一種抑制碳鋼在鹽水（海水）介質(zhì)中腐蝕的緩蝕劑及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于碳鋼防腐領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種抑制碳鋼在鹽水（海水）介質(zhì)中 腐蝕的緩蝕劑及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前在冷凍行業(yè)中，工業(yè)氯化鈣、氯化鈉水溶液以其冰點(diǎn)低、價(jià)格低廉等優(yōu)勢仍廣 泛應(yīng)用在各類冷凍機(jī)和需要降低冰點(diǎn)的設(shè)備及場合。但由于工業(yè)氯化鈣、氯化鈉水溶液有 一定的腐蝕性，因此作為防（冷）凍劑時(shí)，應(yīng)考慮防腐蝕問題，以保證設(shè)備的使用壽命。此 外，由于人類面臨淡水資源嚴(yán)重缺乏的危機(jī)，大力開發(fā)和利用海水已勢在必行。開發(fā)和利 用海水可以緩解淡水資源供不應(yīng)求的緊張狀態(tài)，并降低生產(chǎn)成本。如船舶、濱海電廠、海底 注水管線等大量使用海水，但是海水中含有鹽分，有強(qiáng)烈的腐蝕性，影響金屬設(shè)備的安全運(yùn) 行。
[0003] 在鹽水（海水）介質(zhì)中使用緩蝕劑對金屬進(jìn)行防護(hù)是較有效的措施之一。近幾 年緩蝕劑技術(shù)發(fā)展很快，已經(jīng)形成了鉻酸鹽、鋅鹽、硼酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽、硝酸鹽、亞硝酸 鹽、全有機(jī)膦系、鉬酸鹽、鎢酸鹽及有機(jī)羧酸、有機(jī)醛類、有機(jī)胺等系列緩蝕劑。但由于海水 含鹽量高，腐蝕、結(jié)垢離子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，微生物、大生物種類多、含量高，所以這些緩蝕劑 對海水介質(zhì)中金屬的緩蝕效果不理想。
[0004] 最早用作海水介質(zhì)中碳鋼的緩蝕劑的是甲醛。20世紀(jì)50~60年代國外科學(xué)家對 海水介質(zhì)中的緩蝕劑進(jìn)行了大量研究，比較了正磷酸、磷酸吡啶、磷酸二氫鉀、鉻酸鹽、重鉻 酸鹽、苯甲酸鹽、油酸、甲基油酸八葵胺、水楊酸、苯駢三氮唑、硫脲、亞硝酸鈉等緩蝕劑，表 明只有鉻酸鹽、重鉻酸鹽、亞硝酸鈉對海水介質(zhì)中的碳鋼及有色金屬具有較好的緩蝕作用， 但這些鹽類所要求的用量均較高。且該時(shí)期的緩蝕劑研究均是從提高緩蝕效率出發(fā)，沒有 考慮到環(huán)境污染問題。進(jìn)入20世紀(jì)70年代后，E. D. Mor等比較了某些有機(jī)酸鈣鹽作為海 水中碳鋼緩蝕劑的緩蝕效果，發(fā)現(xiàn)葡萄糖酸酐的緩蝕效果最好。隨著緩蝕技術(shù)的發(fā)展，前蘇 聯(lián)科學(xué)家進(jìn)行了陰極保護(hù)與緩蝕劑聯(lián)合保護(hù)的探索研究，采用的緩蝕劑有磷酸二氫鈉、鉻 酸鉀等，結(jié)果表明，有陰極保護(hù)聯(lián)合作用時(shí)，緩蝕劑的投加量可大大降低。但含磷的緩蝕劑 易引起水源的富營養(yǎng)化，導(dǎo)致沿海海域大面積的赤潮和湖泊水質(zhì)惡化。20世紀(jì)80~90年 代以來，國內(nèi)外海水中緩蝕劑的研究更加活躍，研究方向也轉(zhuǎn)向了葡萄糖酸鹽、鉬酸鹽、鋅 鹽、鋁系金屬鹽以及植物提取類等對環(huán)境無污染的緩蝕劑上，研究表明，這些鹽類對海水或 近似海水中的碳鋼及有色金屬均有較好的緩蝕效果。
[0005] 在鹽水（海水）緩蝕劑領(lǐng)域應(yīng)用綠色化學(xué)概念時(shí)的主要改進(jìn)，是消除許多環(huán)境有 毒化合物的應(yīng)用，如硝酸鹽、重鉻酸鹽，而代之以環(huán)境友好的化學(xué)品。目前，緩蝕劑的發(fā)展方 向是高效、低毒、無公害、無污染。
[0006] 經(jīng)檢索，中國專利申請?zhí)枮?01210210869. X，申請日為2012年06月25日的專 利申請文件公開了一種抑制碳鋼鹽水腐蝕的環(huán)保高效緩蝕劑及其制備和使用方法，該緩蝕 劑由是由5%~50%的苯并三氮唑類物質(zhì)、1%~10%的苯甲酸及其鹽、1%~10%的鉬酸 鹽，鎢酸鹽，磷鉬酸及其鹽，磷鎢酸及其鹽、2 %~20 %的醇胺類物質(zhì)、1 %~10 %的酸式磷 酸鹽、1 %~10%的葡萄糖酸鹽、1 %~10%的堿性調(diào)節(jié)劑、1 %~10%的除氧劑及余量的水 經(jīng)混合攪拌溶解制備而成。可替換毒性很高的重鉻酸鉀配方或亞硝酸鈉配方，以及非環(huán)保 的高磷高鋅配方。但是該緩蝕劑存在使用酸式磷酸鹽使水質(zhì)富磷化的問題；鉬酸鈉是一種 弱氧化性緩蝕劑，它開始吸附于水合氧化膜上，使膜由陰離子選擇性變?yōu)殛栯x子選擇性，金 屬表面產(chǎn)生鈍化，生成一層鈍化膜，但該膜不夠均勻和致密，使用效果不理想；苯并三氮唑 雖然具有很好的緩蝕效果，它的主要缺點(diǎn)是有一定的毒性，而且價(jià)格較高，在使用時(shí)受到限 制，另外該緩蝕劑存在用量大的問題。
[0007] 中國專利申請?zhí)枮?01310145231. 7,申請日為2013年04月24日的專利申請文件 公開了一種用于鹽水介質(zhì)中的緩蝕劑及其制備方法，該緩蝕劑由以下組分組成：烴基二胺 或烴基多胺5%~40% ;烴基炔醇1%~20% ;有機(jī)胺0%~20% ;甲醛0%~20% ;短鏈 醇10%~70% ;水0%~30% ;制備方法為：在常溫常壓下，將烷基炔醇、有機(jī)胺、甲醛、短 鏈醇和水按比例加入到密封容器中攪拌1~4小時(shí)，使其混合均勻；再按比例將烴基二胺或 烴基多胺加入到上述混合液中，在密封容器中攪拌1~4小時(shí)，使其混合均勻，即制得所述 的緩蝕劑成品。但是該緩蝕劑配方中使用甲醛，存在毒性大的問題；另外配方復(fù)雜，使用量 較大；緩蝕劑熱穩(wěn)定性也較差。
[0008] 孫立明等（孫立明，韋玉堂，張雪絨，鹽水介質(zhì)碳鋼緩蝕劑的研究，河北化工，2004 年第6期，57-58)研究了一種經(jīng)濟(jì)高效的鹽水介質(zhì)碳鋼緩蝕劑，該緩蝕劑由硫酸鋅、葡萄糖 酸鈣、鉬酸鹽、硫脲、醇胺磷酸酯和十二烷基苯磺酸鈉按重量比3. 0:1. 0:0. 5:0. 2:0. 2:0. 05 組成，該緩蝕劑在22. 5%鹽水介質(zhì)中（50°C )對碳鋼的緩蝕率可達(dá)98%以上，但是該緩蝕劑 存在使用鉬酸鈉的問題，并且緩蝕劑用量較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 1.要解決的問題
[0010] 針對現(xiàn)有的碳鋼緩蝕劑存在有一定毒性、用量大、緩蝕率較低等問題，本發(fā)明提供 一種抑制碳鋼在鹽水（海水）介質(zhì)中腐蝕的緩蝕劑及其制備方法和應(yīng)用，在已有的鹽水介 質(zhì)碳鋼緩蝕劑研究基礎(chǔ)上，研究了添加劑與緩蝕劑的復(fù)配效果，尋找緩蝕劑與緩蝕劑之間、 緩蝕劑與添加劑之間的協(xié)同效應(yīng)，從而制得高效、環(huán)境友好的碳鋼緩蝕劑，本發(fā)明的緩蝕劑 具有緩蝕率高、用量小、制備時(shí)操作簡單、成本低、使用方便、環(huán)境友好的特點(diǎn)。
[0011] 2.技術(shù)方案
[0012] 為了解決上述問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
[0013] -種抑制碳鋼在鹽水介質(zhì)中腐蝕的緩蝕劑，其組成成為及各組分的質(zhì)量份數(shù)為： 硫酸鋅20-40份、葡萄糖酸鈣5-15份、鎢酸鈉5-15份、硅酸鈉3-10份、硫脲1-3份、醇胺磷 酸酯1-5份、十二烷基葡萄糖苷0. 3-0. 8份、水30-45份。
[0014] 優(yōu)選地，其組成成分中還包括十六烷酸異丙酯0. 5-1份。
[0015] 優(yōu)選地，所述的各組分的質(zhì)量份數(shù)為：硫酸鋅30份、葡萄糖酸鈣10份、鎢酸鈉 10 份、硅酸鈉 5份、硫脲2份、醇胺磷酸酯3份、十二烷基葡萄糖苷0. 5份、十六烷酸異丙酯0. 7 份、水38份。
[0016] 上述的一種抑制碳鋼在鹽水介質(zhì)中腐蝕的緩蝕劑的制備方法，其步驟為：
[0017] (a)先按比例稱取葡萄糖酸鈣5-15份溶于30-45份水中，攪拌溶解得到葡萄糖酸 鈣水溶液；
[0018] (b)再按比例稱取鎢酸鈉5-15份加入到葡萄糖酸鈣水溶液中并攪拌溶解；
[0019] (c)然后按比例依次加入硫酸鋅20-40份、硫脲1-3份、醇胺磷酸酯1-5份、十二烷 基葡萄糖苷0. 3-0. 8份，攪拌溶解后加入硅酸鈉3-10份攪拌；
[0020] (d)最后按比例加入十六烷酸異丙酯0. 5-1份攪拌10-15min，靜置后即得到所述 的抑制碳鋼在鹽水介質(zhì)中腐蝕的緩蝕劑。
[0021] 優(yōu)選地，所述步驟（a)~（c)中水溶液的溫度控制在50_60°C。
[0022] 優(yōu)選地，所述步驟（a)~（c)中水溶液的溫度控制在50°C。
[0023] 優(yōu)選地，所述步驟（d)中，當(dāng)步驟（c)制備的溶液冷卻至室溫后再加入十六烷酸異 丙酯0. 5-1份并攪拌l〇-15min。
[0024] 優(yōu)選地，所述步驟（a)~（d)中攪拌速度為190~300rpm。
[0025] 上述的一種抑制碳鋼在鹽水介質(zhì)中腐蝕的緩蝕劑在抑制碳鋼在含鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1~30%的鹽水或海水介質(zhì)中腐蝕的應(yīng)用。
[0026] 十六烷酸異丙酯在抑制碳鋼在鹽水介質(zhì)中腐蝕的緩蝕劑中的應(yīng)用。
[0027] 3.有益效果
[0028] 相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為：
[0029] (1)本發(fā)明的緩蝕劑組分中使用了鎢酸鈉，鎢酸鹽由于其毒性低，對環(huán)境、人體和 作物沒有危害，也不引起微生物滋生，屬環(huán)境友好型緩蝕劑；
[0030] (2)本發(fā)明使用的醇胺磷酸酯分子中的醇胺基團(tuán)具有雜化原子N和0,它可與覆 蓋在鋼鐵表面的氫氧化亞鐵膜中的亞鐵離子或是鋼鐵表面裸露的鐵原子構(gòu)成穩(wěn)定的五元 鰲合物，阻滯鋼鐵腐蝕陰、陽極共輒過程，增強(qiáng)對鋼鐵的保護(hù)作用，同時(shí)由于醇胺磷酸酯支 鏈多，當(dāng)膜破損時(shí)，尚有自修復(fù)的能力，發(fā)明人經(jīng)過長期研究發(fā)現(xiàn)鎢酸鈉與醇胺具有協(xié)同作 用。
[0031] (3)本發(fā)明使用的烷基糖苷兼具非離子與陰離子表面活性劑的特性，是一種性能 優(yōu)良的新型綠色表面活性劑，除具有表面活性劑的特性外，由于相似的結(jié)構(gòu)和特性吸附，同 時(shí)也表現(xiàn)出緩蝕劑的性能，可單獨(dú)作為緩蝕劑使用，與緩蝕劑復(fù)配后可以大大提高緩蝕率、 降低緩蝕劑用量，減少污染，提高綜合性能等；
[0032] (4)本發(fā)明制備的緩蝕劑的緩蝕協(xié)同作用模式是吸附-沉積-螫合控制，即協(xié)同緩 蝕劑組分分子由具有吸附、沉積、螯合作用的至少三種官能團(tuán)組成，吸附官能團(tuán)含有多對孤 對電子以向金屬表面吸附并形成吸附膜，沉積官能團(tuán)能在金屬表面形成沉積物以強(qiáng)化吸附 膜，螯合官能團(tuán)對沉積物有螯合作用以控制膜厚度，發(fā)明人根據(jù)該模式設(shè)計(jì)開發(fā)得到本發(fā) 明的協(xié)同緩蝕劑，經(jīng)過大量腐蝕試驗(yàn)結(jié)合理論分析確定了緩蝕劑組分的最佳配比和用量；
[0033] (5)本發(fā)明的緩蝕劑中還含有十六烷酸異丙酯，與醇胺磷酸酯和鎢酸鈉復(fù)配使用 能顯著增強(qiáng)醇胺磷酸酯與鋼鐵表面的亞鐵離子或鐵原子構(gòu)成的五元鰲合物的穩(wěn)定性，且使 緩蝕劑在碳鋼表面形成的保護(hù)膜不易破損，對醇胺磷酸酯的自修復(fù)能力有提高的作用；
[0034] (6)本發(fā)明的緩蝕劑具有緩蝕效率高、用量小、成本低、使用方便、環(huán)境友好的特 占 .
[0035] (7)本發(fā)明提供的緩蝕劑的制備方法具有操作簡單、設(shè)計(jì)合理的特點(diǎn)，通過調(diào)整各 組分的添加順序及溶液溫度，最后在冷卻至室溫時(shí)加入十六烷酸異丙酯，使緩蝕劑的性能 得到顯著提高，且本發(fā)明制備的緩蝕劑性能穩(wěn)定，耐儲存，常溫條件下密封保存2-3年不聚 集