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1、植酸在金属防护中的应用现状及展望1,221,22胡会利,程瑾宁,李宁,王雅芬(1.哈尔滨工业大学应用化学系,黑龙江哈尔滨150001;2.哈尔滨工业大学(威海)海洋学院,山东威海264209)[摘要]介绍了植酸的分子结构、生产方法和特殊性质。阐述了目前植酸的主要研究和应用现状,如在金属防护中充当阴极型缓蚀剂、用于电镀或化学镀的配位体、用作成膜型的金属钝化剂、在磷化及水性涂料中用作多功能助剂以及其他金属防护领域中的应用,并指出了目前存在的主要问题和今后发展和研究的方向。[关键词]金属防护;植酸;无铬钝化[中图分类号]TG178[文献标识码
2、]A[文章编号]1001-1560(2005)12-0039-050前言图1。植酸分子中含有12个未反应磷羟基,故易溶于水,且水溶液具有较强的酸性。此外,它能同传统的金属钝化多采用物美价廉的铬酐或铬[1]金属配位的24个氧原子,12个羟基和6个磷酸酯酸盐等六价铬化合物,其对基体金属具有良好基。因此,植酸可以在较宽的pH值范围内与金属的保护作用。但铬类化合物毒性较大且又具有强[2]离子形成多个螯合环,得到化学性质很稳定的配合烈的致癌作用,目前世界各国对其使用和废水[19]物。对各金属离子的具体配位常数见表1。因排放都做出了严格的限制,禁止
3、使用铬类化合物已为植酸分子中的6个碳原子的空间构型为椅型,6成必然趋势。因此,采用环境友好的有机或无机物个磷酸基只有一个处在a位,即与对称轴平行,其[3~5]来取代铬类化合物已迫在眉睫。目前,国内外他5个均在e位上,与对称轴成10915b,呈平伏状关于无铬钝化的研究已取得一定的进展,并提出了(见图1),为了便于描述,对植酸中的6个磷酸基一些可能作为铬类化合物的安全环保的替代物,如进行了编号,P1即是处于a位的磷酸基,这样一[6][7~9][10]有硅酸盐或聚硅酸盐、稀土元素、钼酸盐来,就有P1,P2,P4以及P6所代表的4个磷酸基处[1
4、1][12][13,14]或钨酸盐、纳米硅溶胶及其他有机物于同一平面上,所以,植酸在金属表面与金属发生等。这些替代物对金属材料都具有一定的钝化作配位反应时,易在金属表面形成一层致密的单分子用,但大部分研究仍停留在试验阶段,存在着种种保护膜,能有效地阻止腐蚀介质渗入金属表面,从难以解决的困难而无法工业化应用。植酸具有特而起到防护作用。同时,经植酸处理后的金属表面殊的分子结构和很强的螯合作用及一定的成膜性,形成的单分子有机膜层同有机涂料具有相近的化且无毒无污染,因而引起了关注。国内在20世纪学性质,而且,膜层中含有的磷羟基和酯基等活性90年
5、代开始植酸应用于金属防护技术的研团可与有机涂料中的极性基团形成氢键或发生化[15,16][17~19]究,至今已经获得了一定的研究成果。学反应,故植酸处理过的金属表面与有机涂层黏接1植酸分子结构1872年Preffer发现植酸,直到1969年才由[20~22]GrafE等确定其分子结构。植酸学名为环己六醇六磷酸酯,全称为1,2,3,4,5,6-二氢磷酸肌醇(IUPAC),分子式为C6H18O24P6,分子量为660108,室温下为无色或淡黄色液体,其结构式见图1植酸结构图[收稿日期]2005071939植酸在金属防护中的应用现状及展望性
6、更好。环境友好的缓蚀剂。表1不同pH值下植酸对金属离子配位常数lgk212配位体金属离子pH值植酸可以在较宽的pH值范围内与各种金属Mg2+Ca2+Fe3+Co2+N2i+Cu2+Zn2+离子形成稳定的配合物。日本专利昭55-1640671814781631614511382159912115150报道了将植酸应用于电镀锌的配位体以替代氰化21012881231613021662198918315143[35,36]物的研究成果。国内陈自然等人研究了植酸39156917316184211221051014115150在电镀锌和铁镍合金中
7、的应用,发现植酸不但可以4101851010217121711731891014315185代替氰化物作为配位体,而且将其用于镀前处理还510177101051713515154131491018514196可以提高镀层的结合力。在镀锌液中加入植酸,可610155101871716315127141921019115105以获得具有宽广的光亮电流密度范围和工作温度植酸广泛存在于各种动植物体中,以脱脂米糠范围及极强的走位能力(深镀能力)的镀液[37]。同[20,21]中含量较高,一般为10%~11%(质量分[38]样,植酸也可以应用于各种
8、化学镀。侯新初采数)。日本于1979年公开的昭54-81309提出的米用植酸与柠檬酸的复配作为化学镀镍的配位体,获糠法实现了植酸的工业化生产,随后国内杜志[39]得了稳定的化学镀镍液。徐瑞东等人研究了植[2
