一种原位聚合型金属腐蚀抑制剂及其应用

技术领域

本发明涉及一种原位聚合型金属腐蚀抑制剂，适用于金属腐蚀的防护，特别适用于钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀防护。

技术背景

金属腐蚀是金属自身在外界环境作用下由还原态向氧化态转变的自然过程，这一过程从热力学上看本身是不可避免的，但通过合适的技术手段和措施我们能够阻止和降低这一过程的发生、发展速率，即所谓的腐蚀防护。

金属腐蚀作为普遍的现象，带给人类和社会的损失和伤害是巨大的。腐蚀防护一直是国际社会关注的热点问题，特别对于严酷环境侵蚀下的金属及其构筑物等，腐蚀速率尤其之快，亟需进行腐蚀防护。

金属腐蚀防护的措施包括使用有机或无机涂层、表面钝化、电镀、物理沉积、化学沉积以及阴极保护等。而特殊环境下，金属表面难以进行上述表面处理时，如混凝土结构中的钢筋、工业循环水中的水管、油田开采中的钻机、酸洗过程中的金属以及不能进行表面涂装处理且暴露于大气环境中的金属等，则需要加入金属腐蚀抑制剂来达到阻止和延缓金属腐蚀的作用。

现有的腐蚀抑制剂剂主要包括有机胺、有机磷酸、有机羧酸以及无机氧化物或能够形成成膜物质的无机物等。这些腐蚀抑制剂各有特点，但均是单一结构的腐蚀在金属表面的吸附或是参与金属表面的氧化还原反应抑制腐蚀的进行，且大多腐蚀防护的周期较短，长期抑制效果有限，若要维持效果需要不断的补给药剂用量，不能形成连续的长效的腐蚀防护。

发明内容

本发明解决了现有金属腐蚀抑制剂有效时间短，以及抑制效果有限的弊端，将本发明所述原位聚合型金属腐蚀抑制剂涂覆于钢筋表面或涂覆于混凝土或砂浆表面再通过渗透、扩散等迁移至钢筋表面，在金属表面原位聚合形成连续、致密的保护膜层，从而抑制金属的腐蚀，该技术不同于涂层防护，形成的保护层具有纳米级别，不改变金属表观以及导电或导热等物理性能，且直接加入腐蚀抑制体系，不受腐蚀防护体系的影响。所述防腐蚀体系是指混凝土中钢筋的防腐，涂料中钢筋防腐，循环水中金属防腐以及金属加工液中金属防腐。

本发明所述的原位聚合型金属腐蚀抑制剂，含双键、三键的不饱和聚合物，配合阻聚剂，在氧化诱因存在时，氧化还原引发聚合，在金属基体生成近似单分子层的致密聚合物，进而起到腐蚀抑制的作用。本发明所述腐蚀抑制剂可以混溶于水相体系也可以通过组分及比例的调节混溶于油相体系，可以应用于钢筋混凝土结构、工业循环水、有机涂料或金属加工液等系统中，保护金属免于腐蚀破坏。

所述原位聚合型金属腐蚀抑制剂，其组成包括含双键、三键的化合物、氧化剂、阻聚剂、成膜促进剂和水，其重量比如下：

所述的双键或三键化合物为含有双键或三键的有机酸、有机醛或有机醇组成。双键和三键的化合物能够在腐蚀防护体系中通过自身的聚合形成近似单分子层的聚合物防腐膜层，该膜层不同于有机涂层，不改变金属表面物理特性，且该单分子层聚合物膜层在氧化剂、阻聚剂、成膜助剂以及金属溶解的阳离子等共同作用下原位聚合形成。

所述的双键或三键化合物为含双建或三键的有机酸、有机醛、有机醇中的一种或两种以上以任意比例混合，所述的双键或三键化合物C原子数为1～20，且所述的双键或三键化合物可聚合生成膜。选择双键化合物中含有羧基、醛基、羟基的主要目的是原位生成的聚合物具有强吸附基团，能够与金属基体形成吸附，从而增强膜层与基体的紧密粘结程度。

所述的双键有机酸为丙烯酸、丁烯酸、丁烯二酸及其衍生物，所述丙烯酸、丁烯酸、丁烯二酸的衍生物含有芳基或烷基；

所述的含三键的有机酸为丙炔酸、2-炔-1-丁酸、1,-4丁炔二酸的一种或两种以上以任意比例混合。

所述双键有机醛为含丙烯醛、丁烯醛、异戊二烯醛及其衍生物，所述含丙烯醛、丁烯醛、异戊二烯醛的衍生物为含芳基、烷基的丙烯醛、丁烯醛、异戊二烯醛衍生物。

所述的三键有机醛选自丙炔醛、2-炔-1-丁醛、1，-4丁炔二醛的一种或两种以上以任意比例混合。

本发明所述双键有机醇为丙烯醇、丁烯醇、异戊二烯醇及其衍生物，所述丙烯醇、丁烯醇、异戊二烯醇的衍生物含芳基、烷基。

所述三键有机醇化合物选自丙炔醇、2-炔-1-丁醇、1，-4丁炔二醇中的一种或两种以上以任意比例混合。

本发明的最大的特点是腐蚀抑制剂中还有氧化剂，所述的氧化剂可以与金属原子构成氧化还原体系，从而在金属基体表面原位发生聚合反应。所述的氧化剂为含过氧化物的无机物或有机物，或含过氧化物的无机物和有机物的任意比例组合。

作为优选，所述氧化剂选自过氧化氢、过硫酸钠、过硫酸铵、过氧化苯甲酰胺、过氧化苯甲酸、过氧苯甲酸叔戊酯中的一种或两种以上以任意比例混合。

所述阻聚剂为酚类、醌类、芳烃硝基化或无机阻聚剂中的一种或任意两种组合，具体为苯酚、对苯二酚、2,6-二叔丁基对甲基苯酚、对叔丁基邻苯酚、4,4- 二羟基联苯、双酚A、苯醌、四氯苯醌、1,4-萘醌，二苯醌、硝基苯、硝基苯酚、酚噻嗪、对苯二胺、氯化铁、氯化亚铜中的一种或任意两种混合。

通过阻聚剂的加入，能够在产品储存时阻止双键或三键化合物自身的聚合，当加入腐蚀抑制系统中时，阻聚剂浓度得到稀释，使双键或三键化合物在金属表面原位缓慢生成聚合物膜层，并且不至于出现快速聚合而导致膜层变厚或团聚。

所述的成膜促进剂能够优化和促进双键或三键化合物分子在金属表面的分布均匀，从而促使原位聚合形成的膜层为均匀致密的膜层，该成膜促进剂为一种特殊功能的表面活性剂，该表面活性剂具有极低的表面张力和强的分散能力，同时消泡性能、表面润湿性能均较强。

本发明所述的成膜促进剂为一种低表面张力、强分散性、消泡性能良好且具有流平和润湿性能的表面活性剂，选自烷基琥珀酸酯磺酸盐、异构醇聚氧乙烯醚、异构醇聚氧乙烯丙烯醚、烷基磷酸酯、硅烷低聚物等表面活性剂，所述表面活性表面张力＜40mN/m,从而能高效促进聚合单体分子在金属基体表面的均匀铺展，以利于原位生成致密的膜层。

本发明所述原位聚合型金属腐蚀抑制剂可以应用于钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀防护，也可以应用于工业腐蚀环境中金属的腐蚀，也可以应用于金属防腐蚀涂料中增强金属的耐腐蚀性能。

应用于钢筋混凝土结构中可以在混凝土或砂浆拌合过程中掺入，也可以涂覆混凝土或砂浆表面，通过渗透迁移至钢筋表面原位形成保护膜抑制钢筋腐蚀。

工业腐蚀环境的应用包括工业循环冷却水系统的金属腐蚀防护、金属切削液系统的金属腐蚀防护以及金属酸洗系统的金属腐蚀与防护。

本发明所述原位聚合型金属腐蚀抑制剂的另一个优秀的特点在于，本发明所述原位聚合型金属腐蚀抑制剂可以在涂料系统中应用，添加到涂料系统中可以增强防腐涂料与基体的粘结力和耐腐蚀性能。

本发明所述原位聚合型金属腐蚀抑制剂具有制备简单，使用方便，应用效果优秀，且应用于特殊系统的金属腐蚀防护具有长效、高效的特点，具有极佳的市场应用空间。

具体实施方式

为对本发明进行更好的说明，举实施例如下：

准备7块钢筋混凝土，1块钢筋混凝土表面不涂任何涂层，另5块钢筋混凝土表面涂布实施例1-6所述的原位聚合型金属腐蚀抑制剂。

准备14块金属板，2块金属板不涂布任何防护涂成，另10块金属板分别涂布实施例1-6所述的原位聚合型金属腐蚀抑制剂。

所述混凝土中钢筋腐蚀电量降低率的检测步骤参见GBT50344-2004。

所述切削液中单片、叠片防锈性能检测步骤参见GBT6144-2010。

所述添加涂料中耐盐雾腐蚀时间检测步骤参见GBT10125-1997。

按表中配方制得6个不同样品，分别将上述样品应用至混凝土中，评价了该腐蚀抑制剂对混凝土中钢筋的腐蚀电量的降低效果，与未添加腐蚀抑制剂系统的钢筋相比，钢筋总的腐蚀电量降低86％以上，最高能实现98％的降低率。

同时应用至切削液中，参照国家标准《全合成切削液》GB/T6144-2010评价了该腐蚀抑制剂对金属单片腐蚀等级,未添加腐蚀抑制剂系统的金属样品上，滴加5滴切削液，金属面板上5滴全部腐蚀，腐蚀等级为D级；添加含腐蚀抑制剂的切削液，金属面板上5滴均未腐蚀，腐蚀等级为最高级A级。同时将该腐蚀抑制剂应用于涂料中，选择环氧涂层类涂料，通过添加腐蚀抑制剂，涂料的耐腐蚀性能得到显著提升。盐雾环境下，金属材料的腐蚀均在2400h以上，耐腐蚀性能提升一倍以上。