第16讲：防锈剂的作用机理、主要品种及应用

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极性化合物
经 ： 碳氢化合物 亲？由基 极性基
图 1 磺酸盐的溶解状态与极性化合物的增溶溶解示意
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E黄酸盐 图2 金属磺酸盐分子在金属表面形成的防水保护层
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共同的测试环境），然而 10% 的蜡
和磺酸盐的复合可以提供超过 60 d
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氧化石油脂、氧化石蜡及其金属盐、 苯并三氮瞠（ Benzot「iazole ）等众 多的防锈剂品种，到 20 世纪 60 年代， 国外报道的防锈剂品种达百种以上 。
防锈剂作用机理
防锈剂多是一些极性物质，其 分子结构的特点是 ：
。一端是极 性很强的基团，具 有亲水性质 ， 极性的强弱对防锈性 有影响；
金属磺酸盐通常选择顿盐、钙 盐或纳盐。 这些极性化合物能够提 高防锈 的 能力 ， 润湿金属表面，形 成一个更完整、更均匀的涂 层 。 磺 酸盐对金属 的 亲和力可以排出金属
表 E 的 水 。 金属磺酸盐还协助溶解 在液体中的蜡和氧化蜡。 磺酸顿和 磺酸钙提供最好 的 排水性能，而磺 酸纳是最适合制 作乳化（水基）防 锈剂 的 。 金属磺酸盐有亲水性（极性） 的头， 辈占附（化学吸附）在金属表 面的疏水性尾巴（非极性），伸出 的 尾远离金属并且提供了一个屏障 膜（图 2 ） 。 金属磺酸盐本身提供 金属表面与外界环境之间 的 屏障， 但这个薄膜离开暴露表面，零件可 能有缺陷 。 蜡或氧化蜡分子与磺酸 盐分子 的疏水性 的 尾巴纠缠在一起， 形成一个比单独磺酸盐或蜡有更强 大的、疏水性更好 的 膜。 例如，含 有 10o/o 的磺酸盐或氧化蜡 的 溶剂在 潮湿箱中可提供 30 d 的保护（一个
现了多元醇脂肪酸酶（ Polyatomic alcoho l fatty acid ester ） 、有机肢 ( 0 「gan ic am ine ） 、有机肢盐金属 盐（ 0 「gan ic am ine sal川、杂环化 合物（ Heterocycli c compou nd ) ,
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常用的防锈剂按结构分为磺酸 盐、竣酸及竣酸衍 生物、酶类、有 机磷酸及盐类和有机肢及杂环化合
物五大类 。
磺酸盐
磺酸盐是使用得较早的防锈剂 。 按原料来源 ， 可分为石油磺酸盐和 合成磺酸盐 ； 接金属类型，可分为 顿盐、钙盐、镇盐、纳盐和辛辛盐 ， 作 为清净剂 的 磺酸盐用得最多 的 是 钙盐，其次是镇盐，而作为防锈剂 的磺酸盐用得最多 的 是顿盐，其次 是是纳盐和钙盐，除金属磺酸盐外 ， 还有镀盐 ； 按碱值来分，可分为中 性磺酸盐和碱性磺酸盐 。
国外最早使用牛油、羊毛脂、 石油脂类进行金属防锈 ， 20 世 纪 30 年 代 才 逐渐发展了合成防锈
剂 。 20 世纪 30 年 代初，出现了油 溶性石油磺酸盐防锈剂，其后又出 现了烧基或烯基 丁 二酸等竣酸以及
酸性磷酸酶（ Acid phosphate )
防锈剂，而烧基或烯基丁二酸等竣 酸型防锈剂广泛用于汽轮 机油。 第 二次世界大战后防锈油、防锈剂得 到迅速发展 ， 并广泛应用于金属 制 品的 防锈。 20 世纪 50 年 代又出
的保护（4）。
磺酸纳具有防锈和乳化性能， 多用于防锈乳化油（液），用于工 序间防锈， 在金属切削油和切削液 中起润滑、冷却、防锈和清洗作用 。 磺酸纳的相对分子质量越大，其防 锈性能越好。 磺酸纳的平均相对分 子质量与生锈程度的关系见图 313］。
石油磺酸顿是国内使用最早及 产量较大的防锈剂品种。 它的防锈 性较好，对多种金属具有优良的防 腐性能，以及优 良 的水置换性、酸 中和性，特别是抗盐水性能比较突 出 。 石油磺酸顿或石油磺酸纳均是 以润滑油馄分为原料，经磺化制得
。 另 一端是非极性的烧基，具 有疏水性质 ， 烧基链 的长 短对防锈 性也有影响 。
当含有防锈剂的油品与金属接 触时 ， 防锈剂分 子 中 的 极性基团对 金属表面有很强的吸附力 ， 在金 属 表面形成紧密的单分子或多分 子保 护层，阻 止 腐蚀介质与金属接触， 故起到防锈作用 。
防锈剂还对水及一些腐蚀性物 质有增溶作用，通过把这些物质增 溶于胶束中，起到了对腐蚀性物质 的分散或；咸活作用，从而消除腐蚀 性物质对金属的侵蚀。 当然 ， 碱性 防锈剂对酸性物质还有中和 作用， 使金属不受酸的侵蚀 。
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本文介绍 了 防锈剂的作用机理 、 主 要品种 、主 要 应 用及 国 内防锈剂的发展情况，展 望 了防锈剂的 发展趋势 。
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黄文轩 中 国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院
概述
所谓 的 “锈” ， 是一种由于氧 和水作用在金属表面生 成 的 氧化物 和氢氧化物的混合物，有时其也含 有由于与空气中的二氧化碳接触而 生 成 的 碳酸盐。 铁锈是红色 的， 铜 锈是绿色 的， 而铝和辛辛 的 锈称为自 锈。 从工业上看 ， 最应受到重视 的 是铁和钢 的 锈。 锈对钢铁制 品 和机 械设备的损害是极其严重 的问 题。
防锈剂 （ Anti- rust add itive ） 主 要
是用来防止钢铁的 生 锈 I1J。 金属锈 蚀 问 题遍及国民经济各行各业，金
属锈蚀会使金属制品 的 性能和商品 价值受到极大的损害，甚 至 会引起 重大故障而使设备报废。 据统计， 每年 由于金属锈蚀所造成的直接经 济损失约占国内 生 产总值 GD P 的 2% ～ 4% 。 也有报道称，世界上冶 炼得到的金属中约有 1/3 由于 生 锈 而在工业申报废。 为避免锈蚀 ， 人 们采取了各种各样的方法 ， 用防ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 油来保护金属制 品 便是目前最常见 的 防护方法之一（2)0
磺酸盐 的 溶解状态与极性化合 物的增溶溶解如图 1 所示［3)0
防锈剂在金属表面的吸附有物 理吸附和化学吸附 2 种 ：
。由于防 锈剂的极性分子的偶 极与金属表面发 生静电吸引而形成 物理吸附，如磺酸盐；
。 如 果吸附 的 分 子 能够与金属 起化学作用，则形成化学吸附，如 烯基丁二酸 。
防锈剂的主要晶种