水基金属防锈剂制备工艺及其研究

贾文琦 张铭 王亚 梁博

摘 要：为了研究出绿色环保，并能更好保护钢片表面结构的水基防锈剂，本文利用单因素实验进行对缓蚀剂进行筛选，得出肉桂酸，葵二酸，邻氨基甲苯，肌醇磷六脂酸，D-葡萄糖酸钠为主要缓释物;尿素，苯骈三氮唑，钼酸钠作为辅助缓蚀剂。并利用单纯性配方试验中的格点设计得出了它们的最佳配比，其比例为葵二酸：肉桂酸：邻氨基甲苯：肌醇六磷脂酸为0.1：0.29：0.05：0.53：0.03其防锈效率可达99.19%具有较好的防锈效果，该水基防锈剂PH近似中性，且该水基金属防锈剂性能及成本均优于市售防锈剂。

关键词：水基防锈剂;单因素实验;单纯型配方设计

1.前言

金属材料在工业生产中的应用十分广泛，一些大型生产设备管道等都是易被腐蚀破坏的金属材料，其中钢铁材料在这些金属材料中占据极大的比例。在我国锈蚀报废的钢材占我国钢材总量的20%。根据国家数据统计，每年由于金属发生锈蚀导致的金属报废占全部金属总产量的40%左右，其中钢铁材料发生的锈蚀约是全部金属腐蚀的一半还多，损失极度严重[1]。所以，钢铁防锈也越来越受人们关注。在此之前，油基防锈液一直被广泛使用，其防锈效果突出，但其缺点也十分显著，基体经油基防锈液处理后，表面会有残余油的存在，容易造成环境污染同时对操作人员还存在安全隐患，其次防锈油的去除成本高，工艺复杂，因此油基 防锈液逐步被水基防锈剂取代。水基防锈剂在使用时不用考虑溶剂的污染及加工处理后工艺成本等问题、水基防锈液本身生产成本较低，且相对来说安全可靠。因此被广泛应用，具有广阔的市场使用价值及研发空间[2]。而近年来，随着人们对健康、安全、环境等问题越来越重视，已经有一系列的法律规定和限制着防锈剂的使用，部分水基防锈剂仍使用亚硝酸盐类，亚硝酸盐类不仅对环境造成了污染，还对操作使用人员的健康造成危害因此研制防锈性能优良，成本低廉，性质稳定的环保型水基防锈剂经成为热点课题，备受关注，而且已经取得了不错的进展[3]。

2.防锈剂的制备工艺

2.1铁箔表面处理

市售铁箔表面具有层防锈油，附着在铁箔表面无法有效测试其防锈效率因此需要对铁箔进行预处理，将铁箔放置酸性溶液中浸泡少许时间，对表面进行清洗及干燥后，放置在2000目砂纸上，对其表面进行打磨，打磨至失去其原光泽度为止，并将打磨好的铁箔浸泡在3.5%氯化钠溶液中十分钟，再涂抹水基防锈剂。

2.2单因素实验研究

本文选取实验药品：葵二酸，肉桂酸，邻氨基苯甲酸，肌醇六磷脂酸，尿素，苯骈三氮唑，钼酸钠，D-葡萄糖酸钠等，作为单因素的变量依次进行试验，试剂配置具体步骤如下：称取相应药品质量，加入50ml水后，将配置好的溶液放置于25℃恒温水浴锅中均匀搅拌;将表面处理好的铁箔均匀涂抹配置好的水基防锈剂，将其放置恒温箱中24h，温度25℃计算生锈部分的面积换算防锈效率，作为评判防锈效果的指标。

经单因素试验探究后得出肉桂酸，葵二酸，邻氨基甲苯，肌醇磷六脂酸，D-葡萄糖酸钠对防锈效果影响因素较大，试确定出上述五种药品为主要缓蚀物，尿素，苯骈三氮唑，钼酸钠等药品对防锈效率影响不大，作为辅助缓蚀剂。OP-10、聚乙二醇、司盘80、二乙醇胺等作为助剂。

根据图1可以看出随着葵二酸用量增大，其防锈效果在增加，但增量到一定程度达到0.1g时达到了峰值，再增大葵二酸的用量将会加快对鐵箔产生腐蚀，由此可以推断其最好的用量范围在0.08g～0.12g范围之间。但是葵二酸用量较少时无法充分的与二乙醇胺相互反应生成致密的防锈薄膜，影响其防锈效果;当葵二酸含量过多时，使得其铺展性不好，不能均匀分布，防锈效果将大打折扣，防锈效率显著降低。

图2可知当肉桂酸范围在0.08g～0.2g时随着肉桂酸用量的增加防锈效率在显著上升，当加至0.14g时铁箔的防锈效率达到峰值，因此肉桂酸的最佳用量介于0.1g～0.16g之间，此时铁箔具有较好的耐腐蚀性，肉桂酸属于氧化型缓蚀剂形成致密的氧化膜，但其用量不足时会在金属表面形成大阴极小阳极而发生孔蚀[4]，对金属腐蚀有促进作用，因此要使得肉桂酸含量达到过量，但过多的肉桂酸则会影响PH值，造成其他药品效果的抑制，因此适当的范围能够使肉桂酸发挥较高的防锈能力。

2.3 单纯性配方设计实验

通过单因素实验确定出五种缓蚀剂的种类，对其进行单纯型配方设计，实验具体采用格点设计法，进而得出这几种缓蚀剂的最佳配比，具体溶液配置过程和处理条件同上述单因素实验，对实验设计完的数据进行预测刻画，得到其预测刻画的最适值为葵二酸：肉桂酸：邻氨基甲苯：肌醇六磷脂酸的比例为0.1：0.29：0.05：0.53：0.03其防锈效率可达99.19%具有较好的防锈效果，可以达到其标准。

2.4 防锈性能指标测试

将处理后的防锈弃液进行PH检测，得出不同比例下的ph值的幅度在6～8不等，溶液为中性，具体原因是酸式类缓蚀剂和显碱性的二乙醇胺配置比例不同导致;静置该废弃溶液24h观察其均质性，可以得到24h后该溶液均质性良好，与市售防锈剂无区别;涂抹在铁箔表面时，市售防锈剂易成股停留在处理好的铁箔表面，该防锈剂能够均匀覆盖在其表面。

3.结论

根据单因素实验可以挑选出五种防锈影响因素较大的缓蚀剂，并确定出相应的辅助缓蚀剂;后用单纯性配方设计中的格点设计得出五种主要缓蚀剂的最适比例得到其比例为0.1：0.29：0.05：0.53：0.03其防锈效率可达99.19%;最后对其性能检测，看出其均质性良好，能够均匀覆盖在表面，无刺激性气味且相比市售防锈剂成本更低。

参考文献

[1] 马健，王猛，孙学军.钢结构的腐蚀现状和防护发展[J].建筑结构，2009，39（S2）：344-345.

[2] 李志林，韩立兴，陈泽民.水基防锈剂的研究进展[J].表面技术，2006（05）：51-53.

[3] 杜天源. 环保型水基防锈剂的制备与性能研究[D].天津科技大学，2016.

[4] 任国鹏. 钢板水基防锈处理液的制备及性能研究[D].沈阳理工大学，2017.

基金项目：大学生创新创业训练计划项目（202010214223）

作者简介：贾文琦（1999?），男，山东省泰安市人，在读本科生，专业为土木工程专业。