一種桐油酸酰胺在鹽酸介質(zhì)中的緩蝕性能研究

樊治海，張 宏，尹成先，張涓濤，劉芳莉，王 遠

(1.中國石油大學(北京)機械與儲運工程學院，北京 102200；2.中國石油集團石油管工程技術研究院，陜西 西安 710065；3.西安近代化學研究所，陜西 西安 710065)

添加緩蝕劑是減緩金屬腐蝕最經(jīng)濟有效的方法之一[1]。研究表明，分子結(jié)構(gòu)中含有N、S、O等雜原子的有機化合物對金屬腐蝕有很好的抑制作用[2～4]。脂肪族酰胺類緩蝕劑由于分子中存在酰胺鍵，從而在較寬的pH值范圍內(nèi)耐水解性與穩(wěn)定性良好，且毒性低、生物降解性好，可用于酸性介質(zhì)、中性介質(zhì)及大氣腐蝕介質(zhì)中的防腐[5，6]，一直受到緩蝕劑研究者的關注。

桐油分子含有3個共軛雙鍵，在一定條件下能自干成膜，多用來對木材進行防腐處理并且有很好的效果。但由于桐油不溶于水，因此限制了其在緩蝕劑領域的應用[7]。為了在增強桐油水溶性的同時保存桐油分子中的共軛雙鍵，作者在此以桐油為原料合成桐油酸，再與二乙烯三胺反應制備桐油酸酰胺，并利用失重法和動電位極化曲線測試考察了其在鹽酸介質(zhì)中對N80鋼的緩蝕性能。

1 實驗

1.1 桐油酸酰胺的合成

以桐油為原料，參照文獻[8]合成桐油酸；將桐油酸和二乙烯三胺按摩爾比1∶1.1加入到250 mL四口燒瓶中，再加入二甲苯作為攜水劑，在N2條件下升溫至140～150 ℃，?；磻? h，降溫，得到目標產(chǎn)物桐油酸酰胺。

1.2 緩蝕性能測定

1.2.1 失重法

緩蝕性能測定所用試樣為API N80鋼，經(jīng)400#、600#砂紙打磨，用丙酮清洗后干燥稱重(精確至±0.1 mg)，其化學成分見表1。

表1 N80鋼的化學成分/%

實驗介質(zhì)為不同濃度的鹽酸水溶液，均由鹽酸(36.5%，分析純)和蒸餾水配制。

緩蝕性能測定采用SY-T 5405-1996標準中的靜態(tài)失重法，測定時間為4 h。

1.2.2 動電位極化曲線測試

采用CS多通道電化學工作站測試體系的動電位極化曲線。采用傳統(tǒng)的三電極體系：工作電極為圓片狀N80油管鋼，實驗面積為0.78 cm2，實驗前用砂紙逐級打磨至800#，蒸餾水清洗后用丙酮除油；輔助電極為大面積石墨電極；參比電極為飽和甘汞電極。測量電位相對開路電位掃描范圍為-450～+550 mV，掃描速率為0.5 mV·s-1。運用三參數(shù)法對弱極化區(qū)進行擬合，得到相關的腐蝕電化學參數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 產(chǎn)物紅外光譜分析(圖1)

圖1 合成產(chǎn)物的紅外光譜圖

圖1中3292 cm-1處為N-H鍵的伸縮振動峰，1643 cm-1處為酰胺中羰基的特征吸收峰，1305 cm-1、991 cm-1、968 cm-1處強吸收帶為共軛反式碳碳雙鍵的吸收峰，725 cm-1處為-(CH2)n-的C-H面外彎曲振動吸收峰。紅外分析表明，合成產(chǎn)物主要為桐油酸酰胺。

2.2 緩蝕性能測定

2.2.1 緩蝕劑加量對緩蝕效果的影響

在常壓、50 ℃條件下，考察5%鹽酸介質(zhì)中桐油酸酰胺加量對緩蝕效果的影響，結(jié)果見表2。

表2 桐油酸酰胺加量對緩蝕性能的影響

由表2可知，桐油酸酰胺能明顯抑制N80鋼的腐蝕，隨著桐油酸酰胺加量的增大，腐蝕速率減慢、緩蝕效率上升。在桐油酸酰胺加量為0.001%～0.025%范圍內(nèi)，緩蝕效率升幅緩慢，說明此時桐油酸酰胺在金屬表面的覆蓋度已經(jīng)趨于飽和，進一步增大加量，緩蝕效率升幅不明顯。

2.2.2 溫度對緩蝕效果的影響

在5%鹽酸介質(zhì)中加入0.025%桐油酸酰胺，考察溫度對N80鋼緩蝕效果的影響，結(jié)果見表3。

表3 不同溫度下桐油酸酰胺的緩蝕性能

由表3可知，在50～90 ℃范圍內(nèi)，桐油酸酰胺在鹽酸介質(zhì)中對N80鋼均有較好的緩蝕效果，且隨著溫度的升高，腐蝕速率逐漸加快。這是因為，桐油酸酰胺對N80鋼的吸附是一個放熱反應，隨著溫度的升高，腐蝕反應加劇，腐蝕速率相應加快；而在50～90 ℃范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，緩蝕效率則先上升后下降。這主要是緩蝕劑在體系中的溶解度及其在金屬表面的脫附速率共同作用的結(jié)果，溫度較低時，隨著溫度的升高，緩蝕劑的溶解性增強，導致其緩蝕效率上升；而隨著溫度的進一步升高，緩蝕劑在金屬表面的脫附速率急劇加快，反而使其緩蝕效率下降。

2.2.3 鹽酸濃度對緩蝕效果的影響

50 ℃時，考察加量為0.005%的桐油酸酰胺在不同濃度鹽酸(5%、10%、15%、20%)中對N80鋼的緩蝕效果，結(jié)果見表4。

表4 不同鹽酸濃度下桐油酸酰胺的緩蝕性能

由表4可知，未加桐油酸酰胺時，隨著鹽酸濃度的增大，N80鋼的腐蝕速率逐漸加快；加入桐油酸酰胺后，N80鋼的腐蝕受到較大的抑制，但隨著鹽酸濃度的增大，由于金屬腐蝕過程比緩蝕劑在金屬表面的吸附過程要快，從而導致其腐蝕速率加快，緩蝕效率下降。

2.3 動電位極化曲線

50 ℃時在5%鹽酸介質(zhì)中加入不同量的桐油酸酰胺后，N80鋼電極的動電位極化曲線見圖2。對圖2中各曲線進行弱極化區(qū)擬合，相應的腐蝕電化學參數(shù)見表5。

圖2 5%鹽酸中加入不同量桐油酸酰胺后N80鋼電極的動電位極化曲線

表5 5%鹽酸中加入不同量桐油酸酰胺后體系的腐蝕電化學參數(shù)

由圖2和表5可以看出，緩蝕效率與失重法的測定結(jié)果存在一定的差異，但總體變化趨勢相符，這是因為電化學測試所得到的是瞬時結(jié)果，而失重法得到的是平均結(jié)果。電化學測試結(jié)果表明，加入桐油酸酰胺后，體系的自腐蝕電流密度(Icorr)有較大幅度的下降，電極的腐蝕反應受到抑制，且隨著桐油酸酰胺加量的增大，自腐蝕電流密度不斷降低，緩蝕效率相應提高。在極化曲線的陽極區(qū)出現(xiàn)了明顯的緩蝕劑脫附平臺，說明桐油酸酰胺的確在N80鋼電極表面發(fā)生了吸附成膜。加入桐油酸酰胺后，體系的陽極塔菲爾斜率(βa)基本不變，陰極塔菲爾斜率(βc)稍有增加，而體系的自腐蝕電位(Ecorr)降低。說明桐油酸酰胺在鹽酸介質(zhì)中為陰極抑制為主的混合型緩蝕劑。

3 結(jié)論

以桐油為原料制備得到了一種桐油酸酰胺，考察了其在鹽酸介質(zhì)中對N80鋼的緩蝕效果。

(1)緩蝕性能測試表明，所合成的桐油酸酰胺在鹽酸介質(zhì)中能有效抑制N80鋼的腐蝕；隨著桐油酸酰胺加量的增大，緩蝕效率上升；隨著溫度的升高，緩蝕效率先上升后下降；隨著鹽酸濃度的增大，緩蝕效率下降。

(2)動電位極化曲線測試結(jié)果表明，桐油酸酰胺確實在N80鋼表面發(fā)生了吸附成膜，其在鹽酸介質(zhì)中為陰極抑制為主的混合型緩蝕劑。

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