191不飽和聚酯樹脂耐鋼鐵清洗液腐蝕性能研究

齊 雙 春

（衡水學院 化工學院，河北 衡水 053000）

鋼鐵清洗液主要由水、低級醇、酸、金屬鹽類等成分組成，一般是弱酸性溶液，pH 值在6 ~ 8.5 范圍內[1]，用來清洗金屬容器、管道、金屬部件等金屬產品表面的污垢、銹斑等雜質，使用溫度一般在10 ~ 70 ℃范圍內。

鋼鐵清洗液是弱酸性溶液，具有一定的腐蝕性，目前儲存、輸送鋼鐵清洗液的設備材質主要是金屬材質，這些設備或者價格高，或者壽命短，往往還造成污染，找到一種性價比優良、不造成污染的非金屬材質制備儲存、輸送鋼鐵清洗液的設備是非常必要的。

191UPR 是一種通過熔融法合成的鄰苯型UPR，其價格較低廉[2]，在玻璃鋼復合材料行業常被作為結構層樹脂或外表層樹脂使用，作為耐腐蝕的內襯層樹脂使用未見報道，對于其耐鋼鐵清洗液腐蝕性能的研究未見報道。本文通過浸泡法，考核191 不飽和聚酯樹脂（UPR）制成的玻璃鋼（GFRP）試塊浸泡前后巴氏硬度、彎曲強度、厚度、質量、介質顏色、玻璃鋼試塊表面的變化，研究191UPR 耐鋼鐵清洗液的腐蝕性能，獲得耐腐蝕數據，對玻璃鋼行業中有關鋼鐵清洗液儲罐與管道的選材設計具有重要意義。

1 儀器藥品

電子天平（EJ-1201C），北京朗科興業稱重設備有限公司；臺式天平，上海經若科學儀器有限公司；電子萬能試驗機（WE-1000D），濟南中路昌試驗機制造有限公司；切割鋸（DQ150），武漢大學儀器廠；500L 不銹鋼反應釜一套、不銹鋼模具，冀州中意復合材料有限公司；軋輥、吸耳球、移液管（1 mL、2 mL）、剪刀、溫度計、游標卡尺，衡水學院應用化學系提供。

鄰苯二甲酸酐，苯甲酸，順丁烯二酸酐，富馬酸，丙二醇，乙二醇，苯乙烯，固化劑—過氧化甲乙酮（MEKP），促進劑—環烷酸鈷，乙醇，脫模劑，聚酯表面氈，玻璃纖維短切氈，鋼鐵清洗液。以上藥品與原料均由冀州中意復合材料有限公司提供。

191UPR，自制，制備方法參見參考文獻[3]

2 191UPR 玻璃鋼試塊的制備

2.1 191UPR 固化配方

在200 mL 燒杯中，稱取100 g191UPR，用移液管量取1.8 mL 固化劑，加入燒杯中，用玻璃棒攪拌均勻，用另一支移液管量取不同量的促進劑加入燒杯中，攪拌均勻，在室溫下測試并調整191UPR 的膠凝時間在40 ~ 60 min 之間。

2.2 纖維織物的裁剪

按照模具尺寸，用剪刀裁剪相應大小的纖維織物若干份備用。

2.3 191UPR 玻璃鋼試塊制備

1）模具清理。水洗，乙醇洗，晾干。

2）涂擦脫模劑。用細棉紗蘸取蜂蠟在清洗后的模具上刮涂，涂抹均勻。

3）191 UPR 玻璃鋼試塊制備。在涂有脫模劑的模具上加入適量2.1 調配好的191UPR，依次鋪設2 層聚酯表面粘（30 g/m2）、4 層短切氈（450 g/m2）、2 層聚酯表面粘（30 g/m2），邊鋪設，邊加調配好的191UPR，邊用滾軸滾壓，以便結合緊密，并趕凈氣泡，保證層與層之間結合緊密，沒有氣泡。

2.4 固化

室溫固化72 h，脫模，80 ℃固化24 h，保證固化完全。

2.5 191UPR 玻璃鋼試塊加工

用切割鋸將2.4 中制備、固化好的玻璃鋼試塊加工成80*15*3.5 的規格，用小鋼銼修整切口，除去毛邊，使切口平整，用水沖洗，晾干，石蠟封邊。

3 191UPR 玻璃鋼試塊性能測試

按照GB/T2567-2008 和GB/T3854-2005 分別測量191UPR 玻璃鋼試塊的彎曲強度和巴氏硬度，按照GB/T3857-2005 測量191UPR 玻璃鋼試塊的質量和厚度。

4 191UPR 耐腐蝕性能測試

用浸泡法測試191UPR 的耐腐蝕性能，浸泡時間15 天。

準備8 個250 mL 的圓底燒瓶，分兩組A 組和B 組，分別編號作記號，A 組盛裝低酸度鋼鐵清洗液1，B 組盛裝高酸度鋼鐵清洗液2。

取8 塊2.5 加工好的191UPR 玻璃鋼試塊，分兩組A 組和B 組，并做好記號。

把盛裝鋼鐵清洗液的A、B 兩組燒瓶固定安裝在4 個2 口恒溫水浴鍋上，A、B 兩組燒瓶一一對應安裝在同一個恒溫水浴鍋上。裝上冷凝器

打開循環冷凝水，開啟加熱，調整并固定溫度12 ℃、35 ℃、50 ℃、70 ℃，注意保持恒溫。

定時補充鋼鐵清洗液，保證液體浸沒玻璃鋼試塊；定時觀察介質和玻璃鋼試塊表面變化，并做好記錄。

實驗結束，取出玻璃鋼試塊，用自來水沖洗干凈，自然晾干，按照3 的方法重新測量191UPR 玻璃鋼試塊的彎曲強度、巴氏硬度、質量和厚度。觀察介質和玻璃鋼試塊表面變化，并做好記錄。

5 結果討論

5.1 不同溫度、不同酸度的鋼鐵清洗液對191UPR 性能的影響

不同溫度、不同酸度的鋼鐵清洗液對191UPR 性能的影響如圖1－圖4（圖中低代表低酸度的鋼鐵清洗液1，高代表高酸度的鋼鐵清洗液2；保留率是浸泡后測得的數據除以浸泡前測得的數據，再乘以100%），表1列出了浸泡前后介質與191UPR 玻璃鋼試塊顏色與狀態的變化情況。

5.2 耐腐蝕性能分析

鋼鐵清洗液對191UPR 玻璃鋼試塊的腐蝕包括物理腐蝕和化學腐蝕兩方面，物理腐蝕是指液體介質滲入試塊內部，引起試塊溶脹、厚度增加、質量變大、彎曲強度和巴氏硬度下降；化學腐蝕是指液體介質進攻191UPR 中的酯鍵，使其斷裂，引起高分子鏈斷裂降解，引起191UPR 玻璃鋼試塊厚度減小、質量變小、彎曲強度和巴氏硬度下降。無論是物理腐蝕還是化學腐蝕，都造成191UPR 玻璃鋼試塊力學性能、耐溫性能等性能降低，甚至消失，從而失去其用途。

圖1 鋼鐵清洗液對191UPR 試塊厚度影響

圖2 鋼鐵清洗液對191UPR 試塊巴氏硬度影響

圖3 鋼鐵清洗液對191UPR 試塊質量影響

圖4 鋼鐵清洗液對191UPR 試塊彎曲強度影響

表1 浸泡前后介質與191UPR 試塊顏色與表面狀態變化情況

由圖1－圖4可知，隨著溫度的上升，191UPR 的質量、厚度、彎曲強度、硬度保留率均呈下降趨勢；隨著鋼鐵清洗液酸度的提高，191UPR 玻璃鋼試塊的質量、厚度、彎曲強度、硬度保留率也呈下降趨勢；由表1可知：1）50 ℃以下，鋼鐵清洗液1 和鋼鐵清洗液2 兩種清洗液浸泡后，191UPR 玻璃鋼試塊外觀和介質顏色均沒有太大變化；2）50 ℃ ~ 70℃，鋼鐵清洗液1 浸泡后，191UPR 玻璃鋼試塊外觀沒有太大變化，介質顏色稍變深，但變化不大，鋼鐵清洗液2 浸泡后，191UPR 玻璃鋼試塊外觀和介質顏色均稍有變化，但變化不大。這說明，在實驗條件下，兩種腐蝕中，化學腐蝕起了主要作用，但腐蝕強度不大，沒有造成191UPR 的力學性能、耐腐蝕性能、耐溫性能明顯的降低，耐腐蝕性能良好。

鋼鐵清洗液1 含質量分數10%的硫酸鐵和10%的硫酸；鋼鐵清洗液2 含質量分數10%的硫酸鐵和質量分數20%的硫酸。二者均是含硫酸鐵的稀硫酸溶液，它們對191UPR 玻璃鋼試塊的物理腐蝕是通過微孔、裂紋等玻璃鋼試塊缺陷滲透到玻璃鋼試塊內部，使玻璃鋼試塊溶脹，造成玻璃鋼試塊表面變化，巴氏硬度、彎曲強度降低，厚度與質量增加；它們對191UPR 玻璃鋼試塊的化學腐蝕是在酸催化下水進入玻璃鋼試塊內部，進攻酯鍵，使其斷裂造成高分子鏈降解變成小分子鏈段，酸度越高酯鍵斷裂速度越快，表現為玻璃鋼試塊表面變暗，纖維裸露，巴氏硬度、彎曲強度，厚度與質量變小，介質顏色變深變渾。

191UPR 從結構上講屬于鄰苯型不飽和聚酯樹脂（UPR），酯鍵兩側有體積較大的苯環，在一定程度上阻礙了親核試劑對酯鍵的進攻，起到了保護酯鍵的作用，提高了其耐腐蝕性能；191UPR 制備過程中采用不飽和二元酸富馬酸作原料，合成不飽和聚酯，在與苯乙烯混合制備產品，由于富馬酸是反丁烯二酸，對稱性好，固化交聯時，雙鍵充分反應，固化密度高，分子規整性好，提高了191UPR 的防滲透性，提高了其耐腐蝕性。

6 耐腐蝕性評價方法

一般根據浸泡介質、玻璃鋼試塊外表及其性能在浸泡前后的變化，判斷其耐腐蝕性能，判斷方法如表2。

表2 不飽和聚酯樹脂耐腐蝕性標準

7 結論

由浸泡前后的實驗數據、介質顏色變化和玻璃鋼試塊外觀變化分析得出：70 ℃以下，191UPR 耐鋼鐵清洗液1 和鋼鐵清洗液2 的腐蝕。