一种用于碳钢的绿色高效复配气相缓蚀剂制备方法

1.本发明属于金属防锈技术领域，具体涉及一种用于碳钢的绿色高效复配气相缓蚀剂的制备方法。


背景技术：

2.金属制品防锈的方法和工艺多种多样，包括涂层防护封存、干燥剂法、除氧封存法、惰性气体保护法、真空防护法、气相防锈技术等。随着研究的深入，气相缓蚀剂应用也逐渐广泛起来，但是有部分应用广泛的气相缓蚀剂例如亚硝酸二环已胺带有剧毒，所以这类有毒的气相缓蚀剂也就被禁止使用了。现在人们环保意识的加强与生态环境的恶化，这就要求我们在气相缓蚀剂的研究方面，必须去开发出高效、无毒、经济的环境友好型气相缓蚀剂。
3.但是单一缓蚀剂的局限性较强，很难同时满足需求，而通过多种缓蚀剂之间的相互协同复配作用，可以使缓蚀效果明显加强，同时又具有绿色经济的特性。将气相缓蚀剂制成气相防锈纸，气相防锈纸可以用于保护形状复杂的金属制品，操作简单，价格便宜，且防锈周期长，所以开发一种安全高效、低毒环保、通用型的绿色气相防锈纸已经成为一项重要任务。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于针对目前金属腐蚀现象严重，一些防锈手段的缓蚀效率低、有毒等问题，提供一种操作简单，价格低廉、安全无毒且防锈周期长的绿色高效复配气相缓蚀剂制备方法。
5.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
6.一种用于碳钢的绿色高效复配气相缓蚀剂制备方法，包括以下含量配比的复配缓蚀剂组分：苯甲酸钠11～13g/l、葡萄糖酸钠11～13g/l、植酸13～15g/l、柠檬酸钠3～5g/l。
7.该气相缓蚀剂的制备方法包括如下步骤：
8.s1.分别取四种缓蚀剂苯甲酸钠、葡萄糖酸钠、植酸和柠檬酸钠的固体粉末各1～5g，均匀平铺在尺寸为90～130mm的玻璃培养皿中并置于烘箱内，烘箱温度设定为40～55℃，连续加热60～80h，每隔12～24h将培养皿拿出称重，分别计算四种缓蚀剂的失重率；
9.s2.称取一定量的苯甲酸钠、葡萄糖酸钠、植酸和柠檬酸钠分别溶解于去离子水中，搅拌5～15min至完全溶解，获得四种气相缓蚀剂溶液，其中苯甲酸钠的浓度为0～15g/l，葡萄糖酸钠浓度为0～15g/l，植酸浓度为0～15g/l，柠檬酸钠的浓度为0～15g/l；
10.s3.使用电化学工作站采用动电位扫描法测试步骤s2制得的气相缓蚀剂的极化曲线和缓蚀率；
11.s4.根据步骤s3进行的单组份电化学实验，确定各单组份缓蚀剂的最佳浓度范围，优选出苯甲酸钠为主缓蚀剂，将单组份最佳浓度范围的苯甲酸钠与单组份最佳浓度范围的葡萄糖酸钠、植酸、柠檬酸钠缓蚀剂进行二元复配，并按照步骤s3中方法测试二元复配缓蚀
剂的缓蚀率；
12.s5.根据步骤s4进行的二元复配实验，筛选出苯甲酸钠-葡萄糖酸钠复配缓蚀剂为优选二元复配缓蚀剂，将苯甲酸钠-葡萄糖酸钠复配缓蚀剂分别与植酸和柠檬酸钠进行三元复配实验，并按照步骤s3中方法测试三元复配缓蚀剂的缓蚀率；
13.s6.根据步骤s5进行的三元复配实验，筛选出苯甲酸钠-葡萄糖酸钠-植酸复配缓蚀剂为优选三元复配缓蚀剂，将苯甲酸钠-葡萄糖酸钠-植酸复配缓蚀剂与柠檬酸钠进行四元复配实验，并按照步骤s3中方法测试四元复配缓蚀剂的缓蚀率；
14.s7根据步骤s6测试出的四元复配气相缓蚀剂的缓蚀率数据，确定优选四元复配缓蚀剂的各组分及配比；
15.s8将防锈原纸裁剪成尺寸为20～30cm
×
20～30cm的试样，浸渍在步骤s7优选出的四元复配气相缓蚀剂中10～20min，随后在烘箱中40～60℃处理10～20min后取出冷却放置，制得气相防锈纸；
16.s9.将碳钢表面使360～2000目砂纸依次打磨至表面为镜面，光洁度在0.8～1.6ra，然后进行超声清洗，用去离子水清洗，无水乙醇脱水，丙酮去油，冷风干燥；
17.s10.将步骤s8制备好的气相防锈纸包裹步骤s9处理后的碳钢试样，置于恒温恒湿试验箱中，按照50～60℃，95％以上相对湿度的温湿度条件处理6～10h，自然冷却14～18h，持续处理30～40天；
18.s11.碳钢经步骤s9和s10处理后，称取实验后碳钢的质量，计算出腐蚀速度和缓蚀率，实现对优选四元复配缓蚀剂缓蚀效果的验证，最终形成一种用于碳钢的绿色高效复配气相缓蚀剂制备方法。
19.进一步地，所述碳钢为低碳钢a3钢或中碳钢45#钢。
20.作为优选，所述步骤s4中优选出各单组份缓蚀剂的优选浓度范围为：苯甲酸钠9～13g/l、葡萄糖酸钠9～13g/l、植酸11～15g/l、柠檬酸钠1～5g/l。
21.作为优选，所述步骤s5中确定二元复配缓蚀剂的优选配方为：苯甲酸钠11～13g/l-葡萄糖酸钠11～13g/l。
22.作为优选，所述步骤s6中确定三元复配缓蚀剂的优选配方为：苯甲酸钠11～13g/l-葡萄糖酸钠11～13g/l-植酸13～15g/l。
23.作为优选，所述步骤s7中进一步确定四元复配缓蚀剂的优选配方为：苯甲酸钠11～13g/l-葡萄糖酸钠11～13g/l-植酸13～15g/l-柠檬酸钠3～5g/l。
24.本发明的有益效果：
25.本发明所选用的原料安全无毒、绿色环保，并且成本较低，制备方法容易操作，具有较好的产业化应用前景。
26.本发明将不同比例的气相缓蚀剂进行复配并结合电化学实验和湿热实验制备配气相缓蚀剂，获得一种高效的复配气相缓蚀剂配方，可制备成气相防锈纸，能有效保护金属制品在运输、储备过程中免受腐蚀。
附图说明
27.图1为a3钢和45#钢在实施例1四元复配缓蚀剂电解液中的极化曲线。
28.图2为实施例1四元复配缓蚀剂湿热实验与电化学实验的缓蚀率对比图。
具体实施方式
29.以下结合具体实施例对本发明做进一步说明，本发明的保护内容范围并不局限于以下具体实施例。
30.实施例1
31.一种用于碳钢的绿色高效复配气相缓蚀剂制备方法，包括以下含量配比的复配缓蚀剂组分：苯甲酸钠11g/l、葡萄糖酸钠11g/l、植酸15/gl、柠檬酸钠5g/l。
32.所述碳钢为低碳钢a3钢或中碳钢45#钢。
33.该气相缓蚀剂的制备方法包括如下步骤：
34.s1.分别取四种缓蚀剂苯甲酸钠、葡萄糖酸钠、植酸和柠檬酸钠的固体粉末各1g，均匀平铺在尺寸为90mm的玻璃培养皿中并置于烘箱内，烘箱温度设定为50
±
2℃，连续加热72h，每隔24h将培养皿拿出称重，分别计算四种缓蚀剂的失重率；
35.s2.称取一定量的苯甲酸钠、葡萄糖酸钠、植酸和柠檬酸钠分别溶解于去离子水中，搅拌5～15min至完全溶解，获得四种气相缓蚀剂溶液，其中苯甲酸钠的浓度为0g/l、1g/l、3g/l、5g/l、7g/l、9g/l、11g/l、13g/l、15g/l，葡萄糖酸钠浓度为0g/l、1g/l、3g/l、5g/l、7g/l、9g/l、11g/l、13g/l、15g/l，植酸浓度为0g/l、1g/l、3g/l、5g/l、7g/l、9g/l、11g/l、13g/l、15g/l，柠檬酸钠的浓度为0g/l、1g/l、3g/l、5g/l、7g/l、9g/l、11g/l、13g/l、15g/l，；
36.s3.使用电化学工作站采用动电位扫描法测试步骤s2制得的气相缓蚀剂的极化曲线和缓蚀率；
37.s4.根据步骤s3进行的单组份电化学实验，确定各单组份缓蚀剂的最佳浓度范围，优选出苯甲酸钠为主缓蚀剂，将单组份最佳浓度范围的苯甲酸钠与单组份最佳浓度范围的葡萄糖酸钠、植酸、柠檬酸钠缓蚀剂进行二元复配，并按照步骤s3中方法测试二元复配缓蚀剂的缓蚀率，二元复配缓蚀效率数据见表1。通过缓蚀率测试数据优选出各单组份缓蚀剂的优选浓度范围为：苯甲酸钠9g/l、11g/l、13g/l、葡萄糖酸钠9g/l、11g/l、13g/l、植酸11g/l、13g/l、15g/l、柠檬酸钠1g/l、3g/l、5g/l；
38.s5.根据步骤s4进行的二元复配实验，筛选出苯甲酸钠-葡萄糖酸钠复配缓蚀剂为优选二元复配缓蚀剂，将苯甲酸钠-葡萄糖酸钠复配缓蚀剂分别与植酸和柠檬酸钠进行三元复配实验，并按照步骤s3中方法测试三元复配缓蚀剂的缓蚀率，三元复配缓蚀效率数据见表2。通过缓蚀率测试数据确定二元复配缓蚀剂的优选配方为：苯甲酸钠13g/l-葡萄糖酸钠11g/l或13g/l；
39.s6.根据步骤s5进行的三元复配实验，筛选出苯甲酸钠-葡萄糖酸钠-植酸复配缓蚀剂为优选三元复配缓蚀剂，将苯甲酸钠-葡萄糖酸钠-植酸复配缓蚀剂与柠檬酸钠进行四元复配实验，并按照步骤s3中方法测试四元复配缓蚀剂的缓蚀率，四元复配缓蚀效率数据见表3。通过缓蚀率测试数据确定三元复配缓蚀剂的优选配方为：苯甲酸钠11g/l-葡萄糖酸钠11g/l-植酸15g/l；
40.s7根据步骤s6测试出的四元复配气相缓蚀剂的缓蚀率数据，确定优选四元复配缓蚀剂的各组分及配比：苯甲酸钠11g/l-葡萄糖酸钠11g/l-植酸15g/l-柠檬酸钠5g/l；将所制备的气相缓蚀剂加入电解池中对碳钢进行电化学实验，采用电化学工作站，测试体系为三电极体系，分别为参比电极、辅助电极和工作电极，测出电解质溶液中电极产生的电化学信号，由该电化学信号分析缓蚀剂类型，采用动电位扫描测试得到极化曲线如图1所示；
41.s8将防锈原纸裁剪成尺寸为20cm
×
20cm的试样，浸渍在步骤s7优选出的四元复配气相缓蚀剂中10min，随后在烘箱中50℃处理16min后取出冷却放置，制得气相防锈纸；
42.s9.依次使用360目、600目、800目、1000目、2000目的砂纸打磨碳钢表面至表面为镜面，光洁度在0.8～1.6ra，然后进行超声清洗，用去离子水清洗，无水乙醇脱水，丙酮去油，冷风干燥；
43.s10.将步骤s8制备好的气相防锈纸包裹步骤s9处理后的碳钢试样进行湿热实验，置于恒温恒湿试验箱中，按照50℃，95％rh的温湿度条件处理8h，自然冷却16h，持续处理30天；
44.s11.碳钢经步骤s9和s10处理后，称取实验后碳钢的质量，计算出腐蚀速度和缓蚀率，实现对优选四元复配缓蚀剂缓蚀效果的验证，湿热实验与电化学实验的缓蚀率对比图如图2所示。最终形成一种用于碳钢的绿色高效复配气相缓蚀剂制备方法。
45.表1 二元复配缓蚀剂的缓蚀效率
[0046][0047]
表2 三元复配缓蚀剂的缓蚀效率
[0048][0049][0050]
表3 四元复配缓蚀剂的缓蚀效率
[0051][0052]
实施例2
[0053]
本发明的绿色高效复配气相缓蚀剂配方的各组分含量配比为：苯甲酸钠11g/l+葡萄糖酸钠11g/l+植酸15g/l+柠檬酸钠3g/l。
[0054]
该气相缓蚀剂的制备方法包括如下步骤：
[0055]
s1.分别取四种缓蚀剂苯甲酸钠、葡萄糖酸钠、植酸和柠檬酸钠的固体粉末各1g，均匀平铺在尺寸为90mm的玻璃培养皿中并置于烘箱内，烘箱温度设定为50
±
2℃，连续加热72h，每隔24h将培养皿拿出称重，分别计算四种缓蚀剂的失重率；
[0056]
s2.称取一定量的苯甲酸钠、葡萄糖酸钠、植酸和柠檬酸钠分别溶解于去离子水中，搅拌5～15min至完全溶解，获得浓度为0～15g/l的四种气相缓蚀剂溶液，并将此四种气相缓蚀剂溶液配制为苯甲酸钠11g/l-葡萄糖酸钠11g/l-植酸15g/l-柠檬酸钠3g/l复配气相缓蚀剂；将所制备的复配气相缓蚀剂加入电解池中对碳钢进行电化学实验，采用电化学工作站，测试体系为三电极体系，分别为参比电极、辅助电极和工作电极，测出电解质溶液中电极产生的电化学信号，由该电化学信号分析缓蚀剂类型，采用动电位扫描测试并计算出苯甲酸钠11g/l-葡萄糖酸钠11g/l-植酸15g/l-柠檬酸钠3g/l复配缓蚀剂对a3钢和45#钢的缓释率分别为95.38％和95.3％。
[0057]
综上所述，以上所述实施例仅是本发明的部分优选实施方式，本发明的内容并不局限于上述实施例，相同领域内的专业/技术人员在本发明的技术指导下还可轻易提出其
他实施例，但这种实施例都包括在本发明的保护范围之内。