苯并三唑緩蝕劑的作用機理分析

程之星(愛丁堡大學EH8 9YL英國愛丁堡)

苯并三唑緩蝕劑的作用機理分析

程之星(愛丁堡大學EH8 9YL英國愛丁堡)

本文介紹了以苯并三唑為主的緩蝕劑的性質及其作用機理，通過苯并三唑與咪唑的協同作用更好地說明了緩釋作用的進行，并結合了氯化鈉溶液中銅的腐蝕實例來說明了三唑類化合物的緩蝕作用。

苯并三唑;緩蝕劑;協同作用

1 苯并三唑性質與功能

苯并三唑，有機化合物，又名苯丙三氮唑、苯并三氮雜茂、連三氮雜茚、苯三唑等，是白色到淺粉色針狀結晶,也是一種良好的緩蝕劑材料。溶于醇、苯、甲苯、氯仿，二甲基甲酰胺及多數有機溶劑，微溶于水，易溶于熱水，易溶于堿性水溶液中。1, 2,3-苯并三唑分為油溶性苯并三唑和水溶性苯并三唑。其中后者可以用水或溶劑來溶解。溶劑可以包括乙醇、苯、甲苯、氯仿和N,N-二甲基甲酰胺。

另外，苯并三唑在電鍍中用以表面純化銀、銅、鋅，有防變色作用。而且是良好的紫外光吸收劑，可用作黑白膠片和相紙的顯影防灰霧劑。它還是工業上廣泛采用的銅及其合金緩蝕劑,但毒性較大。但苯并三唑的咪唑衍生物相對毒性較低且在酸性條件下能良好緩蝕銅合金。

2 緩蝕劑概況與作用機理

緩蝕劑也稱為腐蝕抑制劑，在特定濃度和介質下可以起到防止或減緩材料腐蝕的作用。緩蝕劑的用量一般為0.1%～1%，可以起到顯著的緩蝕劑保護。它可以用到的介質涵蓋酸性、中性和氣體，分別包括鍋爐冷卻水，除垢除銹酸浸溶液和氣相緩蝕劑。以下以控制部位分類解釋。

2.1 陽極型緩蝕劑

陽極型緩蝕劑一般為無氧強氧化劑，包括鉻、鉬、鎢、釩等含氧酸鹽以及亞硝酸鹽等。作用機理是在金屬表面陽極區與金屬陽離子作用生成氧化覆蓋膜并起保護作用，也就是鈍化。這種作用抑制了金屬的溶解，但抑制作用取決于緩蝕劑的濃度，若未達到足夠高的濃度，保護膜覆蓋不全，會造成點蝕作用。

2.2 極型緩蝕劑

陰極型緩蝕劑是抑制金屬表面陰極反應的類型，種類包括碳酸鋅、碳酸鈣、磷酸鋅、磷酸鈣等。陰極型緩蝕劑的作用機理是在陰極區與金屬反應生成足夠厚的沉積膜，阻礙電子的釋放和參與反應。在實際應用中，水中天然存在鈣離子、碳酸根離子和氫氧根離子，所以只需加入可溶性鋅和磷酸鹽即可作用，起到緩蝕作用。

2.3 混合型緩蝕劑

混合型緩蝕劑是一種特殊的有機緩蝕劑，分子架構中包含有兩種相反的極性基團，在金屬表面形成單分子膜的區域即可以是陽極區也可以是陰極區。抑制作用都是抑制水中的溶解氧向金屬表面擴散，阻礙了腐蝕反應的進行。此類緩蝕劑包括苯并三唑，十六烷胺等。

3 苯并三唑緩蝕劑作用

3.1 咪唑和苯并三唑的緩蝕協同作用

在銅金屬表面，一價銅離子和苯并三唑通過吸附和反應形成不溶性復合膜，同樣起到了阻礙銅金屬被腐蝕的作用。而且苯并三唑對銅氧化膜有非常可觀的促進鈍化的作用。將苯并三唑和咪唑復配使用后,陰陽極過程的極化作用被顯著加強，腐蝕電位負移,表明二者之間存在明顯的協同作用,復配使用可以增加對NaCl介質中Cu的緩蝕作用。

從分子層面解釋，苯并三唑和咪唑能在Cu表面的氧化膜上和一價銅離子作用,形成聚合膜,從而抑制銅的腐蝕。當咪唑和苯并三唑復配使用時,咪唑可以部分承接來自于Cu(d)軌道的電子,從而增加了絡合膜的穩定性。

3.2 苯并三唑在金屬表面的緩釋作用

在酸性和中性環境中，緩蝕作用的效率受到多方面的作用。它隨著化學勢的增大，親電效應減小而增強，還會隨著分子的最低非占據軌道能量升高而升高。而特別地，在中性環境下，分子結構中形成雙鍵的氮原子和與連接碳原子的氧原子有可能成為活性位點，而且這些原子的區域成為了電子密度較大的區域，主要體現出了整體分子的電負性。另外，在酸性條件下，反應活性位點則集中于中間的氮原子，其次是氧原子，并起到與中性條件相同的作用。

所以通過以上對比我們可以得出：含有硫原子的三唑類化合物在緩蝕作用的表現上可能要優于含有氧原子的三唑類化合物。

4 結語

苯并三唑（BTA）廣泛用于金屬的防銹和緩蝕劑，可作防銹和氣相緩蝕劑。本品也可與多種阻垢劑，殺菌滅藻劑配合使用于銅、銀質設備的緩蝕，防銹。在電鍍的應用中，可以用作純化銀和銅的表面，并防止氧化變色。對于銅的緩蝕應用，苯并三唑可以與表面銅離子形成共價鍵及配位鍵，反應生成聚合物保護膜，阻礙腐蝕氧化還原反應的進行。同樣的緩蝕效果也可以發生在其他金屬材料的應用中，比如鋅，鉛，鑄鐵和鎳等。苯并三唑也可以與多種其他緩蝕劑配合使用來提高緩釋效果。特別地，在封閉用循環冷卻水系統的緩蝕應用中，效果甚佳。另外，在汽車用防凍劑乙二醇和水混合溶液中添加苯并三唑同樣可以發揮良好的緩釋作用，為延長設備的壽命提供了更可觀的前景。

苯并三唑作為一種常用，易得的緩蝕劑和化工原料，在多方面都有著相當大的用途。如何提高其工業產量，以及如何更大效益地發揮其在生活和應用中的作用是目前所面臨的挑戰。