用马口铁罐和铝罐封装的气雾剂产品都存在着罐的腐蚀问题,特别是许多气雾剂产品被改为水基型配方,以二甲醚为抛射剂的情况下,罐的腐蚀问题益趋严重。
二甲醚为优良溶剂,能使金属罐内涂的环氧树脂层发生溶胀,结果不仅暴露金属表面发生腐蚀,而且剥落的树脂可污染气雾剂并阻塞阀门和喷头,以至于二甲醚一水系统的气雾剂产品不能用内涂的金属罐。
同时,由于二甲醚具良好的水溶解度和高挥发度,在罐内的气相部分带入较多的水,加剧罐内的气相腐蚀。气雾剂产品的腐蚀问题及其腐蚀控制问题为人们所关注,而阐明腐蚀作用机理,寻找其腐蚀控制方案,则是解决气雾剂产品腐蚀问题的关键。
一、金属罐的腐蚀作用机理
金属罐的腐蚀现象,金属罐封装的气雾剂产品具备发生腐蚀过程的环境和条件。按腐蚀性质可分化学腐蚀和电化学腐蚀,按腐蚀形态可分为全面腐蚀和局部腐蚀。前者阴、阳极区既微小又不固定。腐蚀分布相对地均匀,危害相对较小。后者又可细分,对气雾剂产品来说有缝隙腐蚀,包括沉积极腐蚀、孔腐蚀和电偶腐蚀,这类既普通(占整个腐蚀现象的85%)又危害严重。
(一)局部腐蚀过程中,阴阳极区彼此分开,所谓大阴极小阳极,结果腐蚀高度集中在局部位置上,造成严重危害。缝隙腐蚀金属与金属间、金属与非金属(橡胶垫圈和塑料)之间以及金属与沉积物之间形成的缝隙,所发生的金属腐蚀,皆属此类腐蚀。气雾罐的结构特征,有利于此类腐蚀的发生。
(二)缝隙 腐蚀过程的发生,溶液中的氧和氯离子起着着重作用,对于应用含游离氯(或其他卤素)离子的消毒剂,杀虫剂的水基气雾剂来说,可能会造成严重腐蚀。
缝隙外的金属表面发生阴极氧化还原,使缝隙内金属发生溶解,造成正电荷过剩;为保持电荷平衡而吸引缝隙外的氯离子迁入,使缝隙内的氯离子浓度增加达3至10倍,与金属离子反应生成氯化物,接着水解成氢氧化物和氢离子,使溶液的PH值降至3左右,这有进一步加速了缝隙内金属阳极的溶解,如此循环地进行着自催化的缝隙腐蚀过程。三片马口铁罐的上,下双缝尤其易于发生缝隙腐蚀。
(三)孔蚀 孔蚀是局部在小孔或斑点小而积上的腐蚀,可看作以自身的孔蚀构成的缝隙而进一步发生缝隙腐蚀的过程,其作用机理与缝 隙腐蚀雷同。气雾剂铝罐发生的腐蚀多数是孔蚀。
(四)电偶腐蚀 异种金属相接触,又都处于相通的电解质溶液中, 由于存在电位差而使电位较负的金属加速腐蚀者,即为电偶腐蚀。三片马口铁罐中存在着铁、铜和锡三种金属,所以一般以马口铁包装的水基产品,即使是不含有氧和卤素离子,在不添加缓蚀剂的情况下也 会发生腐蚀。
二、气雾剂产品的腐蚀控制
气雾剂罐制的腐蚀主要是电化学机理,因而可以用电化学方法进行腐蚀控制。例如铁在水溶液中的腐蚀控制,可用电位一PH图说明。
第一种方法是阴极极化法,使铁的电位负移,进入不腐蚀区(a 线);它处于热力学稳定态,不发生腐蚀。第二种方法是阳极极化法,使铁的电位正移,进入钝化区(b线);在此区间虽然在热力学上处于 不稳定态,但在动力学上处于反应速度极度滞慢状态,以致于难于发 生腐蚀。第三种方法是提高PH值,消除电极过程所生成的氢离子, 在不改变电位的情况下进入钝化区(c线),达到控制腐蚀的目的。
气雾罐的腐蚀控制,最简洁而有效的方法是使用缓蚀剂,缓蚀剂的用最一般为几ppm至千分之几,按其电化学机理可分为阴极缓蚀 剂、阳极缓蚀剂和混合型缓蚀剂。阴极缓蚀使阴极极化电位负移,阳 极缓蚀剂则使电位正移,使金属表而钝化(又称钝化剂)都为上所述达 到腐蚀控制的目的,混合型缓蚀剂造成阴、阳极极化变化,腐蚀电位 虽然移动不大,但相应的腐蚀电流(正比于腐蚀速度)降低而达到腐蚀控制目的。
三、常用的缓蚀剂
(一)缓蚀剂按其属性来分又可分为无机缓蚀剂和有机缓蚀剂①无机缓蚀剂 氧化性缓蚀剂使金属钝化:NaN02, Kmn04;缓蚀剂形成难溶化合物而钝化金属表而:NaOH,Na2C03, Na2HP04, Na3P04, NaBO2, Na2B407, Me04型阴离子是另一类重要无机缓蚀剂:Cr04, Mn04, V04, ff04, MeOL②有机缓蚀剂 有机缓蚀剂通过和金属间的吸附达到缓蚀作用。物理吸附:有机胺阳离子在金属界面吸附成膜;化学吸附;有机缓蚀剂在金属界面转化,反应和敖合形成保护膜,近来受到重视。
(二 )缓蚀剂的协同作用 利用缓蚀剂的协同作用,研制成多元组分配方,实现用较少最的缓蚀剂获得较好的腐蚀控制效应。
(三)常用的缓蚀剂
NIC-V 是一款聚乙氧基化铵的水性缓蚀添加剂。其在水性体系添加能抑制对马口铁、镀锡铁制品、镀锌铁制品与铝材的侵蚀。具有极佳的水分散性、能溶于醇类、油及碳氢化合物、能与阴离子、非离子、阳离子及两性表面活性剂相容,相容性佳。
由于NIC-V具有较强的乳化分散性及抗腐蚀特性,适用于气雾剂与清洗剂产品中,尤其适用于水基型气雾剂和油包水乳化体系。
NIC-V在水基型气雾剂体系中具有较强的乳化分散性,当摇匀后,其与配方的其它活性组分共同分散在抛射剂中极易形成气相状态。
NIC-V具有较强的抗腐蚀性,在水相体系中是非常好的缓蚀剂。
四、结束语
含氯离子和以二甲醚为抛射剂的水基气雾剂的腐蚀问题,是当前气雾剂产品防腐蚀研究的一个重要课题,研究结果迄今尚未能令人满意。
缓蚀剂的研究发展方向着重于有机缓蚀剂的开发,其中包括有机缓蚀剂的吸附机理及其影响因素(电子效应、立体效应、相容性以及硬软酸碱原理)的研究。高分子聚合物膜的形成及效应,以及有机螯合剂表面络合反应研究等,研究工作方兴未艾。
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责任编辑:殷鹏飞
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