缓蚀剂是一种以适当的浓度和形式存在于环境(介质)中时,可以防止或减缓腐烛的化学物质或几种化学物质的混合物。
根据化学成分分类
无机缓蚀剂主要包括铬酸盐、亚硝酸盐、硅酸盐、钼酸盐、钨酸盐、聚磷酸盐、锌盐等。无机阴离子在金属表面吸附时形成配合物,如果配合物是稳定的,就有可能促进或抑制电极过程。阴离子起何种作用由吸附键的强度来决定。当吸附质点同金属结合牢固而和溶液的结合丧失时就能缓蚀;当吸附质点同金属及溶液的结合强度相当,则会促进腐蚀。
有机缓蚀剂主要包括膦酸(盐)、膦羧酸、琉基苯并噻唑、苯并三唑、磺化木质素等一些含氮氧化合物的杂环化合物。有机缓蚀剂多属于混合型缓蚀剂,它们通过在金属表面的吸附,不仅可以阻碍阳极金属的溶解,同时又能阻碍氧接近阴极发生还原。
根据对电化学腐蚀的控制部位分类
根据缓蚀剂对电化学腐蚀的控制部分分类,分为阳极型缓蚀剂、阴极型缓蚀剂和混合型缓蚀剂。
阳极型缓蚀剂多为无机强氧化剂,如铬酸盐、钼酸盐、钨酸盐、钒酸盐、亚硝酸盐、硼酸盐等。它们的作用是在金属表面阳极区与金属离子作用,生成氧化物或氢氧化物氧化膜覆盖在阳极上形成保护膜。这样就抑制了金属向水中溶解。阳极反应被控制,阳极被钝化。硅酸盐也可归到此类,它也是通过抑制腐蚀反应的阳极过程来达到缓蚀的目的。阳极型缓蚀剂要求有较高的浓度,以使全部阳极都被钝化,一旦剂量不足,将在未被钝化的部位造成点蚀。
阴极型缓蚀剂是抑制电化学阴极反应的化学药剂。锌的碳酸盐、磷酸盐和氢氧化物,钙的碳酸盐和磷酸盐为阴极型缓蚀剂。阴极型缓蚀剂能与水中与金属表面的阴极区反应,其反应产物在阴极沉积成膜,随着膜的增厚,阴极释放电子的反应被阻挡。在实际应用中,由于钙离子、碳酸根离子和氢氧根离子在水中是天然存在的,所以,只需向水中加入可溶性锌盐或可溶性磷酸盐。
混合型缓蚀剂是某些含氮、含硫或羟基的、具有表面活性的有机缓蚀剂,其分子中有两种性质相反的极性基团,能吸附在清洁的金属表面形成单分子膜,它们既能在阳极成膜,也能在阴极成膜。阻止水与水中溶解氧向金属表面的扩散,起了缓蚀作用,巯基苯并噻唑、苯并三唑、十六烷
胺等属于此类缓蚀剂。
根据生成保护膜的类型分类
除了中和性能的水处理剂,大部分水处理用的缓蚀剂的缓蚀机理是在与水接触的金属表面形成一层将金属和水隔离的金属保护膜,以达到缓蚀目的。根据缓蚀剂形成的保护膜的类型,缓蚀剂可分为氧化膜型、沉积膜型和吸附膜型缓蚀剂。
氧化膜型缓蚀剂有铬酸盐、亚硝酸盐、钼酸盐、钨酸盐、钒酸盐、正磷酸盐、硼酸盐等铬酸盐和亚硝酸盐都是强氧化剂,无需水中溶解氧的帮助即能与金属反应,在金属表面阳极区形成一层致密的氧化膜。其余的几种,或因本身氧化能力弱,或因本身并非氧化剂,都需要氧的帮助才能在金属表面形成氧化膜。由于这些氧化膜型缓蚀剂是通过阻抑腐蚀反应的阳极过程来达到缓蚀的,这些阳极缓蚀剂能在阳极与金属离子作用下形成氧化物或氯氧化物。
沉淀膜型缓蚀剂有锌的碳酸盐、磷酸盐和氢氧化物,钙的碳酸盐和磷酸盐。由于它们系由锌、钙阳离子与碳酸根、磷酸根和氢氧根阴离子在水中与金属表面的阴极区反应而沉积成膜,所以又被称作阴极型缓蚀剂。阴极缓蚀剂能与水中有关离子反应,反应产物在阴极沉积成膜起保护膜的作用。锌盐与其他缓蚀剂复合使用可起增效作用。由于沉淀型缓蚀膜没有和金属表面直接结合,而且是多孔的,往往出现在金属表面附着不好的现象,缓蚀效果不如氧化型膜。
吸附膜型缓蚀剂多为有机缓蚀剂,它们具有极性基因,可被金属的表面电荷吸附,在整个阳极和阴极区域形成一层单分子膜,从而阻止或减缓相应电化学的反应。如某些含氮、含硫或含羟基的、具有表面活性的有机化合物,其分子中有两种性质相反的基团:亲水基和亲油基。这些化合物的分子以亲水基(例如:氨基)吸附于金属表面上,形成一层致密的憎水膜,保护金属表面不受水腐蚀。当金属表面为清洁或活性状态时,此类缓蚀剂能形成缓蚀效果令人满意的吸附膜。但如果金属表面有腐蚀产物或有垢沉积的情况下,就很难形成效果良好的缓蚀膜,此时可适当加入少量表面活性剂,以帮助此类缓蚀剂成膜。
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