CN115094426B - 一种基于协同机制构筑的复合缓蚀剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于协同机制构筑的复合缓蚀剂的制备方法,属于新型材料技术领域。本发明提出通过严格控制聚丙烯酸钠和九水硝酸铁的比例合成聚丙烯酸铁溶液,接着将其与一定量的半胱氨酸溶液混合制成复合缓蚀剂。本发明解决了半胱氨酸作为缓蚀剂容易产生有害氢离子加速腐蚀的问题,利用聚丙烯酸铁与半胱氨酸的协同作用,不仅可以捕获半胱氨酸氧化产生的氢离子,而且能加速胱氨酸和半胱氨酸‑铁络合物的生成,可有效延长金属的使用寿命。

Description

一种基于协同机制构筑的复合缓蚀剂的制备方法
技术领域
本发明属于新型材料技术领域,具体地说,本发明涉及一种基于协同机制构筑的复合缓蚀剂及其制备方法。
背景技术
金属在使用过程中不可避免的会发生腐蚀,腐蚀不仅造成巨大的经济损失,同时严重威胁着人们的生命财产安全。抑制金属腐蚀的方法有很多,其中使用缓蚀剂已成为较为常用的腐蚀防护方法之一。该方法具有经济有效、操作简单、通用性强等优点,已广泛应用于油气开采、交通运输、航空航天和电子工业等领域。
传统的缓蚀剂如磷酸盐和铬酸盐等虽然具有较好的腐蚀防护效果,但其存在一些有害成分,易造成环境及生态污染。近年来,随着人们环保意识的逐渐增强,对高效、环境友好的绿色缓蚀剂的开发成为研究的热点,这也将成为未来缓蚀剂领域的主要研究方向。
侧链中具有特殊S活性中心(-SH)的半胱氨酸是一种优异的吸附型缓蚀剂,其对碳钢、镁合金、铝合金等均具有良好的缓蚀作用。然而,有研究表明,半胱氨酸在使用过程中会被氧化成具有两个S活性中心(-S-S-)的胱氨酸 (见公式1),尽管其能更快的吸附到金属表面,但其氧化过程中产生的氢离子会加速金属的析氢腐蚀,造成较差的腐蚀防护效果,这是制约半胱氨酸作为缓蚀剂应用的主要因素。
(1)
为解决上述问题,提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于协同机制构筑的复合缓蚀剂及其制备方法,旨在通过利用聚丙烯酸铁与半胱氨酸之间的协同作用捕获半胱氨酸氧化产生的氢离子,同时释放出三价铁离子加速胱氨酸以及半胱氨酸-铁络合物的生成,从而实现优异的抑制腐蚀效果,延长金属的使用寿命。
为满足上述目的,本发明提出通过控制聚丙烯酸钠和九水硝酸铁的比例合成聚丙烯酸铁溶液,接着将其与一定量的半胱氨酸溶液混合并严格控制合成条件制成复合缓蚀剂。
本发明的技术方案如下:
步骤1,聚丙烯酸铁溶液的制备。将聚丙烯酸钠和九水硝酸铁分别溶于去离子水中,接着将两溶液充分混合并搅拌均匀。
步骤2,半胱氨酸溶液的制备。在惰性气体保护下将半胱氨酸溶于去离子水中。
步骤3,复合缓蚀剂的制备。将一定量的聚丙烯酸铁溶液和半胱氨酸溶液充分混合并搅拌均匀。
在步骤1中,所用聚丙烯酸钠溶液的浓度为300-400 mg/mL,九水硝酸铁的浓度为10-20 mg/mL,两者等体积混合。
在步骤2中,所用半胱氨酸浓度为10-15 mg/mL。
在步骤3中,聚丙烯酸铁溶液和半胱氨酸溶液等体积混合,溶液呈无色透明时停止搅拌。
有益效果
本发明解决了半胱氨酸作为缓蚀剂容易产生有害氢离子加速腐蚀的问题,利用聚丙烯酸铁与半胱氨酸的协同作用,不仅可以捕获半胱氨酸氧化产生的氢离子,而且能加速胱氨酸和半胱氨酸-铁络合物的生成,可有效延长金属的使用寿命。
评价实验数据如下:
在制备的复合缓蚀剂溶液中加入一定量的NaCl,制成含3.5 wt.% NaCl的复合缓蚀剂盐溶液。将经过打磨、超声清洗、除脂等前处理的碳钢浸渍在该盐溶液中,探究高盐环境中该复合缓蚀剂对碳钢的保护效果。浸渍3天后使用扫描电子显微镜(SEM)观察碳钢表面的腐蚀情况。SEM结果显示,浸渍在该复合缓蚀剂盐溶液中的碳钢表面没有任何腐蚀现象(图1),证实了按照本说明书提出的一种基于协同机制构筑的复合缓蚀剂的制备方法的有效性。制备的复合缓蚀剂的腐蚀防护机制如图2所示。聚丙烯酸铁首先和半胱氨酸电离产生的氢离子(图2(1))结合,从而释放出三价铁离子(图2(2))。三价铁离子将促进半胱氨酸的氧化以及半胱氨酸-铁络合物的生成(图2(3)),使得腐蚀区域被快速抑制,同时该过程产生的氢离子又将被聚丙烯酸铁持续捕捉(图2(2))。基于这种协同作用机制,金属基体被很好的保护起来。
附图说明
图1是碳钢浸渍在含3.5 wt.% NaCl的复合缓蚀剂盐溶液中3天后的SEM图。
图2是复合缓蚀剂的腐蚀防护机制图。
具体实施方式
以下实施例是对本发明的进一步说明,而不是对本发明的限制。
实施例1
一种基于协同机制构筑的复合缓蚀剂的制备方法,该方法包括如下步骤:
步骤1:聚丙烯酸铁溶液的制备;将4.5-6 g聚丙烯酸钠和0.15-0.3 g九水硝酸铁分别溶于15 mL去离子水中,接着将两溶液充分混合并搅拌均匀;
步骤2:半胱氨酸溶液的制备;在惰性气体保护下将0.3-0.45 g半胱氨酸溶于30mL去离子水中;
步骤3:复合缓蚀剂的制备;将上述制备的30 mL聚丙烯酸铁溶液和30 mL半胱氨酸溶液充分混合并持续搅拌至溶液呈无色透明状态。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同,不同之处在于:步骤1:将4.5 g聚丙烯酸钠和0.2 g九水硝酸铁分别溶于15 mL去离子水中;步骤2:在惰性气体保护下将0.3 g半胱氨酸溶于30mL去离子水中。
实施例3
本实施例与实施例1基本相同,不同之处在于:步骤1:将5 g聚丙烯酸钠和0.25 g九水硝酸铁分别溶于15 mL去离子水中;步骤2:在惰性气体保护下将0.35 g半胱氨酸溶于30 mL去离子水中。
实施例4
本实施例与实施例1基本相同,不同之处在于:步骤1:将5.5 g聚丙烯酸钠和0.15g九水硝酸铁分别溶于15 mL去离子水中;步骤2:在惰性气体保护下将0.4 g半胱氨酸溶于30 mL去离子水中。
实施例5
本实施例与实施例1基本相同,不同之处在于:步骤1:将6 g聚丙烯酸钠和0.3 g九水硝酸铁分别溶于15 mL去离子水中;步骤2:在惰性气体保护下将0.45 g半胱氨酸溶于30mL去离子水中。
实施例6
本实施例与实施例1基本相同,不同之处在于:步骤1:将5 g聚丙烯酸钠和0.22 g九水硝酸铁分别溶于15 mL去离子水中;步骤2:在惰性气体保护下将0.3 g半胱氨酸溶于30mL去离子水中。

Claims (6)

1.一种基于协同机制构筑的复合缓蚀剂的制备方法,该方法包括如下步骤:
步骤 1:聚丙烯酸铁溶液的制备;将 4.5-6 g 聚丙烯酸钠和 0.15-0.3 g 九水硝酸铁分别溶于15 mL 去离子水中,接着将两溶液充分混合并搅拌均匀;
步骤 2:半胱氨酸溶液的制备;在惰性气体保护下将 0.3-0.45 g 半胱氨酸溶于 30mL 去离子水中;
步骤 3:复合缓蚀剂的制备;将上述制备的 30 mL 聚丙烯酸铁溶液和 30 mL 半胱氨酸溶液充分混合并持续搅拌至溶液呈无色透明状态。
2.如权利要求 1 所述的一种基于协同机制构筑的复合缓蚀剂的制备方法,其特征在于:步骤 1:将 4.5 g 聚丙烯酸钠和 0.2 g 九水硝酸铁分别溶于 15 mL 去离子水中;步骤 2:在惰性气体保护下将 0.3 g 半胱氨酸溶于 30 mL 去离子水中。
3.如权利要求 1 所述的一种基于协同机制构筑的复合缓蚀剂的制备方法,其特征在于:步骤 1:将 5 g 聚丙烯酸钠和 0.25 g 九水硝酸铁分别溶于 15 mL 去离子水中;步骤2:在惰性气体保护下将 0.35 g 半胱氨酸溶于 30 mL 去离子水中。
4.如权利要求 1 所述的一种基于协同机制构筑的复合缓蚀剂的制备方法,其特征在于:步骤 1:将 5.5 g 聚丙烯酸钠和 0.15 g 九水硝酸铁分别溶于 15 mL 去离子水中;步骤 2:在惰性气体保护下将 0.4 g 半胱氨酸溶于 30 mL 去离子水中。
5.如权利要求 1 所述的一种基于协同机制构筑的复合缓蚀剂的制备方法,其特征在于:步骤 1:将 6 g 聚丙烯酸钠和 0.3 g 九水硝酸铁分别溶于 15 mL 去离子水中;步骤2:在惰性气体保护下将 0.45 g 半胱氨酸溶于 30 mL 去离子水中。
6.如权利要求 1 所述的一种基于协同机制构筑的复合缓蚀剂的制备方法,其特征在于:步骤 1:将 5 g 聚丙烯酸钠和 0.22 g 九水硝酸铁分别溶于 15 mL 去离子水中;步骤2:在惰性气体保护下将 0.3 g 半胱氨酸溶于 30 mL 去离子水中。
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