本发明涉及防护领域，尤其是金属酸洗腐蚀与防护领域，具体为一种亲水性金属酸洗缓蚀剂及其应用。本发明采用亲水性5-取代基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸盐作为新的亲水性金属缓蚀剂，具有亲水性好、高效、性能稳定的特点，且适用范围广，具有较好的应用前景。
背景技术：
众所周知，金属材料是现代社会使用最广泛的工程材料，其在国民经济各领域均发挥着极其重要的作用。然而，从日常生活到生产实践，从尖端科学技术到国防工业，凡是使用金属材料的地方，都不同程度地存在着金属腐蚀问题，金属材料的腐蚀问题已严重影响和制约国民经济各领域的发展。
金属材料及其设备腐蚀不仅给人类社会带来巨大经济损失，还可能造成灾难性事故，并引起资源和能源的浪费，造成环境污染。另外，金属腐蚀还将阻碍国民经济和高新科技的快速发展，甚至威胁国防安全。所以，在经济高速发展、资源和能源日趋紧张的今天，金属腐蚀所带来的问题已不仅仅是经济损失的问题。
在金属材料和设备所涉及的众多腐蚀类型中，盐酸和硫酸等无机酸导致的酸洗腐蚀是最具代表性的腐蚀类型。目前，就金属酸洗腐蚀而言，添加缓蚀剂是防止或减缓其腐蚀最常用和最有效的方法之一，其已在石油、化工、建筑、机械、冶金、制冷、交通运输及国防工业等领域中得到广泛应用。
到目前为止，用于减缓金属酸洗腐蚀的缓蚀剂尽管种类多、数量大，但不同类型的缓蚀剂仍各自存在一些缺陷。例如：胺类缓蚀剂在单一组分情况下的缓蚀效果不够理想，需进行复配后，才能加以应用；吡啶衍生物及胺类缓蚀剂大多具有刺激性气味；硫脲衍生物的缓蚀效果受取代基影响大，且缓蚀剂的使用浓度存在最优范围；天然松香及衍生物的应用性能较差，通常需经过不同方法改性后，才能得到广泛应用；大多含苯环的有机缓蚀剂的亲水性差，不利于表现出优良缓蚀性；部分已报道的缓蚀剂有一定毒性，不利于环境保护，以及国民经济的持续发展。
因此，开发具有亲水性好、高效、性能稳定和适用范围广的新型缓蚀剂对减少直接经济损失，促进国民经济和高新技术可持续发展，保障国防安全，节约资源和能源等，具有重大的理论意义和不可估量的现实意义，并能发挥举足轻重的作用。
技术实现要素：
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种亲水性金属酸洗缓蚀剂及其应用。本发明的缓蚀剂为5-取代基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸盐，其具有多个亲水性基团，具有亲水性好的优点。本发明能够用于金属的酸洗腐蚀，应用范围广，具有良好的缓蚀性能。且该缓蚀剂能更好的承受清洗条件的变化，尤其具有持续作用时间长的优点。另外，本发明用量少，缓蚀效率高，高效、性能稳定，具有较高的应用价值，值得大规模推广和应用。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种亲水性金属酸洗缓蚀剂，该缓蚀剂为5-取代基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸盐。
所述5-取代基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸盐为5-乙氧基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸钠、5-乙氧基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸钾、5-乙氧基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸铵、5-甲氧基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸钠、5-甲氧基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸钾和5-甲氧基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸铵中的一种或多种。
前述亲水性金属酸洗缓蚀剂的应用，将该亲水性金属酸洗缓蚀剂用于金属的酸洗。
向无机酸中加入该亲水性金属酸洗缓蚀剂，得酸洗溶液，将该酸洗溶液用于金属的酸洗。
所述无机酸为盐酸、硫酸、磷酸、醋酸、氢氟酸、硝酸、碳酸中的一种或多种。
所述酸性溶液中无机酸的浓度为0.01-4.00mol/L。
所述酸性溶液中5-取代基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸盐的浓度为0.5-400mg/L。
酸洗的温度为5-90℃，酸洗的时间为0.5-300h。
针对前述问题，本发明提供一种亲水性金属酸洗缓蚀剂及其应用。本发明的缓蚀剂为5-取代基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸盐。作为优选，5-取代基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸盐为5-乙氧基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸钠、5-乙氧基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸钾、5-乙氧基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸铵、5-甲氧基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸钠、5-甲氧基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸钾和5-甲氧基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸铵中的一种或多种。本发明的缓蚀剂为具有多个亲水性基团的离子型缓蚀剂，明显具有亲水性好的优点。
其中，本发明能够用于浓度0.01-4.00mol/L的无机酸溶液中，应用范围显著增加，能够用于强酸溶液中，具有较广的应用范围。同时，酸性溶液中5-取代基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸盐的浓度为0.5-400mg/L，该缓蚀剂具有较宽的作用范围，从而能够更好的承受清洗条件的变化(如温度、酸液浓度、存储时间、浓度变化等)，对缓蚀剂的缓蚀效果影响小，尤其具有持续作用时间长的优点。
另外，本发明的缓蚀剂能够用于金属(如碳钢、铜、铝、合金等)的酸洗腐蚀，应用范围广。其中，本发明尤其对碳钢，如Q195、Q215、Q235、Q255和Q275等，表现出良好的缓蚀性能。
经实际测定，本发明的缓蚀剂亲水性好，高效、性能稳定，缓蚀效率高，用量少，适用范围广，具有较高的应用价值。
同时，本发明提供前述缓蚀剂在金属酸洗中的应用。进一步，在浓度为0.01-4.00mol/L的无机酸(硫酸或盐酸等)中，将5-取代基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸盐加入其中，使缓蚀剂浓度范围为0.5-400mg/L，酸洗温度控制在5-90℃，清洗不同金属材料，浸没时间为0.5-300h，完成对金属及相关设备的酸洗。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
(1)缓蚀剂亲水性好
本发明的新型缓蚀剂为亲水性的5-取代基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸盐，其为含有多个亲水性基团的离子型缓蚀剂，明显具有亲水性好的优点；
(2)缓蚀剂高效
本发明的酸洗缓蚀剂用于金属表面酸洗，能有效抑制金属材料在酸洗过程中金属的过度腐蚀以及酸液的过度消耗，与目前常用的缓蚀剂比较，具有用量少、缓蚀效率高的突出优点；
(3)缓蚀剂性能稳定
本发明的缓蚀剂能承受清洗条件的变化(如温度、酸液浓度、存储时间等)，对缓蚀剂的缓蚀效果影响小，尤其具有持续作用时间长的优点，具有显著的进步意义；
(4)适用范围广
本发明的缓蚀剂为不仅对碳钢(Q195、Q215、Q235、Q255和Q275等)表现出良好的缓蚀性能，同时还对其它金属(如铜(青铜、黄铜)、铝、合金(镁合金、铝合金)等)表现出优异的缓蚀性能，具有较广的应用范围；
(5)使用简单
将本发明的缓释剂用于无机酸中，即可得到酸性溶液，从而能够用于金属的酸洗，具有操作简单、方便的特点。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本发明按照GB10124-88(金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法)进行挂片失重实验，实验酸洗液为盐酸和硫酸，酸浓度为0.01-4.00mol/L，酸洗液用量为5.0L，将缓蚀剂加入其中，使缓蚀剂浓度范围为0.5-400mg/L，酸洗温度控制在5-90℃，清洗不同金属材料，浸没时间为0.5-300h。
实施例1
本实施例中，无机酸采用硫酸，浓度为1.00mol/L，无机酸用量为5.0L。向该无机酸溶液中，加入5-乙氧基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸钠50mg，得到酸洗溶液。在25℃条件下，将待清洗的Q235钢在该酸洗溶液中浸没48h。
测试结果表明：本实施的缓蚀效率为98.17％，实验结果表明：该缓蚀剂为亲水性的高效酸洗缓蚀剂。
实施例2
本实施例中，无机酸采用硫酸，浓度为1.00mol/L，无机酸用量为5.0L。向该无机酸溶液中，加入5-乙氧基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸钠250mg，得到酸洗溶液。在25℃条件下，将待清洗的Q235钢在该酸洗溶液中浸没48h。
测试结果表明：本实施的缓蚀效率为99.53％，实验结果表明：该缓蚀剂为亲水性的高效酸洗缓蚀剂。
实施例3
本实施例中，无机酸采用硫酸，浓度为1.00mol/L，无机酸用量为5.0L。向该无机酸溶液中，加入5-乙氧基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸钠1500mg，得到酸洗溶液。在25℃条件下，将待清洗的Q235钢在该酸洗溶液中浸没48h。
测试结果表明：本实施的缓蚀效率为99.89％，实验结果表明：该缓蚀剂为亲水性的高效酸洗缓蚀剂。
实施例4
本实施例中，无机酸采用硫酸，浓度为3.00mol/L，无机酸用量为5.0L。向该无机酸溶液中，加入5-乙氧基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸钠250mg，得到酸洗溶液。在25℃条件下，将待清洗的Q235钢在该酸洗溶液中浸没48h。
测试结果表明：本实施的缓蚀效率为98.41％，实验结果表明：该缓蚀剂为亲水性的高效酸洗缓蚀剂。
实施例5
本实施例中，无机酸采用硫酸，浓度为1.00mol/L，无机酸用量为5.0L。向该无机酸溶液中，加入5-乙氧基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸钠250mg，得到酸洗溶液。在60℃条件下，将待清洗的Q235钢在该酸洗溶液中浸没48h。
测试结果表明：本实施的缓蚀效率为98.63％，实验结果表明：该缓蚀剂为亲水性的高效酸洗缓蚀剂。
实施例6
本实施例中，无机酸采用盐酸，浓度为1.00mol/L，无机酸用量为5.0L。向该无机酸溶液中，加入5-乙氧基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸钠50mg，得到酸洗溶液。在25℃条件下，将待清洗的Q235钢在该酸洗溶液中浸没48h。
测试结果表明：本实施的缓蚀效率为97.31％，实验结果表明：该缓蚀剂为亲水性的高效酸洗缓蚀剂。
实施例7
本实施例中，无机酸采用盐酸，浓度为1.00mol/L，无机酸用量为5.0L。向该无机酸溶液中，加入5-乙氧基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸钠250mg，得到酸洗溶液。在25℃条件下，将待清洗的Q235钢在该酸洗溶液中浸没48h。
测试结果表明：本实施的缓蚀效率为98.49％，实验结果表明：该缓蚀剂为亲水性的高效酸洗缓蚀剂。
实施例8
本实施例中，无机酸采用盐酸，浓度为1.00mol/L，无机酸用量为5.0L。向该无机酸溶液中，加入5-乙氧基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸钠1500mg，得到酸洗溶液。在25℃条件下，将待清洗的Q235钢在该酸洗溶液中浸没48h。
测试结果表明：本实施的缓蚀效率为99.77％，实验结果表明：该缓蚀剂为亲水性的高效酸洗缓蚀剂。
实施例9
本实施例中，无机酸采用盐酸，浓度为3.00mol/L，无机酸用量为5.0L。向该无机酸溶液中，加入5-乙氧基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸钠250mg，得到酸洗溶液。在25℃条件下，将待清洗的Q235钢在该酸洗溶液中浸没48h。
测试结果表明：本实施的缓蚀效率为97.39％，实验结果表明：该缓蚀剂为亲水性的高效酸洗缓蚀剂。
实施例10
本实施例中，无机酸采用盐酸，浓度为1.00mol/L，无机酸用量为5.0L。向该无机酸溶液中，加入5-甲氧基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸钠250mg，得到酸洗溶液。在40℃条件下，将待清洗的Q235钢在该酸洗溶液中浸没48h。
测试结果表明：本实施的缓蚀效率为98.01％，实验结果表明：该缓蚀剂为亲水性的高效酸洗缓蚀剂。
实施例11
本实施例中，无机酸采用硫酸，浓度为0.01mol/L，无机酸用量为5.0L。向该无机酸溶液中，加入5-甲氧基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸钠50mg，得到酸洗溶液。在25℃条件下，将待清洗的Q235钢在该酸洗溶液中浸没48h。
测试结果表明：本实施的缓蚀效率为98.96％，实验结果表明：该缓蚀剂为亲水性的高效酸洗缓蚀剂。
实施例12
本实施例中，无机酸采用硫酸，浓度为1.00mol/L，无机酸用量为5.0L。向该无机酸溶液中，加入5-甲氧基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸钠500mg，得到酸洗溶液。在25℃条件下，将待清洗的Q235钢在该酸洗溶液中浸没48h。
测试结果表明：本实施的缓蚀效率为99.53％，实验结果表明：该缓蚀剂为亲水性的高效酸洗缓蚀剂。
实施例13
本实施例中，无机酸采用硫酸，浓度为1.00mol/L，无机酸用量为5.0L。向该无机酸溶液中，加入5-甲氧基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸钠2000mg，得到酸洗溶液。在25℃条件下，将待清洗的Q235钢在该酸洗溶液中浸没48h。
测试结果表明：本实施的缓蚀效率为99.96％，实验结果表明：该缓蚀剂为亲水性的高效酸洗缓蚀剂。
实施例14
本实施例中，无机酸采用硫酸，浓度为3.00mol/L，无机酸用量为5.0L。向该无机酸溶液中，加入5-甲氧基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸钠500mg，得到酸洗溶液。在25℃条件下，将待清洗的Q235钢在该酸洗溶液中浸没48h。
测试结果表明：本实施的缓蚀效率为98.07％，实验结果表明：该缓蚀剂为亲水性的高效酸洗缓蚀剂。
实施例15
本实施例中，无机酸采用硫酸，浓度为1.00mol/L，无机酸用量为5.0L。向该无机酸溶液中，加入5-甲氧基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸钠2000mg，得到酸洗溶液。在90℃条件下，将待清洗的Q235钢在该酸洗溶液中浸没48h。
测试结果表明：本实施的缓蚀效率为96.13％，实验结果表明：该缓蚀剂为亲水性的高效酸洗缓蚀剂。
实施例16
本实施例中，无机酸采用盐酸，浓度为1.00mol/L，无机酸用量为5.0L。向该无机酸溶液中，加入5-甲氧基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸钠50mg，得到酸洗溶液。在25℃条件下，将待清洗的Q235钢在该酸洗溶液中浸没48h。
测试结果表明：本实施的缓蚀效率为98.74％，实验结果表明：该缓蚀剂为亲水性的高效酸洗缓蚀剂。
实施例17
本实施例中，无机酸采用盐酸，浓度为1.00mol/L，无机酸用量为5.0L。向该无机酸溶液中，加入5-甲氧基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸钠250mg，得到酸洗溶液。在25℃条件下，将待清洗的Q235钢在该酸洗溶液中浸没48h。
测试结果表明：本实施的缓蚀效率为99.56％，实验结果表明：该缓蚀剂为亲水性的高效酸洗缓蚀剂。
实施例18
本实施例中，无机酸采用盐酸，浓度为1.00mol/L，无机酸用量为5.0L。向该无机酸溶液中，加入5-甲氧基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸钠1500mg，得到酸洗溶液。在25℃条件下，将待清洗的Q235钢在该酸洗溶液中浸没48h。
测试结果表明：本实施的缓蚀效率为99.83％，实验结果表明：该缓蚀剂为亲水性的高效酸洗缓蚀剂。
实施例19
本实施例中，无机酸采用盐酸，浓度为3.00mol/L，无机酸用量为5.0L。向该无机酸溶液中，加入5-甲氧基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸钠500mg，得到酸洗溶液。在25℃条件下，将待清洗的Q235钢在该酸洗溶液中浸没48h。
测试结果表明：本实施的缓蚀效率为96.49％，实验结果表明：该缓蚀剂为亲水性的高效酸洗缓蚀剂。
实施例20
本实施例中，无机酸采用盐酸，浓度为1.00mol/L，无机酸用量为5.0L。向该无机酸溶液中，加入5-乙氧基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸钠1500mg，得到酸洗溶液。在25℃条件下，将待清洗的Q235钢在该酸洗溶液中浸没96h。
测试结果表明：本实施的缓蚀效率为98.17％，实验结果表明：该缓蚀剂为亲水性的高效酸洗缓蚀剂。
实施例21
本实施例中，无机酸采用盐酸，浓度为1.00mol/L，无机酸用量为5.0L。向该无机酸溶液中，加入5-乙氧基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸钠1500mg，得到酸洗溶液。在25℃条件下，将待清洗的Q235钢在该酸洗溶液中浸没12h。
测试结果表明：本实施的缓蚀效率为99.98％，实验结果表明：该缓蚀剂为亲水性的高效酸洗缓蚀剂。
实施例22
本实施例中，无机酸采用硫酸，浓度为1.00mol/L，无机酸用量为5.0L。向该无机酸溶液中，加入5-乙氧基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸铵50mg，得到酸洗溶液。在25℃条件下，将待清洗的Q235钢在该酸洗溶液中浸没48h。
测试结果表明：本实施的缓蚀效率为97.33％，实验结果表明：该缓蚀剂为亲水性的高效酸洗缓蚀剂。
实施例23
本实施例中，无机酸采用盐酸，浓度为1.00mol/L，无机酸用量为5.0L。向该无机酸溶液中，加入5-甲氧基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸铵50mg，得到酸洗溶液。在25℃条件下，将待清洗的Q235钢在该酸洗溶液中浸没48h。
测试结果表明：本实施的缓蚀效率为97.51％，实验结果表明：该缓蚀剂为亲水性的高效酸洗缓蚀剂。
实施例24
本实施例中，无机酸采用盐酸，浓度为3.00mol/L，无机酸用量为5.0L。向该无机酸溶液中，加入5-乙氧基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸钾250mg，得到酸洗溶液。在25℃条件下，将待清洗的Q235钢在该酸洗溶液中浸没48h。
测试结果表明：本实施的缓蚀效率为97.18％，实验结果表明：该缓蚀剂为亲水性的高效酸洗缓蚀剂。
实施例25
本实施例中，无机酸采用盐酸，浓度为1.00mol/L，无机酸用量为5.0L。向该无机酸溶液中，加入5-甲氧基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸铵250mg，得到酸洗溶液。在25℃条件下，将待清洗的Q235钢在该酸洗溶液中浸没30h。
测试结果表明：本实施的缓蚀效率为97.70％，实验结果表明：该缓蚀剂为亲水性的高效酸洗缓蚀剂。
实施例26
本实施例中，无机酸采用硫酸，浓度为3.00mol/L，无机酸用量为5.0L。向该无机酸溶液中，加入5-甲氧基苯并二氮唑-2-硫代乙醇酸钾500mg，得到酸洗溶液。在25℃条件下，将待清洗的Q235钢在该酸洗溶液中浸没48h。
测试结果表明：本实施的缓蚀效率为97.75％，实验结果表明：该缓蚀剂为亲水性的高效酸洗缓蚀剂。
此外，发明人还将实施例1-26中的实例，在同等条件下，测试其对金属材质(如铝、铜、合金等)的缓蚀效果；通过测定得知，本发明对其它金属材料也同样具有优良的缓蚀性。同时，也对其它不同酸洗液，如磷酸、醋酸、氢氟酸等作为酸洗腐蚀液，测试了相应缓蚀性；通过测定得知，这些酸洗腐蚀液对不同金属材质的腐蚀仍然具有优良腐蚀抑制效果。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。