一種抑制碳鋼在海水介質中腐蝕的綠色緩蝕劑及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001] 本發明屬于碳鋼防腐領域，更具體地說，涉及一種抑制碳鋼在海水介質中腐蝕的 綠色緩蝕劑及其制備方法和應用。
【背景技術】
[0002] 目前在冷凍行業中，工業氯化鈣、氯化鈉水溶液以其冰點低、價格低廉等優勢仍廣 泛應用在各類冷凍機和需要降低冰點的設備及場合。但由于工業氯化鈣、氯化鈉水溶液有 一定的腐蝕性，因此作為防（冷）凍劑時，應考慮防腐蝕問題，以保證設備的使用壽命。此 外，由于人類面臨淡水資源嚴重缺乏的危機，大力開發和利用海水已勢在必行。開發和利 用海水可以緩解淡水資源供不應求的緊張狀態，并降低生產成本。如船舶、濱海電廠、海底 注水管線等大量使用海水，但是海水中含有鹽分，有強烈的腐蝕性，影響金屬設備的安全運 行。
[0003] 在鹽水（海水）介質中使用緩蝕劑對金屬進行防護是較有效的措施之一。近幾 年緩蝕劑技術發展很快，已經形成了鉻酸鹽、鋅鹽、硼酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽、硝酸鹽、亞硝酸 鹽、全有機膦系、鉬酸鹽、鎢酸鹽及有機羧酸、有機醛類、有機胺等系列緩蝕劑。但由于海水 含鹽量高，腐蝕、結垢離子的質量分數高，微生物、大生物種類多、含量高，所以這些緩蝕劑 對海水介質中金屬的緩蝕效果不理想。
[0004] 最早用作海水介質中碳鋼的緩蝕劑的是甲醛。20世紀50~60年代國外科學家對 海水介質中的緩蝕劑進行了大量研究，比較了正磷酸、磷酸吡啶、磷酸二氫鉀、鉻酸鹽、重鉻 酸鹽、苯甲酸鹽、油酸、甲基油酸八葵胺、水楊酸、苯駢三氮唑、硫脲、亞硝酸鈉等緩蝕劑，表 明只有鉻酸鹽、重鉻酸鹽、亞硝酸鈉對海水介質中的碳鋼及有色金屬具有較好的緩蝕作用， 但這些鹽類所要求的用量均較高。且該時期的緩蝕劑研究均是從提高緩蝕效率出發，沒有 考慮到環境污染問題。進入20世紀70年代后，E. D. Mor等比較了某些有機酸鈣鹽作為海 水中碳鋼緩蝕劑的緩蝕效果，發現葡萄糖酸酐的緩蝕效果最好。隨著緩蝕技術的發展，前蘇 聯科學家進行了陰極保護與緩蝕劑聯合保護的探索研究，采用的緩蝕劑有磷酸二氫鈉、鉻 酸鉀等，結果表明，有陰極保護聯合作用時，緩蝕劑的投加量可大大降低。但含磷的緩蝕劑 易引起水源的富營養化，導致沿海海域大面積的赤潮和湖泊水質惡化。20世紀80~90年 代以來，國內外海水中緩蝕劑的研究更加活躍，研究方向也轉向了葡萄糖酸鹽、鉬酸鹽、鋅 鹽、鋁系金屬鹽以及植物提取類等對環境無污染的緩蝕劑上，研究表明，這些鹽類對海水或 近似海水中的碳鋼及有色金屬均有較好的緩蝕效果。
[0005] 在鹽水（海水）緩蝕劑領域應用綠色化學概念時的主要改進，是消除許多環境有 毒化合物的應用，如硝酸鹽、重鉻酸鹽，而代之以環境友好的化學品。目前，緩蝕劑的發展方 向是高效、低毒、無公害、無污染。
[0006] 經檢索，中國專利申請號為201210210869. X，申請日為2012年06月25日的專 利申請文件公開了一種抑制碳鋼鹽水腐蝕的環保高效緩蝕劑及其制備和使用方法，該緩蝕 劑由是由5%~50%的苯并三氮唑類物質、1%~10%的苯甲酸及其鹽、1%~10%的鉬酸 鹽，鎢酸鹽，磷鉬酸及其鹽，磷鎢酸及其鹽、2 %~20 %的醇胺類物質、1 %~10 %的酸式磷 酸鹽、1 %~10%的葡萄糖酸鹽、1 %~10%的堿性調節劑、1 %~10%的除氧劑及余量的水 經混合攪拌溶解制備而成。可替換毒性很高的重鉻酸鉀配方或亞硝酸鈉配方，以及非環保 的高磷高鋅配方，但是該緩蝕劑存在使用酸式磷酸鹽使水質富磷化的問題；鉬酸鈉是一種 弱氧化性緩蝕劑，它開始吸附于水合氧化膜上，使膜由陰離子選擇性變為陽離子選擇性，金 屬表面產生鈍化，生成一層鈍化膜，但該膜不夠均勻和致密，使用效果不理想；苯并三氮唑 雖然具有很好的緩蝕效果，它的主要缺點是有一定的毒性，而且價格較高，在使用時受到限 制，另外該緩蝕劑存在用量較大的問題。
[0007] 中國專利申請號為201310145231. 7,申請日為2013年04月24日的專利申請文件 公開了一種用于鹽水介質中的緩蝕劑及其制備方法，該緩蝕劑由以下組分組成：烴基二胺 或烴基多胺5%~40% ;烴基炔醇1%~20% ;有機胺0%~20% ;甲醛0%~20% ;短鏈 醇10%~70% ;水0%~30% ;制備方法為：在常溫常壓下，將烷基炔醇、有機胺、甲醛、短 鏈醇和水按比例加入到密封容器中攪拌1~4小時，使其混合均勻；再按比例將烴基二胺或 烴基多胺加入到上述混合液中，在密封容器中攪拌1~4小時，使其混合均勻，即制得所述 的緩蝕劑成品。但是該緩蝕劑存在使用甲醛，存在毒性大的問題；另外配方復雜，使用量較 大，熱穩定性也較差。
[0008] 孫立明等（孫立明，韋玉堂，趙瑩，鄭二麗，綠色鹽水介質碳鋼緩蝕劑的研究，材料 保護，2006年第39卷（增刊），112-114)研究了一種緩蝕性能好、低毒的綠色鹽水介質碳鋼 緩蝕劑，該緩蝕劑由葡萄糖酸鈣、聚天冬氨酸、鉬酸鈉、硫酸鋅、十二烷基葡萄糖苷按重量比 1:1:1:3:1組成，該緩蝕劑在22 %鹽水介質中（50°C )對碳鋼的緩蝕率可達97 %以上，但是 該緩蝕劑存在使用鉬酸鈉的問題，并且緩蝕劑用量較大。
【發明內容】
[0009] 1.要解決的問題
[0010] 針對現有的碳鋼緩蝕劑存在有一定毒性、用量大、緩蝕率較低等問題，本發明提供 一種抑制碳鋼在海水介質中腐蝕的綠色緩蝕劑及其制備方法和應用，在已有的鹽水介質碳 鋼緩蝕劑研究基礎上，研究了添加劑與緩蝕劑的復配效果，尋找緩蝕劑與緩蝕劑之間、緩蝕 劑與添加劑之間的協同效應，從而制得高效、環境友好的碳鋼緩蝕劑，本發明的緩蝕劑具有 緩蝕率高、用量小、制備時操作簡單、成本低、使用方便、環境友好的特點。
[0011] 2.技術方案
[0012] 為了解決上述問題，本發明所采用的技術方案如下：
[0013] -種抑制碳鋼在海水介質中腐蝕的綠色緩蝕劑，其組成成分及各組分的質量份數 為：葡萄糖酸鈣5-15份、聚天冬氨酸5-15份、鎢酸鈉5-20份、葡萄糖酸鈉20-40份、十二烷 基葡萄糖苷5-13份、水25-35份。
[0014] 優選地，其組成成分中還包括棕櫚酸異丙酯0. 5-0. 8份。
[0015] 優選地，所述的各組分的質量份數為：葡萄糖酸鈣10份、聚天冬氨酸10份、鎢酸鈉 10份、葡萄糖酸鈉30份、十二烷基葡萄糖苷10份、棕櫚酸異丙酯0. 7份、水30份。
[0016] 上述的一種抑制碳鋼在海水介質中腐蝕的綠色緩蝕劑的制備方法，其步驟為：
[0017] (a)先按比例稱取葡萄糖酸鈣5-15份溶于25~35份水中，攪拌溶解得到葡萄糖 酸鈣水溶液；
[0018] (b)再按比例稱取鎢酸鈉5-20份加入到葡萄糖酸鈣水溶液中并攪拌溶解；
[0019] (c)然后按比例依次加入葡萄糖酸鈉20-40份、聚天冬氨酸5-15份、十二烷基葡萄 糖苷5-13份，攪拌溶解；
[0020] (d)最后按比例加入棕櫚酸異丙酯0? 5-0. 8份攪拌10-15min，靜置后即得到所述 的抑制碳鋼在海水介質中腐蝕的綠色緩蝕劑。
[0021] 優選地，所述步驟（a)~（c)中水溶液的溫度控制在50-60°C。
[0022] 優選地，所述步驟（a)~（c)中水溶液的溫度控制在55°C。
[0023] 優選地，所述步驟（d)中，當步驟（c)制備的溶液冷卻至室溫后再加入棕櫚酸異丙 酯0? 5-1份并攪拌10-15min。
[0024] 優選地，所述步驟（a)~（d)中攪拌速度為150~250rpm。
[0025] 上述的一種抑制碳鋼在海水介質中腐蝕的綠色緩蝕劑在抑制碳鋼在海水介質中 腐蝕的應用。
[0026] 棕櫚酸異丙酯在抑制碳鋼在海水介質中腐蝕的緩蝕劑中的應用。
[0027] 3?有益效果
[0028] 相比于現有技術，本發明的有益效果為：
[0029] (1)本發明的緩蝕劑組分中使用了鎢酸鈉，鎢酸鹽由于其毒性低，對環境、人體和 作物沒有危害，也不引起微生物滋生，屬環境友好型緩蝕劑；
[0030] (2)聚天冬氨酸具有優良的阻垢分散性能，且可生物降解，是一種綠色阻垢劑成 分；
[0031] (3)本發明使用的烷基糖苷兼具非離子與陰離子表面活性劑的特性，是一種性能 優良的新型綠色表面活性劑，除具有表面活性劑的特性外，由于相似的結構和特性吸附，同 時也表現出緩蝕劑的性能，可單獨作為緩蝕劑使用，與緩蝕劑復配后可以大大提高緩蝕率、 降低緩蝕劑用量，減少污染，提高綜合性能等；
[0032] (4)本發明中的葡萄糖酸鈣、葡萄糖酸鈉為無毒助劑，并且復配性好；
[0033] (5)本發明制備的緩蝕劑的緩蝕協同作用模式是吸附-沉積-螫合控制，即協同緩 蝕劑組分分子由具有吸附、沉積、螯合作用的至少三種官能團組成，吸附官能團含有多對孤 對電子以向金屬表面吸附并形成吸附膜，沉積官能團能在金屬表面形成沉積物以強化吸附 膜，螯合官能團對沉積物有螯合作用以控制膜厚度，發明人根據該模式設計開發得到本發 明的協同緩蝕劑，經過大量腐蝕試驗結合理論分析確定了緩蝕劑組分的最佳配比和用量；
[0034] (6)本發明的緩蝕劑中還含有少量的棕櫚酸異丙酯，與聚天冬氨酸和鎢酸鈉復配 使用能顯著增強緩蝕效果，且使緩蝕劑在碳鋼表面形成的保護膜不易破損，保護聚天冬氨 酸中的妝鍵不易受微生物破壞；
[0035] (7)本發明提供的緩蝕劑的制備方法具有操作簡單、設計合理的特點，通過調整各 組分的添加順序及溶液溫度，最后在冷卻至室溫時加入棕櫚酸異丙酯，使緩蝕劑的性能得 到顯著提高，且本發明制備的緩蝕劑性能穩定，耐儲存，常溫條件下密封保存2~3年不聚 集不渾濁，具有用量少、緩蝕率高、環境友好的特點。
【具體實施方式】
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