技術干貨|如何篩選清洗劑中的緩蝕劑?
??????發布時間:2020-06-02 10:25??????瀏覽次數:

       常用清洗劑的體系大致可以分為酸性、堿性和中性體系,市場中酸性和堿性的清洗劑使用頻率較多,由于體系中酸堿性物質的存在,清洗劑的清洗效果往往會大大提升,但同時酸堿性物質也會造成金屬的腐蝕,這就給清洗劑的配方設計增加了很大難度。

       在清洗劑配方設計過程中解決因酸堿性物質造成的腐蝕問題通常是通過添加緩蝕劑的方式來實現的,但是緩蝕劑的種類非常繁多以及不同緩蝕劑針對不同金屬的緩蝕性能存在較大差異,所以緩蝕劑的篩選是清洗劑配方設計中尤為重要的環節。

 

緩蝕劑的定義

       緩蝕劑是一種以適當的濃度和形式存在于環境(介質)中時,可以防止或減緩腐蝕的化學物質或幾種化學物質的混合物。一般來說,緩蝕劑是指那些用在金屬表面起防護作用的物質,加入微量或少量這類化學物質可使金屬材料在該介質中的腐蝕速度明顯降低。

緩蝕劑的分類

       按照作用機理分類

1. 陽極型緩蝕劑:具有氧化性,能使金屬表面鈍化而抑制金屬溶蝕,如鉻酸鹽、亞硝酸鹽、磷酸鹽、鉬酸鹽及并酮肟等。

2 .陰極型緩蝕劑:能消除或減少去極化劑或增加陰極過程的極化性(即能增加陰極反應過電位)的物質。如肼、聯胺、亞硫酸鈉等能除去溶解氧;砷、銻、鉍、汞鹽能增加析氫過電位。

3. 混合型緩蝕劑:可以同時減緩陰陽極反應速度,多由在陰陽極發生吸附所致,有時也稱為掩蔽型緩蝕劑。能直接吸附或附著在金屬表面上,或者因次生反應形成不溶性保護膜而使金屬與介質隔離的物質,如亞硝酸二環己胺的水解產物能吸附在金屬表面上;含氮、磷、硫和氧等具有孤電子對元素的有機物可直接在金屬表面形成化學吸附層;硫酸鋅和氯化鈹在陰極區生成氫氧化物的沉積層,也屬于掩蔽型緩蝕劑。

 

       按照成分分類

1.無機類緩蝕劑:硝酸鹽、亞硝酸鹽、鉻酸鹽和重鉻酸鹽等(陽極型);亞硫酸鹽、三氧化二砷、三氯化銻等(陰極型);多磷酸鹽、硅酸鹽、鋁酸鹽和堿性物質等(混合型或掩蔽型)。

2. 有機類緩蝕劑:帶有氮、磷、硫和氧的雜環化合物、高分子醇、醛、胺和酰胺;磺酸、脂肪酸及其衍生物;硫脲及其衍生物;噻唑和硫脲唑類;季胺鹽類;磷化物、硫醇、烷基亞砜、噻嗪以及不飽和的鏈系、環系化合物等。

 

       按照應用環境分類

1.酸性溶液用緩蝕劑:適用于酸性介質,如烏洛托品、咪唑啉、苯胺、硫脲和三氯化銻;

2. 堿性溶液用緩蝕劑:適用于堿性介質,如硝酸鈉、硫化鈉、過磷酸鈣;

3.中性溶液用緩蝕劑:適用于天然水和鹽水,如六偏磷酸鈉、葡萄糖酸鋅、硫酸鋅;

4.氣相緩蝕劑:適用于倉庫和包裝袋內,如碳酸環己胺、苯甲酸戊胺。

 

緩蝕機理

       電化學理論

       緩蝕劑造成陽極鈍化時,金屬的腐蝕就會受到強烈的抑制。磷酸鹽、苯甲酸鹽等陽極抑制型緩蝕劑,有些緩蝕劑,如亞硝酸鹽和酸性介質中的鉬酸鹽,它們的緩蝕作用在于促進陰極去極化,增加陰極交換電流密度IR,從而降低鈍化金屬的腐蝕速度,稱為陰極去極化型緩蝕劑。

       吸附理論

       吸附理論指緩蝕劑本身或次生產物吸附在金屬表面上形成保護性的隔離層,或消除活性區,或改變雙電層結構等,從而達到緩蝕的目的。吸附可分為物理吸附和化學吸附兩類。物理吸附是靠庫侖引力或范德華力,屬于遠程吸附,化學吸附是靠化學鍵來實現的,屬于近程吸附。

       成膜理論

       指緩蝕劑與金屬作用生成鈍化膜,或者與介質中的離子反應生成沉積層而使金屬緩蝕,分為氧化膜、沉積膜和膠體膜三種。

1.氧化膜

它的形成是由于緩蝕劑本身的氧化作用或溶解氧的氧化作用所致。例如:

 

2.沉積膜

它是由緩蝕劑與陰極反應產物生成難溶性氫氧化物。例如:

 

或者與陽極反應產物生成不溶性膜,例如:

 

3.膠體膜

由緩蝕劑本身放電而生成難溶物覆蓋層,如聚磷酸鹽((Na5CaP6O18)nn+)和硅酸鹽(SiO32-)能與水中的鈣生成大的膠體陽離子,經陰極反應而形成難溶性的膠體保護膜。

各種清洗劑中緩蝕劑的篩選

       銅件及銅合金類清洗劑中緩蝕劑的篩選

       苯并三氮唑,甲基苯并三氮唑,2-巰基苯并噻唑,苯并咪唑等都是銅材料緩蝕劑,其中苯并三氮唑和2-巰基苯并噻唑是最為常見,一般認為BTA分子上的氮和MBT分子上的硫,以其未共用電子對與Cu(Ⅰ)形成配位鍵。20℃以下BTA在Cu上的吸附最大,25℃以上則在90Cu-10Ni上最易吸附。溫度升高有利于MBT在70Cu-30上的吸附。

       除開以上常見緩蝕劑,還可以使用一些酰胺類,羧酸類,磷酸酯類等,緩蝕劑的使用要依據不同體系進行選擇,單一緩蝕劑總是沒有復配緩蝕劑的效果好。

       鋁鎂鋅等活潑金屬及其合金類清洗劑中緩蝕劑的篩選

       活潑類金屬經常會使用一些凝膠吸附類物質進行緩蝕,如三聚磷酸鈉和偏硅酸鈉,價格便宜,貨源廣,除此之外,會使用一些磷酸酯類,兩性咪唑啉類,由于活潑金屬在市面應用比較廣,緩蝕有難度,許多廠家針對此情況推出一系列復合緩蝕劑,如巴斯夫CL5080,亨斯曼1198LA,羅地亞ASI80等。

       鋼鐵類清洗劑中緩蝕劑的篩選

       鋼鐵類緩蝕劑市面常見為無機緩蝕劑,如亞硝酸鹽,鉻酸鹽,硫脲,烏洛托品等,也可以通過覆膜的形式進行緩蝕,如磷化膜,陶化膜,或其他鍍層。部分領域為了增加基材放置時間,進行使用防銹油進行涂刷,或者噴漆烘干,進而阻止基材的生銹,達到緩蝕效果。

       在清洗劑配方設計中,我們首先需要根據基材的屬性,結合使用工況確定緩蝕劑的緩蝕原理,依據緩蝕原理選擇緩蝕劑的類別,同時結合配方體系的環境選用合適的緩蝕劑,然后針對選用的緩蝕劑,確定實驗方案并進行緩蝕性對比試驗,篩選出緩蝕性能最優的緩蝕劑,最后通過正交試驗確定出緩蝕劑的最佳添加量。
 

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