CN111808457A - 成膜剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种成膜剂及其制备方法和应用，所述成膜剂，包括如下重量份的原料：有机二元酸20‑40份，醇胺类化合物13‑28份，葡萄糖酸8‑15份，苯甲酸6‑15份，苯并三氮唑5‑10份和去离子水16‑25份。本发明提供的成膜剂，通过限定各原料以及各原料的重量份数，不仅能够应用于水循环系统，而且还可应用于其他防锈剂或缓蚀剂的应用领域；同时对多种金属材料均具有优异的缓蚀性能，具有耐高温、抗硬水、抗化学腐蚀、耐酸碱和抑菌等性能。

Description

成膜剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及循环水处理技术领域，具体涉及一种成膜剂及其制备方法和应用。
背景技术
金属材料受周围介质的作用而损坏，称为金属腐蚀；腐蚀时，在金属的界面上发生化学或电化学反应，使金属转入氧化(离子)状态；这会显著降低金属材料的强度、塑性、韧性等力学性能，破坏金属构件的几何形状，增加零件间的磨损，恶化电学和光学等物理性能，缩短设备的使用寿命，甚至造成火灾、爆炸等灾难性事故。金属腐蚀问题遍及国民经济各行业，防腐蚀已不是单纯的技术问题，而是关系到节约资源和能源、节省材料、减少事故、保护环境、保障正常生产和人身安全、发展新技术等一系列较大的社会和经济问题。
缓蚀剂是一类防腐蚀化学品，在众多防腐蚀方法中有着举足轻重的地位，它少量加入环境介质中就能显著地降低金属的腐蚀速度，与其他防腐蚀方法相比，缓蚀剂具有使用方便、经济有效的特点，因此，广泛应用于石油化工、机械制造、机动车、轮船、钢铁、电力工业、新能源、电子器件、电动汽车、航天工业等工业生产、交通运输和高科技技术领域；但是，现有的缓蚀剂大多只适用于金属表面或者是少量水存在的环境介质中。
例如中国专利文献CN110819992A公开了一种环境友好型有机金属缓蚀剂，其是由葡萄糖酸钠、有机羧酸类添加剂、唑类化合物、钼酸钠、氨基酸类盐、吡嗪或哌嗪类化合物溶解于净化水中并加入氢氧化钠调节pH值至11-12得到。虽然添加了该缓蚀剂的交换介质对系统内可能存在的紫铜、黄铜、碳钢、不锈钢、铸铁、铸铝、焊锡等多种金属材料具有优异的缓蚀性能，但是，该缓蚀剂在应用于水循环系统时，不仅起不到缓蚀作用，而且会加快水循环系统中设备的腐蚀。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的缓蚀剂不能应用于水循环系统的缺陷，从而提供一种成膜剂及其制备方法和应用。
为此，本发明提供如下技术方案：
一种成膜剂，包括如下重量份的原料：
有机二元酸20-40份，醇胺类化合物13-28份，葡萄糖酸8-15份，苯甲酸6-15份，苯并三氮唑5-10份和去离子水16-25份。
进一步地，所述有机二元酸为十二烷二酸和/或十一烷二酸；
所述醇胺类化合物为三乙醇胺和/乙醇胺。
进一步地，所述成膜剂包括如下重量份的原料：十二烷二酸10-20份；十一烷二酸10-20份；葡萄糖酸8-15份；苯甲酸6-15份；苯并三氮唑5-10份；三乙醇胺10-20份；乙醇胺3-8份和去离子水16-25份。
本发明还提供了一种成膜剂的制备方法，包括如下步骤：
将去离子水与有机二元酸，葡萄糖酸和苯甲酸混合均匀后，依次加入醇胺类化合物和苯并三氮唑，搅拌即得所述成膜剂。
进一步地，醇胺类化合物的加入温度为80-100℃。
进一步地，醇胺类化合物加入后，继续搅拌0.5-1.5h后，再加入苯并三氮唑。
进一步地，加入苯并三氮唑时，添加苯并三氮唑和乙醇的混合溶液；
其中，苯并三氮唑与乙醇的质量比1:(0.9-1.1)。
进一步地，加入苯并三氮唑和乙醇的混合溶液后，升温至110-130℃搅拌1.5-2.5h。
本发明还提供了上述成膜剂或上述的成膜剂的制备方法制得的成膜剂在水循环系统中的应用。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.现有的防锈剂或缓蚀剂大多是应用于金属表面或者是少量水存在的环境介质中，当其用于水循环系统时，不仅起不到缓蚀作用，而且会加快水循环系统中设备的腐蚀。发明人经研究认为，现有的防锈剂或缓蚀剂不能应用于水循环系统的原因主要在于以下两个方面：(1)部分防锈剂或缓蚀剂采用无机碱例如氢氧化钠来调节pH值，当该缓蚀剂应用于水循环系统时，引入的氢氧化钠会与循环水中的钙镁等离子或者是杂质发生反应，进而析出并阻塞管路；而且由于含无机碱的缓蚀剂长时间与水接触还会破坏缓蚀剂形成的薄膜甚至是无法成膜，进而腐蚀水循环中的设备；(2)部分防锈剂或缓蚀剂在水循环系统中不能成膜，或者是成膜的效果差：容易发生点腐蚀或者是与金属表面的结合力差，导致在水循环系统中流动水的冲击下，膜就很容易被冲掉；甚至在高温下，薄膜会溶解在水中，使得防锈剂或缓蚀剂在水循环系统中无法发挥作用。
本发明提供的成膜剂，包括如下重量份的原料：有机二元酸20-40份，醇胺类化合物13-28份，葡萄糖酸8-15份，苯甲酸6-15份，苯并三氮唑5-10份和去离子水16-25份。本发明提供的成膜剂中没有添加无机碱或者是其他盐类，从根本上杜绝了由于无机碱或者是其他盐类与的钙镁等离子或者是杂质发生反应，进而堵塞管路，腐蚀水循环设备的情况；而且各原料之间交错反应并通过酰胺键和酯键连接在一起形成不同碳链的薄膜，吸附在水循环系统设备的表面；其中，葡萄糖酸和苯甲酸可发生协同作用，提高形成的薄膜的刚性和韧性，防止流动水的冲击、高温溶解以及点腐蚀；苯并三氮唑和醇胺类化合物可发挥协同作用：调节体系的pH值，防止设备点腐蚀的发生，并增加薄膜与水循环设备之间的吸附能力，提高抗腐蚀的效果并延长成膜剂的使用年限；本发明提供的成膜剂，通过限定各原料以及各原料的重量份数，不仅能够应用于水循环系统，而且还可应用于其他防锈剂或缓蚀剂的应用领域；同时对多种金属材料均具有优异的缓蚀性能，具有耐高温、抗硬水、抗化学腐蚀、耐酸碱和抑菌等性能，添加成膜剂的循环水在3-5年成膜剂失效后依然满足《GB 8978-1996污水综合排放标准》。
2.本发明提供的成膜剂，通过限定有机二元酸和醇胺类化合物的种类，可进一步提高成膜剂的成膜性能：提高薄膜的韧性、刚性及其与金属的吸附力，提高薄膜耐水冲击及高温的特性，延长成膜剂的使用寿命。
3.本发明提供的成膜剂，包括如下重量份的原料：十二烷二酸10-20份；十一烷二酸10-20份；葡萄糖酸8-15份；苯甲酸6-15份；苯并三氮唑5-10份；三乙醇胺10-20份；乙醇胺3-8份和去离子水16-25份。通过进一步限定各原料及其份数，可进一步提高薄膜的防渗透性能，增加水循环系统的密封性，防止水循环设备的点腐蚀和缝隙腐蚀。
4.本发明提供的成膜剂的制备方法，通过限定各物料的加入顺序，促进各原料之间的反应，提高形成的薄膜的韧性和刚性及其与金属的吸附力，不仅能够应用于水循环系统，而且还可应用于其他防锈剂或缓蚀剂的应用领域；同时对多种金属材料均具有优异的缓蚀性能，具有耐高温、抗硬水、抗化学腐蚀和抑菌等性能。
5.本发明提供的成膜剂的制备方法，通过限定醇胺类化合物的加入温度及搅拌时间，可进一步促进各原料之间的反应，提升制得的成膜剂在水循环系统中的防腐蚀性能。
6.本发明提供的成膜剂的制备方法，通过将苯并三氮唑和乙醇混合后再加入，一方面提高苯并三氮唑的利用率，另一方面可进一步提高形成的薄膜与金属的吸附性能；延长成膜剂在水循环系统中的使用寿命，提高薄膜的防渗透性能，增加水循环系统的密封性，防止水循环设备的点腐蚀和缝隙腐蚀。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例1
本实施例提供一种成膜剂，其制备方法如下：
将8kg苯并三氮唑溶于8kg乙醇中，得混合溶液，备用；
将20kg去离子水加入反应釜中并搅拌加热到60℃,然后加入15kg十一烷二酸、15kg十二烷二元酸、12kg葡萄糖酸和10kg苯甲酸，加入完毕后升温到90℃，加入15kg三乙醇胺和5kg乙醇胺，并继续在90℃搅拌1h后：加入上述混合溶液并升温到120℃搅拌2h后自然降至常温，即得所述成膜剂。
实施例2
本实施例提供一种成膜剂，其制备方法如下：
将5kg苯并三氮唑溶于5.5kg乙醇中，得混合溶液，备用；
将25kg去离子水加入反应釜中并搅拌加热到60℃,然后加入20kg十一烷二酸、10kg十二烷二元酸、8kg葡萄糖酸和15kg苯甲酸，加入完毕后升温到80℃，加入20kg三乙醇胺和8kg乙醇胺，并继续在80℃搅拌1.5h后：加入上述混合溶液并升温到110℃搅拌2.5h后自然降至常温，即得所述成膜剂。
实施例3
本实施例提供一种成膜剂，其制备方法如下：
将10kg苯并三氮唑溶于9kg乙醇中，得混合溶液，备用；
将16kg去离子水加入反应釜中并搅拌加热到60℃，然后加入10kg十一烷二酸、20kg十二烷二元酸、15kg葡萄糖酸和6kg苯甲酸，加入完毕后升温到100℃，加入10kg三乙醇胺和3kg乙醇胺，并继续在100℃搅拌0.5h后：加入上述混合溶液并升温到130℃搅拌1.5h后自然降至常温，即得所述成膜剂。
实施例4
本实施例提供一种成膜剂，其制备方法如下：
将8kg苯并三氮唑溶于8kg乙醇中，得混合溶液，备用；
将20kg去离子水加入反应釜中并搅拌加热到60℃,然后加入15kg十一烷二酸、12kg葡萄糖酸和10kg苯甲酸，加入完毕后升温到90℃，加入15kg三乙醇胺和5kg乙醇胺，并继续在90℃搅拌1h后：加入上述混合溶液并升温到120℃搅拌2h后自然降至常温，即得所述成膜剂。
实施例5
本实施例提供一种成膜剂，其制备方法如下：
将8kg苯并三氮唑溶于8kg乙醇中，得混合溶液，备用；
将20kg去离子水加入反应釜中并搅拌加热到60℃,然后加入15kg十一烷二酸、15kg十二烷二元酸、12kg葡萄糖酸和10kg苯甲酸，加入完毕后升温到90℃，加入5kg乙醇胺，并继续在90℃搅拌1h后：加入上述混合溶液并升温到120℃搅拌2h后自然降至常温，即得所述成膜剂。
实施例6
本实施例提供一种成膜剂，其制备方法如下：
将8kg苯并三氮唑溶于8kg乙醇中，得混合溶液，备用；
将20kg去离子水加入反应釜中并搅拌加热到60℃,然后加入15kg十二烷二元酸、12kg葡萄糖酸和10kg苯甲酸，加入完毕后升温到90℃，加入5kg乙醇胺，并继续在90℃搅拌1h后：加入上述混合溶液并升温到120℃搅拌2h后自然降至常温，即得所述成膜剂。
对比例1
本对比例提供一种成膜剂，其制备方法如下：
将8kg苯并三氮唑溶于8kg乙醇中，得混合溶液，备用；
将20kg去离子水加入反应釜中并搅拌加热到60℃,然后加入15kg十一烷二酸、15kg十二烷二元酸和10kg苯甲酸，加入完毕后升温到90℃，加入15kg三乙醇胺和5kg乙醇胺，并继续在90℃搅拌1h后：加入上述混合溶液并升温到120℃搅拌2h后自然降至常温，即得所述成膜剂。
对比例2
本对比例提供一种成膜剂，其制备方法如下：
将20kg去离子水加入反应釜中并搅拌加热到60℃,然后加入15kg十一烷二酸、15kg十二烷二元酸、12kg葡萄糖酸和10kg苯甲酸，加入完毕后升温到90℃，加入15kg三乙醇胺和5kg乙醇胺，并继续在90℃搅拌1h后：升温到120℃搅拌2h后自然降至常温，即得所述成膜剂。
实验例
将各实施例和对比例制得的成膜剂分别与腐蚀水按照质量比为1：30混合均匀，得混合液；将混合液分别参照GB/T18175-2014水处理剂缓蚀性能的测定-旋转挂片法进行测试，具体测试条件如下：
腐蚀水：采用GB/T18175-2014中的标准配置水；
试片：采用SH/T 0085-1991发动机冷却液腐蚀测定法(玻璃器皿法)中规定的试片；
检测温度：90℃，时间：242h。具体的实验结果见表1所示。
表1实验结果
Figure BDA0002516110880000081
Figure BDA0002516110880000091
注：焊锡即为SH/T 0085-1991中的焊料，铝即为SH/T 0085-1991中的铸铝。
由上表中的数据可知，本发明提供的成膜剂各组分之间可发挥协同作用，对多种金属材料均具有优异的缓蚀性能，且具有耐高温特性。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种成膜剂，其特征在于，包括如下重量份的原料：
有机二元酸20-40份，醇胺类化合物13-28份，葡萄糖酸8-15份，苯甲酸6-15份，苯并三氮唑5-10份和去离子水16-25份。
2.根据权利要求1所述的成膜剂，其特征在于，所述有机二元酸为十二烷二酸和/或十一烷二酸；
所述醇胺类化合物为三乙醇胺和/乙醇胺。
3.根据权利要求1或2所述的成膜剂，其特征在于，包括如下重量份的原料：十二烷二酸10-20份；十一烷二酸10-20份；葡萄糖酸8-15份；苯甲酸6-15份；苯并三氮唑5-10份；三乙醇胺10-20份；乙醇胺3-8份和去离子水16-25份。
4.一种成膜剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将去离子水与有机二元酸，葡萄糖酸和苯甲酸混合均匀后，依次加入醇胺类化合物和苯并三氮唑，搅拌即得所述成膜剂。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，醇胺类化合物的加入温度为80-100℃。
6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，醇胺类化合物加入后，继续搅拌0.5-1.5h后，再加入苯并三氮唑。
7.根据权利要求4-6任一项所述的制备方法，其特征在于，加入苯并三氮唑时，添加苯并三氮唑和乙醇的混合溶液；
其中，苯并三氮唑与乙醇的质量比1:(0.9-1.1)。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，加入苯并三氮唑和乙醇的混合溶液后，升温至110-130℃搅拌1.5-2.5h。
9.权利要求1-3任一项所述的成膜剂或权利要求4-8任一项所述的成膜剂的制备方法制得的成膜剂在水循环系统中的应用。
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