賈進營 郭國偉 范海玲

1 河南青山環(huán)?？萍加邢薰?，河南 鄭州 450000

2 鄭州啟杉防腐防護新材料技術研究院，河南 鄭州 450000

鋼鐵作為工業(yè)生產的重要材料，在生活當中的應用也十分廣泛?；跇O大的應用需求，如何保障鋼鐵生產效率，避免過度銹蝕造成的經濟損失，是工業(yè)研究和生產工作的重點。鋼鐵暴露在環(huán)境中，通常采用的辦法是利用水溶性防銹劑進行防護，能夠很好地實現(xiàn)金屬的防銹，且隨著研究應用的不斷深入，黑色金屬與有色金屬均能夠很好地受益。問題在于，傳統(tǒng)的水溶性防銹劑對于環(huán)境會造成一定破壞，對人體健康造成不同程度的損害，嚴重的能夠致癌。將環(huán)保友好型作為研究方向，實現(xiàn)環(huán)保型的成品研究與應用，同時降低生產成本，對于多方利益來說均十分被看好[1]。本研究以硅酸鈉、三乙醇胺、硼酸、乙二胺四乙酸和鎢酸鈉作為原料，經測試能夠達到以上的目標效果。

1 國內外的研究成果分析

1.1 國外研究成果

從美國方面來看，在制作防銹劑的原料中，因亞硝酸鈉的成本較低，來源比較廣，實際成品的功效突出，推廣到市場上較受好評。到1976 年，美國相關研究學會對于該成品進行了學術質疑，尤其對于亞硝酸鈉產生的負面效果來說，較其他原料更具毒性，甚至因很強的致癌基因造成人們的器官癌變。因實際后果趨于惡化，環(huán)保部門也對其環(huán)境破壞性提出質疑，隨后亞硝酸鈉在水基液當中的應用就被禁止，法律直接規(guī)定該原料不得用于制作防水防銹劑。其后，美國致力于環(huán)保型防銹劑的研究，以新型水溶性防銹劑的研制為目標，將烷基和鹵代基等作為原料，加上烷氧基、硼酸鹽和硼酸酯等，通過組合實驗及排除優(yōu)化的辦法，最終明確了將烷基一元與多元羧酸作為生產原料，結合相應衍生物的組合配比，制作出了新型的環(huán)境友好型的水溶性防銹劑，在此基礎上，能源利用和污染排放方面的成效也更為突出，受到環(huán)保部門的肯定[2]。

從日本方面來看，日本也經歷了非環(huán)保型向環(huán)保型轉變的探索過程。1977年以前，日本廣泛應用的水溶性防銹劑當中也以亞硝酸鈉為主要原料，日本機械振興協(xié)會在技術研究當中，明確了亞硝酸鈉同樣出現(xiàn)致癌效果，檢測到的致癌物質N－亞硝基二乙醇胺不僅造成人體損傷，致癌效果尤為突出。隨后，日本也據此對亞硝酸鈉為原料的防銹劑制作叫停，禁止亞硝酸鈉作為水基液的原料，且對其在其他化工領域的應用也進行嚴格監(jiān)管。結合美國的研究成果，日本也在研發(fā)當中對其他原料的應用效果進行測試分析，鹵代基、萘酸類原料也曾作為配比部分，最終形成了環(huán)保效果好、除銹效果突出的水溶性防銹劑。

1.2 國內研究成果

1984年，我國也關注到了防銹劑的環(huán)境污染和人體損害等負面效果，對于其制作原料中的亞硝酸鈉、亞硝基胺的致癌性進行分析并最終確定，在環(huán)保部門的督促下，相關生產企業(yè)在原料的使用上也有了嚴格的限制，亞硝酸鈉的應用與排放均要在嚴格的監(jiān)管之下。雖然我國將替代亞硝酸鈉作為研究的目標，也在實際研制上開展了大量工作，但因當時技術限制，實際推廣也面臨不小的困難，90 年代的相關工作未有突出成果。近年來，隨著社會環(huán)保意識的不斷強化，加上環(huán)保部門在環(huán)保監(jiān)管工作上的不斷努力，相應工作的研制越來越多，不僅大學院校和科研機構在學術方面有相當?shù)臏蕚?，企業(yè)的配合與支持也使得研究推廣工作有了長足進步[3]。三乙醇胺、苯甲酸鈉、硼酸、四硼酸鈉、鎢酸鈉和碳酸鈉、葡萄糖酸鈉等均被納入實驗研究當中，交互配比實驗成果也頗為豐富。

2 環(huán)保型水溶性防銹劑的研制要求

2.1 環(huán)保性與防銹性為基礎

基于研究方向為環(huán)保型水溶性防銹劑的研制，故研究的關鍵與基礎就在于成品的環(huán)保性與除銹性的兼得。在防銹性方面，可供選擇的多種化合物均能達到防銹效果，包括正辛酸單乙醇胺和三嗪三氨基己酸鈉，防銹效果顯著，壬二酸酰胺鈉的試驗應用結果也同樣突出。在實驗選擇中做好原料配比，就能得到很好的防銹效果。在此基礎上，在明確取代亞硝酸鈉的同時，避免選取其他環(huán)境破壞型原料，對每項化合物單個效用及組合效用進行具體分析，剔除潛在的環(huán)境威脅，保證優(yōu)異防銹性的同時確保突出的環(huán)保性[4]。

2.2 抗硬水性與抗雜油性

在實際成品應用中，水溶性防銹劑應確保不會在環(huán)境和生產環(huán)節(jié)中遭受排異導致無法發(fā)揮防銹效果。尤以硬水與雜油，作為潛在的生產環(huán)節(jié)應對物，化合物原料配比應起到對抗作用，保證基礎功效的發(fā)揮。

2.3 微生物穩(wěn)定性

在應用當中，防銹劑還會面臨微生物的威脅。如微生物作用下可能造成防銹劑出現(xiàn)變色，嚴重的造成發(fā)霉變質，氣味惡化，對于應用體驗造成損害之外，還可能導致防銹劑不再具備防銹功能。另外，微生物的繁衍物還可能造成金屬設備的腐化，導致設備無法正常工作。實現(xiàn)微生物的穩(wěn)定性，確保良好的使用效果，讓水基液具備更長久的使用壽命，在保證防銹劑實際作用的同時，在廢液排放時也能避免微生物及其衍生物帶來的環(huán)境破壞[5]。

2.4 廢液可處理性

廢液可處理性的實現(xiàn)，也就是在微生物穩(wěn)定性實現(xiàn)的基礎之上，通過化合物配比實現(xiàn)環(huán)保性，讓應用到水溶性防銹劑的工廠在進行廢液排放時不因污染物影響，可在相應的處理手段下實現(xiàn)廢液的有效排放，減少甚至避免造成污染物排放。

3 環(huán)保型水溶性防銹劑的評定與性能測試

3.1 水溶性防銹劑的評定方法

首先，在防銹劑的防銹性能評定上，將GB/T 6144-2010 作為參考依據，通過防銹劑作用于鑄鐵上的反應，分析其防銹效果。鑄鐵應確保其材質達標，以一級灰口為準，設定實驗環(huán)境，使得環(huán)境的溫度和濕度均在標準實驗范圍，以(35±2)℃為溫度設定值，95%為濕度設定值，實驗時間以24 小時為標準時間區(qū)間，并設定單片與疊片的試驗時間。在實驗稀釋劑的選擇上，避免水質影響，將蒸餾水作為實驗稀釋原料。同時，為明確實驗各化合物的劑量，通過初步的篩查工作，將亞硝酸鈉作為參照，篩取硅酸鈉、三乙醇胺和硼酸，結合乙二胺四乙酸和鎢酸鈉，以亞硝酸鈉為對比參照，依據實驗標準進行試片處理，經冷風干化處理，并利用濾紙進行包裝，用干燥器作進一步的干化處理，于處理完成的24 小時后作實驗標的。將各實驗防銹液對試驗標的表面進行滴涂，再回到干燥器內作干化處理，記錄實驗時間。各實驗標的的觀察記錄準確并作分析，得出各單疊片的腐蝕級別[6]。此外，可通過鹽水浸泡實驗的方法作為對比實驗，實驗方法為，將鑄鐵片同樣用HG/T3523-2008所示方法處理好，然后浸入制備好的試劑中，約1h 后取出，晾干，浸入3%的鹽水中，連續(xù)觀察并且記錄銹蝕情況。

其次，在以上實驗研究基礎上，進一步確定水溶性防銹劑的防銹性能評定。選取目標原料合成水溶性化合物，包括以烷基一元和多元羧酸等，結合硅酸鈉、三乙醇胺和硼酸等的對比參照，以上述研究路徑作進一步的實驗分析，明確評定結果并作對比。組成的數(shù)十種化合物當中，硅酸鈉、三乙醇胺和硼酸的防銹性能突出，相較亞硝酸鈉的性能也十分優(yōu)異，尤其在水中的試驗環(huán)境下，防銹劑的試驗效果也十分突出[7]。

3.2 水溶性防銹劑的性能測試

水溶性防銹劑的性能測試需經過幾個參數(shù)實現(xiàn)，包括目測觀察、設備測試和大氣腐蝕試驗檢測等。

首先，對水溶性防銹劑進行目測法測試，觀察其透明度，對液體的均勻度進行分析。依據相應標準，需確保其達到均勻和無分層的要求，在雜質和沉淀物等含量方面也依據標準，能夠通過初步的測試。具體來說，防銹劑應當為無色透明狀態(tài)，液體無分層且質地均勻，無雜質且無沉淀。

其次，通過周期內的觀察，對防銹劑的穩(wěn)定性進行測試。將防銹劑放置在室溫狀態(tài)，以14 天為觀察周期，如過程中且結束后防銹劑均呈現(xiàn)為均勻透明無異變狀態(tài)，則其符合穩(wěn)定性要求并達到相應的應用合格標準。

此外，運用金相顯微鏡對防銹劑作細微觀察，利用試片進行涂抹和未涂抹的對照觀察，通過試片表面形貌的觀察，得出水溶性防銹劑能很好地覆蓋試片表面，不出現(xiàn)基體裸露現(xiàn)象，結成的膜層能均勻分布，不出現(xiàn)渾濁和流掛情況，則通過該測試步驟。

同時，運用專門設備做極化曲線測試，PA R STAT-2273型電化學工作站能很好地完成該測試步驟。運用三電極對測試樣本進行電極測試和掃描，工作面積為1cm2。電解液為3.5%的氯化鈉水溶液。掃描速率為5 mV/s，正弦波激勵信號為 5mV，掃描頻率范圍為100kHz ～10mHz。實驗得出試片的防銹性能，對比得出防銹性能的最優(yōu)配比。

3.3 性能測試結果分析

研究測試得出，將硅酸鈉、三乙醇胺、硼酸、乙二胺四乙酸和鎢酸鈉作為原料制備的防銹劑符合實驗的相關標準要求，在各性能要求方面均達到標準。通過對比分析，明確該配比下水溶性防銹劑能很好地成膜，試片表面均勻無裸露，試片表面生成的保護膜達到了腐蝕介質的良好抵抗作用，在實驗環(huán)境乃至大氣環(huán)境下，不僅性能達標，防銹效果也實現(xiàn)了最好。需明確的是，經實驗對比，防銹劑應與適當?shù)乃M行稀釋，能夠對防銹期限進行調控，滿足目標期限。經過該配比制作的防銹劑，作化學拋光處理能夠很好地實現(xiàn)防銹和除銹，金屬表層光亮且平整，而且長時間質地穩(wěn)定，不會對金屬產生銹蝕作用，不出現(xiàn)裂紋，確保金屬質地的良好品質，確保金屬產品的完整性[8]。

該測試結果之下生產出的水溶性防銹劑，能夠達到環(huán)保性目標。對于實際生產的防銹劑成品而言，使用該環(huán)保型水溶性防銹劑可以安全、經濟地防止銹蝕。只需涂一層，就可以通過使用水性防銹劑來實現(xiàn)腐蝕控制，該防銹劑包含用于室內和室外儲存條件的平衡防銹體系。研究得到的環(huán)保型水溶性防銹劑為穩(wěn)定、不易燃、無毒、不可逆的溶液，易于施工，排水快，干燥快。盡管它們通常會干燥成透明或半透明的棕色薄膜，需要的話，可以將這些防銹產品做成不同顏色。這種水基防銹劑可以對從非常軟到非常硬的不同硬度金屬材質進行腐蝕防護。該防銹涂層可以通過刷涂、噴涂或浸涂來施工。環(huán)保型水溶性防銹劑減少了施工前的復雜清理工作，如果使用了噴涂設備，可使前清理、防銹施工、后整理系列施工流程一氣呵成。

4 結語

環(huán)保型水溶性防銹劑的測試與研究，通過對數(shù)種化合物的配比分析，利用多種測試方法，選擇出能夠很好替代亞硝酸鈉的防銹劑。研究得出的防銹劑不僅在化合物微生物的穩(wěn)定性方面表現(xiàn)突出，結合合成反應以及進一步的復配優(yōu)化，實現(xiàn)了防銹功能突出的水溶性防銹劑的制備。該防銹劑無毒，穩(wěn)定性強，應用在金屬防銹操作中也能很好地施工，干燥過程快，產生的廢液無污染，在工廠節(jié)能減排應用中有很好的效果，在環(huán)保性的實現(xiàn)上也能達到預期，更為未來的水基液新品種研發(fā)提供了更多的可能性。