一種抑制碳鋼在海水介質(zhì)中腐蝕的綠色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海水介質(zhì)中腐蝕的 綠色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(duì)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(duì)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(duì) 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(duì)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(duì)環(huán)境無污染的緩蝕劑上，研究表明，這些鹽類對(duì)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(qǐng)?zhí)枮?01210210869. X，申請(qǐng)日為2012年06月25日的專 利申請(qǐng)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?？商鎿Q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較大的問題。
[0007] 中國專利申請(qǐng)?zhí)枮?01310145231. 7,申請(qǐng)日為2013年04月24日的專利申請(qǐng)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。但是該緩蝕劑存在使用甲醛，存在毒性大的問題；另外配方復(fù)雜，使用量較 大，熱穩(wěn)定性也較差。
[0008] 孫立明等（孫立明，韋玉堂，趙瑩，鄭二麗，綠色鹽水介質(zhì)碳鋼緩蝕劑的研究，材料 保護(hù)，2006年第39卷（增刊），112-114)研究了一種緩蝕性能好、低毒的綠色鹽水介質(zhì)碳鋼 緩蝕劑，該緩蝕劑由葡萄糖酸鈣、聚天冬氨酸、鉬酸鈉、硫酸鋅、十二烷基葡萄糖苷按重量比 1:1:1:3:1組成，該緩蝕劑在22 %鹽水介質(zhì)中（50°C )對(duì)碳鋼的緩蝕率可達(dá)97 %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(duì)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 一種抑制碳鋼在海水介質(zhì)中腐蝕的綠色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] -種抑制碳鋼在海水介質(zhì)中腐蝕的綠色緩蝕劑，其組成成分及各組分的質(zhì)量份數(shù) 為：葡萄糖酸鈣5-15份、聚天冬氨酸5-15份、鎢酸鈉5-20份、葡萄糖酸鈉20-40份、十二烷 基葡萄糖苷5-13份、水25-35份。
[0014] 優(yōu)選地，其組成成分中還包括棕櫚酸異丙酯0. 5-0. 8份。
[0015] 優(yōu)選地，所述的各組分的質(zhì)量份數(shù)為：葡萄糖酸鈣10份、聚天冬氨酸10份、鎢酸鈉 10份、葡萄糖酸鈉30份、十二烷基葡萄糖苷10份、棕櫚酸異丙酯0. 7份、水30份。
[0016] 上述的一種抑制碳鋼在海水介質(zhì)中腐蝕的綠色緩蝕劑的制備方法，其步驟為：
[0017] (a)先按比例稱取葡萄糖酸鈣5-15份溶于25~35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5-20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葡萄糖酸鈉20-40份、聚天冬氨酸5-15份、十二烷基葡萄 糖苷5-13份，攪拌溶解；
[0020] (d)最后按比例加入棕櫚酸異丙酯0? 5-0. 8份攪拌10-15min，靜置后即得到所述 的抑制碳鋼在海水介質(zhì)中腐蝕的綠色緩蝕劑。
[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55°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棕櫚酸異丙 酯0? 5-1份并攪拌10-15min。
[0024] 優(yōu)選地，所述步驟（a)~（d)中攪拌速度為150~250rpm。
[0025] 上述的一種抑制碳鋼在海水介質(zhì)中腐蝕的綠色緩蝕劑在抑制碳鋼在海水介質(zhì)中 腐蝕的應(yīng)用。
[0026] 棕櫚酸異丙酯在抑制碳鋼在海水介質(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(duì)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)聚天冬氨酸具有優(yōu)良的阻垢分散性能，且可生物降解，是一種綠色阻垢劑成 分；
[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)明中的葡萄糖酸鈣、葡萄糖酸鈉為無毒助劑，并且復(fù)配性好；
[0033] (5)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(duì)孤 對(duì)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(duì)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；
[0034] (6)本發(fā)明的緩蝕劑中還含有少量的棕櫚酸異丙酯，與聚天冬氨酸和鎢酸鈉復(fù)配 使用能顯著增強(qiáng)緩蝕效果，且使緩蝕劑在碳鋼表面形成的保護(hù)膜不易破損，保護(hù)聚天冬氨 酸中的妝鍵不易受微生物破壞；
[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)加入棕櫚酸異丙酯，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(chǔ)存，常溫條件下密封保存2~3年不聚 集不渾濁，具有用量少、緩蝕率高、環(huán)境友好的特點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
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