常用工業(yè)清洗劑的體系一般分為酸性清洗劑、堿性清洗劑及中性清洗劑體系,在市場(chǎng)環(huán)境中酸性和堿性清洗劑使用更多更為廣泛,由于體系中酸堿性物質(zhì)的存在,清洗劑的清洗效果往往會(huì)得到大大提升,但同時(shí)酸堿性物質(zhì)也可能會(huì)造成金屬尤其是有色金屬的腐蝕,這就給清洗劑的配方設(shè)計(jì)增加一道難題,需要添加緩蝕劑。在清洗劑配方設(shè)計(jì)過(guò)程中解決因酸堿性物質(zhì)造成的腐蝕問(wèn)題通常是通過(guò)添加緩蝕劑的方式來(lái)實(shí)現(xiàn),但是緩蝕劑的種類(lèi)非常繁多以及不同緩蝕劑針對(duì)不同金屬的緩蝕性能存在較大差異,所以緩蝕劑的選擇是清洗劑配方設(shè)計(jì)中非常重要的環(huán)節(jié)。
一、緩蝕劑的定義
緩蝕劑是一種以適當(dāng)?shù)臐舛群托问酱嬖谟诃h(huán)境(介質(zhì))中時(shí),可以防止或減緩腐蝕的化學(xué)物質(zhì)或幾種化學(xué)物質(zhì)的混合物。一般來(lái)說(shuō),緩蝕劑是指那些用在金屬表面起防護(hù)作用的物質(zhì),加入微量或少量這類(lèi)化學(xué)物質(zhì)可使金屬材料在該介質(zhì)中的腐蝕速度明顯降低。
二、緩蝕劑的分類(lèi)
1、按照作用機(jī)理分類(lèi)
(1)陽(yáng)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(guò)程的極化性(既能增加陰極反應(yīng)過(guò)電位)的物質(zhì)。如肼、聯(lián)胺、亞硫酸鈉等能除去溶解氧;砷、銻、鉍、汞鹽能增加析氫過(guò)電位。
(3)混合型緩蝕劑:可以同時(shí)減緩陰陽(yáng)極反應(yīng)速度,多由在陰陽(yáng)極發(fā)生吸附所致,有時(shí)也稱(chēng)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(yīng)形成不溶性保護(hù)膜而使金屬與介質(zhì)隔離的物質(zhì),如亞硝酸二環(huán)己胺的水解產(chǎn)物能吸附在金屬表面上;含氮、磷、硫和氧等具有孤電子對(duì)元素的有機(jī)物可直接在金屬表面形成化學(xué)吸附層;硫酸鋅和氯化鈹在陰極區(qū)生成氫氧化物的沉積層,也屬于掩蔽型緩蝕劑。
2、按照成分分類(lèi)
(1)無(wú)機(jī)類(lèi)緩蝕劑:硝酸鹽、亞硝酸鹽、鉻酸鹽和重鉻酸鹽等(陽(yáng)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(zhì)等(混合型或掩蔽型)。
(2)有機(jī)類(lèi)緩蝕劑:帶有氮、磷、硫和氧的雜環(huán)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(lèi);季胺鹽類(lèi);磷化物、硫醇、烷基亞砜、噻嗪以及不飽和的鏈系、環(huán)系化合物等。
3、按照應(yīng)用環(huán)境分類(lèi)
(1)酸性溶液用緩蝕劑:適用于酸性介質(zhì),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(zhì),如硝酸鈉、硫化鈉、過(guò)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(cāng)庫(kù)和包裝袋內(nèi),如碳酸環(huán)己胺、苯甲酸戊胺。
三、緩蝕機(jī)理
1、電化學(xué)理論
緩蝕劑造成陽(yáng)極鈍化時(shí),金屬的腐蝕就會(huì)受到強(qiáng)烈的抑制。磷酸鹽、苯甲酸鹽等陽(yáng)極抑制型緩蝕劑,有些緩蝕劑,如亞硝酸鹽和酸性介質(zhì)中的鉬酸鹽,它們的緩蝕作用在于促進(jìn)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(chēng)為陰極去極化型緩蝕劑。
2、吸附理論
吸附理論指緩蝕劑本身或次生產(chǎn)物吸附在金屬表面上形成保護(hù)性的隔離層,或消除活性區(qū),或改變雙電層結(jié)構(gòu)等,從而達(dá)到緩蝕的目的。吸附可分為物理吸附和化學(xué)吸附兩類(lèi)。物理吸附是靠庫(kù)侖引力或范德華力,屬于遠(yuǎn)程吸附,化學(xué)吸附是靠化學(xué)鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)的,屬于近程吸附。
四、各類(lèi)清洗劑中緩蝕劑的選擇
1.銅件及銅合金類(lèi)清洗劑中緩蝕劑的選擇
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(jiàn),一般認(rèn)為BTA分子上的氮和MBT分子上的硫,以其未共用電子對(duì)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(kāi)以上常見(jiàn)緩蝕劑,還可以使用一些酰胺類(lèi)、羧酸類(lèi)、磷酸酯類(lèi)等,緩蝕劑的使用要依據(jù)不同體系進(jìn)行選擇,單一緩蝕劑總是沒(méi)有復(fù)配緩蝕劑的效果好。
2.鋁鎂鋅等活潑金屬及其合金類(lèi)清洗劑中緩蝕劑的選擇
活潑類(lèi)金屬經(jīng)常會(huì)使用一些凝膠吸附類(lèi)物質(zhì)進(jìn)行緩蝕,如三聚磷酸鈉和偏硅酸鈉,此外,還會(huì)使用一些磷酸酯類(lèi)、兩性咪唑啉類(lèi);由于活潑金屬在市面應(yīng)用比較廣,緩蝕有難度,許多廠(chǎng)家針對(duì)此情況推出一系列復(fù)合緩蝕劑,如巴斯夫CL5080、亨斯曼1198LA、羅地亞ASI80等。
3.鋼鐵類(lèi)清洗劑中緩蝕劑的選擇
鋼鐵類(lèi)緩蝕劑市面常見(jiàn)為無(wú)機(jī)緩蝕劑,如亞硝酸鹽、鉻酸鹽、硫脲、烏洛托品等,也可以通過(guò)覆膜的形式進(jìn)行緩蝕,如磷化膜、陶化膜或其他鍍層。部分領(lǐng)域?yàn)榱嗽黾踊姆胖脮r(shí)間,進(jìn)行使用防銹油進(jìn)行涂刷,或者噴漆烘干,進(jìn)而阻止基材的生銹,達(dá)到緩蝕效果。在清洗劑配方設(shè)計(jì)中,我們首先需要根據(jù)基材的屬性,結(jié)合使用工況確定緩蝕劑的緩蝕原理,依據(jù)緩蝕原理選擇緩蝕劑的類(lèi)別,同時(shí)結(jié)合配方體系的環(huán)境選用合適的緩蝕劑,然后針對(duì)選用的緩蝕劑,確定實(shí)驗(yàn)方案并進(jìn)行緩蝕性對(duì)比試驗(yàn),篩選出緩蝕性能最優(yōu)的緩蝕劑,最后通過(guò)正交試驗(yàn)確定出緩蝕劑的最佳添加量。
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