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气相缓蚀剂的研究现状及趋势丛兰杰(中国石油大学石大科技集团山东东营257061)l囊_●自然科掌【麓弱综述了国内外气相缓蚀剂的发展历程，分别回顾了单组份、混合型和低毒高效气相缓蚀剂研究情况指出混合型气相缓蚀剂是研究开发的重点详细阐述了环境友好气相缓蚀剂、缓蚀剂基础理论研究以及缓蚀作用的研究方法等方面的研究。
这几个方面是气相缓蚀剂研究的发展趋势。
【关键词】气相缓蚀剂单组份复合型发展趋势中田分类号：T E6文★I标识码：A文章编号：1671--7597(2008)0610011一02i、M r■气相缓蚀剂(V PI)最初是为了保护热带气候中的铁制设备而发展起来的。
在二战期间，由于武器军械的防锈需要，促进了气相缓蚀剂的迅猛发展，之后的时间里，国内外对气相缓蚀剂做了大量的研究开发工作[1，2】。
由于钢铁使用的气相缓蚀剂对铜、银等有色金属会起腐蚀作用，所以，人们把研究重点转移到能同时保护铁和非铁金属的通用型气相缓蚀剂。
近年来由于市场需求的变化，特别是在炼油、化工等大型企业中出现了大量的闲置装置和设备，这些装置往往体积庞大、管路等连接复杂、造价昂贵，为防止大气腐蚀，迫切需要对它们进行保护。
由于气相缓蚀剂粒子的自由度较高，所以无论是金属制品的表面，还是内腔、沟槽甚至缝隙部位均可得到保护。
同时，还能保持金属材料原来的机械性能不变，被保护的金属在使用前表面通常不需经过处理[3]。
因此，气相缓蚀剂成为炼油、化工设备保护的首选材料[4—6]。
=、气相曩蚀捌的研究现状(一)单组份气相缓蚀剂在早期，人们常用樟脑来保护铁制的军用物资、机器和零部件。
随着科学技术的发展，研究者发现胺和胺盐能有效地保护钢铁，现在已经二环己胺和二环己胺盐以及其他胺是很好的钢铁大气缓蚀剂[7—9]。
1943年6月美国壳牌公司(S hel l D eve I opm ent C o．)研制出亚硝酸二环己胺(、，PI一260)，并获得成功。
使用之后，引起了防锈工作者的极大兴趣，已发表有关文献200多篇。
缓蚀剂的研究、开发与应用经历了不同阶段。
最初, 由于冶金工业的发展, 为钢铁材料酸洗除锈和设备的除垢, 研制了酸洗缓蚀剂。
随后, 因石油工业油井酸化技术的需要, 研究开发了油井酸化缓蚀剂和油气田缓蚀剂。
此后, 随着石油化工、电力、交通运输工业的发展, 海水、工业用水等冷却系统用的中性介质无机缓蚀剂迅速发展。
二次世界大战期间和战后, 由于武器军械的防锈, 促进了气相和油溶性缓蚀剂的迅猛发展。
19 43 年美国S hel lDev el o pmen t C o . 研制生产了亚硝酸二环己胺, 次年又推出亚硝酸二异丙胺产品, 用于军事工业, 取得很好的防锈效果。
5 0 年代初, 苯三唑( BT A ) 对铜及其合金的优异防锈性能, 引起科技界和企业人员广泛重视, 缓蚀剂研究引起人们极大兴趣和关心。
随着工业技术和高新技术的迅猛发展, 缓蚀剂得到较快发展。
6 0 年代是腐蚀科学技术发展最活跃的时期, 重要的腐蚀与防护方面的国际学术会议( 世界金属腐蚀会议、欧洲缓蚀剂会议等) 均在6 0 年代初举行首届会议; 一批腐蚀专业刊物( M at er i alPer f or man ce ( 美) , C or r os i o n S ci en ce ( 英) , Br i t i s h C o rr os i o nJ ou rn al ( 英) , !∀ # ∃∀ % %& ∋( 俄) , 材料保护( 中) , C o rr os i o nA bs t r act s ( 美) , ! ∀# ∃% & ∋() ! % ∗+ . ! ∀# . 66 . ! ∀# ! ∀ # ∀∃# % % # & !! ( 俄) ) 亦均于60 年代创刊发行。
这些学术活动及专业刊物的出版发行, 对促进缓蚀剂学科的学术交流和发展起着重要的作用。
Hacker man . N 在第一届欧洲缓蚀剂会议( 1 96 1) 上宣读了关于“软硬酸碱( HS A B ) 原则”的论文, 对缓蚀剂分子设计、筛选和应用有重要意义, 引起参会各国代表的重视和兴趣。
气相缓蚀剂的研究现状及趋势作者：丛兰杰来源：《硅谷》2008年第11期[摘要]综述了国内外气相缓蚀剂的发展历程，分别回顾了单组份、混合型和低毒高效气相缓蚀剂研究情况，指出混合型气相缓蚀剂是研究开发的重点。
详细阐述了环境友好气相缓蚀剂、缓蚀剂基础理论研究以及缓蚀作用的研究方法等方面的研究，这几个方面是气相缓蚀剂研究的发展趋势。
[关键词]气相缓蚀剂单组份复合型发展趋势中图分类号：TE6 文献标识码：A 文章编号：1671－7597(2008)0610011－02一、前言气相缓蚀剂(VPI)最初是为了保护热带气候中的铁制设备而发展起来的。
在二战期间，由于武器军械的防锈需要，促进了气相缓蚀剂的迅猛发展，之后的时间里，国内外对气相缓蚀剂做了大量的研究开发工作[1,2]。
由于钢铁使用的气相缓蚀剂对铜、银等有色金属会起腐蚀作用，所以，人们把研究重点转移到能同时保护铁和非铁金属的通用型气相缓蚀剂。
近年来由于市场需求的变化，特别是在炼油、化工等大型企业中出现了大量的闲置装置和设备，这些装置往往体积庞大、管路等连接复杂、造价昂贵，为防止大气腐蚀，迫切需要对它们进行保护。
由于气相缓蚀剂粒子的自由度较高，所以无论是金属制品的表面，还是内腔、沟槽甚至缝隙部位均可得到保护。
同时，还能保持金属材料原来的机械性能不变，被保护的金属在使用前表面通常不需经过处理[3]。
因此，气相缓蚀剂成为炼油、化工设备保护的首选材料[4-6]。
二、气相缓蚀剂的研究现状（一）单组份气相缓蚀剂在早期，人们常用樟脑来保护铁制的军用物资、机器和零部件。
随着科学技术的发展，研究者发现胺和胺盐能有效地保护钢铁，现在已经二环己胺和二环己胺盐以及其他胺是很好的钢铁大气缓蚀剂[7-9]。
1943年6月美国壳牌公司(Shell Development Co.)研制出亚硝酸二环己胺(VPI-260)，并获得成功。
使用之后，引起了防锈工作者的极大兴趣，已发表有关文献200多篇。
气相缓蚀剂的作用机理与研究方法
气相缓蚀剂的作用机理与研究方法
一、作用原理
气相缓蚀剂（VCI）是一种通过蒸发和扩散释放到包装内部的物质，具有防腐蚀的作用。
其主要作用原理有两个：
1. 构筑互补保护层：VCI释放的化学物质会在金属表面形成一层保护膜，它能够与氧气、水蒸气等气体发生化学反应，从而保护金属。
2. 吸附防蚀：VCI释放的化学物质具有对金属表面吸附的能力，能够吸附在金属表面降低腐蚀的速度。
二、研究方法
VCI的研究方法主要分为以下几个方面：
1. 包装材料的选择：VCI需要通过包装材料释放到包装内部，因此，包装材料的选择对于VCI的使用至关重要。
一般建议使用聚乙烯、聚酰胺等包装材料。
2. VCI化学物质的筛选：VCI化学物质的选择需要考虑金属材料的种类、环境条件等因素。
VCI化学物质应具有良好的蒸发性、稳定性和吸附性。
3. VCI作用机理的研究：对VCI作用机理的研究是深入理解VCI腐蚀防护机理的必要条件。
目前，VCI作用机理的研究主要集中在基于表面电化学、原子力显微镜等表征手段的实验研究。
4. VCI性能的测试：VCI的性能测试主要包括蒸发速率、吸附能力、抗氧化性能等方面。
常用测试方法包括热重分析、XRD、SEM等。
5. VCI应用效果的评估：VCI应用效果的评估需要从防腐蚀效果、包装成本、环境污染等多方面进行综合评估。
综上，掌握气相缓蚀剂的作用机理和研究方法，对于科学地开发应用VCI技术具有重要的参考作用。
缓蚀剂作用机理、研究现状及发展方向摘要：本文详细介绍了缓蚀剂的分类、性能指标、保护的特点、作用理论、应用实例、研究现状及发展方向。
关键词：缓蚀剂；防腐技术；发展方向1 前言缓蚀剂是一种在低浓度下能阻止或减缓金属在环境介质中腐蚀的物质。
缓蚀剂又叫作阻蚀剂、阻化剂或腐蚀抑制剂等。
缓蚀剂保护技术已经发展为一项重要的防腐蚀技术，广泛用在石油、冶金、化工、机械制造、动力和运输等部门。
2 缓蚀剂的分类缓蚀剂的品种繁多，常用的如亚硝酸钠、铬酸盐、磷酸盐、石油磺酸钡、亚硝酸二环已胺等，至今尚难以有统一的分类方法。
常见到的分类方法有以下几种。
2.1 按缓蚀剂作用的电化学理论分类(1) 阳极型缓蚀剂通过抑制腐蚀的阳极过程而阻滞金属腐蚀的物质。
这种缓蚀剂通常是由其阴离子向金属表面的阳极区迁移，氧化金属使之钝化，从而阻滞阳极过程。
例如，中性介质中的铬酸盐与亚硝酸盐。
一些非氧化型的缓蚀剂，例如苯甲酸盐、正磷酸盐、硅酸盐等在中性介质中，只有与溶解氧并存，才起到阳极抑制剂的作用。
(2) 阴极型缓蚀剂通过抑制腐蚀的阴极过程而阻滞金属腐蚀的物质。
这种缓蚀剂通常是由其阳离子向金属表面的阴极区迁移，或者被阴极还原，或者与阴离子反应而形成沉淀膜，使阴极过程受到阻滞。
例如ZnSO4、Ca(HCO3) 2、As3+、Sb3+ 可以分别和OH-生成Zn(OH)2、Ca(OH)2沉淀和被还原为As、Sb 覆盖在阴极表面，以阻滞腐蚀。
(3) 混合型缓蚀剂这种缓蚀剂既可抑制阳极过程，又可抑制阴级过程。
例如含氮和含硫的有机化合物。
2.2 按化学成分分类(1) 无机缓蚀剂，如铬酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐等。
(2) 有机缓蚀剂，如胺、硫脲、乌洛托品等。
2.3 按缓蚀剂所形成保护膜的特征分类(1) 氧化膜型缓蚀剂通过使金属表面形成致密的、附着力强的氧化膜而阻滞金属腐蚀的物质。
例如，铬酸盐、重铬酸盐、亚硝酸钠等。
由于它们具有钝化作用，故又称为钝化剂。
(2) 沉淀膜型缓蚀剂由于与介质中的有关离子反应并在金属表面生成有一定保护作用的沉淀膜，从而阻滞金属腐蚀的物质。
缓蚀剂作用机理、研究现状及发展方向摘要：本文详细介绍了缓蚀剂的分类、性能指标、保护的特点、作用理论、应用实例、研究现状及发展方向。
关键词：缓蚀剂；防腐技术；发展方向1 前言缓蚀剂是一种在低浓度下能阻止或减缓金属在环境介质中腐蚀的物质。
缓蚀剂又叫作阻蚀剂、阻化剂或腐蚀抑制剂等。
缓蚀剂保护技术已经发展为一项重要的防腐蚀技术，广泛用在石油、冶金、化工、机械制造、动力和运输等部门。
2 缓蚀剂的分类缓蚀剂的品种繁多，常用的如亚硝酸钠、铬酸盐、磷酸盐、石油磺酸钡、亚硝酸二环已胺等，至今尚难以有统一的分类方法。
常见到的分类方法有以下几种。
2.1 按缓蚀剂作用的电化学理论分类(1)阳极型缓蚀剂通过抑制腐蚀的阳极过程而阻滞金属腐蚀的物质。
这种缓蚀剂通常是由其阴离子向金属表面的阳极区迁移，氧化金属使之钝化，从而阻滞阳极过程。
例如，中性介质中的铬酸盐与亚硝酸盐。
一些非氧化型的缓蚀剂，例如苯甲酸盐、正磷酸盐、硅酸盐等在中性介质中，只有与溶解氧并存，才起到阳极抑制剂的作用。
(2)阴极型缓蚀剂通过抑制腐蚀的阴极过程而阻滞金属腐蚀的物质。
这种缓蚀剂通常是由其阳离子向金属表面的阴极区迁移，或者被阴极还原，或者与阴离子反应而形成沉淀膜，使阴极过程受到阻滞。
例如ZnSO4、Ca(HCO3)2、As3+、Sb3+可以分别和OH-生成Zn(OH)2、Ca(OH)2沉淀和被还原为As、Sb覆盖在阴极表面，以阻滞腐蚀。
(3)混合型缓蚀剂这种缓蚀剂既可抑制阳极过程，又可抑制阴级过程。
例如含氮和含硫的有机化合物。
2.2 按化学成分分类(1)无机缓蚀剂，如铬酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐等。
(2)有机缓蚀剂，如胺、硫脲、乌洛托品等。
2.3 按缓蚀剂所形成保护膜的特征分类(1)氧化膜型缓蚀剂通过使金属表面形成致密的、附着力强的氧化膜而阻滞金属腐蚀的物质。
例如，铬酸盐、重铬酸盐、亚硝酸钠等。
由于它们具有钝化作用，故又称为钝化剂。
(2)沉淀膜型缓蚀剂由于与介质中的有关离子反应并在金属表面生成有一定保护作用的沉淀膜，从而阻滞金属腐蚀的物质。
缓蚀剂的作用原理、研究现状及发展方向学院: 材料科学与工程班级: 材硕1209学号: S2*******姓名: 张强2013年1月5日缓蚀剂的作用原理、研究现状及发展方向1、缓蚀剂概述它是指以适当的浓度与形式存在于环境中时，可以防止或减缓材料腐蚀的化学物质或复合物，所以也可以成为腐蚀抑制剂，它的用量很小，但效果显著[1]。
在酸性溶液、中性溶液、碱性溶液、有机溶剂以及大气、土壤等各种环境中均可利用缓蚀剂来抑制金属的腐蚀。
在工业生产中越来越广泛地应用缓蚀剂来实现腐蚀控制，通过在腐蚀介质中投加少量的缓蚀剂，可以有效地减缓或防止金属结构的腐蚀破坏，减少了设备维修等环节，保障设备的正常运行，提高了设备作业的安全系数，具有明显的经济价值与社会意义。
同时其它的防腐方法相比，如涂层、阴极保护等，使用缓蚀剂更为简单，总体价格更为低廉，效果也非常显著[2]。
与其他腐蚀防护手段相比，缓蚀剂主要具有如下独特的优势[1]：(l)缓蚀剂的投加、使用非常简单，不需要特殊的设施或设备。
如外加电源阴极保护或阳极保护都需要提供较大功率的、稳定的电源。
牺牲阳极保护需要提供阳极材料，并且这种阳极材料需要定期更换施工强度较大。
(2)使用缓蚀剂非常经济，随着缓蚀剂应用的不断深入，目前缓蚀剂的合成、制备技术非常成熟，相比其他的防腐措施，缓蚀剂的成本一般更低。
(3)投加缓蚀剂对设备外观、材质、机械性能等都无任何改变，而喷漆、电镀、涂层、内衬等防腐方法都无法做到。
(4)缓蚀剂添加量一般较少，使用缓蚀剂进行腐蚀控制，一般不会改变介质的原有物理、化学性质。
因此缓蚀剂技术也适用于石油天然气输送、贮存和炼制，城市供水管道等环境下的防腐。
2、缓蚀剂的分类及作用原理由于缓蚀剂种类繁多，使用条件多样，缓蚀机理也不完全相同，因此对缓蚀剂进行分类常按照缓蚀剂的化学成分、在金属表面成膜情况以及缓蚀机理等不同方法进行分类，每种分类方法都有其自身的优缺点，目前广泛采用的是如下几种分类方法：2.1 根据化学成分分类[3]根据产品的化学成分分类，可分为无机缓蚀剂、有机缓蚀剂。
我国气相缓蚀剂应用的可持续发展窦志宏 白芳!沈阳防锈包装材料有限责任公司"沈阳!!%%#"$摘!要 我国气相缓蚀剂的快速发展满足了金属防腐蚀的需要"但随着应用领域的增多%环保安全限制等"在发展的进程中也存在一些亟待解决的问题"例如"如何实现气相缓蚀剂的可持续发展"既能满足当前日益增长的金属防腐蚀领域的需求"又能合理利用自然资源和低碳排放&本文介绍了当前我国气相缓蚀剂的应用现状"从气相缓蚀剂的高效能%通用性%绿色环保%适度使用%提高相容性%标准制订%快速检测等七方面探讨气相缓蚀剂可持续发展的途径&关键词 气相防锈#气相缓蚀剂#可持续发展#环保中图分类号 /0!(1$1"!!!文献标识码 *!!!文章编号 !%%',(134 "%!% 增!,""',%""!应用发展现状气相缓蚀剂由于具有防锈性能优良%操作简便%与金属不必直接接触%被保护金属件不需特殊处理%经济实用等优点"广泛应用在钢板%汽车零部件%电子电器%军工等产品的防腐蚀领域&目前我国气相缓蚀剂的产品规格已有几十种&产品形式呈现多元化"除以原状态直接使用的气相防锈粉剂等形式"依附于载体的复合产品的发展日新月异&借助于载体材料的强度和阻隔性等功能"气相缓蚀剂的应用范围日益增大&如+早期的气相缓蚀剂主要应用在封存防锈上"而随着国内对气防锈技术的逐渐了解和运用"其技术特点和应用的便利性使其已被广泛用于工业领域中金属暂时性贮存及运输&近年来"随着制造业的飞速发展"制造领域的防腐蚀意识提高"序间防锈的需求越来越成为必要"针对序间防锈设计的一系列缓蚀剂载体材料得到充分应用&如+为钢卷序间防锈设计的钢卷用柔性气相防锈罩"解决了钢卷序间锈蚀的难题&随着国内气相缓蚀剂产品的设计和制造水平提高"部分产品已达到国际水平"中国的气相缓蚀剂产品在国际市场得到很高的认可度"在国际市场影响力日益扩大&然而"从可持续发展的战略角度看"国内的气相缓蚀剂应用技术还应做更深入的研究及改进&#!应用的可持续发展方向能保护金属产品免于锈蚀损失的气相缓蚀剂本身就是一项最重要的能使环境受益的可持续性产品&根据工业发达国家的调查"每年因腐蚀造成的经济损失约占国民生产总值的"6"16&我国每年因腐蚀造成的经济损失巨大&气相缓蚀剂可通过优良的防锈性能加强对金属的防护"减少金属腐蚀"从而降低损失&#$"!提高效率 发展通用性和高效能气相缓蚀剂目前国内的气相缓蚀剂根据不同的金属材质可分为钢用%铜用%冷普板用%硅钢板用%热镀锌板用%镀锡板用%电镀锌板用%合金钢用等&专门针对某种金属所设计的气相缓蚀剂"能满足金属材质的个性化需求&但由于不同气相缓蚀剂材料的切换使用"降低了客户现场的使用效率&同时如现场使用时气相缓蚀剂材料与所保护的金属产品未对应时"则可能会有锈蚀产生"给客户的金属产品造成损失&今后气相缓蚀剂发展应体现通用性和高效能"即采用较低的缓蚀剂用量对所保护的多种类金属同时有效& #$#!安全环保 发展绿色气相缓蚀剂气相缓蚀剂及其载体材料在国际市场上的应用越来越多&缓蚀剂的安全性日益受到重视&我国目前的缓蚀剂品种多以无机亚硝酸盐和有机胺类为主&而这两类缓蚀剂在国际市场的应用都将逐渐被限制&近年来包括欧盟在内的国际市场对材料的安全环保性提出了更高的要求!见表!$"气相防锈产品已经做为防锈材料伴随着我国大量的制造业产品如机床%电子等产品出口至世界各地"给以气相缓蚀剂为主要防锈技术的产品也附加设置了绿色壁垒&因此国内企业必须注重环境保护要求"积极研究开拓新技术"这是气相缓蚀剂可持续发展的必经之路& #$,!适度使用 气相缓蚀剂的设计最优化目前气相缓蚀剂的使用偏向防锈性能的充分*'""*第#!卷增刊! "%!%年(月腐蚀与防护<G H H G I J G9K:H G/2</J G9L@=$#!!I M N N=O5O C P!Q M=R"%!%表"!欧盟市场主要限制性物质一览表指令限制物质H G +I <X %:>%+D%<U !L J $%:\\W !多溴联苯$%:\]2W !多溴联苯醚$:)G I 全氟辛烷磺酰基化合物:)G *全氟辛酸及盐类和酯类+?=@D O C 卤素:*+W 多环芳香烃:L <聚氯乙烯H 2*<+I L +<!高危物质$I <<:短链氯化石蜡]`)富马酸二甲酯:;P ;?=?P O W邻苯二甲酸酯性"所以在防锈性能上存在着过度保护的问题&从今后的发展趋势看"气相缓蚀剂的设计应遵循适用性原则"即气相缓蚀剂既能满足客户的使用需求又不会有浪费"同时适度使用还能减少资源的消耗和减少二氧化碳的排放&气相缓蚀剂的设计可根据不同的金属材质%储存周期%运输环境等设置合理的使用量"力争气相缓蚀剂设计的最优化&#$)!注重相容性气相缓蚀剂应更贴合市场应用!!$与载体材料的相容性!气相缓蚀剂作为一种应用型产品"常与不同的载体材料结合"从而发挥更大的作用&由于不同载体材料的外观%强度%吸附量等差异"对气相缓蚀剂的要求也不一样#同时不同载体材料的生产需要不同的设备和工艺"气相缓蚀剂与设备和工艺的配套性直接影响到气相缓蚀剂的工业化生产&作为一种应用型的工业化产品"气相缓蚀剂需时刻关注与载体材料的相容性&!"$与金属表面化学品的相容性!气相缓蚀剂产品在实际使用时"常和金属表面的防锈液%防锈油等配合使用"由于同为化学类物质"存在化学反应的可能性"即通常说的不相容现象&而一旦发生不相容"则会给金属表面或性能带来影响"不能真正发挥气相缓蚀剂的作用&因此气相缓蚀剂在使用前"应充分考虑与金属表面化学品的相容性"进行相容性试验后正确使用&!#$与塑料%橡胶等非金属材料的相容性!由于气相缓蚀剂是针对金属材质而设计"与金属材质的相容性的研究能够较充分&但在实际使用时"许多产品可能由金属材料与塑料%橡胶等非金属材料联合构成"气相缓蚀剂在保护金属的同时"则必须对非金属材料也无腐蚀性或无不良影响&因而气相缓蚀剂在使用前"应充分考虑与非金属材料的相容性&#$&!产品标准应对实际应用有指导性气相缓蚀剂产品标准对于检测缓蚀剂产品的性能"促进缓蚀剂产品的工业化和普及推广起到举足轻重的作用"它同时也是生产方和使用方之间的供收准则&国内的气相缓蚀剂标准对气相缓蚀剂的原理及作用体现得较充分&但随着市场经济的发展"标准的另一个功能+对实际使用的指导性越来越受到业内人士的重视&在这方面"国外发达国家的一些缓蚀剂产品标准给了我们很好的启示&如+日本缓蚀剂产品标准在缓蚀剂性能的检测上"与实际使用接轨"且充分体现了载体材料指标差异对缓蚀效果的影响&国内的缓蚀剂产品标准应借鉴国外标准"并结合国内行情"充分体现缓蚀剂性能的同时又对实际使用有很强的指导作用&#$2!研究快速检测方法提高产品供应的效率气相缓蚀剂标准检测方法往往周期相对较长"在时间效率越来越重要的今天"提高缓蚀剂的快速检测手段"对提高产品的交货期具有重要意义&如将防锈技术和化学分析技术结合"研究快速化学分析方法#将防锈技术和仪器分析方法结合"研制产品在线分析仪"这些技术对气相缓蚀剂产品的工业化和普及应用都能起到积极的推进作用&,!结束语气相缓蚀剂做为一种新兴的产品和技术"在金属防腐蚀领域中发挥了越来越重要的作用"如何实现可持续发展"跟随当今国际发展趋势"在外观%功能%安全性等方面达到国际水平"又能使资源循环使用"是目前我国气相缓蚀剂发展的迫切问题&目前国内一些企业对可持续发展已经重视并且投入大量的人力%物力"但仍需行业内人士共同努力"才能真正实现气相缓蚀剂的可持续发展&*&""*窦志宏等+我国气相缓蚀剂应用的可持续发展。
气相缓蚀剂的影响因素及发展趋势摘要：气相缓蚀剂在常温下能自动挥发出具有缓蚀作用的气体，能抑制金属的大气腐蚀。
气相缓蚀剂不必直接接触金属表面，还能保持金属材料原来的机械性能不变，应用极为广泛。
本文研究了气相缓蚀剂的影响因素，并展望了该领域的发展趋势。
关键词：气相缓蚀剂影响因素发展趋势气相缓蚀剂又叫挥发性缓蚀剂，一般分子量较小，在常温下能自动挥发出具有缓蚀作用的气体，能抑制金属的大气腐蚀。
气相缓蚀剂不必直接接触金属表面，而金属制品的表面、内腔、管道、沟槽甚至缝隙部位都能得到保护。
同时，还能保持金属材料原来的机械性能不变，被保护的金属在使用前表面通常不需经过处理。
所以，气相缓蚀剂应用极为广泛。
本文研究了气相缓蚀剂的影响因素及发展趋势。
一、影响气相缓蚀剂性能的主要因素缓蚀剂的缓蚀性能（效率）与缓蚀剂所处的环境、金属表面的本质特点、缓蚀剂本身的结构和性质，包括缓蚀剂的缓蚀基团及其数目，分子的大小、吸附的方式、与金属结合的形式，覆盖在金属表面的范围、金属与缓蚀剂的界面的电压等因素有关。
1.气相缓蚀剂的饱和蒸气压的影响气相缓蚀剂的饱和蒸气压决定气相缓蚀剂挥发成气体的难易程度，其饱和蒸气压高，表示它挥发越快，在较短的时间内，金属表面就可以吸附足够的缓蚀剂而使金属得到保护；饱和蒸气压低，因其挥发的较慢，则具有持久的缓蚀效果。
在使用气相缓蚀剂时，有时将两种或两种以上饱和蒸气压相差较大的缓蚀剂混合使用，或将饱和蒸气压较低的缓蚀预挥发或稍加热后再使用，就是考虑这个因素的影响。
2.气相缓蚀剂的水溶性的影响缓蚀剂的水溶性与吸附性是一对矛盾的统一体：水溶性太大，致使吸附在金属表面的缓蚀剂分子过少，而不能形成有效的吸附性保护膜；水溶性太差，水介质中所能溶解的缓蚀剂也不能在金属表面形成有效的、完整的吸附膜，有时不但达不到缓蚀的目的，反而加速腐蚀。
3.气相缓蚀剂分子结构的影响3.1缓蚀基团与其极性的影响缓蚀剂在挥发后，遇水或潮湿的空气而离解出一个或几个保护基团的成分，在金属表面吸附并发生一系列的物理化学变化，其中起决定性作用的就是缓蚀基团及其极性，极性强的基团其吸附性强，而且不同的缓蚀基团对其所保护的金属具有选择性。
气相缓蚀剂的研究与发展肖怀斌摘要:介绍了国内外的气相缓蚀剂技术发展概况,阐述了气相缓蚀剂技术的应用形式,展望了该技术领域内的研究方向。
关键词:气相缓蚀剂;防锈技术;展望分类号:TG174.42+6文献标识码:A文章编号:1001-1560(200001-0026-02Research and Development of Vapor Phase InhibitorXIAO Huai-bingAbstract:Comprehensive survey of vapor phase inhibitors both at home and abroad is given. The application of VPI and the research trend are discussed.▲气相缓蚀剂作为一种挥发性缓蚀剂,在常温下自动挥发出的气体能起到抑制金属大气腐蚀的作用。
因此,在使用气相缓蚀剂时,可在不必直接接触金属表面的情况下使金属制品的表面、内腔、管道、沟槽甚至缝隙部位都能得到保护。
由于其防锈期长、操作简便、成本较低等特点,近年来气相缓蚀剂和气相缓蚀技术的研究和应用都有较快的发展。
1 多效能通用气相缓蚀剂气相缓蚀剂在近20年时间中,几乎都是用于钢铁类金属材料和制品的保护。
但对多种非铁金属则有不同程度的腐蚀或不相容,以至于对多种金属组合件机械制品中的铜、锌、镉等有色金属部件,往往需采取隔离保护措施或放弃使用气相缓蚀剂技术。
对黑色金属和有色金属同时具有缓蚀作用的多效能气相缓蚀剂的研究和应用,一直是气相缓蚀剂的重点发展方向之一[1]。
60年代初,苯骈三氮唑对黄铜防变色作用得到证实,从而打开了气相缓蚀剂保护铜基材料的大门。
各种实验结果表明,苯三唑除了对铜及铜合金具有优良的缓蚀性能外,对银、镀银层、锌、镀锌层、镀镉层等金属也有较好的缓蚀效果。
此外,近年来国内外还对苯三唑的多种衍生物如甲基苯三唑、3氨基-1.2.4苯三唑、双苯三唑、四氮唑进行了研究。
结果表明,以上缓蚀剂均对锌、镉、铅、镍、锡、铜有良好的保护作用,并对钢铁、镁、铝也有一定缓蚀效果[2]。
湖南大学研制的1-羟基苯三唑(一种新型的水溶性高效气相缓蚀剂,在中性或碱性水溶液中不仅对黄铜、紫铜有良好的缓蚀性能,对钢、铸铁也有较好的缓蚀作用。
该缓蚀剂毒性低、污染少,其水溶液浓度在0.05%以上即有很好的缓蚀和抑制细菌生长的效果,当其与磷酸盐等其他缓蚀剂配合使用时,防锈性能还可进一步提高。
除了苯三唑及其衍生物以外,铬酸盐类化合物(如铬酸环已胺、铬酸二环已胺、铬酸叔丁酯、邻硝基化合物如邻硝基酚二环已胺、邻硝基酚三乙醇胺、邻硝基酚四乙烯五胺、邻硝基苯甲酸的有机胺盐、肉桂酸盐、硼酸盐、硫脲类、噻唑、味唑类化合物对多种有色金属和镀层均有一定的缓蚀作用[3]。
目前在美日等国报道的气相缓蚀剂材料中,约有1/3以上为通用型多效能的气相缓蚀剂材料。
2 高效低毒气相缓蚀剂在气相缓蚀剂的研究和发展过程中,亚硝酸盐曾占据着主导的位置,以致于世界各国在介绍气相缓蚀剂的文献中,仍常常以亚硝酸二环已胺为代表。
由于它对钢铁制品的有效长期防锈能力和优良的抗盐雾性,使之在军械器材和外贸出口机电产品的防锈包装材料中必不可少。
1990年8月我国对1964年采用亚硝酸二环已胺封存的枪械产品进行了开箱检查,长达26年仍然光亮无锈,封存地点包括温度、湿度和盐雾气氛相对较高的四川地区。
但是,对亚硝酸盐的毒性问题,也越来越引起了重视。
进入21世纪,在可持续发展战略的推动下,开发低公害,无污染的气相缓蚀剂将是当务之急。
国际环境系列标准ISO 14000于1996年起陆续颁布实施,现在许多国家规定在采购气相缓蚀剂材料时必须附有MSDS(材料安全数据,因而必须高度重视高效低毒气相缓蚀剂的研究与应用。
最近报道较多的美国歌德公司(CORTECCORPRATION称其在经历了20年的发展,已成为全世界气相防锈技术的领导者。
该公司研究和生产的10多个系列200多种高效且无污染的气相缓蚀剂技术和产品,包括含有气相缓蚀剂的金属切削液、磨削液、清洗剂、防锈剂、气相防锈纸、气相防锈薄膜(兼有静电屏蔽和静电耗散功能、气相防锈片剂、丸剂、锭剂、粉剂、水剂、雾剂等,并获得美国军方、美国药物及食品管理总署(FDA的认可,该公司产品已在世界上70多个国家得到了广泛推广应用。
国外报道的高效低毒和高稳定性的钢铁用气相缓蚀剂多系咪唑类化合物,诸如2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑和2-异丙基咪唑等,其防锈性能优良,可满足美国军用标准MIL-I-22110,热稳定性高达250 ℃ ,毒性低,LD50为1 500~ 3 000 mg/kg,对人体无有害的生理毒性并能被细菌降解。
它们可以从维生素B6生产过程中的副产物中提取,成本较低。
日本最近报道了对多种金属有良好防锈效能的通用型气相缓蚀剂,代表性的有1,2,4-三唑及其衍生物。
在各种气氛中对钢、铁、铜、银、铝、锌、镍、锡、镉、镁、铅等10余种金属及其合金均有良好防锈作用,无毒、水中溶解度大、稳定性好。
如4-H-1,2,4-三唑、4-H-3,5-二甲基-1,2,4三唑等。
资料报道,3-氨基-1,2,4-三唑,其LD50为14 700 mg/kg。
华东理工大学等国内许多大专院校和科研院所,近年来也都在致力于高效低毒气相缓蚀剂的研究。
有机合成技术的进步,使人们能够根据缓蚀剂的构效关系设计合成新的气相缓蚀剂。
研究和开发低聚型缓蚀剂是高效低毒气相缓蚀剂的发展方向,缓蚀剂分子内含有2个或2个以上的活性单元。
低聚物不同于高聚物,它有一定的溶解挥发能力,在金属表面又具有较大的覆盖面积,分子内各种活性基团之间的协同作用可以大大提高其缓蚀能力。
一般来说,聚合物的毒性较其单体低,与各种载体的相容性也较好,在这种分子设计思想指导下,带有2个或2个以上功能基的低聚型缓蚀剂相继面世[4],如氨基、羟基、烷基、硝基等。
利用合成脂肪酸的副产物中的提炼物与烷基、氨基低聚合物制成的新型气相缓蚀剂,其缓蚀性能优良、毒性低,经医药卫生机构进行毒性试验,其LD50分别为8 968 mg/kg和9 013 mg/kg,属于实际无毒范围[5]。
3 混合型多组分气相缓蚀剂的发展选择气相缓蚀剂必须具备两个最基本的条件,即在其成分中应该含有1个或1个以上的缓蚀基团,再就是具有适当的蒸气压。
蒸气压过低,缓蚀剂气体在短时期内不能饱和包装空间,就可能引起初期锈蚀;蒸气太高,缓蚀剂气体会流失过快,不能达到持久长效的防锈期,这就需要将不同蒸气压的两种或两种以上的缓蚀剂混合使用。
例如,亚硝酸二环已胺21 ℃时,蒸气压力为0.016 Pa,而碳酸环已胺21 ℃时,为53 Pa。
两者混合使用取长补短,既能持续长效防锈,又能缩短缓蚀剂气氛达到平衡的时间。
目前,对多种金属组合件的防锈也主要是选择混合型气相缓蚀剂。
但需要指出的是,此时选择的混合型气相缓蚀剂,应具有接近的蒸气压,否则将会由于某一组分气相缓蚀剂挥发过早而导致其不相适应的金属锈蚀。
以钢和黄铜的组合件金属为例,如采用苯三唑作为铜的缓蚀剂,不能同时保护钢,选择其他气相缓蚀剂,又可能促进铜的腐蚀。
因此,必须考虑相近的挥发程度,以便在比较接近的时间内使两种气相缓蚀剂分别优先地吸附在特种金属表面,较好地起协同增效作用,尽量避免不良影响。
到目前为止,国内外报道的多金属用的多效能气相缓蚀剂组分中几乎全是混合型气相缓蚀剂。
因此,混合型气相缓蚀剂仍是气相缓蚀剂今后重点研究开发的方向。
4 多载体应用式气相缓蚀剂关于气相缓蚀剂技术的应用形式,国外报道有10多种,主要有:(1粉末法将气相缓蚀剂粉末装入纱布或无纺布袋内或直接撒布于机械设备的不同部位,其用量及有效距离随不同牌号而各异;(2片、丸、锭剂法将气相缓蚀剂加适量的粘合剂及活性材料调和均匀,压制成不同形状的片、丸、锭剂,使用方法同粉末卦袋法;(3气溶胶法将气相缓蚀剂置于由贮蓄器、加热器和风扇组成的装置,它所产生的气溶胶或烟雾能凝聚在金属表面,而过剩的气相缓蚀剂则被排出并重复循环;(4泡沫颗粒法将气相缓蚀剂与发泡材料制成泡沫颗粒或将气相缓蚀剂溶液浸泡分子筛、蒙脱石或硅胶干燥剂,干燥后放置金属制品内起防锈作用;(5气相合成法将制造气相缓蚀剂的原料,在需要保护的环境中,按气相合成法的原理制成气相缓蚀剂气氛。
这种方法适用于制品内腔金属壁的防锈;(6气相防锈水适用于机加工过程中,工序间浸泡或喷淋防锈;(7气相防锈油法适用于齿轮箱和内燃机汽缸等防锈;(8纸(布载体法这是目前国内外使用较为普遍的一种形式;(9气相薄膜法经气相缓蚀剂处理后,制成具有透明、可挠、可热封、兼有接触与气相防锈的特点。
国外近年已逐步发展成2层和3层的气相薄膜,内层或中间层富含多组分气相缓蚀剂,外层透明、不透气、不透水[6];(10可剥离的气相防锈粘胶带在基材的一面涂布一层有机硅酮防粘剂,另一面涂布一层含有气相缓蚀剂的压敏胶,贴在金属表面不会自行脱落,既可防锈又能防止金属表面划伤[7]。
5 测试方法与标准尽管早在50年代初美国就颁布了气相缓蚀剂和用气相缓蚀剂处理过的多种气相缓蚀材料的军用标准和联邦标准,日本于50年代末大量使用气相缓蚀剂技术,也先后制订了多种相关的气相缓蚀剂材料与测试方法标准,并相隔3~5年进行一次修订或改版。
我国于80年代初参照国外先进标准才开始制定和颁布相关部门的行业标准,对研究和发展气相缓蚀剂材料和技术起到了积极的推动作用。
但是,截止目前,有关气相缓蚀剂的性能评价、测试仪器和方法,多年来没有太大的变化,测试周期也较长,不利于指导现代化大生产的需要。
这就寄希望在不久的将来,利用先进的现代化仪器、技术和手段,研制出一些快速、准确、完善的性能评价测试仪器。
据悉,国内一些大学的科研机构正在着手进行研制。
目前对钢、铁材料的快速甄别试验已经取得了成效,预计进入21世纪将会有实质性突破。
6 气相缓蚀剂缓蚀机理的研究混合型气相缓蚀剂蒸气压的最佳调配,气相缓蚀剂有效作用距离的研究,与多种有色金属及镀层,与各种塑料、橡胶、油漆、木材、油脂、玻陶、粘结剂、火药、干燥剂等非金属材料的适应性或相容性等问题,仍需要进行深入系统的研究。
建国50年来,特别是改革开放20年来,经过国家“六五”、“七五”、“八五”科技攻关计划,我国气相缓蚀剂材料品种、规格、技术和质量均有较大的发展和提高,有的已相当于美军P系列和日本NP系列的水平,但总的水平与国外发达国家还有一定的差距。
为了加快实现科技进步,适应社会主义市场经济的需要,以教学、科研、生产相结合的产、学、研溶于一体的产业结构必将促进我国气相缓蚀剂技术取得更快的发展。
(责任编辑詹小玲■作者简介:肖怀斌,武汉永新防锈包装新技术开发公司教授级高级工程师,从事防锈技术和防锈新材料研究达35年;现任中国表面工程协会常务理事,防锈专业委员会理事长,《材料保护》第四届编委,中国腐蚀与防护学会缓蚀剂委员会委员,全国金属与非金属覆盖层标准化技术委员会防锈分委员会副主任委员。
