1 试验方法
合成液防锈性能的评价按GB/T6144-85规定,有单片防锈、叠片防锈法。另外还采用了铁法[1]。
2 结果与讨论
2.1 水溶性防锈剂的筛选
水溶性防锈剂是合成液中的主要添加剂。亚硝酸钠因防锈性好且价廉常被用作防锈剂。70年代美国国立职业安全与保健研究院检查报告表明,亚硝酸钠与有机胺反应能生成被确认为致癌物质的亚硝基胺,因此,亚硝酸钠相继被各国禁用。开发能够替代亚硝酸钠的新型防锈剂势在必行,主要替代品有硼酸盐、羧酸盐、磷酸盐、磺酸盐等几大类[2、3]。关于水溶性防锈剂的作用机理,众说不一。从金属腐蚀原理[4]可知,金属腐蚀过程是在腐蚀电池的阳极区和阴极区同时进行的两个电极反应,只要设法阻滞其中的任何一个,或同时阻滞这两个反应,就可以减缓金属腐蚀过程。水溶性防锈剂可分为阳极型、阴极型、混合型、吸附型等。
笔者首先考察了作为参比的亚硝酸钠的防锈性能,结果见表1。由表1可见,亚硝酸钠与醇胺复合使用才能显示出好的防锈效果。试验中合成了多种水溶性防锈剂,主要有硼酸盐及羧酸盐类。一般认为硼酸盐与羧酸盐的作用机理属吸附型,其分子中极性基团吸附于金属表面而起到防锈效果,但也有人认为硼酸盐具有阳极钝化作用。对所合成的硼酸盐及羧酸盐进行单剂防锈性能考察,防锈效果均不理想。但进行二元复配体系防锈性能考察时发现,在合成的防锈剂中,硼酸盐BM和羧酸盐CM两者复配后,其防锈效果好,结果如表2所示。
由表2可见,硼酸盐BM和羧酸盐CM复合配比为2∶1时防锈性能加强,该复配体系在用量相当的条件下,防锈性能与亚硝酸钠相当。北京医科大学进行的急性口服中毒试验表明,BM和CM复配体系无毒。因而该复配体系是无毒、低公害的较为理想的亚硝酸钠替代品。
2.2 水质硬度对防锈性能的影响
合成液中约含95%的水,因而水的质量对合成液的性能有较大的影响。我国北方地区水质较硬,一般硬度达300～500μg/gCaCO3,个别地区高达600μg/gCaCO3。不同硬度的水质对一个市售合成液样品的影响见表3,由表3可见,水硬度的增大使合成液析出沉淀,并且防锈性能急剧下降。试验中还发现高硬度水质对合成液稳定性的影响有:(1)合成液中使用的添加剂在高硬度水中与钙镁离子反应,生成不溶物析出,体系混浊。(2)合成液在较高碱性条件下,长时间放置,容器底部析出水垢状沉淀。
适当提高防锈剂的用量来提高在高硬度水质中合成液的防锈性能,所用防锈剂为前述的硼酸盐BM和羧酸盐CM的复配体系,防锈剂本身不与硬水反应,溶液澄清,不同含量的防锈剂在硬水中的防锈性能如表4所示。由表4可见,随着防锈剂用量的增加,防锈性能提高,但长时间放置,容器底部析出沉淀的问题未能解决。
笔者选择几种螯合剂来解决合成液的沉淀问题,并且考察它们对防锈性能的影响,结果见表5,由表5可见,多数多元酸类螯合剂不能防止沉淀的出现,只有多膦酸盐(I)和(II)防止沉淀效果较好,用量小,而且对防锈性能无不良影响。
2.3 表面活性剂对防锈性能的影响
为改善合成液的润湿性,需加入适量的表面活性剂。但表面活性剂对合成液的防锈性能有很大的影响,不同类型的表面活性剂对合成液的防锈性能的影响不同,结果如表6所示,由表6可见,阳离子表面活性剂和大多数非离子表面活性剂(聚醚( )除外)对防锈性能不利,但多数阴离子表面活性剂对防锈性能基本上无不良影响。
考虑到合成液的抗硬水性能,所选择的表面活性剂还应该具有耐硬水的性能,结果见表7,由表7可见,一些阴离子表面活性剂和个别非离子表面活性剂在硬水中对防锈性能影响不大,但阴离子表面活性剂耐硬水的能力差。
综上所述,应选择耐硬水能力强并且对防锈性能影响不大的非离子表面活性剂加入合成液中,以提高合成液的润湿性。
2.4 合成液复合配方防锈性能的考察
根据上述试验,选择合适的防锈剂、螯合剂、表面活性剂及其它功能添加剂,配制出无亚硝酸钠的合成液SC-1,对其防锈性能进行考察,结果见表8。由表8可见,合成液SC-1的防锈性能好于国产合成液样品,与进口样品的防锈性能相当。
3结论
(1)对所合成的水溶性防锈剂硼酸盐BM和羧酸盐CM进行2∶1复配,体系无毒,等剂量条件下防锈性能与亚硝酸钠相当,使合成液具有良好的防锈性能。
(2)通过使用螯合剂和调整防锈剂用量,可以有效地解决合成液在高硬度水质中的沉淀问题。
(3)选择合适的表面活性剂,既可以改善合成液的润湿性能,又不影响合成液的防锈性能。
(4)研制的合成液SC-1全配方防锈性能较好。
参考文献:
[1]顾玉兰.用铁屑法测定水基切削液防锈性能的研究[M].上海:上海商品应用研究所,1993.
[2]Waldstein D A.Compositions containing monoalkanolam ide borates [P]. USP4022713,1977.
[3]Jahnke R W.Polycarboxylic acid/boric acid/am ine salts and aqueous systems containing same[P].US4533481,1985.
[4]周静舒.防锈技术[M].北京:化学工业出版社,1988.3-8.
