缓蚀剂技术

2.3缓蚀剂技术

2.3.1缓蚀剂防腐具有以下特点：（1）缓蚀剂用量极少、浓度一般为10-6

之2%。基本不改变介质体系，成本低；（2）缓释效率高，可以节约大量钢材，提高设备的使用寿命，如酸洗时使用缓蚀剂可以使损耗减少90%以上；（3）使用缓蚀剂防腐,可以使一些先进的工艺流程得以实现（4）缓蚀剂具有高度的选择性,不同的腐蚀体系一般应选用不同的缓蚀剂配方,甚至同一体系,在温度、浓度、流速改变时,所用缓蚀剂也应有所不同,因此对于每一个具体的腐蚀体系应通过实验来确定适宜的缓蚀剂种类及浓度,不可生搬硬套（5）缓蚀剂可能随时间而消耗,随介质而流动,因此缓蚀剂的应用场所多限于循环和半循环体系。

2.3.2缓蚀剂的分类

缓蚀剂的种类繁多,缓蚀机理复杂,为了研究和使用方便,常从多种角度对缓蚀剂分类。按物质化学组成划分,可把缓蚀剂分为无机缓蚀剂、有机缓蚀剂两大类。

按电化学机理分类可分为阳极型缓蚀剂、阴极型缓蚀剂和混合型缓蚀剂三类

（1）阳极型缓蚀剂，如铬酸盐、钥酸盐、钨酸盐等无机缓蚀剂,能降低阳极金属的电极电位,使腐蚀电位增加,达到钝化缓蚀的目的,最好与锌离子配合使用形成氧化薄膜,效果较好。阳极缓蚀剂应用广泛,但若用量不足,不能充分覆盖阳极表面,由于暴露在介质中的阳极面积远小于阴极面积,从而形成

小阳极大阴极的腐蚀电池,反而会加速金属的局部腐蚀而用量太大则毒性较大,污染环境,因此此类缓蚀剂又被称为“危险的缓蚀剂”。

（2）阴极型缓蚀剂，如聚磷酸盐、硫酸锌、酸式碳酸钙等。阴极型缓蚀剂通常是缓蚀剂的阳离子移向阴极表面,并形成化学的或电化学的沉淀保护膜,随着厚度的增加,阴极释放电子的反应被阻挡,从而抑制金属腐蚀。这类腐蚀剂在用量不足时不会加速腐蚀,故又称为“安全的缓蚀剂”。

（3）混合型缓蚀剂，如胺类、硫醇、硫醚、硫脲、琼脂等,能吸附在清洁金属表面形成单分子膜,阻止电子的转移,达到缓蚀的目的。该类缓蚀剂对阴极过程和阳极过程同时起抑制作用,虽然腐蚀电位变化不大,但腐蚀电流却降低很多。

按物理化学机理可分为钝化膜型缓蚀剂、沉淀膜型缓蚀剂以及吸附膜型缓蚀剂

（1）钝化膜型缓蚀剂与阳极缓蚀剂氧化膜型缓蚀剂相同,如铬酸盐、钥酸盐、钨酸盐等,能使金属表面形成致密、附着力强的钝化膜,但膜较薄一,用量不足会加剧局部腐蚀。

（2）沉淀膜型缓蚀剂与阴极缓蚀剂相同,又可分为水中粒子型和金属离子型两种。水中粒子型包括聚磷酸盐、锌盐等,能与介质中的有关离子反应并在金属表面形成防腐蚀沉淀膜,沉淀膜一般较厚,且多孔,与金属结合不太紧

密金属离子型包括疏基苯并噻唑、苯并三唑等,能与金属腐蚀产物反应并在金属表面形成防腐蚀沉淀膜,沉淀膜的厚度、致密度及附着力介于钝化膜和水中离子型沉淀膜之间。

（3）吸附膜型缓蚀剂与混合型缓蚀剂相同,包括硫醇类、有机胺、木质素类及葡萄糖酸盐等。此类缓蚀剂一般含有氮、氧、硫等包含孤对电子的原子,能够吸附在金属表面,改变表面性质,达到防腐蚀的目的,但前提是金属必须有洁净的表面。

另外缓蚀剂还可按腐蚀介质特性分为水溶性缓蚀剂、油溶性缓蚀剂和气相缓蚀剂按用途划分为酸洗用缓蚀剂、锅炉水用缓蚀剂及油田井用缓蚀剂

缓蚀剂的缓蚀机理

关于缓蚀剂保护作用的机理,至今还没有一个公认的一致的见解。缓蚀剂的缓蚀作用不是通过改变腐蚀介质中腐蚀组分的含量实现的,而是通过使腐蚀金属的表面状态改变,或是起着催化剂的作用,从而改变腐蚀过程的阳极反应或阴极反应的反应机理,使反应的活化能位垒提高,反应速率常数减少,使整个腐蚀过程的速率下降,达到缓蚀的目的。有人认为缓蚀剂在金属表面具有吸附作用,生成了一种吸附在金属表面的吸附膜,从而使金属的腐蚀减慢,这就是吸附理论。

吸附膜型缓蚀剂的分子一般是由极性基团和非极性基团

组成。极性基团中含有电负性高的氧、氮、磷、硫等元素。非极性基团的主要成分是碳、氢元素。其中极性基团是亲水性的,可以吸附于金属表面活性点或整个表面,在金属表面形成吸附层。吸附层和金属之间的结合强度取决于缓蚀剂和金属之间吸附的性能及两者之间化学键的强度。而非极性基团是疏水或亲油的,位于离开金属的方向,通过憎水基起隔离作用,把金属表面和腐蚀介质隔开。吸附膜型缓蚀剂加入到腐蚀介质中以后。通过吸附一方面改变了金属表面电荷状态和介面性质,使金属表面的能量状态趋于稳定,增加腐蚀反应的活化能,减缓腐蚀速度另一方面被吸附的缓蚀剂分子上的非极性基团能在金属表面形成一层疏水性保护膜,阻碍与腐蚀反应有关的电荷或物质的转移,也使腐蚀速度减小。因此,吸附型有机缓蚀剂实际上常是一种表面活性剂。此外,有机缓蚀剂不只是能吸附,而且有时还能与金属离子一起形成难溶而又致密的覆盖层,所以许多有机缓蚀剂常常能十分有效地抑制金属腐蚀。

吸附是缓蚀剂发生作用的必要条件。只有那些具备吸附竞争能力的组分才能发挥有效的缓蚀作用。研究物质的吸附能力是了解缓蚀作用机理的重要方面。影响分子界面吸附能力的主要因素是金属的表面电荷,吸附功能基因的结构和介质组分的影响。

缓蚀剂的吸附又可分为物理吸附和化学吸附。物理吸附是由缓蚀剂离子与金属的表面电荷产生静电吸引力和范德华力

所引起的,这种吸附快而可逆化学吸附则是由中性缓蚀剂分子与金属形成了配位键,它比物理吸附强而不可逆但吸附速度却较慢。

2.2.3缓蚀剂的应用特点

单使用一种缓蚀剂,很难达到工程的要求,一般来说缓蚀剂需要与表而舌性剂或另一种缓蚀剂进行复配来提高缓蚀性能以及降低缓蚀剂的用量。而复配是通过缓蚀剂与表而活性之间的协司效应来实现的。

复配缓蚀剂的协同效应。两种或两种以几缓蚀剂混合使用或者缓蚀剂与其它物质混合使用而使缓蚀效果加弧的现象,称为缓蚀剂的协同效应。这种协同效应并不是简单的加合,而是相互促进的结果。防护及控制金属和合金的腐蚀措施

很多,其中加人缓蚀剂是有效的手段之一实际生产中常常需求儿种缓蚀剂联合使用,以适应各种苛刻环境和满足环境保护的需要。研究发现体系中加人少量的表而活性剂能够与缓蚀齐产生强烈的正协同效应,有利于改变溶液和电极表面的状态、以降低缓蚀剂的用最,提高缓蚀效率,减小毒性,便于后处理,对几提高金属的防护效率和改善生产环境均起到积极作用在酸性介质中吸附膜型的缓蚀剂产生协同效应,是由于在金属表面吸附厂某种电荷的离子后,再吸附另外一种离子导致表而覆盖度增大、因而加强厂缓蚀效果中性介质中的沉淀膜型的缓蚀剂产生协同效应,是因为不同的缓蚀剂分子或离子,产生溶度积更小的新沉淀物、导致阳极区和阴极区被更人而积覆盖,所以具有更好的缓蚀效

果，为了发挥缓蚀的协同效应,般都选用复合型缓蚀剂,选用的原则是阴极型缓蚀剂和队极型缓蚀剂配合使用。例如作为阴极型缓蚀剂的锌离子,总是与作为阳极型缓蚀剂的某此含氧酸根离子配合使用

2.3.4研究方向

近年来,随着人类环保意识的增强缓蚀剂的开发与应用越来越重视环境保护的要求,而传统缓蚀剂往往对环境有一定危害在缓蚀剂研究方向上,国内外的腐蚀和防护工作

者做了大从的工作,提出了以下方向：

探索从天然植物、海产动植物,提取、分离、加工新型缓蚀剂有效成分。天然松香通过纵化、歧化、聚合和加成等改性后,在酸性介质中对碳钢有优异的缓蚀性能。

研究开发脂肪酸、氨基酸、抗坏血酸、叶酸、山梨酸、单宁酸、葡萄糖糖酸盐、及其衍生物等含氧、氮化物为主的有机缓蚀剂、复合缓蚀剂。

进一步对钥酸盐、钨酸盐、锑酸盐、硼酸盐、改性硅酸盐等无机缓蚀剂进行研究,提高其缓蚀性能

利用医药、食品、上业副食品、农副产品提取缓蚀剂组分,并进行复配或改性处理研制缓蚀剂,实现资源的充分利用