一种混酸介质中的镀锌缓蚀剂
阅读说明：本技术 一种混酸介质中的镀锌缓蚀剂 (Zinc plating corrosion inhibitor in mixed acid medium ) 是由 陈敏 薛冕 徐会武 黄长山 吴晋英 张晓光 陈言 于 2021-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种混酸介质中的镀锌缓蚀剂,特别适用于镀锌设备使用,属于设备清洗与防护技术领域。该缓蚀剂包括溶质和溶剂：所述溶质占缓蚀剂总重量的5%—10%,所述溶剂占缓蚀剂总的重量百分比为90%—95%；其中溶质包括十二烷基二甲基苄基氯化铵、烟酸、吖啶、黄连素、咪唑啉酰胺、聚丙烯酸钠；溶剂为盐酸和草酸混合溶液,体积比为1:6。本发明原料来源广泛,价格经济实用,生产工艺简易,在常温下即可达到配置要求。在保证清洗效果的基础上有效地保护了镀锌层,腐蚀率低,成本低廉,制作工艺简单,推广应用价值。(The invention relates to a zinc plating corrosion inhibitor in a mixed acid medium, which is particularly suitable for zinc plating equipment and belongs to the technical field of equipment cleaning and protection. The corrosion inhibitor comprises a solute and a solvent: the solute accounts for 5-10% of the total weight of the corrosion inhibitor, and the solvent accounts for 90-95% of the total weight of the corrosion inhibitor; wherein the solute comprises dodecyl dimethyl benzyl ammonium chloride, nicotinic acid, acridine, berberine, imidazoline amide and sodium polyacrylate; the solvent is a mixed solution of hydrochloric acid and oxalic acid, and the volume ratio is 1: 6. The invention has wide raw material source, economic and practical price and simple production process, and can meet the configuration requirement at normal temperature. Effectively protects the zinc coating on the basis of ensuring the cleaning effect, and has the advantages of low corrosion rate, low cost, simple manufacturing process and popularization and application value.)
技术领域
本发明涉及一种混酸介质中的高效镀锌缓蚀剂及其制备方法，特别适用于镀锌设备的化学清洗，属于设备清洗与防护技术领域。
背景技术
金属锌为两性金属，标准电极电位为-0.762V，与酸反应平衡常数为5.888×1025，在酸性溶液中极易反应，是最不耐腐蚀的金属材料之一。锌的汞齐化是沿用已久的缓蚀措施。铬酸盐及亚硝酸盐也可以有效保护金属锌被腐蚀。但汞有剧毒，铬酸盐、亚硝酸盐也会造成环境污染，应用都受到一定的限制。到目前为止，很少有高效的金属锌缓蚀剂，有人也发表过相关的论文和研制出相关的产品，但在使用过程中效果并不是很好且有较大的异味。
镀锌换热设备由于成本低、换热性能好而被越来越多的企业使用，但在利用循环水给设备进行冷热交换的运行过程中，因为镀锌设备的换热列管结生水垢而极大地降低了设备的换热效果，造成大量额外的水电资源浪费，企业必须停产对设备进行化学清洗除垢保养。相关统计，自然灾害及各类事故损失的总和远远不及金属腐蚀给我们带来的经济损失，其所造成的经济损失约占我国GDP的3％～5％。此外，有关锌在盐酸介质中的腐蚀反应的热力学性能参数尚未见报道，能够用于工业方面的缓蚀剂也尚未见报道缓蚀剂之所以能被各行各业青睐应用于防腐中，主要有以下几个特点:(1)缓蚀效率高，能有效地延长金属的寿命；(2)见效快，使用周期长；(3)制备方便，来源广泛，成本低廉，而且用量少，能有效地最大程度降低成本；(4)市售缓蚀剂毒性低，无二次污染，对工作人员身体健康无影响；(5)添加缓蚀剂对金属设备的性能和表面及形状无影响；(6)应用方便，无需增加投料辅助设备等。因此，开发一种高效环保廉价的缓蚀剂来抑制锌在盐酸中的腐蚀，将能带来巨大的经济效益和社会效益。
发明内容
针对目前技术状况，本发明目的在于提供一种混酸介质中的镀锌缓蚀剂及其制备方法，达到高效去除镀锌设备中的水垢且保护镀锌设备表面保护层不受腐蚀。
本发明采用以下技术方案：所述混酸介质中的镀锌缓蚀剂包括溶质和溶剂：所述溶质占缓蚀剂总重量的5％—10％，所述溶剂占缓蚀剂总的重量百分比为90％—95％；其中溶质由如下成份组成，各组份以重量份计：十二烷基二甲基苄基氯化铵10—20份、烟酸5—15份、吖啶5—10份、黄连素6—8份、咪唑啉酰胺类化合物10—20份、聚丙烯酸钠20—40份；溶剂为盐酸和草酸混合溶液，体积比为1:6。
作为本发明的一种优选技术方案1：所述溶质由如下成份组成，各组份以重量份计：十二烷基二甲基苄基氯化铵10份、烟酸5份、吖啶5份、黄连素6份、咪唑啉酰胺类化合物10份、聚丙烯酸钠20份；溶剂为盐酸和草酸混合溶液，体积比为1:6。
作为本发明的一种优选技术方案2：所述溶质由如下成份组成，各组份以重量份计：十二烷基二甲基苄基氯化铵15份、烟酸10份、吖啶8份、黄连素7份、咪唑啉酰胺类化合物15份、聚丙烯酸钠30份；溶剂为盐酸和草酸混合溶液由如下成份组成，各组份以重量份计：比为1:6。
作为本发明的一种优选技术方案3：所述溶质由如下成份组成，各组份以重量份计：十二烷基二甲基苄基氯化铵20份、烟酸15份、吖啶10份、黄连素8份、咪唑啉酰胺类化合物20份、聚丙烯酸钠40份；溶剂为盐酸和草酸混合溶液，体积比为1:6。
作为本发明的一种优选技术方案4：所述溶质由如下成份组成，各组份以重量份计：十二烷基二甲基苄基氯化铵15份、烟酸5份、吖啶9份、黄连素7份、咪唑啉酰胺类化合物15份、聚丙烯酸钠30份；溶剂为盐酸和草酸混合溶液，体积比为1:6。
所述咪唑啉酰胺类化合物结构式如下：
1a～1d
an＝2，bn＝3，cn＝5，dn＝6
本发明选用十二烷基二甲基苄基氯化铵为表面活性剂，其具有苯环和含孤对儿电子的N能形成大Π健，能更好的吸附金属锌形成更好的保护膜从而使得金属不会受到进一步腐蚀。烟酸在镀层表面吸附形成阻碍腐蚀传质、传荷过程的阻挡膜，以保护镀层表面免受酸液的侵蚀。吖啶是一种混合型缓蚀剂，通过吸附在电极表面形成绝缘的吸附层，增大电极的电荷迁移电阻和减少双电层电容，抑制电化学腐蚀过程的发生。黄连素通过其活性中心吸附在金属表面以阻止金属的腐蚀行为。咪唑啉酰胺类化合物增加了缓蚀剂分子中的活性中心，多个N原子和O原子都可以跟金属表面配位，而分子中的疏水基团长链烷基则进一步阻止腐蚀介质向金属表面扩散，双层保护使得缓蚀效果更好。聚丙烯酸钠作为分散剂。
本发明镀锌缓蚀剂通过N、O键等跟金属表面形成配位键，达到缓蚀效果。与现有技术相比，具有以下技术效果：除垢率达到97％以上，在保证清洗效果的基础上有效地保护了镀锌层，腐蚀率低，平均腐蚀率低于1.5g/m2·h，比国家标准所述2g/m2·h，降低了约25％，成本低廉，制作工艺简单，在常温下即可达到配置要求，且原料来源广泛，用于镀锌设备清洗有很好的应用前景。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：
实施例1
所述混酸介质中的镀锌缓蚀剂包括溶质和溶剂：溶质由如下成份组成，各组份以重量份计：十二烷基二甲基苄基氯化铵10份、烟酸5份、吖啶5份、黄连素6份、咪唑啉酰胺10份、聚丙烯酸钠20份；溶剂为盐酸和草酸混合溶液，体积比为1:6。
制备方法：按以上重量份称取各组份，将溶质溶于溶剂中，搅拌混合均匀即可。
实施例2
所述混酸介质中的镀锌缓蚀剂包括溶质和溶剂：所述溶质由如下成份组成，各组份以重量份计：十二烷基二甲基苄基氯化铵15份、烟酸10份、吖啶8份、黄连素7份、咪唑啉酰胺15份、聚丙烯酸钠30份；溶剂为盐酸和草酸混合溶液由如下成份组成，各组份以重量份计：比为1:6。
实施例3
所述混酸介质中的镀锌缓蚀剂包括溶质和溶剂：所述溶质由如下成份组成，各组份以重量份计：十二烷基二甲基苄基氯化铵20份、烟酸15份、吖啶10份、黄连素8份、咪唑啉酰胺20份、聚丙烯酸钠40份；溶剂为盐酸和草酸混合溶液，体积比为1:6。
实施例4
所述混酸介质中的镀锌缓蚀剂包括溶质和溶剂：所述溶质由如下成份组成，各组份以重量份计：十二烷基二甲基苄基氯化铵15份、烟酸5份、吖啶9份、黄连素7份、咪唑啉酰胺15份、聚丙烯酸钠30份；溶剂为盐酸和草酸混合溶液，体积比为1:6。
应用例1：金属锌腐蚀率测试
参照国家HG/T2387-2007《工业设备化学清洗质量标准》的规定，本发明化学清洗剂对金属腐蚀实验如下：
1、将3组纯锌试片用320#水砂纸在平面玻璃板上前后方向打磨，并仔细磨去棱边的小毛刺，然后用丙酮浸泡去掉油污(注意擦洗试片挂孔内污物)，用纱布擦干后放人无水乙醇中浸泡lmin～2min，取出后热风吹干放入于燥器中，1h后将试片称重备用。纯锌标准试片宽、长、厚度为25×50×2.0mm，面积S为0.0028m2。使用分析天平(称量精确度为±0.0001)分别进行称重，称得质量为W1(g)。
2、将试片置于本发明实施例1制得的清洗剂所使用的清洗系统的指定位置，待清洗结束后立即取出用清水淋洗，用滤纸吸去水分，放入无水乙醇中浸泡lmin～2min，取出后快速吹干放置人干燥器中，1h后用分析天平称重，称得质量为W2(g)；同时记录下清洗时间t(h)。
金属锌腐蚀速率(K)计算公式：K＝(W1-W2)/S·t
现场测试数据记录如表1
表1现场测试金属锌腐蚀率
由测试数据可以看出，实测金属锌标准试片腐蚀速率平均值为1.4479g/m2·h，小于国家HG/T2387-2007《工业设备化学清洗质量标准》规定的2g/m2·h标准。
应用例2：金属锌腐蚀率测试
参照国家HG/T2387-2007《工业设备化学清洗质量标准》的规定，本发明化学清洗剂对金属腐蚀实验如下：
1.将3组纯锌试片用320#水砂纸在平面玻璃板上前后方向打磨，并仔细磨去棱边的小毛刺，然后用丙酮浸泡去掉油污(注意擦洗试片挂孔内污物)，用纱布擦干后放人无水乙醇中浸泡lmin～2min，取出后热风吹干放入于燥器中，1h后将试片称重备用。纯锌标准试片宽、长、厚度为25×50×2.0mm，面积S为0.0028m2。使用分析天平(称量精确度为±0.0001)分别进行称重，称得质量为W1(g)。
2.将试片置于本发明实施例2制得的清洗剂所使用的清洗系统的指定位置，待清洗结束后立即取出用清水淋洗，用滤纸吸去水分，放入无水乙醇中浸泡lmin～2min，取出后快速吹干放置人干燥器中，1h后用分析天平称重，称得质量为W2(g)；同时记录下清洗时间t(h)。
金属锌腐蚀速率(K)计算公式：K＝(W1-W2)/S·t
现场测试数据记录如表2
表2现场测试金属锌腐蚀率
由测试数据可以看出，实测金属锌标准试片腐蚀速率平均值为1.4077g/m2·h，小于国家HG/T2387-2007《工业设备化学清洗质量标准》规定的2g/m2·h标准。
应用例3：金属锌腐蚀率测试
参照国家HG/T2387-2007《工业设备化学清洗质量标准》的规定，本发明化学清洗对金属腐蚀实验如下：
1.将3组纯锌试片用320#水砂纸在平面玻璃板上前后方向打磨，并仔细磨去棱边的小毛刺，然后用丙酮浸泡去掉油污(注意擦洗试片挂孔内污物)，用纱布擦干后放人无水乙醇中浸泡lmin～2min，取出后热风吹干放入于燥器中，1h后将试片称重备用。纯锌标准试片宽、长、厚度为25×50×2.0mm，面积S为0.0028m2。使用分析天平(称量精确度为±0.0001)分别进行称重，称得质量为W1(g)。
2.将试片置于本发明实施例3制得的清洗剂所使用的清洗系统的指定位置，待清洗结束后立即取出用清水淋洗，用滤纸吸去水分，放入无水乙醇中浸泡lmin～2min，取出后快速吹干放置人干燥器中，1h后用分析天平称重，称得质量为W2(g)；同时记录下清洗时间t(h)。
金属锌腐蚀速率(K)计算公式：K＝(W1-W2)/S·t
现场测试数据记录如表3
表3现场测试金属锌腐蚀率
由测试数据可以看出，实测金属锌标准试片腐蚀速率平均值为1.1929g/m2·h，小于国家HG/T2387-2007《工业设备化学清洗质量标准》规定的2g/m2·h标准。
应用例4：金属锌腐蚀率测试
参照国家HG/T2387-2007《工业设备化学清洗质量标准》的规定，本发明化学清洗对金属腐蚀实验如下：
1.将3组纯锌试片用320#水砂纸在平面玻璃板上前后方向打磨，并仔细磨去棱边的小毛刺，然后用丙酮浸泡去掉油污(注意擦洗试片挂孔内污物)，用纱布擦干后放人无水乙醇中浸泡lmin～2min，取出后热风吹干放入于燥器中，1h后将试片称重备用。试片为纯锌标准试片，宽、长、厚度为25×50×2.0mm，面积S为0.0028m2。使用分析天平(称量精确度为±0.0001)分别进行称重，称得质量为W1(g)。
2.将试片置于本发明实施例4制得的清洗剂所使用的清洗系统的指定位置，待清洗结束后立即取出用清水淋洗，用滤纸吸去水分，放入无水乙醇中浸泡lmin～2min，取出后快速吹干放置人干燥器中，1h后用分析天平称重，称得质量为W2(g)；同时记录下清洗时间t(h)。
金属锌腐蚀速率(K)计算公式：K＝(W1-W2)/S·t
现场测试数据记录如表4
表4现场测试金属锌腐蚀率
由测试数据可以看出，实测金属锌标准试片腐蚀速率平均值为1.3259g/m2·h，小于国家HG/T2387-2007《工业设备化学清洗质量标准》规定的2g/m2·h标准。
应用例5：除垢率测试
参照HG/T2387-2007《工业设备化学清洗质量标准》的规定，对本发明清洗剂的除垢率进行测试。
1、称取3份从设备上取下来的垢样大约100g，并在100±0.1℃烘箱中烘干1h，取出后在干燥器中常温放置约1h，依次使用分析天平(称量精确度为±0.0001)称重并进行编号，作为水垢的初始质量M0(g)。
2、将三份样品分别放入三只已编号的500ml干净烧杯中，分别加入本发明清洗剂500ml，并使用搅拌器以120转/分钟进行匀速搅拌，在常温下充分反应24h。
3、反应结束后，用过滤器进行过滤并将残余物用蒸馏水冲洗3-5遍，然后放进100±0.1℃烘干1小时后取出，分别放在干燥器中常温放置1h。
4、将3份经反应后的剩余样品使用分析天平(称量精确度为±0.0001)进行称重，称重的质量标记为M1(g)。
除垢率的计算公式如下
测试结果如表5所示
表5除垢率测试结果
由表5可知，本发明镀锌设备清洗剂对设备中表面垢的除垢率为97.34％，超过了HG/T2387-2007《工业设备化学清洗质量标准》规定的95％的标准。
以上是对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
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