傳統(tǒng)防腐害處多多，環(huán)保時(shí)代悄然來(lái)臨

    全世界每年都會(huì)因腐蝕造成巨額經(jīng)濟(jì)損失，因此，防腐蝕研究受到了世界各國(guó)的普遍重視。傳統(tǒng)防腐涂料含有毒性揮發(fā)物質(zhì)，對(duì)人體有害，研發(fā)綠色環(huán)保型涂料已成為腐蝕防護(hù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。

    新的防腐姿勢(shì)，你get了嗎

    胞外聚合物（Extracellular polymeric substances，EPS）是微生物在一定條件下分泌于體外的高分子聚合物。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，某些微生物分泌的EPS對(duì)金屬腐蝕具有抑制作用。

    本文擬針對(duì)EPS中的主要成分蛋白質(zhì)和多糖，通過(guò)試驗(yàn)研究其對(duì)金屬腐蝕的影響，提出抑制金屬腐蝕的最佳配比，為研發(fā)新型防腐涂料提供技術(shù)支持。

    如何開(kāi)展研究，且聽(tīng)我娓娓道來(lái)

    1.試樣和溶液

    試樣：國(guó)家Ⅰ型金屬試片

    尺寸：50 mm×25 mm×2 mm

    成分：見(jiàn)表1。

    處理：逐級(jí)打磨呈光亮后用去離子水沖洗、酒精除油、吹風(fēng)干燥后，稱量待用。

    表1 試驗(yàn)用材料的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%）

    擬EPS含量參考具有腐蝕抑制作用的羅伊氏乳桿菌EPS中蛋白質(zhì)和多糖含量來(lái)確定，具體EPS組分為：蛋白質(zhì)1.3mg/mL，多糖2.0mg/mL。其中蛋白質(zhì)為分子量67000的牛白蛋白，多糖為右旋糖酐40。

    試驗(yàn)溶液中各組份含量為：NaCl 58.5mg/L、Na2SO4 213mg/L、NaHCO3 4.2mg/L; pH為8.3，拉森指數(shù)為2.0。

    2.試驗(yàn)方法

    掛片試驗(yàn)

    采用掛片試驗(yàn)研究模擬EPS對(duì)碳鋼、鑄鐵、黃銅和304不銹鋼4種金屬材料耐蝕性的影響。

    試驗(yàn)裝置為自制的環(huán)形反應(yīng)器，見(jiàn)圖1。

    圖1 試驗(yàn)裝置示意圖

    將試片置于實(shí)驗(yàn)裝置中，加入4L試驗(yàn)溶液，試驗(yàn)溫度為30℃、轉(zhuǎn)速為155 r/min，試驗(yàn)時(shí)間為16d。試驗(yàn)結(jié)束后，按照GB/T 16545-1996處理掛片表面腐蝕產(chǎn)物，稱量并計(jì)算腐蝕速率。模擬EPS的浸涂過(guò)程如下：將處理后的掛片浸入模擬EPS溶液中，24h后取出；自然風(fēng)干6h；置干燥器中，24h后稱量待用。

    腐蝕速率按式（1）計(jì)算：

    式中：Vw——腐蝕速率（g·m-2·h-1）；

    ΔW——為腐蝕前后試片重量的差值（g）；

    S——為金屬的表面積（m2）；

    t——為腐蝕的時(shí)間（h）。

    分析

    圖2 浸涂與未浸涂EPS工況下的碳鋼、鑄鐵、黃銅、304不銹鋼的掛片試驗(yàn)結(jié)果

    由圖2可見(jiàn)，與未浸涂工況相比，浸涂模擬EPS后，碳鋼和鑄鐵的腐蝕速率分別有所下降；但黃銅和304不銹鋼的腐蝕速率卻有所上升。說(shuō)明浸涂模擬EPS抑制了碳鋼和鑄鐵的腐蝕，卻促進(jìn)了黃銅和304不銹鋼的腐蝕。

    EPS中蛋白質(zhì)和多糖含有羥基、羧基、磷酸基、氨基等多種功能基團(tuán)，可通過(guò)絡(luò)合、螯合、離子交換等物理-化學(xué)作用與金屬離子發(fā)生反應(yīng)；金屬離子不同，作用機(jī)制也存在較大差異。模擬EPS中氨基、羥基對(duì)鉻、鎳具有較強(qiáng)的螯合作用[19]，這可能是導(dǎo)致304不銹鋼腐蝕加劇的主要原因。

    綜上所述，與鑄鐵、黃銅、304不銹鋼相比，模擬EPS能有效抑制碳鋼腐蝕。下階段將針對(duì)碳鋼，通過(guò)單因素試驗(yàn)研究，探討不同含量蛋白質(zhì)、多糖對(duì)碳鋼腐蝕的抑制作用。

    蛋白質(zhì)、多糖抑制碳鋼腐蝕的單因素試驗(yàn)研究

    根據(jù)1.2.1中試驗(yàn)研究結(jié)果，選取具有較好腐蝕抑制效果的碳鋼為研究對(duì)象，分別開(kāi)展蛋白質(zhì)和多糖抑制腐蝕單因素試驗(yàn)研究，試驗(yàn)工況如表1所示。試驗(yàn)裝置與試驗(yàn)方法同1.1節(jié)。

    表1  蛋白質(zhì)、多糖抑制碳鋼腐蝕的單因素研究工況

    分析

    圖3  浸涂不同含量蛋白質(zhì)或多糖的碳鋼的腐蝕速率

    由圖3可見(jiàn)，不同含量蛋白質(zhì)或多糖均可抑制碳鋼的腐蝕，且隨著蛋白質(zhì)或多糖含量的增加，碳鋼腐蝕速率變化呈現(xiàn)三個(gè)階段：（1）當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)或多糖質(zhì)量濃度≤1mg/L時(shí)，碳鋼的腐蝕速率蛋白質(zhì)或多糖含量的增加而顯著降低，并在其質(zhì)量濃度為1.0mg/mL時(shí)降至最低；（2）當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)或多糖質(zhì)量濃度為4mg/mL時(shí)，隨著含量的升高，碳鋼腐蝕速率快速上升，并在蛋白質(zhì)或多糖質(zhì)量濃度為4.0mg/L時(shí)達(dá)到最大；（3）當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)或多糖質(zhì)量濃度>4.0mg/mL后，碳鋼腐蝕速率基本穩(wěn)定，約為0.2433~0.2505 g/（m2?h），說(shuō)明此時(shí)蛋白質(zhì)或多糖含量對(duì)碳鋼腐蝕速率的影響較小。

    多糖是一種由若干葡萄糖脫水形成的高分子聚合物，研究發(fā)現(xiàn)，多糖中含有羧基基團(tuán)，其C-O、C=O鍵可以與鐵離子結(jié)合形成致密的保護(hù)層，起到抑制碳鋼腐蝕的作用2。

    蛋白質(zhì)含有自由氨基NH4+和羧基COO-，可吸附或螯合鐵離子，在碳鋼表面形成保護(hù)層，在隔絕碳鋼與氧氣接觸的同時(shí)，也阻礙了腐蝕性離子的運(yùn)輸，從而抑制腐蝕。

    在本試驗(yàn)條件下，蛋白質(zhì)或多糖抑制碳鋼腐蝕的最佳質(zhì)量濃度均為1.0mg/mL。

    抑制碳鋼腐蝕的最佳組合工況試驗(yàn)研究

    按照正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求，開(kāi)展抑制碳鋼腐蝕的蛋白質(zhì)、多糖、浸涂時(shí)間的正交試驗(yàn)；根據(jù)1.2節(jié)研究結(jié)果，確定3因素3水平的正交試驗(yàn)方案如表2所示。試驗(yàn)裝置與試驗(yàn)方法同1.1節(jié)。

    表2  正交試驗(yàn)方案

    分析

    表3  蛋白質(zhì)、多糖及浸涂時(shí)間抑制碳鋼腐蝕的正交試驗(yàn)結(jié)果

    由表3可見(jiàn)，碳鋼在不同工況下的腐蝕速率從低到高，依次為：工況2>工況1>工況5>工況4>工況3>工況6>工況7>工況8>工況9。試驗(yàn)條件下，工況9下碳鋼腐蝕速率的最高值為0.2488g/（m2h）約是工況2時(shí)的兩倍。

    根據(jù)表3還可見(jiàn)，各因素中，對(duì)碳鋼腐蝕抑制作用最為顯著的是多糖，其次為蛋白質(zhì)，浸泡時(shí)間的影響最小。試驗(yàn)條件下，最佳組合工況為多糖0.7mg/mL，蛋白質(zhì)0.7mg/mL，浸涂時(shí)間36h。

    結(jié)論

    （1）浸涂模擬EPS對(duì)碳鋼和鑄鐵腐蝕具有抑制作用，但卻加速了黃銅和304不銹鋼的腐蝕。試驗(yàn)條件下，模擬EPS對(duì)碳鋼腐蝕的抑制作用最為顯著；與未浸涂工況相比，碳鋼腐蝕速率下降了54.81%。

    （2）浸涂蛋白質(zhì)或多糖均可抑制碳鋼的腐蝕，其中多糖的抑制效果略優(yōu)；但二者對(duì)碳鋼腐蝕的抑制規(guī)律類似，試驗(yàn)條件下，當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)或多糖均質(zhì)量濃度為1.0mg/mL時(shí)，碳鋼的腐蝕速率最低。

    （3）正交試驗(yàn)結(jié)果表明，與蛋白質(zhì)和浸涂時(shí)間相比，多糖對(duì)碳鋼腐蝕抑制的影響更為顯著；試驗(yàn)條件下，抑制碳鋼腐蝕的最佳組合工況為：多糖0.7 mg/mL，蛋白質(zhì)0.7mg/mL，浸涂時(shí)間36h。

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責(zé)任編輯：王元

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