常见水性防锈剂配方技术
2.1乙醇胺与酸的复配防锈剂乙醇胺包括单乙醇胺、二乙醇胺及三乙醇胺，与他们复配的酸可以是无机酸和有机酸。醇胺与酸常温下复配生成醇胺盐。蒋海珍等合成并研究了水溶性有机羧酸醇胺盐防锈剂，表明其防锈性与分子烷链长度、分子中的极性基团种类及数目有关，并据此合成出了有机羧酸醇胺盐防锈剂ATEA-1，其0.25%的水溶液可使钢铁制品48h不锈。单乙醇胺与二乙醇胺与羧酸加热生成的酰胺也是一种很有效的防锈剂，很稀的烷基醇酰胺溶液即能防止钢铁生锈，并具有良好的耐水解性能，同时对防锈水有增稠作用，从而避免了防锈剂从金属表面流失，并使防锈剂在金属表面牢固附着。有机羧酸醇胺盐和烷基醇酰胺分子中的氮原子和氧原子都有孤对电子，可与铁等有空轨道的金属表面作用生成络合物膜，阻止氧、水等分子与金属表面接触。2.2多元醇酯防锈剂失水山梨醇单油酸酯是一种性能优良的防锈剂，其他还有季戊四醇酯、糖酯等。张玉芳等人合成了硫代磷酸酯并用于碳钢的防锈处理，结果表明该防锈剂可在很短时间内在碳钢表面形成多层膜，内层为反应沉积型膜，与基体金属结合力较强，从而有效防止了金属的生锈。肌醇六磷酸酯一个分子中含有能同金属配位的24个氧原子、12个羟基和六个磷酸基，它与金属络合时易形成多个稳定螯合环，并在金属表面迅速形成一层致密的透明单分子膜，从而有效地抵抗金属的腐蚀，防锈期可达1a以上，适合于钢铁及有色金属的工序间及长期封存防锈处理，还可代替金属涂装前的磷化处理，避免了含磷废水排放引起的水质污染。该防锈剂由于它是从粮食作物中提取而来，同时配制时需要用去离子水，所以生产成本是一个问题。2.3金属表面自组装防锈剂有些有机物分子在溶液中能自发地吸附在金属表面，形成一层取向性好、排列紧密的疏水性单分子层，可有效阻止水分子、氧分子及电子向金属表面的传输，使基体金属发生氧化的临界电位正移，金属表面的氧化-还原电流显著降低，从而起到对金属的保护作用，这个过程就是防锈剂分子在金属表面的自组装。铁电极表面经正癸烷基硫醇自组装修饰后，能有效抵抗SO2的腐蚀，目前用于钢铁表面自组装修饰的防锈剂主要是油酸咪唑啉类。李道华和忻新泉研究了过渡金属配离子MOS42-和WS42-在金属表面的自组装，获得了具有优异抗腐蚀性能的彩色簇合物膜。其成膜机理是过渡金属配离子与基体金属发生氧化还原反应生成稳定的簇合物保护膜。试验表明MO (W) S42-离子能在包括铁在内的大多数过渡金属氧化物层上自组装形成彩色防锈性的簇合物膜。2.4硅烷偶联防锈剂硅烷偶联剂按其化学结构可分为两大类：单硅烷和双硅烷偶联剂，二者的结构通式分别为Y-(CH2)n-Si-(OR)3和(RO)3-Si- (CH2)n-Y- CH2)n-Si-(OR)3，其中，Y 为官能团，RO-为可水解的烷氧基。近年来，硅烷偶联剂被用于金属材料的防锈剂，并有望替代铬酸盐钝化和传统的磷化工艺。当用于防锈剂时，先让硅烷进行水解，生成的硅醇与金属表面的氧化物或氢氧化物发生缩合反应产生Si-O-Me共价键，Me代表被保护的金属，而吸附在金属表面的剩余的-SiOH基团彼此间进行缩合反应而形成致密的硅烷膜。研究发现：1,2-二乙氧基硅酯基乙烷等硅烷偶联剂可明显提高金属的防锈性。影响硅烷膜质量的因素很多，如硅烷的种类，硅烷溶液的浓度，硅烷的水解程度，溶液的pH值，成膜方式、膜的固化方式及温度等，有时偶联剂与金属表面产生倒吸附，有些在水解后与金属表面作用形成的膜太薄或太厚，难以控制达到50 ~ 100nm 的最佳厚度，尽管如此，由于硅烷偶联剂价廉易得，环保性好，防锈性能优良，可处理铁、铝等很多金属，所以对它的研究与应用已显示出巨大的潜力。2.5气相防锈水气相防锈剂是在常温下有较大蒸气压的防锈化学品，把它溶解在水中即得气相防锈水，挥发后的气体吸附在金属表面后，能抑制金属的阴、阳极的电化学反应，从而防止金属生锈。它适用于机械加工过程中，对需防锈的金属制品进行工序间浸泡或喷淋。罗永秀、吴正前等人研制出Z-55黑色金属水基气相防锈液，室内挂片试验及内腔防锈试验表明，Z-55具有很好的防锈效果，灰口铸铁和钢试片在该防锈液中浸泡1min后室温挂放，防锈效果优于F-124水基防锈剂，内腔防锈试验结果表明，Z-55气相防锈水可使普通碳钢保持8个月不锈，可用于铁制品的工序间特别是内腔防锈。湖南大学研制的1-羟基苯并三唑是一种对多种金属都有防锈效果的气相防锈剂，它的水溶液在0.05%时对钢铁有较好的防锈作用，与磷酸盐复配时防锈性进一步提高。张大全等人合成的4-（N,N-二环己基）-胺甲基吗啉，对黑色金属具有良好的防锈性。气相防锈水防锈周期较长，使用方便，成本低廉，但其中的防锈剂大多有毒，而且往往只适用于一种金属，而对其它金属没有防锈作用，甚至加速它们的腐蚀。传统的气相防锈水主要用于碳钢的防锈，近年来由于铝、铜等金属及合金的广泛应用，能用于此类金属的防锈水的研究也得到了重视。四、水基防锈剂实例实例一：新型水基防锈剂利用我国丰富的天然资源松香，合成了一种环保、经济、高效的水基防锈剂。松香在165～200 oC的高温下，与顺酐发生Diels-Alder反应生成马来松香，马来松香进一步与二乙醇胺反应，得到黄色透明的防锈剂，实验证明，其具有良好的水溶性和防锈性能。这是由于其极性基团对金属有较大的亲合能力，牢固吸附在金属表面上，形成定向吸附层，因此，具有优良的防锈性能。结果表明：用松香、顺酐和二乙醇胺的投料比为1:0.8:2.8，加入表面活性剂(司盘-80)，加入适量润湿剂(甘油)，合成出来的防锈剂配成防锈水，防锈水的使用浓度一般在1.0%左右效果最佳。实例二：KJ水基金属防锈剂KJ水基金属防锈剂，以肌醇六磷酸酯为主要成份，与其它几种无毒金属缓蚀剂经科学复配而成。肌醇六磷酸酯是一种从粮食作物中提取的天然无毒化工产品，由于其独特的分子结构与理化性能，对金属有极强的螫合性能，作为金属防锈剂使用时，可在金属表面形成一层致密的钝化保护膜层，有效地抑制金属的腐蚀。该剂适合于钢铁及各种有色金属的工序间及长期防锈处理。另外，由于该剂在金属表面形成的钝化膜与有机涂料有相近的化学性质，相互间有很好的粘合性能，可替代金属涂装前常规的磷化处理工序，从根本上解决重金属、亚硝酸盐、磷酸盐等排放污染问题，而加工成本仅为传统工艺的2/3。KJ环保型水基金属防锈剂产品，经多方检测，各项防锈性能指标均高于同类传统产品，为我国实现安全无毒金属防护处理，开辟了一条重要途径。五、防锈剂参考配方（仅供参考）组分投料量（g/L）磷酸（浓度85%）200~300硝酸（浓度65%）0~20盐酸（浓度36.5%）10~30柠檬酸钠50~100亚硫酸钠20~30乌洛托品5~20十二烷基苯磺酸钠20~50硫酸锌50~100水余量
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