兩類甜菜堿型表面活性劑緩蝕行為的研究

1、兩類甜菜堿型表面活性劑緩蝕 行為的研究 兩類甜菜堿型表面活性劑緩蝕行為的研究 類 別: 金屬加工 作 者: 凌三, 梁本熹, 張躍龍，唐輝堯 關鍵詞: 月桂基甜菜堿，金屬緩蝕劑，表面活性劑 【內(nèi)容】 甜菜堿是-類優(yōu)良的兩性表面活性劑，在工 業(yè)上獲得了廣泛應用而月桂酰胺甜菜堿除具有一般 甜菜堿的性質(zhì)外，還具有極好的生物降解性自總，降解迅 速完全;對皮膚與眼睛刺激性極??；毒性低；發(fā)泡、抗靜電、乳 化性育總優(yōu)良等特點，其主要性質(zhì)類似月桂基咪醴咻兩性 表面活性劑. 甜菜堿兩性表面活性劑對碳鋼具有-定的緩蝕作 用己為人們所知,但對其緩蝕行為的研究卻未見報導咪陞咻型緩蝕 劑是一類新型高效緩蝕劑,其中以月桂

2、基咪哇咻為代表的咪哇 型表面活性劑對金屬的緩蝕性能已引起國內(nèi)外學者 的關注因此，對性質(zhì)類似咪哇咻的月桂酰胺甜菜堿的緩蝕行為 研究就顯得更為重要了本文采用電化學、失重等方法研究了月桂 酰胺甜菜堿和月桂基二甲基甜菜堿在硫酸溶液中對碳鋼的 腐蝕電化學行為和吸附規(guī)律. 1實驗方法 1.1甜菜堿的制備 月桂基二甲基甜菜 CH） （CJUsfT CHzCOCT ，以下簡稱 BS-12） CH） 采用市售商品月桂酰胺甜菜堿的合成制備.根據(jù)梁 本熹等人提出的咪哇咻水解反應為堿催化酸抑制的觀點，合成工藝 路線為：首先由月桂酸與規(guī)乙基乙二胺進行熱縮脫水，生成N輕乙 基氨乙基月桂酰胺，然后在堿性條件下將其與烷基化試

3、劑氯乙酸 鈉反應，則生成月桂酰胺甜菜堿 OCHzCOO III （CuHnCNHCH1CF iN CH 2CH 20H，以下簡稱 EADS） CHjCOO 1.2緩蝕性能測試 實驗材料10#碳鋼，經(jīng)180#砂布打磨去銹，15#金相砂紙磨至鏡 面光亮，再用無水酒精、丙舸清洗，冷風吹干，放入干燥器中備用實驗 藥品純度化學純以上，所有溶液均用二次蒸憎水配制采用常規(guī)失重 法測量腐蝕速度實驗溫度除“溫度影響”項目外，均為40C 采用動態(tài)恒電勢法測量極化曲線，輔助電極為大面積鉗電極，參 比電極為飽和KC1甘汞電極.掃描速度:100mV/min,實驗溫度:20 0.5-C.電極電勢值均為飽和甘汞標. 2實驗

4、結(jié)果與討論 2.1甜菜堿的緩蝕性能 甜菜堿濃度對緩蝕性自總的影響如表1所示它們在硫酸溶 液中對碳鋼均具有較好的緩蝕性自總,且EADS優(yōu)于BS-12.隨著濃 度的增加,緩蝕率亦增加，當達到一定濃度后，緩蝕率變化甚小，故在 后續(xù)實驗中EADS濃度均取lmmol/L,BS12均取1.5mmol/L 表1甜菜磔對破鋼的絨誡性能（HPC 0. 2.RSJ2- 溫度對緩蝕性自總的影響關系如圖3所示隨著溫度升高，緩蝕 率下降，覆蓋度下降，這說明甜菜堿在碳鋼表面的吸附是一個放 熱過程溫度升髙,對甜菜堿的吸附不利，其影響程度，當溫 度40 9時,EADSBS-12;而當溫度4(TC時,則兩者相當. 2.4甜菜堿

5、的吸附規(guī)律若 -0,90心山3 00.3 0.6 logC/(mmoLL-1) 圖4 log磊與logC的關系 1-EADS; 2-BS-12. 甜菜堿在碳鋼表面的吸附遵循Langmuir吸附等溫式規(guī)律， 1隅廠$込 即0 /（1-e ） = KaC,則應滿足與logC呈線性的關系，吸附平 衡Ka為常數(shù).但從圖4可以看出，與logc卻呈折線關 系,Ka并非常數(shù),出現(xiàn)等溫吸附覆蓋度轉(zhuǎn)變點（E轉(zhuǎn)）這說明硫酸溶 液中甜菜堿在碳鋼上的吸附行為不遵循Langmuir吸附等溫式 實際上有機甜菜堿在碳鋼表面上的吸附過程較為復雜,它可能 遵循兩個不同的吸附規(guī)律作為固體金屬電極，盡管經(jīng)過一些處理， 其表面并非完

6、全均勻，各處吸附能力不同，一些活性點（晶間、位錯等） 將被優(yōu)先吸附另外，被吸附的分子間還存在著一定的相互作用，所 以存在著這兩方面的影響實驗表明，在不同的吸附覆蓋度下，這兩 種影響因素其程度是不同的. 圖S伙觸時的Ioe-與0的關系 lEA DS.2-BS-I 2 圖6 9亦時的logrA與e的關系 (I - y)c l-EADS； 2-BS-1 2 當吸附覆蓋度較小時3 0轉(zhuǎn))，甜菜堿在碳鋼表面上的吸 附行為遵循Temkin吸附等溫式，即 Q (1) (3) (4) exp-f0) = B iC. (1)式兩邊取對數(shù)整理得 Q )exp-二 B(U (3)武兩邊取對數(shù)整遲得 0，2“c lo

7、s /1 禺廠與 2-BS-l 2 根據(jù)Arrhenius方程 B = B oexp RT ，將此關系代入(4)式，得 f 血 5?1 ) BS-12,也清楚表明了這點由于 甜菜堿分子中均存在著季鞍陽離子，所以它又易與金屬表面負 電荷區(qū)發(fā)生物理吸附.不過與化學吸附相比，只是物理吸附較小而己. 因此，這兩種甜菜堿在碳鋼表面的吸附主要是化學吸附. 據(jù)上討論，作者又采用方波電勢法測量了上述體系在穩(wěn)定電位 (C= 77) 下的微分電容值 47Trf(l為吸附膜層厚度，為體系介電常 數(shù),EADS 為 6.28 p F/cm2 BS_12 為 35.05 u F/cm2,兩者相差甚大，因 此，我們認為EA

8、DS分子有可能垂直吸附在碳鋼表面上,EADS分子 化學吸附作用強，極性基團吸附在金屬表面上,烷基憎水基團碳氫鏈 指向溶液內(nèi)部，使得吸附膜層較厚，微分電容較小而BS-12分子卻可 能是平臥吸附，因而膜層較薄，微分電容較大. EADS分子中存在著酰胺基，化學吸附作用強，膜層牢固，明顯改 變了金屬表面的電荷狀態(tài)和界面性質(zhì)加之它鏈長、分子量大，又可 能是立式吸附，以致使得膜層厚，對金屬表面的屏蔽覆蓋作用強，有 效抑制了與腐蝕反應有關的物質(zhì)和電荷的傳遞所以EADS的緩蝕 性胄總優(yōu)于BS-12,即酰胺拔酸型甜菜堿的緩蝕性自鉉優(yōu)于瘦 酸型甜菜堿. 3結(jié)論 1) 月桂酰胺甜菜堿和月桂基二甲基甜菜堿在硫酸溶液

9、中對碳鋼均具有較好的緩蝕性自屬陽極控制型緩蝕劑. 2) 月桂酰胺甜菜堿和月桂基二甲基甜菜堿在硫酸溶液 中對碳鋼的吸附主要是化學吸附，在不同的吸附區(qū)間內(nèi)分別遵循 Temki n吸附等溫式和Frumki n吸附等溫式吸附分子間存在斥力, 吸附過程為放熱反應. 3) 月桂酰胺甜菜堿的緩蝕性能和化學吸附性能強于 月桂基二甲基甜菜堿. 參考文獻 1汪祖模，徐玉佩. 兩性表面活性劑 北京：輕工業(yè)出版 社,1990 2寧世光，石明理，劉奉玲等.咪哇咻衍生物對鋼在酸中的緩蝕作用 與電子密度和前線軌道能量的關系中國腐蝕與防護學 報,1990,10(4):383 3楊熙珍，張鶴嗚,王白等含硫咪哇咻衍生物對氫氟酸中鋼的緩蝕 作用機理沖國腐蝕與防護學報,1990,10(4):391 4