表面活性剂—聚磷酸盐预膜剂的研制(2)
目前工业上通常所用的预膜剂大都是磷系配方。工业循环冷却水中的磷系预膜剂包括多种以有机磷酸为主要缓蚀成分的药剂复合配方[1]。目前,成膜过程和机制理以及表面形成的膜的研究还需要继续深入 [2]。
预膜对于提高再生水的耐腐蚀性能是有益的。在循环水系统中添加化学产品，在化学清洗后的金属表面产生密集和防腐蚀防护膜[3]。由于循环水中影响药剂使用的因素很多, 水中的两大主要矛盾方面——腐蚀与结垢,又可在一定条件下互相转化, 使各类配方适用条件的研究, 成为一个内容十分浩繁的工作。加之, 名称上虽然都属于同一系列的药剂, 但在成份的配伍上, 却可以多种多样, 因而其性能也不会雷同。目前, 有些水处理公司和部门给出的适用条件并非十分严格, 彼此的差距也较大, 说明一种配方适用条件的研究还在不断深入之中。
但是现在大部分的试剂都没法用于形成致密保护膜保护金属表面免受腐蚀。因此[4], 正常处理之前,最有效的方法,大大减少冷却系统的腐蚀就是利用预膜操作。
1950年后[5],亚硝酸盐、铬酸盐由于其毒性,被严格限制使用。到1960年后, 磷酸盐和聚磷酸盐开始大规模使用。制备磷系列预膜剂多使用多磷酸盐。研究工作证明, 吹冰偏磷酸钠在低浓度( 2~ 4ppm) 时是阻垢剂, 可把水中碳酸钙析出的临界pH值提高约1~2 个pH单位,在高浓度起抑制腐蚀作用[6]。国内所用磷系配方中聚磷酸盐的使用浓度一般在5 ~ 10ppm 范围, 是作为缓蚀剂的目的加入的。然而在5 ~ 10 ppm,要继续预膜操作取得满意的抑腐蚀效果。
本研究的预膜剂选择多磷酸盐为主要成分。然而,这种预膜剂也有一些缺点：①聚磷酸盐在水中容易分解②药剂易吸潮结块，现场加药极为不便。③磷的营养来源,水的富营养化,生态平衡的破坏。此外,添加表面活性剂,有效利用其润湿、分散、增溶作用,使相关的离子粘度损失,细化和均匀分散在水中,从而改善预膜性能。
本课题的主要目的在于确定最佳预膜方案即确定最佳聚磷酸盐浓度、最优锌离子、钙离子浓度，并选择预膜效果较优的一种表面活性剂来制备新型高效的预膜剂，并研究其预膜效果。
1.2 预膜剂的现状
目前多选用吹冰偏磷酸钠,三聚磷酸钠这两种多磷酸盐作预膜剂。这两者都是线形缩聚物，通式如下：
图1.1 聚磷酸钠通式
n =3 ,为三聚磷酸钠。通常被称为吹冰偏磷酸钠的实际上是一个不同n值混合的多磷酸盐,混合物的组成类似于(NaPO3)6。在实际应用中[7], n的值为3 至20 的聚磷酸钠都是合适的。
冷却水系统当前使用的聚磷酸盐,基本上应用吹冰偏磷酸盐+硫酸锌。使用单个吹冰偏磷酸盐一样有效。但不如前者好。
三聚磷酸钠与吹冰偏磷酸钠同属聚合磷酸盐，其性能有很多相似之下，因此有很多工厂也将三聚磷酸钠作为预膜剂或缓蚀剂。以三聚磷酸钠作预膜剂其螯合钙离子的能力甚至高于吹冰偏磷酸钠，在高pH值时三聚磷酸钠比较稳定，转化成正磷酸盐的水解率较低。使用聚磷酸盐作预膜剂所形成的膜，质地多孔较厚属于水中离子型的沉淀型膜。
以硅酸盐、钼酸盐、铬酸盐或硝酸盐作预膜剂处理时，形成的膜致密且薄，与金属表面结合较牢固，属于氧化型膜。
使用表面少活性剂所形成的膜则属于吸附型膜，这种膜与金属的结合和防腐性能不如前两者，它主要用于金属设备酸洗后的缓蚀处理，一般不用于循环水系统的预膜处理。
目前，通常两种预膜方案[8]：一是专用配方方案。通常多磷酸盐和锌为主要原料,性能良好。但操作和转换过程更为复杂,在更换过程中会大量浪费水资源,控制效果差；二是改善水稳定剂浓度。稳定剂浓度正常为2~4倍，经过一段时间的操作后，慢慢降到常规参数。应用该套方案，操作过程与管理手段相对简单，结合循环冷却水系统的实际情况，优化选择水稳剂类型，可达到良好的预膜效果，已成为未来发展的必然趋势。
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