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1、两类甜菜碱型表面活性剂缓蚀行为的研究·类 别：金属加工·作 者：曾凌三，梁本熹，张跃龙，唐辉尧·关键词：月桂基甜菜碱，金属缓蚀剂，表面活性剂·【内容】· 甜菜碱是一类优良的两性表面活性剂,在工业上获得了广泛应用.而月桂酰胺甜菜碱除具有一般甜菜碱的性质外,还具有极好的生物降解性能,降解迅速完全;对皮肤与眼睛刺激性极小;毒性低;发泡、抗静电、乳化性能优良等特点,其主要性质类似月桂基咪唑啉两性表面活性剂.甜菜碱两性表面活性剂对碳钢具有一定的缓蚀作用已为人们所知,但对其缓蚀行为的研究却未见报导.咪唑啉型缓蚀剂是一类新型高效缓蚀剂,其中以月桂基咪唑啉为代表的咪唑啉型表面活性
2、剂对金属的缓蚀性能已引起国内外学者的关注.因此,对性质类似咪唑啉的月桂酰胺甜菜碱的缓蚀行为研究就显得更为重要了.本文采用电化学、失重等方法研究了月桂酰胺甜菜碱和月桂基二甲基甜菜碱在硫酸溶液中对碳钢的腐蚀电化学行为和吸附规律.1实验方法1.1 甜菜碱的制备月桂基二甲基甜菜采用市售商品.月桂酰胺甜菜碱的合成制备.根据梁本熹等人提出的咪唑啉水解反应为碱催化酸抑制的观点,合成工艺路线为:首先由月桂酸与羟乙基乙二胺进行热缩脱水,生成N-羟乙基氨乙基月桂酰胺,然后在碱性条件下将其与烷基化试剂氯乙酸钠反应,则生成月桂酰胺甜菜碱.1.2 缓蚀性能测试实验材料10#碳钢,经180#砂布打磨
3、去锈,1～5#金相砂纸磨至镜面光亮,再用无水酒精、丙酮清洗,冷风吹干,放入干燥器中备用.实验药品纯度化学纯以上,所有溶液均用二次蒸馏水配制.采用常规失重法测量腐蚀速度.实验温度除“温度影响”项目外,均为40℃.采用动态恒电势法测量极化曲线,辅助电极为大面积铂电极,参比电极为饱和KCl甘汞电极.扫描速度:100mV/min,实验温度:20±0.5℃.电极电势值均为饱和甘汞标.2实验结果与讨论2.1 甜菜碱的缓蚀性能甜菜碱浓度对缓蚀性能的影响如表1所示.它们在硫酸溶液中对碳钢均具有较好的缓蚀性能,且EADS优于BS-12.随着浓度的增加,缓蚀率亦增加,当达到一定浓度后,缓蚀率
4、变化甚小,故在后续实验中EADS浓度均取1mmol/L,BS-12均取1.5mmol/L.2.2 甜菜碱对碳钢电化学腐蚀行为的影响碳钢在含有1mmol/LEADS或1.5mmol/LBS-12的0.5mol/LH2SO4溶液中的恒电势动态极化曲线如图1和图2所示.无论介质中是否含EADS和BS-12,碳钢在0.5mol/LH2SO4溶液中均为活化腐蚀,不存在钝化现象,EADS和BS-12在碳钢表面发生了吸附,它们的加入明显阻滞了碳钢的阳极溶解过程,EADS影响大于BS-12,而对阴极过程影响较小.这说明EADS和BS-12甜菜碱主要属以阻滞阳极过程为主的缓蚀剂,即主要属供
5、电子型缓蚀剂,由缓蚀剂向金属提供电子对,因而有利于抑制阳极反应.缓蚀性能EADS优于BS-12,此结论与2.1结论一致.碳钢在实验溶液中的自腐蚀电势变化较小(0.5mol/LH2SO4中:-0.470V,0.5mol/LH2SO4+1mmol/LEADS中:-0.442V,0.5mol/LH2SO4+1.5mmol/LBS-12中:-0.447V),这说明电极电势对电极表面的吸附行为影响可以忽略,甜菜碱的作用机理具有“覆盖效应”,因此可视甜菜碱的缓蚀率(η)为覆盖度(θ).2.3 温度对缓蚀性能的影响温度对缓蚀性能的影响关系如图3所示.随着温度升高,缓蚀率下降,覆盖度下降
6、,这说明甜菜碱在碳钢表面的吸附是一个放热过程.温度升高,对甜菜碱的吸附不利,其影响程度,当温度>40℃时,EADS>BS-12;而当温度<40℃时,则两者相当.2.4 甜菜碱的吸附规律若甜菜碱在碳钢表面的吸附遵循Langmuir吸附等温式规律,即θ/(1-θ)=KaC,则应满足与logC呈线性的关系,吸附平衡Ka为常数.但从图4可以看出,与logC却呈折线关系,Ka并非常数,出现等温吸附覆盖度转变点(θ转).这说明硫酸溶液中甜菜碱在碳钢上的吸附行为不遵循Langmuir吸附等温式.实际上有机甜菜碱在碳钢表面上的吸附过程较为复杂,它可能遵循两个不同的吸附规律.作为固体金属电
7、极,尽管经过一些处理,其表面并非完全均匀,各处吸附能力不同,一些活性点(晶间、位错等)将被优先吸附.另外,被吸附的分子间还存在着一定的相互作用,所以存在着这两方面的影响.实验表明,在不同的吸附覆盖度下,这两种影响因素其程度是不同的..当吸附覆盖度较小时(θ<θ转),甜菜碱在碳钢表面上的吸附行为遵循Temkin吸附等温式,即(1)式两边取对数整理得呈线性关系(见图5),这说明当θ<θ转时,相邻的被吸附分子间的相互作用可以忽略,影响吸附自由能的主要因素是碳钢表面的不均匀性.f为表征碳钢试片表面不均匀性的参数.当吸附覆盖度较大时(θ
