一種水基防銹劑的制備研究

張宏軍

一種水基防銹劑的制備研究

張宏軍

（新東北電氣集團高壓開關有限公司，遼寧 沈陽 110027）

防銹劑保護技術是一種廣泛采用的金屬防腐蝕技術，試驗以山梨醇、三乙醇胺、苯甲酸鈉、硼酸、碳酸鈉為主要原料制備水基環保防銹劑。試驗主要考察反應溫度、原料用量配比、防銹劑稀釋質量分數對防銹效果的影響，同時采用鹽霧試驗與車間自然環境下測試防銹實際效果。本制備工藝簡單，成本較低，所制備防銹劑效果良好，使用方便。

水基防銹劑；環保；金屬腐蝕

金屬在儲運、生產過程中，很難不與空氣中的氧、濕氣或其他腐蝕性介質接觸，這些物質在金屬表面發生電化學腐蝕而生銹，要防止銹蝕就得阻止以上物質與金屬接觸[1]。一旦發生銹蝕，不但對金屬材料的性能產生影響，甚至會造成材料的報廢[2]。據不完全統計，全世界每年因生銹而報廢的金屬材料有幾千萬噸，因腐蝕造成的經濟損失高達上千億人民幣[3-4]。因此，金屬材料的防腐蝕研究具有重要意義。

金屬防銹劑分為水基型和油基型[5]。油基型防銹性能雖好，但成本高，而且后期處理比較困難。水基防銹液使用方便易去除，且價格低廉、防腐效果好，目前應用比較廣泛。水基防銹液多數為含磷酸鹽或亞硝酸鹽型，但亞硝酸鹽可轉化成致癌物，出于環境保護與人體健康考慮，其使用和排放均受到了嚴格限制[6-7]。近幾年，環保型水基防銹劑已成為國內外的研究熱點。本文以山梨醇、三乙醇胺、苯甲酸鈉、硼酸、碳酸鈉為主要原料制備一種水基防銹劑，并在新東北電氣集團電鍍車間試用。

1 實驗研究

1.1 實驗原料和設備

實驗的主要原料和設備見表1和表2。

表1 原料與試劑

實驗用水為過濾純凈水。

表2 主要設備儀器

其他實驗儀器為抽濾瓶、三口燒瓶、聚四氟乙烯攪拌轉子、球形冷凝管、移液管、溫度計、防腐表面皿、防腐手套、防毒氣面具等實驗室基本儀器。

1.2 實驗操作方法

試驗須要分別制備a、b兩種組分。

a組分制備方法：準確稱量各主要原料，首先將山梨醇加入到三口燒瓶反應器中，采用磁力攪拌，緩慢加熱至50~80 ℃，使之完全融化；隨后立刻將三乙醇胺加入到融化后的山梨醇中，采用磁力攪拌加熱，混合均勻，再加入苯甲酸鈉，保持溫度在80~100 ℃之間，持續攪拌、加熱，待苯甲酸鈉完全溶解，最后加入硼酸，攪拌加熱至100±1 ℃，使硼酸完全溶解，繼續加熱2 h，待完全反應后自然冷卻，即得到組分a。

b組分制備方法：量取一定量的 a組分，一定溫度下加入適量碳酸鈉，磁力攪拌，混合均勻，使其完全溶解，其間可以加入適量的去離子水，用酸度計測定pH在7.0~8.0之間，得到b組分，即為所需防銹劑。

1.3 防銹性能檢測

采用中性鹽霧試驗法來檢測防銹劑的防銹性能，以樣品是否產生腐蝕現象來進行判定。同時，將試驗樣本放置在車間自然環境中，觀察樣品的腐蝕情況。

2 防銹劑制備過程中影響因素的研究

2.1 反應溫度的影響

本試驗對溫度要求非常嚴格。在a組分的制備過程中需要3次溫度的控制，即a組分的4種原料，山梨醇、三乙醇胺、苯甲酸鈉、硼酸，每加入一種試劑，均需緩慢加熱至一度溫度。首先，山梨醇可作溶劑與穩定劑，當溫度高于80 ℃時，山梨醇受高溫影響會發生碳化反應，反應器的底部留下很多黑色物質黏附在瓶壁，并產生很多刺激性氣體，此時試驗失敗，故山梨醇的融化溫度控制在80 ℃以內；其次，苯甲酸鈉為有機緩蝕劑，適用于鋼、銅、鉛的防銹，適當的增加苯甲酸鈉含量，有利于防銹膜耐蝕性的增強[8-9]，溫度的升高有利于苯甲酸鈉的溶解，但溫度高于100 ℃時，苯甲酸鈉會迅速升華，同時不利于下一步硼酸的加入；最后，硼酸能隨水蒸氣揮發，加熱至100~105 ℃時失去一分子水而形成偏硼酸，于104~160 ℃時長時間加熱則轉變為焦硼酸，更高溫度則形成無水物。而且，溫度過高也會造成反應中合成的酯發生分解，導致防銹劑失去作用，故硼酸加入后的反應溫度控制在100 ℃左右。

2.2 碳酸鈉用量對防銹效果的影響

碳酸鈉本身可以作為工件的防銹劑，在本試驗中也充當著溶液酸堿度的調節試劑，使溶液呈中性或弱堿性。相同條件下，取5個試驗工件為樣本，分別做防銹測試。表3中列出了碳酸鈉用量對溶液pH值與防銹時間的影響。由表3可知，短時間內防銹，比如1周，可以選擇碳酸鈉的加入量為6%左右，若要求防銹時間達到2周以上，可以選擇7%的加入量。

表3 碳酸鈉用量對防銹效果的影響

2.3 原料配比防銹效果的影響

防銹劑在使用時須用水進行稀釋，試驗將所有原料山梨醇、三乙醇胺、苯甲酸鈉、硼酸、碳酸鈉和水的配比，設計正交試驗，結果見表4。A 因素為山梨醇、三乙醇胺、苯甲酸鈉、硼酸組分質量比，B因素為加入碳酸鈉的質量比，C因素為純凈水的質量比。試驗結果則用直觀分析法進行分析。由表4中結果可知，原料的不同配比對于防銹效果影響較大，A1B3C3組合較為理想。

表4 正交試驗結果

2.4 防銹液質量分數對防銹性能的影響

根據表4中原料配比數據結果，選擇最優a、b組分配比，配制質量分數8%~20%的溶液，進行中性鹽霧試驗，結果如表5所示。

表5 母液濃度對防銹性能的影響

由表5的數據可知，當質量分數為12%時，鹽霧試驗的防銹時間已經可以達到26 h，這與正交試驗結果符合。繼續加大防銹劑質量分數大，無論鹽霧試驗，還是車間環境下，試驗樣本的防銹時間沒有顯著增長，綜合考慮，質量分數為12%比較適當。

2.5 防銹性能測試結果

以普通鐵片為試驗樣本，將鐵片除雜、除油后放置于所制備的防銹劑稀釋溶液中浸漬，待鐵片外表面均勻地形成一層防銹膜時，取出試樣進行中性鹽霧測試，同時以空白試樣做對比。從鹽霧時間2 h開始，每間隔2 h觀察并記錄，結果如表6所示。

表6 鹽霧試驗測試結果

3 結 論

1）試驗所制備防銹劑原料常見，工藝較為簡單，鹽霧實驗測試防銹時間達到26 h，車間環境下的防銹時間可達到18 d。

2）制備過程中，須要嚴格控制各步溫度。所制備的防銹劑為中性或弱堿性，母液用水稀釋至質量分數為12%時，防銹效果較好。

［1］王響.鋼鐵表面防銹工藝的研究[J].山東化工，2018，47（2）：42-47.

［2］唐婧，薛永萍，杜妮，等.金屬清洗劑中防銹緩蝕劑的復配[J].清洗世界2017，3（6）：22-26．

［3］李璐，白寧寧，何榮幸.水溶性環境友好型防銹劑的研制新技術新工藝[J].化學研究與應用，2014，26（12）：1958-1963.

［4］史寧，張書弟，李德順.環保型水溶性防銹劑的研究及性能測試[J].電鍍與精飾2014，26（3）：9-12.

［5］王文忠.金屬防銹劑[J].電鍍與環保，2018，38（1）：67-68．

［6］張倩，張二水.合成型切削液防銹性能的研究[J]．石油學報，2001，17（7）：33-35．

［7］張迎平，劉蘭軒，楊承鳳，等.一種環保型水基防銹劑的性能研究[J].材料保護，2012（10）：56-58.

［8］鐘雪麗，楊志霞，郭培寬.一種無毒水基防銹劑的研制及其性能[J]. 表面技術，2014，43（3）：115-119.

［9］蘇紅軍，趙旗，陳小平.水系鋅鉻膜涂層組成結構的研究[J].表面技術，2002，31（5）：12-15．

Study on Preparation of a Water-based Antirust Agent

（New Northeast Electric Group Co., Ltd., Shenyang Liaoning 110027, China）

Antirust protection technology is a widely used metal anti-corrosion technology. Environmentally friendly water-based antirust agent was prepared by using sorbitol, triethanolamine, sodium benzoate, boric acid, sodium carbonate as the main raw materials. The influence of reaction temperature, ratio of raw material dosage and mass fraction of antirust agent on antirust effect was mainly investigated in the test. Meanwhile, salt spray test and workshop natural environment were used to test the actual antirust effect. The preparation process is simple, the cost is low, the prepared antirust agent has good effect and is easy to use.

Water-based antirust agent; Environmental protection; Metal corrosion

2020-08-15

張宏軍（1978-），男，遼寧省沈陽市人，工程師，碩士， 2017年畢業于東北大學應用化學專業，研究方向：電鍍技術。

TQ050.9+6

A

1004-0935（2021）01-0012-03