缓蚀剂研究新进展摘要:近年来缓蚀剂的发展做了概况,并对缓蚀剂未来的发展方向做出了阐述,提出发展环境友好型缓蚀剂及完善缓蚀剂快速、准确、原位评价的方法和技术。
国际上缓蚀剂的研究主要集中在美国、中国、印度等国家。
其中,中国是在国际学术期刊上发表缓蚀剂论文最多的国家,研究水平与世界基本保持同步。
欧洲对缓蚀剂的研究也非常重视,但其重点在混凝土缓蚀剂和铝合金缓蚀剂的研究。
目前,绿色天然缓蚀剂、多功能缓蚀剂以及基于分子设计的缓蚀剂开发是研究发展的趋势。
关键词:缓蚀剂硬和软酸和碱吸附型缓蚀剂抑制效率正文:最新进展环境友好型缓蚀剃的开发年来,国内外环境友好型缓蚀剂的开发主要通过合成有机化合物和从天然植物中提取两种方式。
合成的有机化合物作为环境友好型缓蚀剂的种类包括:咪唑啉系列、氨基酸系列、曼尼烯碱和硫代磷酸酯类等。
咪唑啉系列环境友好型缓蚀剂仍然是目前的开发热点之一。
氨基酸系列环境友好型缓蚀剂的研究已开发出了全有机多元复合水处理缓蚀剂、高效的酸洗缓蚀剂。
曼尼烯碱系列和硫代磷酸酯类缓蚀也剂逐步引起了国内外研究者的兴趣。
从植物中提取缓蚀剂是近年来缓蚀剂领域研究的热点之一。
国内开展了对白酒糟、滇润楠叶、麻竹叶、木薯、云南甜龙竹叶等的提取物对金属的缓蚀行为研究。
国外一些学者研究了特定树叶提取物在硫酸介质中对低碳钢的缓蚀行为。
研究结果表明,这些植物提取物对低碳钢具有良好的缓蚀作用。
另外,米糠、无花果树叶、酒耶树汁等提取物也对金属有较好的缓蚀效果。
钢筋混凝土缓蚀剂引起混凝土内钢筋腐蚀的主要原因是碳化作用和氯离子渗透。
钢筋缓蚀剂的主要功能是抑制、阻止、延缓钢筋腐蚀的电化学过程。
缓蚀剂通常可作为外加剂掺加到混凝土中或涂敷在钢筋表面,优先参与并阻止腐蚀反应的阴阳极过程,从而有效地阻止钢筋的腐蚀。
早期使用的钢筋混凝土缓蚀剂有亚硝酸盐、铬酸盐、苯甲酸盐等,但由于它们存在有毒或者对混凝土性能有负面影响等缺点,逐渐被淘汰。
近年来新提出的迁移性缓蚀剂是含有各种胺和醇胺以及它们的盐与其它有机和无机物的复合型阻锈剂,能对钢筋表面的阴极和阳极同时产生保护作用,由于这类缓蚀剂具有渗透移动至钢筋表面并进行保护的特性,它既可应用于新建结构也可用于既有结构。
气相缓蚀剂气相缓蚀剂又叫挥发性缓蚀剂或气相防锈剂,常温下能自动挥发出缓蚀成分,吸附在金属表面,从而防止金属腐蚀。
通常使用的气相缓蚀剂大多是界面型缓蚀剂,其作用效果受缓蚀剂分子结构、缓蚀剂到达金属表面的途径、缓蚀剂的蒸汽压、金属表面吸附薄层液膜的pH等因素影响。
气相缓蚀剂到达金属表面后,其作用机理可分为电化学抑制机理与成膜型机理。
电化学抑制机理主要是气相缓蚀剂抑制了金属的阳极过程、阴极过程或同时抑制阴阳极过程。
成膜型机理可分为氧化膜型缓蚀剂、沉淀膜型缓蚀剂和吸附膜型缓蚀剂。
高效环保的气相缓蚀剂新品种开发日益受到重视。
将有机二胺或多胺化合物作为气相缓蚀剂的研究越来越多,氨基酸化合物具有无毒、易降解的特点,在缓蚀剂研究中备受亲睐,通过将气相缓蚀剂与天然的溶剂如植物油和它们的酯联合使用,可获得具有环境友好可生物降解的气相缓蚀剂。
铝、镁等其他金属缓蚀剂近些年,对铝及其合金的缓蚀剂研究主要有:氨基酸类、喹啉类、合成芳香环类含N 原子的化合物。
含有芳环结构的氨基酸由于离域π键的作用,使其更容易吸附在合金的表面,具有较好的缓蚀能力,而含巯基的半胱氨酸由于S的强吸附性,其缓蚀效果也较好。
色氨酸对铝合金在含氯离子溶液中的腐蚀、烟碱醛缩氨基硫脲对铝合金在不同浓度的硫酸和盐酸的混合溶液中的腐蚀都具有较好的抑制效果。
香草醛与铝形成的膜层跟铝合金表面的膜层一起形成紧密的膜层,能有效地抑制腐蚀的电荷转移过程。
葡萄糖酸钠、肉桂酸钠、钼酸钠和硝酸盐均能较好的抑制铝合全在乙二醇一水体系中的腐蚀,其缓蚀能力大小顺序为:硝酸盐>肉桂酸钠>葡萄糖酸钠>钼酸钠。
镁合金的缓蚀剂研究却相对较少,当前主要是研究在冷冻液中对镁合金能起到防腐蚀作用的部分缓蚀剂。
KMn04、Na3P04、Na2Mo04、KF牙口NaF等无机类缓蚀剂主要抑制镁合金的阳极过程,而一些有机类缓蚀剂主要抑制阴极过程,有的表现为一种混合抑制型缓蚀剂特征。
磷酸钠与十二烷基苯磺酸钠无机一一有机复合缓蚀剂在水一乙二醇体系中对GW103和AZ91镁合金的腐蚀具有很好的抑制效果,表现出优良的协同效果。
另外,许多多价的阴离子对镁的腐蚀有一定的抑制作用,特别是X0ynˉ型阴离子,如铬酸盐、高碘酸盐、钒酸盐等。
这些酸根离子可在镁表面形成一层在很宽的pH范围内稳定的保护膜,从而对镁起到保护作用。
饱和的直链脂肪酸盐也是镁在水溶液中的缓蚀剂,脂肪酸金属盐对镁的缓蚀能力与其碳链的长度有关。
作用效果的在线可靠评价缓蚀剂在实际现场应用中,需要对作用效果进行原位评价,以便建立合适的缓蚀剂加注制度和评价防护效果。
但是由于现场环境复杂、多变,使得一些原位评价方法无法使用或者误差较大。
缓蚀剂在线评价方法根据具体场合适用不同方法,除了失重挂片法、铁含量跟踪分析等常用的方法外,利用电化学探针、电阻探针等技术对缓蚀剂性能进行在线监测也应用较广。
然而,单一的评价方法可靠性并不高,将多种技术统和成一个智能评价系统,可使各种监测技术获得的信息互补和相互印证,能大大地提高对缓蚀剂效果评价的可靠性。
另外还可利用分光光度法、原子示踪法、色谱法、加入定量已知可检出物质、直接检出缓蚀剂中某类物质或基团等方法。
发展趋势与展望开发绿色天然缓蚀剂随着环保意识的增强和环境保护法的严格限制,人们希望开发一种高效、低毒、剂量小及成本低的新型缓蚀剂来取代原有的非环境友好型缓蚀剂。
绿色天然缓蚀剂是高效的环境友好型缓蚀剂开发研究中的一个重要方向。
植物是天然缓蚀剂的一个重要来源,目前国内外已经用各种不同的方法从油橄榄叶、大蒜、海带、迷迭香叶、黄连、樟树叶、绿荼叶、油菜籽、竹叶等天然物质中提取相应的成份、研究它们在酸性、中性、碱性的环境中对金属的缓蚀作用,取得了一定的进展。
关于动物提取物作为缓蚀剂的研究较少,为数不多的研究集中在河蚌水解产物、鱼内脏水解产物、人类的头发、鸡蛋的水解产物等物质上。
另外,利用生物废料豆渣,采用浸渍方法制备氨基酸类缓蚀剂,利用化工生产下脚料制备缓蚀剂,用胱氨酸废水制备缓蚀剂等工作已有报道。
这不仅为废弃物的综合利用开辟了新的途径,而且具有较好的经济效益和环境效益。
多功能高效缓蚀剂的开发多功能高效缓蚀剂的开发,不仅有助于降低缓蚀剂的使用成本,而且可以减缓缓蚀剂对系统介质和环境的影响。
国内外的缓蚀剂的研究和开发向多功能、高效、无毒、可生物降解方向发展,呈现以下的发展趋势。
(1)进一步对现有缓蚀剂进行改性研究,提高其缓蚀性能。
无论是有机缓蚀剂、无机缓蚀剂还是从生物体中提取的天然缓蚀剂,都可以从其结构或者化合态等方面进行改性,得到针对性强、缓蚀性能高的缓蚀剂。
(2)对现有的缓蚀剂进行复配研究,得到一种多功能的缓蚀剂,实现资源的优化利用。
目前,通过复配寻找高效缓蚀剂已经成为研究中的一种重要的手段,但其中的复配机理、缓蚀剂间的相互作用规律尚有待进一步完善。
(3)大力探索从天然植物、海产动植物中,提取、分离、加工新型缓蚀的有效成分,同时加强人工合成多功能基的低毒或无毒的有机高分子型缓蚀剂的研究工作。
(4)运用量子化学理论和分子设计等先进科学技术合成高效多功能和环境有好的高分子型有机缓蚀剂。
利用分子设计开发缓蚀剂设计开发更多缓蚀性能好、适应能力强、经济效益显着的缓蚀剂对于应对各种复杂的腐蚀环境尤为重要。
随着量子化学理论研究的发展和实验技术、计算机应用技术的进步,为新型缓蚀剂的开发设计提供了方向,即通过构建缓蚀剂的定量结构一一性能关系(QSAR)模型,设计、预测、合成新型高效缓蚀剂。
同时,充分利用相关试验结果,提高新型缓蚀剂分子设计的成功率,节省大量的时间和资源,降低环境污染。
利用分子设计开发缓蚀剂是缓蚀剂研究的一个最重要的方向之一,尽管越来越多的缓蚀剂研究者不断投入探索通过理论计算利用分子设计来指导新型高效缓蚀剂开发的研究工作,但距离建立一个真正能通过分子设计来有效地指导缓蚀剂开发的模型和方法还面临着许多挑战。
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