环保型水基防锈剂的制备及应用

环保型水基防锈剂的制备及应用

0水基防锈剂的防腐性能使用螺纹钢筋需要很高的力学强度。目前，三级钢筋已逐渐取代三级钢筋。国内一般采用热轧后穿水冷却的方法来提高Ⅲ级螺纹钢的力学强度。但是,穿水冷却的螺纹钢比空气冷却的更容易生锈,对后续使用不利。水基防锈剂的防锈效果较好,但其含有的亚硝酸盐或铬盐会对环境产生较大污染,已逐渐被环保型防锈剂取代。防锈油虽防锈期很长,但其会大大影响螺纹钢与混凝土的握裹力,且价格昂贵,后处理工艺复杂。用无机与有机防腐蚀助剂配制的防锈剂具有较好的防腐蚀性能,又不会影响螺纹钢与混凝土的握裹力。本工作采用无机、有机防腐蚀助剂,自制了环保型水基防锈剂,将螺纹钢浸入其中室温成膜,测试了该防锈剂所成涂层的耐中性盐雾性能、Tafel极化曲线、电化学阻抗谱以及露天耐蚀性,并与市售的2种水基防锈剂所成涂层进行了比较。1测试1.1成分介绍的成分选用ϕ12mm的JISCO冷轧带肋螺纹钢,化学成分见表1。取长30cm的螺纹钢条,用清水冲洗表面,干燥后依次用丙酮、无水乙醇擦洗去除表面的油污,再用蒸馏水清洗,在真空干燥器中干燥24h。1.2防锈剂及助剂的制备防锈剂的配制:在14.0g蒸馏水中加入0.5g缓蚀剂磷酸三钠和0.5g乌洛托品,常温搅拌至溶解,加入1.0gOP-10表面活性剂、3.0g助剂丙三醇和3.0g助剂乙二醇,溶解后加入13.0g二氧化硅(粒径为40nm),搅拌至完全溶解后加入65.0g成膜剂丙烯酸乳液,搅拌20min,即得防锈剂。防锈处理:室温下,将螺纹钢浸泡在防锈剂中30s,取出后室温干燥15min,即可在表面形成一层水溶性防腐蚀保护膜。同时采用市售防锈剂1(水基防锈剂,主要防锈成分为硅酸钠)和市售防锈剂2(水基防锈剂,TONC型)进行对比试验。1.3抗锈剂涂层的耐腐蚀性测试1.3.1盐雾加雾试样采用YW-1804型气流式盐雾试验箱进行,腐蚀介质为5%NaCl溶液,pH=6.5~7.5;控制盐雾箱内的温度(35±1)℃,相对湿度约为98%,试样与垂直方向呈30°;连续喷雾1h后,停止喷雾,试样继续置于盐雾箱中1h。以上过程为1个周期,每隔1个周期观察试样锈迹,确定防锈剂涂层的耐腐蚀性能。1.3.2辅助电极的制备采用LK3200A电化学测试体系:试样为工作电极,用蜡和松香涂封,暴露1cm×1cm,饱和甘汞电极(SCE)为参比电极,铂电极为辅助电极;腐蚀介质为5%NaCl溶液。(1)腐蚀活性物质的含量计算稳定30min后常温下测量,动电位扫描速度5mV/s。通过式(1)计算腐蚀速度(或均匀腐蚀速度):vcorr=AnQ×Jcorr(1)vcorr=AnQ×Jcorr(1)式中vcorr——腐蚀速度,g/(h·cm2)A——金属的原子质量,gn——腐蚀氧化反应电荷的转移量,molQ——1mol电子的电量,96500C/mol(26.8A·h·mol-1)Jcorr——腐蚀电流密度,A/cm2通过式(2)计算涂层保护效率:η=(1−JcorrJ0corr)×100%(2)η=(1-JcorrJcorr0)×100%(2)式中η——涂层保护效率,%Jcorr——样品腐蚀电流密度,A/cm2J0corrcorr0——空白样品腐蚀电流密度,A/cm2(2)电阻抗谱在腐蚀电位下测定,正弦波扰动电压为10mV,扰动频率为1×(10-2~104)Hz。1.3.3室外试验将螺纹钢条一半喷涂防锈剂,另一半不喷,放置在户外,在夏季多雨季节试验,观察防锈效果。2结果与讨论2.1合成膜剂和缓蚀剂的应用空白螺纹钢及自制防锈剂保护的螺纹钢的中性盐雾腐蚀结果见表2。由表2可见:螺纹钢浸涂自制防锈剂后防锈期大大增加。这是因为水基防锈剂中成膜剂丙烯酸乳液的性能较好,同时纳米二氧化硅使防锈剂形成了坚固的膜层,起到了物理隔离作用;而且,当水分接触涂层时,缓蚀剂磷酸三钠在涂层中起到缓蚀的作用,对螺纹钢进行缓蚀保护,延长了螺纹钢表面出现红锈的时间,提高了螺纹钢的耐蚀性能。5%NaCl盐雾中Cl-对涂层的破坏从点蚀开始,形成针状红锈后的下1个周期开始产生局部腐蚀,形成圆点状锈迹,然后慢慢扩大为圆饼状,最后扩大至全面腐蚀。2.2涂层电阻器性能2.2.1防锈剂涂层与其它工艺剂涂层的腐蚀效果对比4种状态螺纹钢在5%NaCl溶液中的Tafel极化曲线见图1,拟合的极化曲线参数见表3。对比可见,有自制防锈剂涂层的螺纹钢的腐蚀电流密度大幅降低,腐蚀电位提高,腐蚀速度降低,膜层的保护效率达到99.8%,防锈剂涂层在5%NaCl溶液中起到了物理隔离与缓蚀保护的作用,这与中性盐雾试验结果一致;自制防锈剂的防锈效果优于其他2种市售水基防锈剂。2.2.2电解质液渗流对抗型4种状态螺纹钢在5%NaCl溶液中浸泡96h后的电化学性能见图2~4。由图2可知:未处理的螺纹钢的高频容抗弧非常小,出现2个时间常数,说明螺纹钢表面氧化皮已经破坏,不稳定的氧化皮与腐蚀产物阻止腐蚀反应进一步发生,但电解质溶液继续渗透进行腐蚀反应;浸涂自制防锈剂的螺纹钢仍为单容抗弧,仅1个时间常数,涂层有电容特性,电化学极化阻抗值达到930Ω·cm2,此时涂层未被破坏,仍起了物理隔离与缓蚀保护作用,没有引起钢铁腐蚀,而且高频容抗弧的半径远大于其他2种涂层的;而2种市售防锈剂的涂层已被电解质完全渗入,腐蚀产物阻挡了部分微孔,使得腐蚀反应变慢。由图3可知,自制防锈剂的涂层极化电阻很大,为空白的1000倍以上。自制防锈剂中纳米二氧化硅提高了涂层的强度,其他助剂提高了涂层在螺纹钢表面的附着力,从而提高了涂层的阻抗值。自制防锈剂的涂层的阻抗值明显高于2种市售防锈剂的涂层,更大地提高了螺纹钢的耐腐蚀性能。2.3腐蚀膜的保护作用螺纹钢露天耐候试验2个月后,喷涂自制防锈剂的一端形成了致密的防腐蚀膜,隔离了空气和水分与螺纹钢的直接接触,对螺纹钢起到了保护作用。若遇到雨水,防锈剂中的缓蚀剂还可起缓蚀作用,降低螺纹钢的腐蚀速率,提高螺纹钢的耐腐蚀性能,使螺纹钢户外防锈期超过2个月。3其他助剂对螺纹钢腐蚀的影响(1)自制防锈剂中成膜剂的性能较好,纳米二氧化硅提高了涂层的强度,缓蚀剂起到了很好的缓蚀作用,其他助剂提