王亚 魏子尧 陈会 寇乾诣 侯金鹏

【摘 要】为了研究出绿色环保，并能更好保护钢片表面结构的水基防锈剂，本文利用单因素实验进行对表面活性剂进行筛选，得出吐温20、6501、MOA-5为主要表面活性剂;司班80、OP-10、二乙醇胺作为辅助活性剂。并利用单纯性配方试验中的质量对比得出了它们的最佳配比，其比例为吐温20：6501：MOA-5为0.3034188：0.6965812：0其防锈效率可达99.87%具有较好的防锈效果，该水基防锈剂PH近似中性，且该水基金属防锈剂性能及成本均优于市售防锈剂。

【关键词】水基防锈剂;单因素实验;单纯型配方设计

1.前言

铁的机械特性使其在所有经济领域都可用。年度的钢铁产量已经成为一个国家生产能力的重要指标。但钢在大气中含有微锈的元素[1]，据计算每年总产出中有20%来自锈元素[2]。2000年侵蚀造成的经济损失，总计5亿元[3]。金属锈不仅能造成金属寿命的消耗，还会造成严重事故和严重损失。如果钢的结构材料腐烂了，许多指标就会明显下降，严重影响到结构项目的安全、运作条件和使用期。就以废铁的结构来看，情况是这样的。强度下降可达10%-15%[4]，大量的事故致使研究钢铁侵蚀变得更加重要。

自然环境中的金属侵蚀是不可避免的，但运用适当的科学技术就能在很大程度上降低。许多人为加强防腐技术而设计的工具，包括用金属防腐技术、使用精锈材料和产生额外的薄膜。由于成本和效率，人们越来越关注这种方式。

2.1单因素实验研究

本文选取实验药品：吐温20、6501、MOA-5、司班80、OP-10、二乙醇胺等，作为单因素的变量依次进行试验，试剂配置具体步骤如下：称取相应药品质量，加入50ml水后，将配置好的溶液放置于25℃恒温水浴锅中均匀搅拌;将表面处理好的铁箔均匀涂抹配置好的水基防锈剂，将其放置恒温箱中24h，温度25℃计算生锈部分的质量换算防锈效率，作为评判防锈效果的指标。

经单因素试验探究后得出吐温20、6501、MOA-5对防锈效果影响因素较大，试确定出上述三种药品为主要表面活性剂，司班80、OP-10、二乙醇胺等药品对防锈效率影响不大，作为辅助活性剂。钼酸钠、D-葡萄糖酸钠、苯骈三氮唑、植酸、聚乙二醇400、泡敌等作为助剂。

根据图1可以看出前期随着吐温20用量增大，其防锈效果在增加，但增量到一定程度达到3ml时达到了峰值，再增大吐温20的用量将会加快对铁箔的腐蚀，由此可以推断其最好的用量范围在2.0ml～3.0ml范围之间。水可以导致吐温80发生水解降解并引起酯键的断裂不过，吐温80产品中同时含有的一定量的双、三油酸酯杂质，能够抑制吐温80因水发生的水解降解。发生水解降解后的吐温80，在酯键断裂的同时也就失去了表面活性和形成胶束的能力。因此防锈效率下降。

图2可知当6501范围在2.0～2.5ml时随着肉桂酸用量的增加防锈效率在显著上升，表面活性剂分子从体相向表面扩散的速度增大，当加至2.5ml时铁箔的防锈效率达到峰值，因此肉桂酸的最佳用量介于2.0～2.5ml之间，此时铁箔具有较好的耐腐蚀性。当表面活性剂的浓度高于表面活性剂的CMC后[5]，混合体系的扩张模量均与单独表面活性剂溶液的数值比较接近，说明界面上大分子逐渐被表面活性剂分子所替代导致其清洗浓度的下降[6]。

2.2 单纯性配方设计实验

通过单因素实验确定出三种表面活性剂的种类，对其进行单纯型配方设计，实验具体采用质量对比法，进而得出这几种缓蚀剂表面活性剂的最佳配比，具体溶液配置过程和处理条件同上述单因素实验，对实验设计完的数据进行预测刻画，得到其预测刻画的最适值为吐温20、6501、MOA-5的比例为0.3034188：0.6965812：0其防锈效率可达99.87%具有较好的防锈效果，可以达到其标准。

2.3 防锈性能指标测试

将处理后的防锈弃液进行PH检测，得出不同比例下的ph值的幅度在6～8不等，溶液为中性，具体原因是酸式类缓蚀剂和显碱性的二乙醇胺配置比例不同导致;静置该废弃溶液24h观察其均质性，可以得到24h后该溶液均质性良好，与市售防锈剂无区别;涂抹在铁箔表面时，市售防锈剂易成股停留在处理好的铁箔表面，该防锈剂能够均匀覆盖在其表面。

3.结论

根据单因素实验可以挑选出三种防锈影响因素较大的表面活性剂，并确定出相应的辅助活性剂;后用单纯性配方设计中的质量比较得出三种主要表面活性剂的最适比例，得到其比例为0.3034188：0.6965812：0其防锈效率可达99.87%;最后对其性能检测，看出其均质性良好，能够均匀覆盖在表面，无刺激性气味且相比市售防锈剂成本更低。

参考文献：

[1]黄之祥，吴霁虹. 钢铁腐蚀因素分析及不同防腐底漆的性能比较[J]. 上海涂料，2006（08）：24+32-36.

[2]孔纲，卢锦堂，许乔瑜. 热浸镀锌合金技术的发展与应用[J]. 腐蚀科学与防护技术，2005，017（004）：259-261.

[3]李丹，梁亮，蒋晨，等. 环境友好型水性涂料复合膜防腐性能的研究[J]. 涂料工业，2010，40（8）：48-51.

[4]夏妍. 碳鋼和耐候钢在若干典型环境下的腐蚀行为研究[D]. 浙江大学博士论文，2014.

[5]李刚森;蔡立芳，十二烷基硫酸钠与非离子表面活性剂AEO9/6501复配体系表面活性及动态表面张力研究[J] 轻工学报. 2016，31（05），51-57.

[6]谭晶. 表面活性剂与聚合物在油水和泡沫体系的加合增效机制研究[D]. 山东大学硕士论文，2010.

基金项目：

大学生创新创业训练计划项目（202110214339）

作者简介：

王亚（2000?），女，山东省烟台市人，在读本科生，专业为土木工程专业。