基于響應面實驗的水基防銹劑配方研究

王亞 魏子堯 陳會 寇乾詣 侯金鵬

【摘 要】為了研究出綠色環保，并能更好保護鋼片表面結構的水基防銹劑，本文利用單因素實驗進行對表面活性劑進行篩選，得出吐溫20、6501、MOA-5為主要表面活性劑;司班80、OP-10、二乙醇胺作為輔助活性劑。并利用單純性配方試驗中的質量對比得出了它們的最佳配比，其比例為吐溫20：6501：MOA-5為0.3034188：0.6965812：0其防銹效率可達99.87%具有較好的防銹效果，該水基防銹劑PH近似中性，且該水基金屬防銹劑性能及成本均優于市售防銹劑。

【關鍵詞】水基防銹劑;單因素實驗;單純型配方設計

1.前言

鐵的機械特性使其在所有經濟領域都可用。年度的鋼鐵產量已經成為一個國家生產能力的重要指標。但鋼在大氣中含有微銹的元素[1]，據計算每年總產出中有20%來自銹元素[2]。2000年侵蝕造成的經濟損失，總計5億元[3]。金屬銹不僅能造成金屬壽命的消耗，還會造成嚴重事故和嚴重損失。如果鋼的結構材料腐爛了，許多指標就會明顯下降，嚴重影響到結構項目的安全、運作條件和使用期。就以廢鐵的結構來看，情況是這樣的。強度下降可達10%-15%[4]，大量的事故致使研究鋼鐵侵蝕變得更加重要。

自然環境中的金屬侵蝕是不可避免的，但運用適當的科學技術就能在很大程度上降低。許多人為加強防腐技術而設計的工具，包括用金屬防腐技術、使用精銹材料和產生額外的薄膜。由于成本和效率，人們越來越關注這種方式。

2.1單因素實驗研究

本文選取實驗藥品：吐溫20、6501、MOA-5、司班80、OP-10、二乙醇胺等，作為單因素的變量依次進行試驗，試劑配置具體步驟如下：稱取相應藥品質量，加入50ml水后，將配置好的溶液放置于25℃恒溫水浴鍋中均勻攪拌;將表面處理好的鐵箔均勻涂抹配置好的水基防銹劑，將其放置恒溫箱中24h，溫度25℃計算生銹部分的質量換算防銹效率，作為評判防銹效果的指標。

經單因素試驗探究后得出吐溫20、6501、MOA-5對防銹效果影響因素較大，試確定出上述三種藥品為主要表面活性劑，司班80、OP-10、二乙醇胺等藥品對防銹效率影響不大，作為輔助活性劑。鉬酸鈉、D-葡萄糖酸鈉、苯駢三氮唑、植酸、聚乙二醇400、泡敵等作為助劑。

根據圖1可以看出前期隨著吐溫20用量增大，其防銹效果在增加，但增量到一定程度達到3ml時達到了峰值，再增大吐溫20的用量將會加快對鐵箔的腐蝕，由此可以推斷其最好的用量范圍在2.0ml～3.0ml范圍之間。水可以導致吐溫80發生水解降解并引起酯鍵的斷裂不過，吐溫80產品中同時含有的一定量的雙、三油酸酯雜質，能夠抑制吐溫80因水發生的水解降解。發生水解降解后的吐溫80，在酯鍵斷裂的同時也就失去了表面活性和形成膠束的能力。因此防銹效率下降。

圖2可知當6501范圍在2.0～2.5ml時隨著肉桂酸用量的增加防銹效率在顯著上升，表面活性劑分子從體相向表面擴散的速度增大，當加至2.5ml時鐵箔的防銹效率達到峰值，因此肉桂酸的最佳用量介于2.0～2.5ml之間，此時鐵箔具有較好的耐腐蝕性。當表面活性劑的濃度高于表面活性劑的CMC后[5]，混合體系的擴張模量均與單獨表面活性劑溶液的數值比較接近，說明界面上大分子逐漸被表面活性劑分子所替代導致其清洗濃度的下降[6]。

2.2 單純性配方設計實驗

通過單因素實驗確定出三種表面活性劑的種類，對其進行單純型配方設計，實驗具體采用質量對比法，進而得出這幾種緩蝕劑表面活性劑的最佳配比，具體溶液配置過程和處理條件同上述單因素實驗，對實驗設計完的數據進行預測刻畫，得到其預測刻畫的最適值為吐溫20、6501、MOA-5的比例為0.3034188：0.6965812：0其防銹效率可達99.87%具有較好的防銹效果，可以達到其標準。

2.3 防銹性能指標測試

將處理后的防銹棄液進行PH檢測，得出不同比例下的ph值的幅度在6～8不等，溶液為中性，具體原因是酸式類緩蝕劑和顯堿性的二乙醇胺配置比例不同導致;靜置該廢棄溶液24h觀察其均質性，可以得到24h后該溶液均質性良好，與市售防銹劑無區別;涂抹在鐵箔表面時，市售防銹劑易成股停留在處理好的鐵箔表面，該防銹劑能夠均勻覆蓋在其表面。

3.結論

根據單因素實驗可以挑選出三種防銹影響因素較大的表面活性劑，并確定出相應的輔助活性劑;后用單純性配方設計中的質量比較得出三種主要表面活性劑的最適比例，得到其比例為0.3034188：0.6965812：0其防銹效率可達99.87%;最后對其性能檢測，看出其均質性良好，能夠均勻覆蓋在表面，無刺激性氣味且相比市售防銹劑成本更低。

參考文獻：

[1]黃之祥，吳霽虹. 鋼鐵腐蝕因素分析及不同防腐底漆的性能比較[J]. 上海涂料，2006（08）：24+32-36.

[2]孔綱，盧錦堂，許喬瑜. 熱浸鍍鋅合金技術的發展與應用[J]. 腐蝕科學與防護技術，2005，017（004）：259-261.

[3]李丹，梁亮，蔣晨，等. 環境友好型水性涂料復合膜防腐性能的研究[J]. 涂料工業，2010，40（8）：48-51.

[4]夏妍. 碳鋼和耐候鋼在若干典型環境下的腐蝕行為研究[D]. 浙江大學博士論文，2014.

[5]李剛森;蔡立芳，十二烷基硫酸鈉與非離子表面活性劑AEO9/6501復配體系表面活性及動態表面張力研究[J] 輕工學報. 2016，31（05），51-57.

[6]譚晶. 表面活性劑與聚合物在油水和泡沫體系的加合增效機制研究[D]. 山東大學碩士論文，2010.

基金項目：

大學生創新創業訓練計劃項目（202110214339）

作者簡介：

王亞（2000?），女，山東省煙臺市人，在讀本科生，專業為土木工程專業。