一种适用于海洋大气环境下碳钢的气相缓蚀剂及其制备方法
阅读说明：本技术 一种适用于海洋大气环境下碳钢的气相缓蚀剂及其制备方法 (Vapor phase corrosion inhibitor suitable for carbon steel in marine atmospheric environment and preparation method thereof ) 是由 陈君 姚建涛 张贵泉 刘薇 陈甜甜 于 2021-09-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种适用于海洋大气环境下碳钢的气相缓蚀剂及其制备方法,气相缓蚀剂由下列重量份的原料制成：3-(苯甲酰基)-N-(1,1-二甲基-2-羟乙基)-丙氨酸1％-3％,2-甲基咪唑啉2％-4％,尿素2％-4％,苯甲酸钠3％-4％,水溶性苯并三氮唑1％-2％,碱性离子水83％-91％。本发明的气相缓蚀剂绿色环保、高效、对环境污染小,且具有良好的协同作用,解决了现有海洋大气环境下气相缓蚀剂缓蚀性能差、毒性大的问题,制备方法简单,使用方便,适用于海洋大气环境下碳钢的气相缓蚀,能够提高海洋大气环境下碳钢的缓蚀率,延长其使用寿命。(The invention discloses a vapor phase corrosion inhibitor suitable for carbon steel in a marine atmospheric environment and a preparation method thereof, wherein the vapor phase corrosion inhibitor is prepared from the following raw materials in parts by weight: 1% -3% of 3- (benzoyl) -N- (1, 1-dimethyl-2-hydroxyethyl) -alanine, 2% -4% of 2-methylimidazoline, 2% -4% of urea, 3% -4% of sodium benzoate, 1% -2% of water-soluble benzotriazole and 83% -91% of alkaline ionized water. The gas phase corrosion inhibitor is green, environment-friendly, efficient, small in environmental pollution and good in synergistic effect, solves the problems of poor corrosion inhibition performance and high toxicity of the existing gas phase corrosion inhibitor in the marine atmospheric environment, is simple in preparation method and convenient to use, is suitable for gas phase corrosion inhibition of carbon steel in the marine atmospheric environment, can improve the corrosion inhibition rate of the carbon steel in the marine atmospheric environment, and prolongs the service life of the carbon steel in the marine atmospheric environment.)
技术领域
本发明属于金属气相防锈技术领域，具体涉及一种适用于海洋大气环境下碳钢的气相缓蚀剂及其制备方法。
背景技术
随着我国国家海洋战略的实施和蓝色经济的大力发展，海上设施如油气开发平台、潮汐能电站、矿产资源勘探、沿海装备等快速发展并大量投入使用，这些设施很多都是由碳钢制成的，暴露于海洋大气中面临海洋大气腐蚀的考验。由于海洋大气的腐蚀性比陆地大气高2-5倍，部分地区甚至高约100倍，导致海上设施腐蚀问题日益凸显，严重影响了海上设施的可靠性和使用寿命，急需采取有效的腐蚀防护措施。气相缓蚀剂能自动挥发出气体吸附在金属表面，形成稳定的保护膜，以钝化或屏蔽等方式抑制腐蚀过程，基本不受被保护物体形状和结构的限制，是海上设施防止大气腐蚀的理想手段之一。
长期以来，气相缓蚀剂研究的主要方向为黑色金属的腐蚀防护。其中亚硝酸盐因对黑色金属具有优异的缓蚀性能而占据主导位置，但亚硝酸盐对人体可能造成肝脏和肾脏组织病变，引起染色体改变，可能具有潜在的遗传毒性。磷酸盐缓蚀剂也因可使河流、湖泊过营养化导致赤潮问题，目前己被欧盟限制使用。随着环境保护法律法规的日趋严苛，研究新型低毒、高效的气相缓蚀剂是新的发展方向和趋势。
发明内容
为克服传统的亚硝酸盐和磷酸盐类气相缓蚀剂的缺点，本发明的目的在于提供一种适用于海洋大气环境下碳钢的气相缓蚀剂及其制备方法，该气相缓蚀剂低毒、具有优异的缓蚀效果。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种适用于海洋大气环境下碳钢的气相缓蚀剂，由下列重量份的原料制成：3-(苯甲酰基)-N-(1，1-二甲基-2-羟乙基)-丙氨酸1％-3％，2-甲基咪唑啉2％-4％，尿素2％-4％，苯甲酸钠3％-4％，水溶性苯并三氮唑1％-2％，碱性离子水83％-91％。
所述缓蚀剂在不超过24小时的时间内，涂覆于防锈塑料薄膜上，将其制成气相防锈薄膜；然后将被防锈的碳钢表面处理成清洁、平滑、干燥、无锈蚀状态；最后，将气相防锈薄膜包裹碳钢表面，并密封接口处，且气相防锈薄膜与碳钢之间直接接触。
3-(苯甲酰基)-N-(1，1-二甲基-2-羟乙基)-丙氨酸是一种氨基酸化合物，以化学吸附的方式在金属表面形成保护膜，对潮湿大气中的碳钢具有优良的缓蚀保护效果，且具有无毒、易降解的特点。
尿素作为一种小分子辅助剂，可与3-(苯甲酰基)-N-(1，1-二甲基-2-羟乙基)-丙氨酸发挥协同作用，填充至成膜的缝隙中，进一步增强缓蚀效果。
2-甲基咪唑啉作为小分子物质，具有低毒、易挥发特性，可与3-(苯甲酰基)-N-(1，1-二甲基-2-羟乙基)-丙氨酸发挥协同作用。
苯甲酸钠的作用如下：当Fe失去电子时(生成Fe2+或Fe3+)，很容易与带负电的C6H5COO-结合，生成相应的络合物，其中C6H5COO-中的O提供了孤对电子，其反应如下所示：
2(C7H5O2)-+Fe2+→Fe(C7H5O2)2
苯甲酸钠可以与金属离子结合，在金属表面形成一层络合物吸附膜，当浓度较小时，金属表面形成的吸附膜不完整，随着浓度增大，金属表面的吸附膜趋于完整。
水溶性苯并三氮唑可与金属离子形成螯合物，具有优良的防锈性能和缓蚀性能，与苯甲酸钠具有协同作用，可更好地保护金属表面。
所述气相缓蚀剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：根据所需配制缓蚀剂的量，按重量份分别称取1％-3％的3-(苯甲酰基)-N-(1，1-二甲基-2-羟乙基)-丙氨酸，2％-4％的2-甲基咪唑啉，2％-4％的尿素，3％-4％的苯甲酸钠，1％-2％的水溶性苯并三氮唑，83％-91％的碱性离子水；
步骤二：将步骤一称取的除碱性离子水外的各组分溶解于步骤一称取的碱性离子水中，搅拌5-10min，得到混合溶液；
步骤三：将步骤二得到的混合溶液静置5-8min，即得到适用于海洋大气环境下碳钢的气相缓蚀剂。
本发明的有益效果：
该气相缓蚀剂用几种有效组分进行复配，该气相缓蚀剂绿色环保、高效、对环境污染小，且具有良好的协同作用，解决了现有海洋大气环境下气相缓蚀剂缓蚀性能差、毒性大的问题，制备方法简单，使用方便，适用于海洋大气环境下碳钢的气相缓蚀，能够提高海洋大气环境下碳钢的缓蚀率，延长其使用寿命。
附图说明
图1为在表1所示的模拟海洋大气环境下未用气相缓蚀剂保护的试样的形貌。
图2为在表1所示的模拟海洋大气环境下用实施例1制备的气相缓蚀防锈薄膜进行保护的试样的形貌。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。
实施例1
步骤一，配制100g缓蚀剂，分别称取1g 3-(苯甲酰基)-N-(1，1-二甲基-2-羟乙基)-丙氨酸，2g 2-甲基咪唑啉，2g尿素，3g苯甲酸钠，1g水溶性苯并三氮唑，91g碱性离子水；
步骤二，将步骤一称取的3-(苯甲酰基)-N-(1，1-二甲基-2-羟乙基)-丙氨酸，2-甲基咪唑啉，尿素，苯甲酸钠，水溶性苯并三氮唑溶解于碱性离子水中，搅拌5min，得到混合溶液；
步骤三，将步骤二得到的混合溶液静置5min，即得到适用于海洋大气环境下碳钢的气相缓蚀剂。
将制得的缓蚀剂在不超过24小时的时间内，涂覆于防锈塑料薄膜上，将其制成气相防锈薄膜；然后将被防锈的碳钢表面处理成清洁、平滑、干燥、无锈蚀状态。
按GB/T 16276-2008中气相防锈薄膜的气相缓蚀能力试验方法进行试验，同时在无气相缓蚀剂条件下进行空白试验，试验环境为模拟海洋大气环境，腐蚀介质与温度、湿度选用表1中的环境条件。
表1实验条件
将做了缓蚀处理的碳钢分别用亚硝酸二环己胺制备的气相防锈薄膜和本发明实施例1制备的气相防锈薄膜包裹，在同样的温度、湿度(40℃，92％)下比较其缓蚀效果，对比湿热实验前后，碳钢的质量变化，用如下公式(1)和公式(2)进行计算：
其中：v—腐蚀速度，g/(m2·h)；W1—金属试样经腐蚀后的质量，g；W0—金属试样初始质量，g；S—金属试样表面积，m2；t—腐蚀实验进行的时间，h；η—缓蚀率，％；V0—未加缓蚀剂时金属的腐蚀速度，g/(m2·h)；v1—加入缓蚀剂后金属的腐蚀速度，g/(m2·h)。
实施例2
步骤一，配制100g缓蚀剂，分别称取1.5g 3-(苯甲酰基)-N-(1，1-二甲基-2-羟乙基)-丙氨酸，2.5g 2-甲基咪唑啉，2.5g尿素，3.2g苯甲酸钠，1.2g水溶性苯并三氮唑,89.1g碱性离子水；
步骤二，将将步骤一称取的3-(苯甲酰基)-N-(1，1-二甲基-2-羟乙基)-丙氨酸，2-甲基咪唑啉，尿素，苯甲酸钠，水溶性苯并三氮唑溶解于碱性离子水中，搅拌6min，得到混合溶液；
步骤三，将步骤二得到的混合溶液静置5min，即得到适用于海洋大气环境下碳钢的气相缓蚀剂。
实施例3
步骤一，配制100g缓蚀剂，分别称取2g 3-(苯甲酰基)-N-(1，1-二甲基-2-羟乙基)-丙氨酸，3g 2-甲基咪唑啉，3g尿素，3.4g苯甲酸钠，1.4g水溶性苯并三氮唑，87.2g碱性离子水；
步骤二，将步骤一称取的3-(苯甲酰基)-N-(1，1-二甲基-2-羟乙基)-丙氨酸，2-甲基咪唑啉，尿素，苯甲酸钠，水溶性苯并三氮唑溶解于碱性离子水中，搅拌7min，得到混合溶液；
步骤三，将步骤二得到的混合溶液静置6min，即得到适用于海洋大气环境下碳钢的气相缓蚀剂。
实施例4
步骤一，配制100g缓蚀剂，分别称取2.5g 3-(苯甲酰基)-N-(1，1-二甲基-2-羟乙基)-丙氨酸，3.5g 2-甲基咪唑啉，3.5g尿素，3.6g苯甲酸钠，1.6g水溶性苯并三氮唑，85.3g碱性离子水；
步骤二，将步骤一称取的3-(苯甲酰基)-N-(1,1-二甲基-2-羟乙基)-丙氨酸，2-甲基咪唑啉，尿素，苯甲酸钠，水溶性苯并三氮唑溶解于碱性离子水中，搅拌8min，得到混合溶液；
步骤三，将步骤二得到的混合溶液静置7min，即得到适用于海洋大气环境下碳钢的气相缓蚀剂。
实施例5
步骤一，配制100g缓蚀剂，分别称取3g 3-(苯甲酰基)-N-(1,1-二甲基-2-羟乙基)-丙氨酸，4g 2-甲基咪唑啉，4g尿素，4g苯甲酸钠，2g水溶性苯并三氮唑，83g碱性离子水；
步骤二，将步骤一称取的3-(苯甲酰基)-N-(1,1-二甲基-2-羟乙基)-丙氨酸，2-甲基咪唑啉，尿素，苯甲酸钠，水溶性苯并三氮唑溶解于碱性离子水中，搅拌10min，得到混合溶液；
步骤三，将步骤二得到的混合溶液静置8min，即得到适用于海洋大气环境下的碳钢的气相缓蚀剂。
测试结果
上述实施例1的试验结果如表2和附图1、附图2所示：
表2实验结果
缓蚀剂
缓蚀率
亚硝酸二环己胺
82.17％
实施例1缓蚀剂
91.24％
从表2的数据可见，本发明实施例1气相缓蚀剂的缓蚀率明显高于传统的亚硝酸二环己胺气相缓蚀剂。
从附图1和附图2可见，未用缓蚀剂保护的试样出现很明显的腐蚀锈点，腐蚀面积达80％以上，为三级腐蚀，而经实施例1制备的气相缓蚀剂保护的试样腐蚀面积低于20％，为一级腐蚀。
总之，本发明的气相缓蚀剂具有优异的缓蚀效果，适用于海洋大气环境下碳钢的气相缓蚀，制备方法简单，绿色环保。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其他的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。