本發(fā)明涉及一種金屬防腐蝕用表面活性劑，具體涉及一種含環(huán)氧基反應(yīng)型高分子表面活性劑及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
金屬腐蝕是全世界面臨的巨大問題，并且?guī)砹司薮蟮慕?jīng)濟(jì)損失，由腐蝕引起的破壞事例遍及所有使用金屬的場(chǎng)合。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年由于腐蝕而報(bào)廢的金屬設(shè)備和材料相當(dāng)于金屬年產(chǎn)量的1/3，造成的損失非常巨大。因此，降低金屬的腐蝕速率，延長(zhǎng)鋼材的使用壽命，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。
環(huán)氧樹脂作為最具有標(biāo)志性的鋼鐵基材保護(hù)材料的一種，在1950s，Aggarwal L K.等就對(duì)行改環(huán)氧樹脂增強(qiáng)金屬的防腐性能進(jìn)行研究（Aggarwal L K, Thapliyal P C, Karade S R. Anticorrosive properties of the epoxy–cardanol resin based paints[J]. Progress in Organic Coatings, 2007, 59(1): 76-80.）。然而傳統(tǒng)的環(huán)氧樹脂大多是溶劑型的，在使用過程中會(huì)釋放出大量的揮發(fā)性有機(jī)化合物，所以水性環(huán)氧樹脂已成為目前環(huán)氧樹脂的研究方向（Woo J T K, Toman A. Water-based epoxy-acrylic graft copolymer[J]. Progress in organic Coatings, 1993, 21(4): 371-385.）。環(huán)氧樹脂或水性環(huán)氧樹脂金屬防腐都是通過樹脂內(nèi)的環(huán)氧基與固化劑或基底進(jìn)行反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了涂層的固定或隔離層形成（Bagherzadeh M R, Daneshvar A, Shariatpanahi H. Novel water-based nanosiloxane epoxy coating for corrosion protection of carbon steel[J]. Surface & Coatings Technology, 2012, 206(8):2057–2063.；Diniz F B, Andrade G F D, Martins C R, et al. A comparative study of epoxy and polyurethane based coatings containing polyaniline-DBSA pigments for corrosion protection on mild steel[J]. Progress in Organic Coatings, 2013, 76(5):912-916.）?；诖死碚?，我們?cè)O(shè)計(jì)制備了一種金屬防腐蝕用含環(huán)氧基反應(yīng)型高分子表面活性劑，并在酸性環(huán)境中進(jìn)行實(shí)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明含環(huán)氧基反應(yīng)型高分子表面活性劑具有良好的防腐效果。因此，在實(shí)際生產(chǎn)過程中具有良好的應(yīng)用前景，例如電鍍槽、儲(chǔ)罐等設(shè)備。
將含環(huán)氧基反應(yīng)型高分子表面活性劑應(yīng)用于腐蝕試驗(yàn)，能夠降低鋼鐵腐蝕速率，提高鋼鐵在酸性環(huán)境中的抗腐蝕性，是環(huán)氧樹脂及水性環(huán)氧樹脂金屬防腐應(yīng)用方面的進(jìn)一步推進(jìn)。因此，含環(huán)氧基反應(yīng)型高分子表面活性劑的發(fā)展對(duì)金屬防腐蝕的研究具有重要的推動(dòng)作用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種含環(huán)氧基反應(yīng)型高分子表面活性劑及其制備方法和應(yīng)用，具有良好的金屬防腐性能，在較低濃度下能夠?qū)︿撹F腐蝕有良好的抑制作用。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：
含環(huán)氧基反應(yīng)型高分子表面活性劑的制備方法，其特征在于：
包括以下步驟：
將亞硫酸氫鈉水溶液加入四口燒瓶中，然后水浴加熱至65-80℃；
將烯丙基縮水甘油醚和丙烯酸丁酯混合制備單體混合溶液；
將單體混合溶液、丙烯酰胺水溶液和過硫酸銨水溶液，分別滴加到反應(yīng)器中，滴加時(shí)間控制在0.5-1.5h；
在恒溫條件下反應(yīng)1-3h，冷卻至室溫，即得含環(huán)氧基反應(yīng)型高分子表面活性劑；
其中：
亞硫酸氫鈉水溶液中的亞硫酸氫鈉、烯丙基縮水甘油醚、丙烯酸丁酯、丙烯酰胺以及過硫酸銨水溶液中的過硫酸銨的質(zhì)量比為(0.7-0.9):(9-13):(2-4):(10-14):(3.0-3.6)。
亞硫酸氫鈉水溶液是按照每0.7g-0.9g的亞硫酸氫鈉溶于26g-28g的蒸餾水配制而成的。
丙烯酰胺水溶液是按照10g-14g的丙烯酸丁酯溶于18g-23g的蒸餾水配制而成的。
過硫酸銨水溶液是按照3g-3.5g的過硫酸銨溶于30g-35g的蒸餾水配制而成的。
如所述的含環(huán)氧基反應(yīng)型高分子表面活性劑的制備方法制得的含環(huán)氧基反應(yīng)型高分子表面活性劑。
如所述的含環(huán)氧基反應(yīng)型高分子表面活性劑在金屬防腐方面的應(yīng)用。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
本發(fā)明利用自由基聚合一步法制備含環(huán)氧基反應(yīng)型高分子表面活性劑，通過較大程度地簡(jiǎn)化水性環(huán)氧樹脂的制備流程，降低環(huán)境污染，并且保存了環(huán)氧樹脂的反應(yīng)活性。此外，金屬表面的物理吸附作用和化學(xué)反應(yīng)，協(xié)同提升含環(huán)氧基反應(yīng)型高分子表面活性劑的抗腐蝕性能。因此，本發(fā)明制備的含環(huán)氧基反應(yīng)型高分子表面活性劑應(yīng)用于腐蝕試驗(yàn)，結(jié)果表明：當(dāng)含環(huán)氧基反應(yīng)型高分子表面活性劑濃度為0.02mg/L時(shí)，已經(jīng)具有一定的抗腐蝕性能；當(dāng)其濃度為的0.3mg/L時(shí)，能夠良好地降低鋼鐵腐蝕速率，提高鋼鐵在酸性環(huán)境中的抗腐蝕性。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明。
本發(fā)明涉及含環(huán)氧基反應(yīng)型高分子表面活性劑的制備方法，包括以下步驟：
將亞硫酸氫鈉水溶液加入四口燒瓶中，然后水浴加熱至65-80℃；
將烯丙基縮水甘油醚和丙烯酸丁酯混合制備單體混合溶液；
將單體混合溶液、丙烯酰胺水溶液和過硫酸銨水溶液，分別滴加到反應(yīng)器中，滴加時(shí)間控制在0.5-1.5h；
在恒溫條件下反應(yīng)1-3h，冷卻至室溫，即得含環(huán)氧基反應(yīng)型高分子表面活性劑；
其中：
亞硫酸氫鈉水溶液中的亞硫酸氫鈉、烯丙基縮水甘油醚、丙烯酸丁酯、丙烯酰胺以及過硫酸銨水溶液中的過硫酸銨的質(zhì)量比為(0.7-0.9):(9-13):(2-4):(10-14):(3.0-3.6)。
亞硫酸氫鈉水溶液是按照每0.7g-0.9g的亞硫酸氫鈉溶于26g-28g的蒸餾水配制而成的。
丙烯酰胺水溶液是按照10g-14g的丙烯酸丁酯溶于18g-23g的蒸餾水配制而成的。
過硫酸銨水溶液是按照3g-3.5g的過硫酸銨溶于30g-35g的蒸餾水配制而成的。
實(shí)施例1：將0.7g的亞硫酸氫鈉和28g的蒸餾水加入四口燒瓶中，然后水浴加熱至68℃，用3g丙烯酸丁酯溶解于12g烯丙基縮水甘油醚制備單體溶液；將12g丙烯酰胺和22g的蒸餾水配制的丙烯酰胺水溶液；向反應(yīng)器中分別滴加混合單體溶液、丙烯酰胺水溶液以及3.4g的過硫酸銨溶于34g的蒸餾水配制的過硫酸銨水溶液，滴加時(shí)間控制在0.9h，在恒溫條件下反應(yīng)1.5h，最后冷卻至室溫，即得含環(huán)氧基反應(yīng)型高分子表面活性劑。
實(shí)施例2：將0.8g的亞硫酸氫鈉和26g的蒸餾水加入四口燒瓶中，然后水浴加熱至72℃，用2.8g丙烯酸丁酯溶解于11g烯丙基縮水甘油醚制備單體溶液；將13g丙烯酰胺和20g的蒸餾水配制的丙烯酰胺水溶液；向反應(yīng)器中分別滴加混合單體溶液、丙烯酰胺水溶液以及3.2g的過硫酸銨溶于35g的蒸餾水配制的過硫酸銨水溶液，滴加時(shí)間控制在1.2h，在恒溫條件下反應(yīng)2h，最后冷卻至室溫，即得含環(huán)氧基反應(yīng)型高分子表面活性劑。
實(shí)施例3：將0.9g的亞硫酸氫鈉和30g的蒸餾水加入四口燒瓶中，然后水浴加熱至75℃，用3g丙烯酸丁酯溶解于12g烯丙基縮水甘油醚制備單體溶液；將14g丙烯酰胺和23g的蒸餾水配制的丙烯酰胺水溶液；向反應(yīng)器中分別滴加混合單體溶液、丙烯酰胺水溶液以及3.4g的過硫酸銨溶于34g的蒸餾水配制的過硫酸銨水溶液，滴加時(shí)間控制在0.7h，在恒溫條件下反應(yīng)1.5h，最后冷卻至室溫，即得含環(huán)氧基反應(yīng)型高分子表面活性劑。
實(shí)施例4：將0.7g的亞硫酸氫鈉和26g的蒸餾水加入四口燒瓶中，然后水浴加熱至70℃，用4g丙烯酸丁酯溶解于13g烯丙基縮水甘油醚制備單體溶液；將12g丙烯酰胺和19g的蒸餾水配制的丙烯酰胺水溶液；向反應(yīng)器中分別滴加混合單體溶液、丙烯酰胺水溶液以及3.0g的過硫酸銨溶于35g的蒸餾水配制的過硫酸銨水溶液，滴加時(shí)間控制在1.2h，在恒溫條件下反應(yīng)2.5h，最后冷卻至室溫，即得含環(huán)氧基反應(yīng)型高分子表面活性劑。
實(shí)施例5：將0.7g的亞硫酸氫鈉和28g的蒸餾水加入四口燒瓶中，然后水浴加熱至75℃，用3g丙烯酸丁酯溶解于13g烯丙基縮水甘油醚制備單體溶液；將13g丙烯酰胺和23g的蒸餾水配制的丙烯酰胺水溶液；向反應(yīng)器中分別滴加混合單體溶液、丙烯酰胺水溶液以及3.2g的過硫酸銨溶于30g的蒸餾水配制的過硫酸銨水溶液，滴加時(shí)間控制在1.4h，在恒溫條件下反應(yīng)1.5h，最后冷卻至室溫，即得含環(huán)氧基反應(yīng)型高分子表面活性劑。
本發(fā)明制備的含環(huán)氧基反應(yīng)型高分子表面活性劑應(yīng)用于金屬腐蝕試驗(yàn)，結(jié)果表明：當(dāng)含環(huán)氧基反應(yīng)型高分子表面活性劑濃度為0.02mg/L時(shí)，已經(jīng)具有一定的抗腐蝕性能；當(dāng)其濃度為的0.3mg/L時(shí)，能夠良好地降低鋼鐵腐蝕速率，提高鋼鐵在酸性環(huán)境中的抗腐蝕性。由于金屬表面的吸附和化學(xué)反應(yīng)，含環(huán)氧基反應(yīng)型高分子表面活性劑表現(xiàn)出較好的抗腐蝕性能，能夠降低鋼鐵腐蝕速率，提高鋼鐵在酸性環(huán)境中的抗腐蝕性。
本發(fā)明的內(nèi)容不限于實(shí)施例所列舉，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通過閱讀本發(fā)明說明書而對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案采取的任何等效的變換，均為本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。