水基防锈剂的研制

范洪波, 胡勇有(华南理工大学环境科学与工程学院, 广东广州510641)

0 前 言工业上广泛使用的水基防锈剂通常含亚硝酸盐和磷酸盐, 其中亚硝酸盐是致癌物质, 磷酸盐排放到环境中, 会导致富营养化。因此, 迫切需要寻找一种高效、环保、价廉的水基防锈剂。我国的天然松香资源丰富, 价格低廉, 通过松香改性合成的缓蚀剂、防锈剂以其无毒无害、缓蚀防锈性能好和易生物降解等优点引起了广泛重视[1～6]。本工作利用松香与顺酐进行共聚反应, 共聚物进一步与胺发生中和反应, 制成了具有优良防锈性能的水基防锈剂ＦＹ 11, 并研究了ＦＹ 11水基防锈剂的合成方法及对金属的防锈作用。

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1 试 验

1.1 水基防锈剂的合成(1)马来松香的合成 将松香和顺酐按一定比例一次性投入四口烧瓶, 排去四口烧瓶中的空气, 以防松香被氧化, 然后开启冷凝回流和油浴加热, 当反应物温度达到165℃左右时, 反应开始放热, 温度自然上升至190～200℃, 在此温度下反应1ｈ。在这步反应中, 松香的各种异构体全部转化为左旋松香酸, 并与顺酐发生Ｄｉｅｌｓ Ａｌｄｅｒ反应, 生成高酸值的三元酸。(2)马来松香与二乙醇胺的反应 升高温度到200～205℃, 关闭冷凝回流, 使未反应的顺酐蒸出并回收, 然后在不断搅拌下, 缓慢加入二乙醇胺, 并在150～170℃反应2ｈ。反应结束后, 冷却, 得到黄色黏稠状产物。该产物即为合成的水基防锈剂, 它具有良好的水溶性。

1.2 防锈性能测试用高湿防锈试验和防锈水浸泡试验检测合成的水基防锈剂对金属的防锈作用, 并和进口的水基防锈剂进行比较。

1.2.1 高湿防锈性(1)人工海水和防锈水的配制 配制3.5%的ＮａＣｌ溶液作为人工海水; 在合成的不同试样中加入表面活性剂、润湿剂和水, 配成不同浓度的防锈水备用。同时, 配制0.5%的进口防锈液(美国产, 下同) 备用。(2)试验方法 每次取6块Ｑ235钢片, 先用400号氧化铝耐水砂纸打磨去锈, 使其光亮, 然后用金相砂纸打磨, 接着用酒精棉球擦拭钢片, 最后用丙酮棉球去除钢片表面油污。把擦拭干净的钢片浸在配好的防锈液中,30ｍｉｎ后取出, 自然晾干(约2ｈ) 。浸过防锈液的钢片悬挂在装有50ｍＬ人工海水并恒温于30℃的广口瓶内, 钢片保持在液面以上, 塞上塞子, 观察钢片腐蚀情况, 每6ｍｉｎ观察一次, 记下每片钢片出现第一个锈点的时间, 以检测防锈液的防锈能力。

1.2.2 防锈水浸泡性选出防锈性能最好的一个配方配制100ｍＬ的防锈水储于250ｍＬ广口瓶中备用, 同时配制0.5%的进口水基防锈剂作比较用。? 片钢片, 分别用氧化铝砂纸、金相砂纸打磨, 用酒精棉球和丙酮棉球擦拭钢片上的油污。把擦拭干净的钢片浸在配好的防锈液中,30ｍｉｎ后从防锈液中取出, 自然晾干(约2ｈ左右) 。然后, 将钢片分别浸在所配的2种防锈水中, 每天观察一次, 并记下每块钢片出现第一个锈点的时间, 以检测该水基防锈剂的防锈效果。

2 结果及分析

2.1 合成投料比对水基防锈剂防锈性能的影响

通过改变松香、顺酐和二乙醇胺的投料比(物质的量比), 得到若干不同的防锈剂试样, 并配成1%的防锈水, 进行高湿防锈试验, 其结果见表1。由表1可见, 松香、顺酐和二乙醇胺的物质的量之比为1.0 0.8 2.8(2号) 时所得到的防锈液效果最好, 所以选用该投料比合成的防锈剂进行浓度选择和复配研究, 以期能最大限度地发挥该防锈剂的防锈性能。

2.2 浓度对防锈性能的影响选取表1中最佳防锈水配比(2号配比), 改变防锈水的浓度进行高湿防锈试验, 试验结果见表2。由表2可以看出当防锈水浓度为1.0%时, 其防锈性能已经达到较佳的效果再增大其浓度防锈性能无进一步改善。

2.3 复配对防锈性能的影响在1.0%的防锈水中添加不同的表面活性剂和润湿剂甘油做高湿防锈试验, 以期找到最佳的配方。表3是该组高湿防锈试验的试验数据。由表3试验结果可以看出, 加入司盘 80和润湿剂甘油的6号试样第一个锈点出现的时间不仅推迟, 而且面积小、数量少, 锈点出现得不明显。同时还发现, 加入十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、聚乙二醇辛基苯基醚和山梨醇酯 80等表面活性剂复配的防锈水浸泡的钢片试样不仅出现第一个锈点的时间提前, 而且锈点比较明显。可见司盘 80可以最大程度地发挥协同作用, 润湿剂甘油可以增加其分散性能, 从而使防锈水的防锈效果达到最佳效果。

2.4 防锈水浸泡试验的结果及分析把表3中效果最好的6号样与进口产品11号同时做防锈水浸泡试验, 结果见表4。

由表4可见, 合成的水基防锈剂具有良好的防锈性能, 虽然与进口产品相比还有差距, 但我国松香资源丰富, 价格低廉, 无毒无害, 因此有广阔的应用前景。通过松香改性合成的水基防锈剂含有的极性基团对金属有较强的亲合能力, 易吸附在金属表面, 形成吸附润湿膜, 因其疏水基团较大, 并有芳环结构, 也具有油溶性的特点。此外, 该防锈液与加入的表面活性剂司盘 80产生复合增效作用, 在金属表面形成吸附保护膜层, 从而阻滞了阴、阳极腐蚀过程, 由于有致密的覆盖膜, 能有效地抗拒介质中的水分子、氧以及其他腐蚀性物质的侵入, 具有优良的防腐蚀、防锈性能。

3 结 论用松香、顺丁烯二酸酐、二乙醇胺为主要原料合成的防锈剂, 其极性基团对金属有较强的亲合能力, 牢固吸附在金属表面上, 形成定向吸附层, 因此,

具有优良的防锈性能。影响防锈性能的因素主要有1) 在合成时应选择黄色、块状的未被氧化的松香和干燥的顺酐反应;(2)防止松香被空气氧化, 同时, 要防止反应物因受热不均匀而导致局部温度过高, 物料焦化;(3)松香、顺酐和二乙醇胺的投料比(物质的量比) 为1.0 0.8 2.8时合成的防锈剂防锈效果最佳;(4)防锈水的使用浓度一般在1.0%左右时, 其防锈效果就可以满足要求;(5)在配制防锈水时适当加入表面活性剂(司盘 80), 能更好地发挥它们的协同作用, 润湿剂(甘油) 的加入可以使防锈剂具有更好的分散性, 使其防锈效果更佳。