低磷系缓蚀剂的性能研究及其在金属清洗剂中的应用

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本文考察了低磷有机缓蚀剂PBTCA、HPAA对Q235钢的缓蚀性能,并通过复配降低整体的含磷量,提高缓蚀效果,最后将复配缓蚀剂添加到金属清洗剂中使其性能最优。通过单因素分析法考察了PBTCA体系中pH值、PBTCA的质量浓度、温度对缓蚀率的影响,得到了体系各参数的优化值及其优化范围。结果表明,pH值的优化值为9,优化区间为8~10;PBTCA的质量浓度的最佳值为25 mg/L,对应区间为20~30 mg/L;温度的优化值为50℃,优化区间为45~55℃。此外考察HPAA体系中质量浓度、温度对缓蚀率的影响,所得到的HPAA的质量浓度的最佳值为23mg/L,对应区间为20~26 mg/L;温度的优化值为50℃,优化区间为45~55℃。基于单因素法所获得的优化区间,通过正交试验法进一步获得PBTCA体系的优化使用条件,得到最优参数为:pH值设定为9,质量浓度选择为30 mg/L,溶液温度设置为45℃,在此条件下PBTCA的缓蚀率最优为84.5%。将响应面设计法优化HPAA,得到最优使用条件:pH值设定为9,质量浓度选择为23 mg/L,溶液温度设置为50℃,在此条件下HPAA的缓蚀率最优为68.68%。HPAA的缓蚀率为68.68%,相对低下,迫切需要复配来提高缓蚀率。复配发现质量浓度比为ρ(HPAA):ρ(Na2MoO4):ρ(Na2B4O7)=0.5:0.3:0.5时,缓蚀率高达93.75%。EIS谱中,阻抗半径此复配缓蚀剂的最大,缓蚀效果最好。将Na2MoO4、Na2B4O7与PBTCA进行复配,得到ρ(PBTCA):ρ(Na2MoO4):ρ(Na2B4O7)=0.5:0.5:0.4时,缓蚀率最大为90.40%。SEM图显示PBTCA复配体系和HPAA复配体系的钢片光亮无腐蚀,验证了复配缓蚀效果较好。以HPAA复配体系为例适当延长放置时间,发现缓蚀率先增大后趋于不变。表明了延长放置时间不会削弱缓蚀作用,适合将HPAA复配体系应用于工业。将单组分表面活性剂进行清洗率、浊点、泡沫性能测试后,RQ-222DE、RQ-222H、德国科莱恩SAS30、CQ AL100被优选出作为配方的主要表面活性剂。采用响应面法以清洗率为响应值,优化原料RQ-222DE、RQ-222H、SAS30、CQ AL100的最佳的质量分数分别为3.33%、1.33%、7.6%和6.13%。以HPAA复配体系作为缓蚀剂,通过添加适宜的消泡剂和助剂,经过反复多次实验确定了金属清洗剂配方。金属清洗剂的基本性能按照标准JB/T4323.2-1999测定,清洗剂的清洗率为91.63%,优于国内无磷产品的85.80%。采用极化曲线法测试自制清洗剂与国内无磷产品,对比结果发现自制清洗剂产品的缓蚀率为95.17%,优于国内无磷产品的86.29%。EIS法测定清洗剂的阻抗谱中,随着清洗时间的延长,清洗剂的阻抗的半径逐渐增大,清洗剂的缓蚀作用渐渐稳定。此外,清洗剂配方的含磷量为0.0029%,清洗工件后每升水中的含磷量为0.8 mg,达到了污水综合排放标准GB8978-1996。
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