CN1231347A - 一种抑制钢铁在10%－25%食盐溶液中腐蚀的新型缓蚀剂 - Google Patents

一种抑制钢铁在10%－25%食盐溶液中腐蚀的新型缓蚀剂 Download PDF

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Abstract

一种抑制钢铁在10%～25%食盐溶液中腐蚀的新型缓蚀剂,是由41%～61%的硫脲、0.5～3.5%的磷酸三乙醇胺、0.5%～3.5%的磷酸二氢锌和35%～55%的乌洛托品所组成。当浓度为1000ppm～2500ppm时,这种缓蚀剂不仅能在钢铁表面形成多重的保护膜,而且当膜破损时尚具有自修复的能力,因此,对抑制钢铁腐蚀尤其有效,对A3钢的缓蚀率高达98%。其主要特点是:(1)高效。(2)剂量小,成本低。(3)无毒,无公害。(4)工序简单,不必预膜。

Description

一种抑制钢铁在10％～25％食盐溶液中腐蚀的新型缓蚀剂
本发明涉及到化学领域，特别是涉及到一种抑制钢铁在10％～25％食盐溶液中腐蚀的新型缓蚀剂(简称XM-505)及其配制与使用方法。
在制冷工业中常用10％～25％食盐溶液作为载冷剂。尽管缓蚀剂的应用已有100多年历史，然而人们对抑制钢铁在10％～25％食盐溶液中腐蚀的缓蚀剂的研究依然寥若晨星。鲍世平等人的研究指出，在10％～15％的NaCl盐水中添加重铬酸钾4000ppm,mpA300ppm,HpMA10ppm和Zn++20ppm(总浓度为4330ppm)可使碳钢的缓蚀率达到95％[《全面腐蚀控制》1995,9(1)：32-33页]。采用重铬酸钾配方固然有效，但存在着严重的问题：其一，重铬酸钾属危险性阳极型缓蚀剂，若加入量不足，不仅不能使钢铁钝化而起保护作用，反而会加速钢铁腐蚀，因此所需剂量较大。其二，重铬酸钾属极毒致癌物质，会污染人类赖以生存的环境。其三，缓蚀率有待于进一步提高。
针对重铬酸钾配方所存在的问题，本发明的目的就在于研制一种缓蚀率更高、剂量更小且又无毒的新型缓蚀剂，以取代极毒的重铬酸钾配方。
为实现本发明之目的，采用的技术路线和作用原理如下：(1)选用硫脲作为新型缓蚀剂的主要组份。由于硫脲分子中具有两个杂化原子N和一个杂化原子S，它可与Fe++络合，最终转化成不溶性硫化铁保护膜。(2)利用“分子剪裁法”合成的磷酸三乙醇胺，进一步加强了醇胺基团和磷酸根之间的协同作用。它在溶解O2的协同作用下，能在钢铁表面形成由磷酸三乙醇胺、γ-Fe2O3、Fe3O4和FePO4所组成的多重保护膜；同时由于它支链多，当膜破损时尚具自修复的能力。(3)首次把磷酸二氢锌引入此类缓蚀剂的配方中。它与磷酸二氢钠或非水解性锌盐(如ZnSO4等)相比较具有更多的优点。磷酸二氢锌具有水解性，能在钢铁表面的阴极反应处形成不溶性的Zn3(PO4)2沉积膜(钢铁锌系磷化)，这是磷酸二氢钠或非水解性锌盐(如ZnSO4等)所不具备的。磷酸二氢锌能电离，磷酸根在溶解O2的协同作用下，与Fe++反应，在钢铁表面形成不溶性的FePO4沉积膜(钢铁铁系磷化)，其作用与使用磷酸二氢钠相同，而Zn++有可能以Zn(OH)2的形式在钢铁表面形成阴极型的沉淀膜，这种膜不牢固，但能增效，其作用与使用非水解性锌盐(如ZnSO4等)相同。(4)在新型缓蚀剂中引入乌洛托品。由于乌洛托品分子中具有四个杂化原子N，所以它能与钢铁表面裸露的铁原子络合，直接吸附于钢铁表面，抑制钢铁腐蚀阴、阳共轭过程，避免缓蚀剂在钢铁表面形成保护膜期间阳极上的铁溶解过快而使钢铁的腐蚀率增大，同时它本身也可作为保护膜的有效组份，提高保护效果。(5)通过复配试验，达到优化组合，进一步提高缓蚀效果。实验表明：硫脲、磷酸三乙醇胺、磷酸二氢锌和乌洛托品四种组份首次作为一个整体(XM-505)配合完美，协同作用显著，对抑制钢铁在10％～25％食盐溶液中腐蚀尤其有效。
抑制钢铁在10％～25％食盐溶液中腐蚀的方法包括在食盐溶液中添加1000ppm～2500ppm的XM-505盐水介质缓蚀剂及该缓蚀剂的配制与使用。
XM-505盐水介质缓蚀剂由41％～61％的硫脲、0.5％～3.5％的磷酸三乙醇胺、0.5％～3.5％的磷酸二氢锌和35％～55％的乌洛托品所组成。缓蚀剂的组份最好配制成溶液的形式使用。
缓蚀剂的配制：(1)将硫脲和乌洛托品的混合物配制成水溶液，即A液，总含量为100mg/ml，硫脲与乌洛托品之比为51∶45(重量比)。(2)按磷酸三乙醇胺与磷酸二氢锌之比为1∶1(重量比)，配制成总含量为100mg/ml的混合液为B液。配制时先按下列反应式，即
……(1)
2H3PO4+ZnO→Zn(H2PO4)2+H2O……(2)计算出磷酸、三乙醇胺和氧化锌的用量，然后取少量水，加入计算量的磷酸和三乙醇胺，充分搅拌，并静置片刻，再加入计算量的氧化锌，继续搅拌至全溶，最后补足水量，搅匀即可。
根据食盐溶液的重量、要求的缓蚀剂浓度和缓蚀剂的组份配比计算出A液和B液的用量。先将A液加入食盐溶液，搅匀后再加入B液，继续搅拌均匀，即可使用。
XM-505盐水介质缓蚀剂浓度为2000ppm时，用失重法测得该缓蚀剂对A3钢的缓蚀率高达98％，钢样经1800小时失重试验，表观很好，光亮如初。与鲍世平等人研制的重铬酸钾配方相比，缓蚀率高出3％，而剂量仅为后者的46.2％，尚且原材料无毒，无公害。由此可见，XM-505盐水介质缓蚀剂的综合性能远优于重铬酸钾配方，用它取代板毒的重铬酸钾配方，不仅可以获得更大的经济效益，而且也有利于保护人类赖以生存的环境。
XM-505盐水介质缓蚀剂的主要特点是：(1)高效。(2)剂量小，成本低。(3)无毒，无公害。(4)工序简单，不必预膜。
实施例1：试验溶液为不加缓蚀剂的22.4％的食盐溶液和加有由51％的硫脲、2％的磷酸三乙醇胺、2％的磷酸二氢锌和45％的乌洛托品(重量百分比)所组成的XM-505盐水介质缓蚀剂2000ppm的22.4％的食盐溶液。试验材料为A3钢，试样规格为5×2.5×0.2cm，表面积为28cm2。所用试样均经金相砂纸逐级打磨，再经自来水，无水酒精清洗，冷风吹干，置于干燥器中24小时以上，备用。
实验采用失重法。试样经称重后在试验溶液中浸泡1800小时(室温，静态)，取出的试样按GB6384-86方法处理、称重，按下列公式(3)计算钢样的腐蚀率υ，即
υ(mm/y)=8.76×104×Δw/s×t×p……(3)式中：Δw为钢样的失重(g),S为钢样的表面积(cm2),t为浸泡时间(h),p为钢材密度(g/cm3)。
再按下列公式(4)计算缓蚀剂对钢铁的缓蚀率E，即
E(％)=(υo-υc)/υo×100……(4)式中：υo为未加缓蚀剂的钢样腐蚀率，υc为给定缓蚀剂的钢样腐蚀率。
测试结果如下：当缓蚀剂浓度为2000ppm时，对A3钢的缓蚀率高达98％，钢样表观很好，光亮如初。
实施例2：方法及缓蚀剂的组成同实施例1，当缓蚀剂浓度为2500ppm时，对A3钢的缓蚀率高达97.7％，钢样表观很好，光亮如初。
实施例3：方法及缓蚀剂的组成同实施例1，当缓蚀剂浓度为1000ppm时，对A3钢的缓蚀率达到95.6％，钢样表观很好，光亮如初。

Claims (4)

1．一种抑制钢铁在10％～25％食盐溶液中腐蚀的新型缓蚀剂，其特征在于：该缓蚀剂是由硫脲、磷酸三乙醇胺、磷酸二氢锌和乌洛托品所组成，它们的配比(重量百分比)为：
     硫脲          41～61％；
     磷酸三乙醇胺  0.5～3.5％；
     磷酸二氢锌    O.5～3.5％；
     乌洛托品      35～55％。
2．如权利要求1所述的一种抑制钢铁在10％～25％食盐溶液中腐蚀的新型缓蚀剂，其特征在于：该缓蚀剂在使用时的浓度为1000ppm～2500ppm。
3．一种权利要求1的抑制钢铁在10％～25％食盐溶液中腐蚀的新型缓蚀剂的配制方法，其特征在于：
(1)将硫脲和乌洛托品的混合物配制成水溶液，即A液，硫脲与乌洛托品之比为51∶45(重量比)，总含量为100mg/ml；
(2)将磷酸三乙醇胺与磷酸二氢锌按1∶1的比例(重量比)配制成总含量为100mg/ml的混合液，即B液，配制时先按下列反应式，即
计算出磷酸、三乙醇胺和氧化锌的用量，然后取少量水，加入计算量的磷酸和三乙醇胺，充分搅拌，并静置片刻，再加入计算量的氧化锌，继续搅拌至全溶，最后补足水量即可。
4．一种权利要求1或3的抑制钢铁在10％～25％食盐溶液中腐蚀的新型缓蚀剂的使用方法，其特征在于：根据食盐溶液的重量、要求的缓蚀剂浓度和缓蚀剂的组份配比计算出A液和B液的用量，先将A液加入食盐溶液中，搅匀后再加入B液，继续搅拌均匀，即可使用。
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