張國明 王榕茂 劉婭

摘 要：本文通過反復試驗，觀察反應現象、測試產物的分子量及耐腐蝕性能，確定合成轉銹劑的最佳原料配比。采用紅外光譜（FT-IR）表征轉銹劑的主要結構及其與鐵銹的反應情況。

關鍵詞：轉銹劑；銹蝕鋼板；紅外光譜

1 前言

世界上每年因腐蝕而報廢的鋼鐵量占鋼鐵總產量的20%以上，而據我國有關部門不完全統(tǒng)計，我國因鋼鐵腐蝕所造成的損失大約為GDP的4%。為了減緩腐蝕的發(fā)生，最簡單有效且經濟的方法就是在鋼鐵表面采用防腐蝕涂料涂裝。在陶瓷機械中，金屬材料使用量也很大，而金屬的腐蝕是金屬受環(huán)境介質的化學或電化學作用而被破壞的現象。轉銹劑的應用可以克服金屬表面處理技術中施工對象所處的位置、施工對象的形狀和尺寸大小（尤其是復雜的幾何結構）等的不便，能使銹穩(wěn)定、鈍化或轉化，使活潑的鐵銹轉變成無害的物質。它作用在銹蝕的金屬表面，形成一個轉化層，然后將涂料體系應用在該轉化層上[1]；也可以先將其與涂料體系混合后刷涂于銹蝕的金屬表面，使其在轉變銹蝕的同時參與成膜[2]，以達到既除銹又保護的雙重目的。

陶瓷機械處于高溫、高濕、高酸等環(huán)境，防銹任務十分嚴峻。

2 實驗

2.1實驗儀器和藥品

2.1.1實驗儀器

本實驗所使用的主要實驗儀器及其型號、產地見表1。

2.1.2實驗藥品

本實驗所使用的主要原料的名稱、規(guī)格和生產廠家詳見表2。

2.2實驗方法

2.2.1轉銹劑的制備

在四口圓底燒瓶中加入3，4，5-三羥基苯甲酸（沒食子酸）、順丁烯二酸酐、乙二醇及對甲苯磺酸，升溫至回流溫度；當反應物變透明后，恒溫反應一定時間，將反應裝置改變?yōu)檎麴s裝置，將溫度降至80℃；然后在0.08～0.09MPa真空度下抽除溶劑，得到產物。

2.2.2試片準備

本實驗采用的試片為在自然環(huán)境下腐蝕生銹的鋼板。電化學測量的試片除工作表面外，其余表面用環(huán)氧樹脂封閉，環(huán)氧樹脂固化按環(huán)氧樹脂E44：丙二醇丁醚：乙二胺=40：4：2.8的比例（質量比）配制。

試片的處理過程：

（1） 用鋼絲刷清潔試片表面，將浮銹和贓物除去，然后用棉布將試片表面粉末抹掉；

（2） 用去離子水沖洗試片表面，然后用電吹風將其吹干；

（3） 將合成的轉銹劑用去離子水1：1稀釋后，涂覆于試片表面，室溫干燥3天后待測。

2.3測試

2.3.1分子量測試

采用Waters公司的組合型GPC儀，以THF為流動相，流速為1mL/min，柱溫箱溫度為40℃。

2.3.2紅外測試

液體樣品的制備：將少量合成的轉銹劑溶于四氯化碳，充分溶解后涂于溴化鉀片上，待其成膜后進行測試（樣品1）。

2.3.3電化學測試

采用上海辰華儀器有限公司的電化學工作站CHI660A進行測試。測量溫度保持室溫，工作液選用3.5%的氯化鈉溶液。掃描率在0.5mV/s，掃描范圍為-200～300mV。

2.3.4電子掃描電鏡（SEM）

采用日本電子公司的JSM-6700F場發(fā)射掃描電子顯微鏡進行形貌測試。

3 結果與討論

3.1沒食子酸與順丁烯二酸酐比值（n值）的確定

3.1.1 n值對反應現象及轉銹劑外觀的影響

在轉銹劑的制備過程中，n值對反應現象的影響較明顯。當n值為1：2時，100℃下反應不到1h，反應物就由鵝黃色變透明，即反應接近終點；隨著n值的逐漸增大，反應物變透明的時間逐漸增長，反應所需的溫度也越高。當n值為2：1時，反應物要在115℃條件下反應5h，才開始變透明；而大于這個比值，反應物在更高溫度下長時間反應也很難變透明，說明此時反應體系中沒食子酸已經大大過量。表3為n值對外觀的影響，由表可知，在合成轉銹劑時，n值應小于2：1。

3.1.2 n值對產物分子量及其分布系數的影響

對不同n值得到的反應產物進行GPC測試，其分子量及其分布情況見表4。由表可知，隨著n值的增大，產物的分子量相應減小，其分布系數D也略有變化。當n值為1.6：1時，分子量分布系數最小。

3.2轉銹劑的轉銹效果分析

圖1是未經轉銹劑處理的銹蝕鋼板（a1和a2）和經過轉銹劑處理的銹蝕鋼板（b1和b2）的表面形貌圖，表5為不同點處的元素及其含量。從圖1（a1）可以看出，鋼板試樣表面的鐵銹主要為一些形狀大小不一的塊狀結構和小的顆粒結構。表5對塊狀結構進行元素分析發(fā)現，其主要元素為Ca、O和C，說明塊狀結構可能是鋼板表面未完全清除的污物。圖1（a2）對小的顆粒結構進行放大處理，可以看到這些小顆粒是多孔隙的，這表明試樣表面的銹蝕含有纖鐵礦和針鐵礦，其中以纖鐵礦為主要成分。

經轉銹劑處理的銹蝕鋼板表面轉化膜主要分為兩個區(qū)（見圖1（b1）），亮區(qū)和暗區(qū)，該現象產生的原因可能是鋼板表面銹蝕不均勻。其中暗區(qū)是鋼板上無銹蝕部位或銹蝕極少的部位，亮區(qū)則是銹蝕較多的部分。圖1（b2）為對亮區(qū)放大的表面形貌，發(fā)現該區(qū)的銹蝕在轉銹劑的作用下轉化成片狀結構的晶體，這些片狀結構晶體相互重疊，緊密地覆蓋在金屬表面，可有效防止外層腐蝕介質到達金屬基體表面產生腐蝕。

圖2是與圖1中#1、#2、#3處相對應的EDX譜圖，其主要元素及含量見表5。由表可知，經轉銹劑處理的銹蝕鋼板表面與未經轉銹劑處理的銹蝕鋼板表面主要元素并沒有發(fā)生變化，主要都含有C、O和Fe；但是經轉銹劑處理后，C的含量明顯增大，Fe的含量明顯減小。由圖2和表5可知，本實驗合成的轉銹劑可有效地轉變銹蝕，且不含任何對環(huán)境有害的物質。

4 結論

（1） 在轉銹劑的制備過程中，沒食子酸與順丁烯二酸酐比值（n值）為1.6：1時，反應時間較短，得到的產物分子量分布系數窄、水溶性好，其轉化膜耐腐蝕性能佳。

（2） 轉銹劑與鐵銹反應可將鐵銹中形狀和排布不規(guī)則的纖鐵礦、針鐵礦和磁鐵礦的顆粒轉變成緊密排布的片狀結構晶體，且該轉銹劑不會給環(huán)境帶來任何有害物質。

（3） 本實驗制備的轉銹劑含多酚結構，其轉銹機理主要是多酚結構與銹蝕中的鐵離子反應形成穩(wěn)定的絡合物，該絡合物對底層金屬起到保護作用。

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