓蚀剂，由钨酸钠水溶液、柠檬酸钠水溶液、HDTMP水溶液、硫酸锌水溶液混合而成。
本发明的特点还在于：
各组分按照以下质量百分比构成：钨酸钠1.9％～2.3％，柠檬酸钠2.6％～3.1％，HDTMP0.02％～0.04％，硫酸锌0.15％～0.23％，其余为水，以上各原料含量的总和应为100％。
本发明所采用的另一种技术方案是，一种环保型气相缓蚀剂的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、按质量百分比分别称取如下原料：
钨酸钠1.9％～2.3％，柠檬酸钠2.6％～3.1％，HDTMP0.02％～0.04％，硫酸锌0.15％～0.23％，其余为水，以上各原料含量的总和应为100％；
步骤2，将步骤1称取的钨酸钠，柠檬酸钠，HDTMP和硫酸锌分别用蒸馏水溶解，搅拌、静置，分别得到钨酸钠溶液、HDTMP溶液、柠檬酸钠溶液和硫酸锌溶液；
步骤3，将步骤2得到的钨酸钠溶液，柠檬酸钠溶液，HDTMP溶液和硫酸锌溶液混合并搅拌均匀得到环保型气相缓蚀剂。
本发明另一技术方案的特点还在于：
步骤2中钨酸钠，柠檬酸钠，HDTMP和硫酸锌分别用量取的1/4蒸馏水溶解。
步骤2中搅拌时间为5～10min。
步骤2中静置时间为5～10min。
本发明的有益效果是：使用钨酸钠、HDTMP、柠檬酸钠、硫酸锌进行复配，该四元复配气相缓蚀剂绿色环保、高效、对环境污染小，且具有良好的协同缓蚀作用，对于碳钢等均具有良好的缓蚀性能，解决了现有缓蚀剂缓蚀性能差、毒性大的问题，制备方法简单，使用方便，能够提高碳钢的缓蚀率，延长金属的使用寿命。
附图说明
图1是本发明一种环保型气相缓蚀剂的腐蚀速率图；
图2是本发明一种环保型气相缓蚀剂的缓释速率图。
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。
本发明一种环保型气相缓蚀剂，按照质量百分比由以下原料组分构成：钨酸钠1.9％～2.3％，柠檬酸钠2.6％～3.1％，HDTMP0.02％～0.04％，硫酸锌 0.15％～0.23％，其余为水，以上各原料含量的总和应为100％。
本发明一种环保型气相缓蚀剂中各配方所起到作用分别如下：
钨酸钠(Na2WO4·2H2O)：钨酸钠在水中溶解时，离解产生钠离子与钨酸根离子，钠离子在金属的阴极区发生吸附作用，阻挠了H+的放电，抑制了阴极反应，钨酸钠中的WO4 2-是一种弱氧化剂，WO4 2-与基体金属发生反应，生成的产物在金属表面沉积，抑制阳极金属的溶解，形成钝化膜。随着钨酸钠缓蚀剂量的增多，WO4 2-浓度增大，加快钨酸钠钝化膜的形成，使钨酸钠缓蚀效果增强，这种膜的作用在于阻止Fe2+、Fe3+通过膜向溶液扩散，同时也阻止了腐蚀介质向金属表面的迁移，从而抑制了金属的腐蚀。
HDTMP(C10H28N2O12P4)：HDTMP为吸附型缓蚀剂，其-N＝基团能与金属离子络和，会在金属表面形成吸附膜，HDTMP取代了金属表面的吸附水，构成一层三维网络的缓蚀屏障，减缓金属与氧的反应速率。
柠檬酸钠(Na3C6H5O7·2H2O)：当Fe失去电子时(生成Fe2+或Fe3+)，很容易与带负电的(C6H5O7)3-结合，生成相应的络合物，其中(C6H5O7)3-中的 O提供了孤对电子，络合反应可表示如下：
2(C6H5O7)3-+3Fe2+→Fe3(C6H5O7)2
柠檬酸钠可以和金属离子结合，在金属表面形成一层络合物吸附膜，起到缓蚀作用，当质量浓度较小时，金属表面形成的吸附膜不完整，随着质量浓度增大，金属表面的吸附膜趋于完整。
硫酸锌(ZnSO4)：硫酸锌为阴极型缓蚀剂，此时在阴极的反应过程如下：
O2+4e+2H2O→4OH-
Zn2++2OH-→Zn(OH)2
在金属表面的阴极区反应，反应产物在阴极沉积成膜，随着膜的厚度增加，阴极释放电子的反应被阻挡。硫酸锌的加入，阴极部位产生Zn(OH)2沉淀，沉淀起到保护膜的作用。但当硫酸锌浓度过高时，金属的缓蚀率随硫酸锌浓度升高没有明显的变化，这与氢氧化锌沉积时生成的保护膜的性质有关，硫酸锌所形成的Zn(OH)2沉积膜是粒状结构，与金属表面的附着力很低，因此它只有微弱的保护性能。
本发明一种环保型气相缓蚀剂的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、按质量百分比分别称取如下原料：
钨酸钠1.9％～2.3％，柠檬酸钠2.6％～3.1％，HDTMP0.02％～0.04％，硫酸锌0.15％～0.23％，其余为水，以上各原料含量的总和应为100％。
步骤2、将步骤1称取的钨酸钠、柠檬酸钠、HDTMP和硫酸锌分别用蒸馏水溶解、搅拌、静置得到钨酸钠溶液、柠檬酸钠溶液、HDTMP溶液和硫酸锌溶液。
步骤3、将步骤2制备的钨酸钠溶液、柠檬酸钠溶液、HDTMP溶液和硫酸锌溶液混合并搅拌均匀，得到环保型气相缓蚀剂。
其中，步骤2中钨酸钠，柠檬酸钠，HDTMP和硫酸锌分别用量取的1/4 蒸馏水溶解；步骤2中钨酸钠溶液、柠檬酸钠溶液、HDTMP溶液和硫酸锌溶液的搅拌时间为5～10min；静置时间均为5～10min。
实施例1
步骤1，分别称取24g钨酸钠，32g柠檬酸钠，0.3gHDTMP和2g硫酸锌，1L蒸馏水；
步骤2，将步骤1称取的钨酸钠，柠檬酸钠，HDTMP和硫酸锌分别用 250mL的蒸馏水溶解，搅拌5min、静置5min，得到钨酸钠溶液，柠檬酸钠溶液，HDTMP溶液和硫酸锌溶液；
步骤3，将步骤2得到的钨酸钠溶液，柠檬酸钠溶液，HDTMP溶液和硫酸锌溶液混合并搅拌均匀得到环保型气相缓蚀剂。
实施例2
步骤1，分别称取20g钨酸钠，28g柠檬酸钠，0.2gHDTMP和1.6g硫酸锌，1L蒸馏水；
步骤2，将步骤1称取的钨酸钠，柠檬酸钠，HDTMP和硫酸锌分别用 250mL的蒸馏水溶解，搅拌7min、静置4min，得到钨酸钠溶液、柠檬酸钠溶液、HDTMP溶液和硫酸锌溶液；
步骤3，将步骤2得到的钨酸钠溶液，柠檬酸钠溶液，HDTMP溶液和硫酸锌溶液混合并搅拌均匀得到环保型气相缓蚀剂。
实施例3
步骤1，分别称取22g钨酸钠，30g柠檬酸钠，0.2gHDTMP和2.4g硫酸锌，1L蒸馏水；
步骤2，将步骤1称取的钨酸钠，柠檬酸钠，HDTMP和硫酸锌分别用 250mL的蒸馏水溶解，搅拌10min、静置6min，得到钨酸钠溶液、柠檬酸钠溶液、HDTMP溶液和硫酸锌溶液；
步骤3，将步骤2得到的钨酸钠溶液，柠檬酸钠溶液，HDTMP溶液和硫酸锌溶液，然后将这四种溶液混合并搅拌均匀得到环保型气相缓蚀剂。
实施例4
步骤1，配置1L缓蚀剂，分别称取23g钨酸钠，31g柠檬酸钠，0.4gHDTMP 和2.2g硫酸锌，1L蒸馏水；
步骤2，将步骤1称取的钨酸钠，柠檬酸钠，HDTMP和硫酸锌分别用 250mL的蒸馏水溶解，搅拌8min、静置5min，分别得到钨酸钠溶液、HDTMP 溶液、柠檬酸钠溶液和硫酸锌溶液；
步骤3，将步骤2得到的钨酸钠溶液，柠檬酸钠溶液，HDTMP溶液和硫酸锌溶液混合并搅拌均匀得到环保型气相缓蚀剂。
实施例5
步骤1，配置1L缓蚀剂，分别称取21g钨酸钠，29g柠檬酸钠， 0.25gHDTMP和1.8g硫酸锌；
步骤2，将步骤1称取的钨酸钠，柠檬酸钠，HDTMP和硫酸锌分别用 250mL的蒸馏水溶解，搅拌9min、静置5min，分别得到钨酸钠溶液，柠檬酸钠溶液，HDTMP溶液和硫酸锌溶液；
步骤3，将步骤2得到的钨酸钠溶液，柠檬酸钠溶液，HDTMP溶液和硫酸锌溶液混合搅拌均匀得到环保型气相缓蚀剂。
环保型气相缓蚀剂性能测试：
将实施例1～5所制得的缓蚀剂倒入电解池中，利用电化学工作站三电极体系，来测试气相缓蚀剂的缓蚀效果。使电极进入电解质溶液中，将绿色夹头夹金属电极(工作电极)，红色夹头夹铂电极(辅助电极)，黄色夹头夹甘汞电极(参比电极)。
将碳钢分别用亚硝酸盐和本发明所制备出的不同浓度的气相缓蚀剂配方，在同样的温度、湿度下比较其缓蚀效果，对比空白组与缓蚀剂组电化学试验前后，碳钢的腐蚀速率变化，利用公式η＝(v0-v1)/v0×100％进行计算，其中v—腐蚀速度，(mm/a)；v1—加入缓蚀剂后金属的腐蚀速度，(mm/a)； v0—未加缓蚀剂时金属的腐蚀速度，(mm/a)。从图1碳钢的腐蚀速率曲线可以看出，本发明缓蚀剂对于碳钢的腐蚀速率明显低于传统亚硝酸盐缓蚀剂。从图2碳钢的缓蚀曲线可以看出，亚硝酸盐对碳钢的最高缓蚀率为86.56％，而本发明对碳钢的最高缓蚀率达到98.96％。

Claims (6)

1.一种环保型气相缓蚀剂，其特征在于，由钨酸钠水溶液、柠檬酸钠水溶液、HDTMP水溶液、硫酸锌水溶液混合而成。
2.根据权利要求1所述的一种环保型气相缓蚀剂，其特征在于，所述各组分按照以下质量百分比构成：钨酸钠1.9％～2.3％，柠檬酸钠2.6％～3.1％，HDTMP0.02％～0.04％，硫酸锌0.15％～0.23％，其余为水，以上各原料含量的总和应为100％。
3.一种环保型气相缓蚀剂的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、按质量百分比分别称取如下原料：
钨酸钠1.9％～2.3％，柠檬酸钠2.6％～3.1％，HDTMP0.02％～0.04％，硫酸锌0.15％～0.23％，其余为水，以上各原料含量的总和应为100％；
步骤2，将步骤1称取的钨酸钠，柠檬酸钠，HDTMP和硫酸锌分别用蒸馏水溶解，搅拌、静置，分别得到钨酸钠溶液、HDTMP溶液、柠檬酸钠溶液和硫酸锌溶液；
步骤3，将步骤2得到的钨酸钠溶液，柠檬酸钠溶液，HDTMP溶液和硫酸锌溶液混合并搅拌均匀得到环保型气相缓蚀剂。
4.根据权利要求3所述的一种环保型气相缓蚀剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2中钨酸钠，柠檬酸钠，HDTMP和硫酸锌分别用量取的1/4蒸馏水溶解。
5.根据权利要求3所述的一种环保型气相缓蚀剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2中搅拌时间为5～10min。
6.根据权利要求3所述的一种环保型气相缓蚀剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2中静置时间为5～10min。
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