191不饱和聚酯树脂耐钢铁清洗液腐蚀性能研究

齐 双 春

（衡水学院 化工学院，河北 衡水 053000）

钢铁清洗液主要由水、低级醇、酸、金属盐类等成分组成，一般是弱酸性溶液，pH 值在6 ~ 8.5 范围内[1]，用来清洗金属容器、管道、金属部件等金属产品表面的污垢、锈斑等杂质，使用温度一般在10 ~ 70 ℃范围内。

钢铁清洗液是弱酸性溶液，具有一定的腐蚀性，目前储存、输送钢铁清洗液的设备材质主要是金属材质，这些设备或者价格高，或者寿命短，往往还造成污染，找到一种性价比优良、不造成污染的非金属材质制备储存、输送钢铁清洗液的设备是非常必要的。

191UPR 是一种通过熔融法合成的邻苯型UPR，其价格较低廉[2]，在玻璃钢复合材料行业常被作为结构层树脂或外表层树脂使用，作为耐腐蚀的内衬层树脂使用未见报道，对于其耐钢铁清洗液腐蚀性能的研究未见报道。本文通过浸泡法，考核191 不饱和聚酯树脂（UPR）制成的玻璃钢（GFRP）试块浸泡前后巴氏硬度、弯曲强度、厚度、质量、介质颜色、玻璃钢试块表面的变化，研究191UPR 耐钢铁清洗液的腐蚀性能，获得耐腐蚀数据，对玻璃钢行业中有关钢铁清洗液储罐与管道的选材设计具有重要意义。

1 仪器药品

电子天平（EJ-1201C），北京朗科兴业称重设备有限公司；台式天平，上海经若科学仪器有限公司；电子万能试验机（WE-1000D），济南中路昌试验机制造有限公司；切割锯（DQ150），武汉大学仪器厂；500L 不锈钢反应釜一套、不锈钢模具，冀州中意复合材料有限公司；轧辊、吸耳球、移液管（1 mL、2 mL）、剪刀、温度计、游标卡尺，衡水学院应用化学系提供。

邻苯二甲酸酐，苯甲酸，顺丁烯二酸酐，富马酸，丙二醇，乙二醇，苯乙烯，固化剂—过氧化甲乙酮（MEKP），促进剂—环烷酸钴，乙醇，脱模剂，聚酯表面毡，玻璃纤维短切毡，钢铁清洗液。以上药品与原料均由冀州中意复合材料有限公司提供。

191UPR，自制，制备方法参见参考文献[3]

2 191UPR 玻璃钢试块的制备

2.1 191UPR 固化配方

在200 mL 烧杯中，称取100 g191UPR，用移液管量取1.8 mL 固化剂，加入烧杯中，用玻璃棒搅拌均匀，用另一支移液管量取不同量的促进剂加入烧杯中，搅拌均匀，在室温下测试并调整191UPR 的胶凝时间在40 ~ 60 min 之间。

2.2 纤维织物的裁剪

按照模具尺寸，用剪刀裁剪相应大小的纤维织物若干份备用。

2.3 191UPR 玻璃钢试块制备

1）模具清理。水洗，乙醇洗，晾干。

2）涂擦脱模剂。用细棉纱蘸取蜂蜡在清洗后的模具上刮涂，涂抹均匀。

3）191 UPR 玻璃钢试块制备。在涂有脱模剂的模具上加入适量2.1 调配好的191UPR，依次铺设2 层聚酯表面粘（30 g/m2）、4 层短切毡（450 g/m2）、2 层聚酯表面粘（30 g/m2），边铺设，边加调配好的191UPR，边用滚轴滚压，以便结合紧密，并赶净气泡，保证层与层之间结合紧密，没有气泡。

2.4 固化

室温固化72 h，脱模，80 ℃固化24 h，保证固化完全。

2.5 191UPR 玻璃钢试块加工

用切割锯将2.4 中制备、固化好的玻璃钢试块加工成80*15*3.5 的规格，用小钢锉修整切口，除去毛边，使切口平整，用水冲洗，晾干，石蜡封边。

3 191UPR 玻璃钢试块性能测试

按照GB/T2567-2008 和GB/T3854-2005 分别测量191UPR 玻璃钢试块的弯曲强度和巴氏硬度，按照GB/T3857-2005 测量191UPR 玻璃钢试块的质量和厚度。

4 191UPR 耐腐蚀性能测试

用浸泡法测试191UPR 的耐腐蚀性能，浸泡时间15 天。

准备8 个250 mL 的圆底烧瓶，分两组A 组和B 组，分别编号作记号，A 组盛装低酸度钢铁清洗液1，B 组盛装高酸度钢铁清洗液2。

取8 块2.5 加工好的191UPR 玻璃钢试块，分两组A 组和B 组，并做好记号。

把盛装钢铁清洗液的A、B 两组烧瓶固定安装在4 个2 口恒温水浴锅上，A、B 两组烧瓶一一对应安装在同一个恒温水浴锅上。装上冷凝器

打开循环冷凝水，开启加热，调整并固定温度12 ℃、35 ℃、50 ℃、70 ℃，注意保持恒温。

定时补充钢铁清洗液，保证液体浸没玻璃钢试块；定时观察介质和玻璃钢试块表面变化，并做好记录。

实验结束，取出玻璃钢试块，用自来水冲洗干净，自然晾干，按照3 的方法重新测量191UPR 玻璃钢试块的弯曲强度、巴氏硬度、质量和厚度。观察介质和玻璃钢试块表面变化，并做好记录。

5 结果讨论

5.1 不同温度、不同酸度的钢铁清洗液对191UPR 性能的影响

不同温度、不同酸度的钢铁清洗液对191UPR 性能的影响如图1－图4（图中低代表低酸度的钢铁清洗液1，高代表高酸度的钢铁清洗液2；保留率是浸泡后测得的数据除以浸泡前测得的数据，再乘以100%），表1列出了浸泡前后介质与191UPR 玻璃钢试块颜色与状态的变化情况。

5.2 耐腐蚀性能分析

钢铁清洗液对191UPR 玻璃钢试块的腐蚀包括物理腐蚀和化学腐蚀两方面，物理腐蚀是指液体介质渗入试块内部，引起试块溶胀、厚度增加、质量变大、弯曲强度和巴氏硬度下降；化学腐蚀是指液体介质进攻191UPR 中的酯键，使其断裂，引起高分子链断裂降解，引起191UPR 玻璃钢试块厚度减小、质量变小、弯曲强度和巴氏硬度下降。无论是物理腐蚀还是化学腐蚀，都造成191UPR 玻璃钢试块力学性能、耐温性能等性能降低，甚至消失，从而失去其用途。

图1 钢铁清洗液对191UPR 试块厚度影响

图2 钢铁清洗液对191UPR 试块巴氏硬度影响

图3 钢铁清洗液对191UPR 试块质量影响

图4 钢铁清洗液对191UPR 试块弯曲强度影响

表1 浸泡前后介质与191UPR 试块颜色与表面状态变化情况

由图1－图4可知，随着温度的上升，191UPR 的质量、厚度、弯曲强度、硬度保留率均呈下降趋势；随着钢铁清洗液酸度的提高，191UPR 玻璃钢试块的质量、厚度、弯曲强度、硬度保留率也呈下降趋势；由表1可知：1）50 ℃以下，钢铁清洗液1 和钢铁清洗液2 两种清洗液浸泡后，191UPR 玻璃钢试块外观和介质颜色均没有太大变化；2）50 ℃ ~ 70℃，钢铁清洗液1 浸泡后，191UPR 玻璃钢试块外观没有太大变化，介质颜色稍变深，但变化不大，钢铁清洗液2 浸泡后，191UPR 玻璃钢试块外观和介质颜色均稍有变化，但变化不大。这说明，在实验条件下，两种腐蚀中，化学腐蚀起了主要作用，但腐蚀强度不大，没有造成191UPR 的力学性能、耐腐蚀性能、耐温性能明显的降低，耐腐蚀性能良好。

钢铁清洗液1 含质量分数10%的硫酸铁和10%的硫酸；钢铁清洗液2 含质量分数10%的硫酸铁和质量分数20%的硫酸。二者均是含硫酸铁的稀硫酸溶液，它们对191UPR 玻璃钢试块的物理腐蚀是通过微孔、裂纹等玻璃钢试块缺陷渗透到玻璃钢试块内部，使玻璃钢试块溶胀，造成玻璃钢试块表面变化，巴氏硬度、弯曲强度降低，厚度与质量增加；它们对191UPR 玻璃钢试块的化学腐蚀是在酸催化下水进入玻璃钢试块内部，进攻酯键，使其断裂造成高分子链降解变成小分子链段，酸度越高酯键断裂速度越快，表现为玻璃钢试块表面变暗，纤维裸露，巴氏硬度、弯曲强度，厚度与质量变小，介质颜色变深变浑。

191UPR 从结构上讲属于邻苯型不饱和聚酯树脂（UPR），酯键两侧有体积较大的苯环，在一定程度上阻碍了亲核试剂对酯键的进攻，起到了保护酯键的作用，提高了其耐腐蚀性能；191UPR 制备过程中采用不饱和二元酸富马酸作原料，合成不饱和聚酯，在与苯乙烯混合制备产品，由于富马酸是反丁烯二酸，对称性好，固化交联时，双键充分反应，固化密度高，分子规整性好，提高了191UPR 的防渗透性，提高了其耐腐蚀性。

6 耐腐蚀性评价方法

一般根据浸泡介质、玻璃钢试块外表及其性能在浸泡前后的变化，判断其耐腐蚀性能，判断方法如表2。

表2 不饱和聚酯树脂耐腐蚀性标准

7 结论

由浸泡前后的实验数据、介质颜色变化和玻璃钢试块外观变化分析得出：70 ℃以下，191UPR 耐钢铁清洗液1 和钢铁清洗液2 的腐蚀。