一种水基防锈剂的制备研究

张宏军

一种水基防锈剂的制备研究

张宏军

（新东北电气集团高压开关有限公司，辽宁 沈阳 110027）

防锈剂保护技术是一种广泛采用的金属防腐蚀技术，试验以山梨醇、三乙醇胺、苯甲酸钠、硼酸、碳酸钠为主要原料制备水基环保防锈剂。试验主要考察反应温度、原料用量配比、防锈剂稀释质量分数对防锈效果的影响，同时采用盐雾试验与车间自然环境下测试防锈实际效果。本制备工艺简单，成本较低，所制备防锈剂效果良好，使用方便。

水基防锈剂；环保；金属腐蚀

金属在储运、生产过程中，很难不与空气中的氧、湿气或其他腐蚀性介质接触，这些物质在金属表面发生电化学腐蚀而生锈，要防止锈蚀就得阻止以上物质与金属接触[1]。一旦发生锈蚀，不但对金属材料的性能产生影响，甚至会造成材料的报废[2]。据不完全统计，全世界每年因生锈而报废的金属材料有几千万吨，因腐蚀造成的经济损失高达上千亿人民币[3-4]。因此，金属材料的防腐蚀研究具有重要意义。

金属防锈剂分为水基型和油基型[5]。油基型防锈性能虽好，但成本高，而且后期处理比较困难。水基防锈液使用方便易去除，且价格低廉、防腐效果好，目前应用比较广泛。水基防锈液多数为含磷酸盐或亚硝酸盐型，但亚硝酸盐可转化成致癌物，出于环境保护与人体健康考虑，其使用和排放均受到了严格限制[6-7]。近几年，环保型水基防锈剂已成为国内外的研究热点。本文以山梨醇、三乙醇胺、苯甲酸钠、硼酸、碳酸钠为主要原料制备一种水基防锈剂，并在新东北电气集团电镀车间试用。

1 实验研究

1.1 实验原料和设备

实验的主要原料和设备见表1和表2。

表1 原料与试剂

实验用水为过滤纯净水。

表2 主要设备仪器

其他实验仪器为抽滤瓶、三口烧瓶、聚四氟乙烯搅拌转子、球形冷凝管、移液管、温度计、防腐表面皿、防腐手套、防毒气面具等实验室基本仪器。

1.2 实验操作方法

试验须要分别制备a、b两种组分。

a组分制备方法：准确称量各主要原料，首先将山梨醇加入到三口烧瓶反应器中，采用磁力搅拌，缓慢加热至50~80 ℃，使之完全融化；随后立刻将三乙醇胺加入到融化后的山梨醇中，采用磁力搅拌加热，混合均匀，再加入苯甲酸钠，保持温度在80~100 ℃之间，持续搅拌、加热，待苯甲酸钠完全溶解，最后加入硼酸，搅拌加热至100±1 ℃，使硼酸完全溶解，继续加热2 h，待完全反应后自然冷却，即得到组分a。

b组分制备方法：量取一定量的 a组分，一定温度下加入适量碳酸钠，磁力搅拌，混合均匀，使其完全溶解，其间可以加入适量的去离子水，用酸度计测定pH在7.0~8.0之间，得到b组分，即为所需防锈剂。

1.3 防锈性能检测

采用中性盐雾试验法来检测防锈剂的防锈性能，以样品是否产生腐蚀现象来进行判定。同时，将试验样本放置在车间自然环境中，观察样品的腐蚀情况。

2 防锈剂制备过程中影响因素的研究

2.1 反应温度的影响

本试验对温度要求非常严格。在a组分的制备过程中需要3次温度的控制，即a组分的4种原料，山梨醇、三乙醇胺、苯甲酸钠、硼酸，每加入一种试剂，均需缓慢加热至一度温度。首先，山梨醇可作溶剂与稳定剂，当温度高于80 ℃时，山梨醇受高温影响会发生碳化反应，反应器的底部留下很多黑色物质黏附在瓶壁，并产生很多刺激性气体，此时试验失败，故山梨醇的融化温度控制在80 ℃以内；其次，苯甲酸钠为有机缓蚀剂，适用于钢、铜、铅的防锈，适当的增加苯甲酸钠含量，有利于防锈膜耐蚀性的增强[8-9]，温度的升高有利于苯甲酸钠的溶解，但温度高于100 ℃时，苯甲酸钠会迅速升华，同时不利于下一步硼酸的加入；最后，硼酸能随水蒸气挥发，加热至100~105 ℃时失去一分子水而形成偏硼酸，于104~160 ℃时长时间加热则转变为焦硼酸，更高温度则形成无水物。而且，温度过高也会造成反应中合成的酯发生分解，导致防锈剂失去作用，故硼酸加入后的反应温度控制在100 ℃左右。

2.2 碳酸钠用量对防锈效果的影响

碳酸钠本身可以作为工件的防锈剂，在本试验中也充当着溶液酸碱度的调节试剂，使溶液呈中性或弱碱性。相同条件下，取5个试验工件为样本，分别做防锈测试。表3中列出了碳酸钠用量对溶液pH值与防锈时间的影响。由表3可知，短时间内防锈，比如1周，可以选择碳酸钠的加入量为6%左右，若要求防锈时间达到2周以上，可以选择7%的加入量。

表3 碳酸钠用量对防锈效果的影响

2.3 原料配比防锈效果的影响

防锈剂在使用时须用水进行稀释，试验将所有原料山梨醇、三乙醇胺、苯甲酸钠、硼酸、碳酸钠和水的配比，设计正交试验，结果见表4。A 因素为山梨醇、三乙醇胺、苯甲酸钠、硼酸组分质量比，B因素为加入碳酸钠的质量比，C因素为纯净水的质量比。试验结果则用直观分析法进行分析。由表4中结果可知，原料的不同配比对于防锈效果影响较大，A1B3C3组合较为理想。

表4 正交试验结果

2.4 防锈液质量分数对防锈性能的影响

根据表4中原料配比数据结果，选择最优a、b组分配比，配制质量分数8%~20%的溶液，进行中性盐雾试验，结果如表5所示。

表5 母液浓度对防锈性能的影响

由表5的数据可知，当质量分数为12%时，盐雾试验的防锈时间已经可以达到26 h，这与正交试验结果符合。继续加大防锈剂质量分数大，无论盐雾试验，还是车间环境下，试验样本的防锈时间没有显著增长，综合考虑，质量分数为12%比较适当。

2.5 防锈性能测试结果

以普通铁片为试验样本，将铁片除杂、除油后放置于所制备的防锈剂稀释溶液中浸渍，待铁片外表面均匀地形成一层防锈膜时，取出试样进行中性盐雾测试，同时以空白试样做对比。从盐雾时间2 h开始，每间隔2 h观察并记录，结果如表6所示。

表6 盐雾试验测试结果

3 结 论

1）试验所制备防锈剂原料常见，工艺较为简单，盐雾实验测试防锈时间达到26 h，车间环境下的防锈时间可达到18 d。

2）制备过程中，须要严格控制各步温度。所制备的防锈剂为中性或弱碱性，母液用水稀释至质量分数为12%时，防锈效果较好。

［1］王响.钢铁表面防锈工艺的研究[J].山东化工，2018，47（2）：42-47.

［2］唐婧，薛永萍，杜妮，等.金属清洗剂中防锈缓蚀剂的复配[J].清洗世界2017，3（6）：22-26．

［3］李璐，白宁宁，何荣幸.水溶性环境友好型防锈剂的研制新技术新工艺[J].化学研究与应用，2014，26（12）：1958-1963.

［4］史宁，张书弟，李德顺.环保型水溶性防锈剂的研究及性能测试[J].电镀与精饰2014，26（3）：9-12.

［5］王文忠.金属防锈剂[J].电镀与环保，2018，38（1）：67-68．

［6］张倩，张二水.合成型切削液防锈性能的研究[J]．石油学报，2001，17（7）：33-35．

［7］张迎平，刘兰轩，杨承凤，等.一种环保型水基防锈剂的性能研究[J].材料保护，2012（10）：56-58.

［8］钟雪丽，杨志霞，郭培宽.一种无毒水基防锈剂的研制及其性能[J]. 表面技术，2014，43（3）：115-119.

［9］苏红军，赵旗，陈小平.水系锌铬膜涂层组成结构的研究[J].表面技术，2002，31（5）：12-15．

Study on Preparation of a Water-based Antirust Agent

（New Northeast Electric Group Co., Ltd., Shenyang Liaoning 110027, China）

Antirust protection technology is a widely used metal anti-corrosion technology. Environmentally friendly water-based antirust agent was prepared by using sorbitol, triethanolamine, sodium benzoate, boric acid, sodium carbonate as the main raw materials. The influence of reaction temperature, ratio of raw material dosage and mass fraction of antirust agent on antirust effect was mainly investigated in the test. Meanwhile, salt spray test and workshop natural environment were used to test the actual antirust effect. The preparation process is simple, the cost is low, the prepared antirust agent has good effect and is easy to use.

Water-based antirust agent; Environmental protection; Metal corrosion

2020-08-15

张宏军（1978-），男，辽宁省沈阳市人，工程师，硕士， 2017年毕业于东北大学应用化学专业，研究方向：电镀技术。

TQ050.9+6

A

1004-0935（2021）01-0012-03