一種類水滑石改性氣相防鏽纖維板及其製備方法與流程

2023-06-07 08:24:16 5

本發明涉及一種類水滑石改性氣相防鏽材料及包裝製品領域，具體地指一種類水滑石改性氣相防鏽纖維板及其製備方法。

背景技術：
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在現代工業化時代的今天，金屬及其製品隨處可見。但由於空氣中廣泛存在的氧氣、水蒸氣、酸性氣體、以及水蒸氣中含有的鹽，很容易發生大氣腐蝕，在金屬表面生成氧化物和氫氧化物混合物，從而損害它們的性能並降低其壽命，嚴重時會造成重大事故或致使設備報廢。尤其金屬及其製品在海上運輸和高熱潮溼的陸路運輸過程中，更加容易遭遇腐蝕而發生鏽蝕。據統計，全球每年因腐蝕而造成的經濟損失佔當年GDP的3％左右，大約1/3的鋼材因腐蝕造成損耗。因此，各種金屬腐蝕防護方法引起人們的關注。目前常用的塗抹防鏽油脂法屬於接觸性防鏽，不僅工藝繁瑣、耗時費事、效果不佳，而且還需要在啟封前進行脫脂清洗工序，極易造成環境的二次汙染，而且對於那些接觸不到防鏽油的拐角、縫隙部位，則不能形成有效的防鏽保護，此法已越來越不能被人們所接受。採用真空包裝方法則成本較高，且對於大型工件來說非常難於現實。乾燥劑防鏽雖然成本較低，使用方便，但有效時間較短且受環境影響較大，效果很難保證。

氣相緩蝕劑(VCI，Volatile Corrosion Inhibitor的縮寫)是經特殊合成工藝、復配製備而成的一種腐蝕抑制劑。它能單獨或依附於合適的載體，在常溫常壓下直接氣化。在密封環境中通過自身可調節的持續揮發而使得作業單元內的任何空間縫隙中，都會充盈含有VCI防鏽因子的混合氣體，這種氣體遭遇金屬表面時會吸附其上，形成只有一個或數個分子厚的緻密保護膜層。該保護膜層能有效隔絕水分、氧氣及其他有害大氣對金屬表面的接觸性腐蝕，抑制金屬腐蝕的電化學反應，從而達到最佳的防鏽蝕效果。與傳統的防鏽方法相比，VCI材料具有許多無可比擬的優點。如在金屬材料包裝或噴塗完成後，氣相緩蝕劑分子便開始發散，氣相緩蝕劑分子可滲透到傳統防鏽油無法覆蓋的角落空間，防鏽無死角；氣相緩蝕分子有效成分保留時間長，可延長保護期限；在金屬表面有水分或外界空氣非常潮溼的條件下，緩蝕劑也能在金屬表面形成防護膜防止腐蝕生鏽。目前常用的氣相防鏽產品主要有氣相防鏽油、氣相防鏽粉、氣相防鏽紙和氣相防鏽薄膜。氣相防鏽油由基礎油和輔助添加劑組成，使用時需要塗抹，去除防護層時費時、費工，既不衛生也不安全。氣相防鏽粉則需要裝袋使用，一旦袋破損後防鏽粉散落而造成損失。氣相防鏽紙韌性不好、容易破損，而且表面易吸潮、吸油，導致包裝效果下降，影響防鏽功能。氣相防鏽薄膜雖然具有透明、柔韌、可加工成型、阻隔性高等特點，但氣相緩蝕劑組分中均含有國際上禁用的強致癌物亞硝酸鹽，而且CN01127534.0公開的工藝中將氣相緩蝕劑直接加入到樹脂中吹膜，氣相緩蝕劑顆粒分布不均勻，所得膜製品會出現表面粗糙和析霜現象；而將緩蝕劑和粘接劑混合後塗布於塑料薄膜上的方法，則能耗大且工序複雜，更不能清潔生產，容易因混合不均勻而影響防鏽效果。

由此可以看出，研製一種對多種多金屬都具有優良防鏽效果，而且兼具有環境友好、操作簡便的氣相防鏽材料，對解決涉及國民經濟的金屬鏽蝕問題顯得尤為迫切。紙質纖維板是一種來源廣泛、易降解的低成本載體材料，且這種材料不容易破損，尺寸和形狀可以隨意調整，具有很高的吸水性能，對氣相防鏽液有較高的負載能力，可以保證長時間的氣相防鏽效果。目前還未見基於紙質纖維板的氣相防鏽包裝材料，尤其還未見基於類水滑石改性複合緩蝕劑的氣相防鏽紙質纖維板包裝材料及其製備方法的報導。

技術實現要素：
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本發明的目的在於解決現有技術中的不足，提供一種類水滑石改性氣相防鏽纖維板及其製備方法。

為實現上述目的，本發明提供的一種類水滑石改性氣相防鏽纖維板，其特徵在於它包括紙質纖維板基底層和氣相防鏽層，其中氣相防鏽層是通過塗布機塗敷，將複方氣相緩蝕劑水分散液吸附在紙質纖維板表面，無需添加任何粘合劑；所述類水滑石改性氣相防鏽纖維板的製備方法，其特徵在於包括以下具體步驟：將複方氣相緩蝕劑溶於類水滑石水分散液中，用氨水調節pH值為8.0－9.0左右，配製成一定濃度的複方氣相緩蝕劑水分散液；採用塗布機將複方氣相緩蝕劑水溶液塗敷在紙質纖維板的兩個表面，空氣中乾燥，得到類水滑石改性氣相防鏽纖維板。

優選地，所述紙質纖維板是厚度約為3－15mm的可降解材料；氣相防鏽層在紙質纖維板上的負載量約為10－80g/m2。

優選地，一種類水滑石改性氣相防鏽纖維板的製備方法，其特徵在於所述複方氣相緩蝕劑水分散液是將複方緩蝕劑癸二酸鈉、苯並三氮唑、植酸氨按質量比為1.0～2.8：1.5～3.0：1.2～2.6的比例，加入到質量濃度為0.5mg/mL的類水滑石水分散液中，攪拌24h後用氨水調節pH值為8.0－9.0左右，使所配製的氣相緩蝕劑水分散液的質量濃度為5％－70％。

優選地，所述類水滑石為鎂鋁型類水滑石；所述的類水滑石水分散液通過超聲製備得到的；所述複方氣相緩蝕劑加入到類水滑石水分散液中後，氣相緩蝕劑可與類水滑石發生插層及吸附等相互作用，均勻地負載在類水滑石納米粒子上，增加其比表面積，提高氣相緩蝕能力，延長氣相緩蝕時間。

本發明的有益效果體現在：提供一種類水滑石改性氣相防鏽纖維板，首次利用類水滑石特殊的層狀結構和插層特性，與氣相緩蝕劑發生插層及吸附相互作用，將它們負載於類水滑石表面和層間，增加氣相防鏽纖維板表面氣相防鏽層的比表面積，提高氣相緩蝕能力，延長氣相緩蝕時間。所使用的氣相緩蝕劑水分散液是先將複方緩蝕劑充分均勻複合在類水滑石表面和層間，經塗敷後可增加氣相防鏽纖維板表面氣相防鏽層的比表面積，而採用的高吸水性紙質纖維板可提高復配氣相緩蝕劑負載量；氣相防鏽纖維板可以根據要求設計大小和厚度，使用後便於去除，復配氣相緩蝕劑中不含有亞硝酸鹽等有害組分，使用起來更加簡便、高效、環保和安全。

具體實施方式：

為進一步理解本發明，下面結合實施例對本發明作進一步說明，但並不以任何方式限制本發明。

下述實施例中的類水滑石改性氣相防鏽纖維板採用的製備方法包括以下具體步驟：

實施例1：

將複方緩蝕劑癸二酸鈉、苯並三氮唑、植酸氨按質量比為1.0：1.8：2.0的比例，加入到質量濃度為0.5mg/mL的類水滑石水分散液中，攪拌24h後用氨水調節pH值為8.0－9.0左右，使氣相緩蝕劑水分散液的質量濃度為25％，採用塗布機將氣相緩蝕劑水溶液塗敷在厚度為6mm的紙質纖維板的兩個表面，空氣中乾燥，得到負載量約為20g/m2的氣相防鏽纖維板a。

實施例2：

將複方緩蝕劑癸二酸鈉、苯並三氮唑、植酸氨按質量比為1.5：2.0：1.5的比例，加入到質量濃度為0.5mg/mL的類水滑石水分散液中，攪拌24h後用氨水調節pH值為8.0－9.0左右，使氣相緩蝕劑水分散液的質量濃度為35％，採用塗布機將氣相緩蝕劑水溶液塗敷在厚度為6mm的紙質纖維板的兩個表面，空氣中乾燥，得到負載量約為30g/m2的氣相防鏽纖維板b。

實施例3：

將複方緩蝕劑癸二酸鈉、苯並三氮唑、植酸氨按質量比為1.8：2.4：1.5的比例，加入到質量濃度為0.5mg/mL的類水滑石水分散液中，攪拌24h後用氨水調節pH值為8.0－9.0左右，使氣相緩蝕劑水分散液的質量濃度為45％，採用塗布機將氣相緩蝕劑水溶液塗敷在厚度為6mm的紙質纖維板的兩個表面，空氣中乾燥，得到負載量約為40g/m2的氣相防鏽纖維板c。

實施例4：

將複方緩蝕劑癸二酸鈉、苯並三氮唑、植酸氨按質量比為2.5：2.2：1.4的比例，加入到質量濃度為0.5mg/mL的類水滑石水分散液中，攪拌24h後用氨水調節pH值為8.0－9.0左右，使氣相緩蝕劑水分散液的質量濃度為55％，採用塗布機將氣相緩蝕劑水溶液塗敷在厚度為6mm的紙質纖維板的兩個表面，空氣中乾燥，得到負載量約為50g/m2的氣相防鏽纖維板d。

對比例1：

將複方緩蝕劑癸二酸鈉、苯並三氮唑、植酸氨按質量比為1.8：2.4：1.5的比例，加入到去離子水中，用氨水調節pH值為8.0－9.0左右，充分攪拌均勻，氣相緩蝕劑水分散液的質量濃度為45％，採用塗布機將氣相緩蝕劑水溶液塗敷在厚度為6mm的紙質纖維板的兩個表面，空氣中乾燥，得到負載量約為30g/m2的氣相防鏽纖維板b1。

對比例2：

將複方緩蝕劑癸二酸鈉、苯並三氮唑、植酸氨按質量比為1.8：2.4：1.5的比例，加入到去離子水中，然後向上述分散液中加入類水滑石，使類水滑石的質量濃度為0.5mg/mL，用氨水調節pH值為8.0－9.0左右，充分攪拌均勻，氣相緩蝕劑水分散液的質量濃度為55％，採用塗布機將氣相緩蝕劑水溶液塗敷在厚度為6mm的紙質纖維板的兩個表面，空氣中乾燥，得到負載量約為30g/m2的氣相防鏽纖維板b2。

實施例5應用效果試驗例

對實施例1-4以及對比例1-2製備的氣相防鏽纖維板進行緩蝕率的測定，具體方法為：將30nm×30nm×3nm的45#碳鋼片用180#～240#的砂紙逐級打磨光滑，用去離子水清洗乾淨，用酒精棉球脫脂後晾乾。用實施例1-4以及對比例1-2製備的氣相防鏽纖維板將打磨好的45#碳鋼試片包夾起來，再用尼龍繩包夾好的試片十字交叉捆緊，放置於溫度為(49±1)℃，相對溫度約為95的恆溫恆溼箱內。40天後觀察其鏽蝕程度並計算氧化速率和緩蝕率：

η＝100×(Δm0－Δm1)/Δm0，式中η為緩蝕率(％)，Δm0為空白試驗中碳鋼試片的質量損失(g)，Δm1為包夾氣相防鏽纖維板中碳鋼試片的質量損失(g)。結果見表1。

對實施例1-4、對比例1-2製備的氣相防鏽纖維板以及由某國外氣相緩蝕液製備的氣相防鏽纖維板進行多金屬氣相防鏽性能實驗，試驗標準參照GB/T 19532-2004，試驗結果見表1。

表1為氣相防鏽試驗結果

表1中選自國外的氣相防鏽液同類產品市場價高於本發明所述複方氣相緩蝕劑二至三倍。對比試驗結果表明，本發明所述的氣相防鏽纖維板對各種金屬的防鏽效果都優於所選用由國外氣相防鏽液製備的氣相防鏽纖維板，而且氣相防鏽效果遠遠優於對比例1－2所得的氣相防鏽纖維板，其中實施例2和4的效果最佳，為本發明的較佳實施方案。而且實施例1－4的產品氣相防鏽效果明顯優於對比例1－2的樣品，表明氧化類水滑石的功能基團及大的比表面積將氣相緩蝕劑均勻地分散在納米片表面，增加其揮發性，提高了氣相緩蝕性能。本發明所述氣相防鏽纖維板售價只有國外同類產品的二分之一或三分之一，且無毒副作用、不汙染環境，符合國家環保標準要求，完全可以取代進口產品。分析認為它們的氣相緩蝕機理可能為：氣相防鏽纖維板表面的緩蝕劑揮發到金屬表面，其中癸二酸鈉、苯並三氮唑、植酸氨附著在金屬表面，緩蝕劑分子中的N和O原子均含有孤對電子，可與Fe的d電子空軌道形成配位鍵，發生了化學吸附，使復配緩蝕劑在金屬表面形成牢固的吸附膜,以抑制氧氣及水對金屬表面的接觸；另外由於纖維板對緩蝕劑的吸附作用，使得緩蝕劑緩慢釋放出來，既發揮了良好的防鏽效果又能延長其防鏽時間。

取等量實施例2和4、對比例1-2製備的氣相防鏽纖維板以及由某國外氣相緩蝕液製備的氣相防鏽纖維板分別放置於等量的中性0.5mol/L的食鹽水中，一定時間後測定溶液中苯並三氮唑的濃度，結果列於表2。從表中的結果明顯可以看出，類水滑石的加入對氣相緩蝕劑有一定的吸附作用，與沒有加類水滑石和物理混合法加入類水滑石的樣品相比，本發明所述的氣相防鏽纖維板在氣相緩釋防鏽方面具有明顯的優勢，能起到控制釋放和緩釋的作用。

表2為氣相緩蝕結果