CN1092249C - 抑制钢铁在自来水中腐蚀的缓蚀剂、制备方法及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种抑制钢铁在自来水中腐蚀的新型缓蚀剂是由40%～60%的钼酸钠、3～23%的磷酸三乙醇胺、3～23%的磷酸二氢锌和14%～34%的三聚磷酸钠所组成。当浓度为75ppm～250ppm时，这种缓蚀剂不仅能在自来水中的钢铁表面形成多重的保护膜，而且当膜破损时尚具自修复的能力，因此，缓蚀效果特佳，对A3钢的缓蚀率高达100%。其主要特点是：(1)高效。(2)剂量小，成本低。(3)低毒，无公害。(4)工序简单，不必预膜。(5)兼有一定阻垢功能，可作水质稳定剂使用。
Description
本发明涉及到化学领域，特别是涉及到一种抑制钢铁在自来水中腐蚀的新型缓蚀剂(简称为XM-202)及其配制与使用方法。
化学缓蚀剂法抑制钢铁在自来水中腐蚀不仅十分有效，而且较为简便。此类缓蚀剂按其主成份可分为磷系、钼系、硅系、有机系等。其中钼系缓蚀剂具有缓蚀率高；低毒无公害；稳定性较好；适合于高PH值、高硬度水和较高的温度条件下运行等优点而受到人们的高度重视。陆柱等人的研究结果表明：在自来水中添加Na2MoO4·2H2O 800mg/l(按Na2MoO4计680ppm)可使碳钢的缓蚀率达到97％(1979年腐蚀与防护学术报告会议论文集，科学出版社，1982：328)。单一使用钼酸钠固然高效，但剂量太大，而且钼酸钠价格较贵、成本高。
本发明的目的在于通过钼酸钠与其他物质复配，借助组份间的协同作用，进一步提高缓蚀效果，同时大幅度降低价格较贵的钼酸钠用量，以取得更大的经济效益。
为实现本发明之目的，所采用的技术路线和作用原理如下：(1)众所周知，钼酸钠是钢铁磷化常用的有效加速剂。可以设想，若将钼酸钠与磷酸盐或磷酸酯复配，借助组份间的协同作用，其缓蚀效果肯定比单一使用钼酸钠更好，而价格较贵的钼酸钠用量将大幅度降低。(2)利用“分子剪裁法”合成的磷酸三乙醇胺，进一步加强了醇胺基团和磷酸根之间的协同作用。它在溶解O2和钼酸钠的协同作用下，能在自来水中的钢铁表面形成由磷酸三乙醇胺、γ-Fe2O3、Fe3O4和FePO4组成的多重保护膜。并且由于它支链多，当膜破损时尚具自修复的能力。(3)首次把磷酸二氢锌引入此类缓蚀剂的配方中。它与正磷酸盐(如Na3PO4)或非水解性锌盐(如ZnSO4)相比较具有更多的优点。磷酸二氢锌具有水解性，能在自来水中的钢铁表面的阴极反应处形成不溶性的Zn3(PO4)2沉积膜，这种膜与基体结合牢固。正磷酸盐和非水解性锌盐(如ZnSO4等)没有这种性能。磷酸二氢锌可在自来水中电离，磷酸根在溶解O2和钼酸钠的协同作用下，与Fe++反应，在自来水中的钢铁表面形成不溶性的FePO4沉积膜，其作用与使用正磷酸盐(如Na3PO4)相同，而Zn++有可能以Zn(OH)2的形式在钢铁表面形成阴极型沉淀膜，这种膜不牢固，但能增效，其作用与使用非水解性锌盐(如ZnSO4)相同。(4)在新型缓蚀剂配方中引入三聚磷酸钠，它既能促进钢铁表面γ-Fe2O3钝化膜的形成，又能将更多的Ca++稳定在自来水中，起缓蚀和阻垢双重作用。(5)通过复配试验，达到优化组合，进一步提高缓蚀效果。实验表明：钼酸钠、磷酸三乙醇胺、磷酸二氢锌和三聚磷酸钠首次作为一个整体(XM-202)配合完美，协同作用十分显著，对抑制钢铁在自来水中腐蚀特别有效。
钢铁在自来水中腐蚀的抑制方法包括在自来水中添加75ppm～250ppm的XM-202自来水介质缓蚀剂及该缓蚀剂的配制与使用。
XM-202自来水介质缓蚀剂是由40％～60％的钼酸钠、3％～23％的磷酸三乙醇胺、3％～23％的磷酸二氢锌和14％～34％的三聚磷酸钠所组成。缓蚀剂的组份最好配制成溶液的形式使用。A液为钼酸钠溶液，其含量为100mg/ml。B液为磷酸三乙醇胺、磷酸二氢锌和三聚磷酸钠的混合液，其重量比为磷酸三乙醇胺∶磷酸二氢锌∶三聚磷酸钠＝13∶13∶24，总含量为100mg/ml。
实际上B液中的磷酸三乙醇胺和磷酸二氢锌可按下列反应式，即
根据自来水介质的重量，要求的缓蚀剂浓度和缓蚀剂的组份配比，可计算出A液和B液的用量。先把A液加入自来水介质中，搅匀后再加入B液，继续搅拌均匀，即可使用。
XM-202自来水介质缓蚀剂浓度为125ppm时，用失重法测得该缓蚀剂对A3钢的缓蚀率高达100％，钢样经1800小时失重试验，表观极好，光亮如初。与陆柱等人研究的单一使用钼酸钠相比，缓蚀率高出3％，达到满标；而所需剂量仅为单一使用钼酸钠的18.4％。其中钼酸钠(Na2MoO4)的用量由681ppm降低为62.5ppm。显而易见，通过钼酸钠与磷酸三乙醇胺、磷酸二氢锌和三聚磷酸钠复配，借助其组份间显著的协同缓蚀作用，使缓蚀效果进一步提高，缓蚀率达到100％，而所需剂量，特别是价格较贵的钼酸钠用量则大幅度降低，从而大大地降低了生产成本，进一步提高了经济效益。
XM-202的主要特点：(1)高效。(2)剂量小，成本低。(3)低毒，无公害。(4)工序简单，不必预膜。(5)兼有一定阻垢功能，可作水质稳定剂使用。
实施例1.试验溶液为不加缓蚀剂的自来水和加有由50％的钼酸钠、13％的磷酸三乙醇胺、13％的磷酸二氢锌和24％的三聚磷酸钠组成的XM-202自来水介质缓蚀剂125ppm的自来水。试验材料为A3钢，试样规格为5×2.5×0.2cm，表面积为28cm2。所用试样均经金相砂纸逐级打磨，再经自来水、无水酒精清洗，冷风吹干，置于干燥器中24小时以上，备用。
实验采用失重法，试样经称重后在试验溶液中浸泡1800小时(室温，静态)，取出的试样按GB6384-86方法处理、称重，按下列公式(3)计算钢样的腐蚀率υ，即
υ(mm/y)＝8.76×104×Δw/s×t×ρ......(3)式中：Δw为钢样的失重(g)，S为钢样的表面积(cm2)，t为浸泡时间(h)，ρ为钢材密度(g/cm3)。
再按下列公式(4)计算缓蚀剂对A3钢的缓蚀率E，即
E(％)＝(υo-υc)/υo×100......(4)式中：υo为未加缓蚀剂的钢样腐蚀率，υc为给定缓蚀剂的钢样腐蚀率。
测试结果如下：当缓蚀剂浓度为125ppm时，对A3钢的缓蚀率为100％。钢样表观极好，光亮如初。
实施例2.方法和缓蚀剂的组成同实施例1，缓蚀剂的浓度为100ppm时，对A3钢的缓蚀率达99.96％。钢样表观很好，光亮如初。
实施例3.方法和缓蚀剂的组成同实施例1，缓蚀剂的浓度为250ppm时，对A3钢的缓蚀率达99.73％。钢样表观很好，光亮如初。
Claims (3)
1.抑制钢铁在自来水中腐蚀的缓蚀剂，其特征在于：该缓蚀剂是由钼酸钠、磷酸三乙醇胺、磷酸二氢锌和三聚磷酸钠所组成，它们的配比(重量百分比)为：
钼酸钠 40％～60％；
磷酸三乙醇胺 3％～23％；
磷酸二氢锌 3％～23％；
三聚磷酸钠 14％～34％。
2.一种权利要求1的抑制钢铁在自来水中腐蚀的缓蚀剂的制备方法，其特征在于，该制备方法由下列步骤组成：
(1)将钼酸钠配制成含量为100mg/ml的溶液，即A液。
(2)B液为磷酸三乙醇胺、磷酸二氢锌、三聚磷酸钠之比为13∶13：24(重量比)，总含量为100mg/ml的混合液，配制时，先按下列反应式，即
(3)根据自来水介质的重量、要求的缓蚀剂浓度及缓蚀剂的组份配比，计算出A液和B液的用量，先将A液加入自来水介质中，搅匀后再加入B液，继续搅拌均匀，直至缓蚀剂各组份均匀分散在自来水介质中，即可使用。
3.一种权利要求1或2的抑制钢铁在自来水中腐蚀的缓蚀剂的使用方法，其特征在于：该缓蚀剂在使用时的浓度为75ppm～250ppm。
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