專利名稱：鋼鐵在自來水中腐蝕的抑制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到化學(xué)領(lǐng)域，尤其是涉及到抑制鋼鐵在自來水中腐蝕的一種新型緩蝕劑(簡稱為XM-101)及其配制方法。
化學(xué)緩蝕劑法抑制鋼鐵在自來水中腐蝕不僅有效，而且較為簡便。這種方法采用的緩蝕劑種類繁多，諸如磷系、鉬系、鉬磷系、硅酸鹽系等等。其中的磷系緩蝕劑具有緩蝕率高、劑量小，原材料價廉易得，成本低、無毒等優(yōu)點而備受人們的關(guān)注和重視。商品名為PC-602水質(zhì)穩(wěn)定劑實質(zhì)上就是一種兼有一定阻垢功能的磷系緩蝕劑[《材料保護(hù)》1988,8(1):61]。它是由多元醇磷酸脂、多元醇聚磷酸脂，聚磷酸鹽和正磷酸鹽組成的。當(dāng)濃度為300ppm時，對A3鋼的緩蝕率高這98％(失重法)。雖然PC-602具有一定代表性，但所用劑量較大，且緩蝕率也有待進(jìn)一步提高。
本發(fā)明的目的就在于研制一種新型的，相對于PC-602而言，劑量更小而緩蝕率更高的同類緩蝕劑。
為達(dá)此目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)路線及其作用原理如下(1)以兼有緩蝕作用和阻垢作用的三聚磷酸鈉作為主成份。使新型緩蝕劑兼具一定的阻垢功能。(2)首次將具有水解性的磷酸二氫鋅引入配方中。磷酸二氫鋅與正磷酸鹽或非水解性的鋅鹽(如ZnSO4等)相比較具有更多的優(yōu)點。磷酸二氫鋅具有水解性，能在自來水中的鋼鐵表面的陰極反應(yīng)處形成不溶性的Zn3(PO4)2沉積膜，這種膜與基體結(jié)合牢固。正磷酸鹽或非水解性的鋅鹽(如ZnSO4)沒有這種性能。磷酸二氫鋅可在自來水中電離，磷酸根在溶解O2的協(xié)同作用下與Fe++反應(yīng)，在鋼鐵表面形成不溶性的FePO4沉積膜，其作用同正磷酸鹽，而Zn++有可能以Zn(OH)2的形式在鋼鐵表面形成陰極型沉淀膜，這種膜不牢固，但能增效，其作用同非水解性的鋅鹽(如ZnSO4等)相同。(3)利用“分子剪裁法”合成的磷酸三乙醇胺，進(jìn)一步加強(qiáng)了醇胺基團(tuán)和磷酸根之間的協(xié)同作用。由于醇胺基團(tuán)的緩蝕性能強(qiáng)于多元醇基團(tuán)，采用磷酸三乙醇胺較之多元醇磷酸脂更好。磷酸三乙醇胺在溶解O2的協(xié)同作用下，能在自來水中的鋼鐵表面形成磷酸三乙醇胺，γ-Fe2O3、Fe3O4和FePO4的多重保護(hù)膜，同時，由于磷酸三乙醇胺支鏈多，當(dāng)膜破損時尚具自修復(fù)的能力。并且，磷酸三乙醇胺與磷酸鹽復(fù)配可大幅度提高緩蝕效果。(4)通過復(fù)配試驗，達(dá)到優(yōu)化組合。實驗表明三聚磷酸鈉、磷酸二氫鋅和磷酸三乙醇胺首次作為一個整體(XM-101)配合完美，協(xié)同作用十分顯著，對抑制鋼鐵在自來水中腐蝕特別有效。
抑制鋼鐵在自來水中腐蝕的方法包括在自來水介質(zhì)中添加50ppm～250ppm的XM-101緩蝕劑以及該緩蝕劑的制備。這種緩蝕劑是由55～65％的三聚磷酸鈉、15～25％磷酸二氫鋅和15～25％的磷酸三乙醇胺組成的。三種組份的混合物最好以溶液的形式加入，總含量為100mg/ml。
緩蝕劑中的磷酸三乙醇胺和磷酸二氫鋅可按下列反應(yīng)式，即……(1)……(2)計算出磷酸、三乙醇胺和氧化鋅的用量，通過直接反應(yīng)制得。
XM-101緩蝕劑混合液的配制方法是，先取適量水，加入計算量的磷酸和三乙醇胺，充分?jǐn)嚢瑁㈧o置片刻，再加入計算量的氧化鋅，繼續(xù)攪拌至全溶，然后加入計算量的三聚磷酸鈉，攪拌至全溶，最后補(bǔ)足水量，攪勻，即成符合要求的緩蝕劑混合液。
根據(jù)自來水介質(zhì)的重量和要求的緩蝕劑濃度，可以計算出緩蝕劑混合液的用量，然后將緩蝕劑混合液加入自來水介質(zhì)中，攪拌均勻，即可使用。
XM-101自來水介質(zhì)緩蝕劑濃度為75ppm時，用失重法測得該緩蝕劑對A3鋼的緩蝕率高達(dá)100％。與PC-602相比，XM-101的劑量僅為PC-602的1/4，而緩蝕率卻高出2％，達(dá)到滿標(biāo)。顯而易見，XM-101的緩蝕性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于PC-602。
XM-101的主要特點(1)高效。(2)劑量小，原材料價廉易得，成本低。(3)原材料無毒。(4)兼有一定阻垢功能，可作水質(zhì)穩(wěn)定劑使用。
實施例1．試驗溶液為不加緩蝕劑的自來水和加有按60％三聚磷酸鈉、20％磷酸三乙醇胺和20％磷酸二氫鋅(重量百分比)配制成的XM-101自來水介質(zhì)緩蝕劑75ppm的自來水。試驗材料為A3鋼，規(guī)格為5×2.5×0.2cm，表面積為28cm2。所用試樣均經(jīng)金相砂紙逐級打磨，再經(jīng)自來水和無水酒精清洗，冷風(fēng)吹干，置于干燥器24小時以上，備用。
實驗采用失重法，試樣經(jīng)稱重后在試驗溶液中浸泡1800小時，取出的試樣按GB6384-86方法處理、稱重，按下列公式(3)計算鋼樣的腐蝕率υ，即υ(mm/y)-8.76×104×Δw/s×t×p……(3)式中Δw為鋼樣的失重(g),S為鋼樣的表面積(cm2),t為浸泡時間(h),p為鋼材密度(g/cm3)。
再按下列公式(4)計算緩蝕劑對A3鋼的緩蝕率E，即E(％)=(υo-υc)/υo×100……(4)式中υo為未加緩蝕劑的鋼樣腐蝕率，υc為給定緩蝕劑的鋼樣腐蝕率。
測試結(jié)果如下緩蝕劑濃度為75ppm時，對A3鋼的緩蝕率為100％。鋼樣光亮如初，未見宏觀腐蝕。
實施例2，方法同上，XM-101緩蝕劑濃度為150ppm(組分配比如上例)時，對A3鋼的緩蝕率為99.73％。鋼樣光亮，未見宏觀腐蝕。
權(quán)利要求
1．鋼鐵在自來水中腐蝕的抑制，其特征在于自來水介質(zhì)緩蝕劑是由三聚磷酸鈉、磷酸三乙醇胺和磷酸二氫鋅所組成，它們的配比(重量比)為三聚磷酸鈉55～65％；磷酸三乙醇胺15～25％；磷酸二氫鋅15～25％。
2．如權(quán)利要求1所述的鋼鐵在自來水中腐蝕的抑制，其特征在于自來水介質(zhì)緩蝕劑的濃度為50ppm～250ppm。
3．如權(quán)利要求1所述的鋼鐵在自來水中腐蝕的抑制，其特征在于自來水介質(zhì)緩蝕劑的三種組分的混合物最好配制成溶液的形式使用，總含量為100mg/ml。
4．鋼鐵在自來水中腐蝕的抑制，其特征在于緩蝕劑混合液的配制方法是，先取適量水，加入計算量的磷酸和三乙醇胺，充分?jǐn)嚢?，并靜置片刻，再加入計算量的氧化鋅，繼續(xù)攪拌至全溶，然后加入計算量的三聚磷酸鈉，攪拌至全溶，最后補(bǔ)足水量，攪勻，即成符合要求的緩蝕劑混合液。
全文摘要
鋼鐵在自來水中腐蝕的抑制包括在自來水介質(zhì)中添加50ppm－250ppm的一種新型緩蝕劑及該緩蝕劑混合液的配制方法。這種緩蝕劑是由55－65%的三聚磷酸鈉、15－25%的碳酸三乙醇胺和15－25%的磷酸二氫鋅所組成。它不僅能在自來水中的鋼鐵表面形成多重的保護(hù)膜,而且當(dāng)膜破損時尚具自修復(fù)的能力。因此,它對抑制鋼鐵腐蝕特別有效,緩蝕率高達(dá)100%,并且原材料價廉、無毒。同時,它還兼有一定的阻垢功能,可作為水質(zhì)穩(wěn)定劑使用。
文檔編號C23F11/08GK1219608SQ9712336
公開日1999年6月16日 申請日期1997年12月8日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月8日
發(fā)明者郭良生, 黃霓裳, 石小燕, 邱富榮 申請人:中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所二部