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含磷有机硅化合物的制备及其缓蚀性能的研究

乔瑞景  
【摘要】:基于有机硅化合物和含磷化合物具有优异防腐蚀性能的特点,本文设计、合成了几种含磷有机硅化合物,并研究了其缓蚀性能。运用Mannich反应制备了含磷有机物,即:N,N-二亚甲基膦酸基正丙胺(DPPA)、N,N-二亚甲基膦酸基氨丙基二甲基硅醇(DPDS)和N,N-二亚甲基膦酸基氨丙基甲基硅二醇(DPMS)、同时还以不同分子量的侧氨丙基硅油和磷酸酯化合物为原料制备了含磷酸酯基聚硅氧烷(PEPS)。通过1H-NMR、13C-NMR和31P-NMR等表征手段证明了上述几种物质的结构。运用电化学方法(极化曲线和阻抗谱图),研究了三种化合物(DPPA、DPDS和DPMS)在硫酸溶液中对金属铁防腐蚀能力的影响。测试结果表明,三种缓蚀剂属于混合型缓蚀剂。通过分析傅里叶转换红外光谱(FT-IR)和X射线光电子能谱(XPS)得出,缓蚀剂通过膦基成功地吸附在金属表面。分析吉布斯自由能数据可以确定,缓蚀剂在金属表面的吸附为Langmuir等温吸附,吸附过程为化学吸附。在金属表面吸附的DPMS分子与邻近分子发生缩合反应,自组装形成一层致密的保护膜。这种方式增加了缓蚀剂在金属表面的覆盖面积及吸附稳定性,所以DPMS的缓蚀性能比DPPA和DPDS的要高。同时通过极化曲线还研究了乙二胺四甲叉膦酸(EDTMS)、己二胺四甲叉膦酸(HDTMS)、膦酸酯基硅氧烷(PAES)和癸基亚膦酸酯(EDPP)对金属的防腐蚀性能。结果表明,在一定程度上吸附中心的个数及分子量可以影响缓蚀剂在金属表面的吸附面积和稳定性。为了进一步提高DPDS的防腐蚀性能,采用极化曲线和阻抗谱图法研究了DPDS与无机盐复配的缓蚀性能。测试结果表明,DPDS与碘化钾复配为混合型缓蚀剂。通过分析傅里叶转换红外光谱和X射线光电子能谱说明,缓蚀剂成功地吸附在金属表面。分析吉布斯自由能数据可以确定,缓蚀剂在金属表面的吸附过程为化学吸附。通过计算协同参数,S1,证明了缓蚀剂和碘化钾之间的作用为协同缓蚀作用。碘离子首先吸附在金属表面,缓蚀剂分子依靠膦基直接吸附在碘离子层。这种吸附方式增强了缓蚀剂DPDS在金属表面的吸附稳定性,从而对金属起到较好的防腐蚀性能。因此与DPDS单独作为缓蚀剂相比,加入碘化钾后缓蚀性能明显增强。基于有机膦具有较好的阻垢性能,本论文研究了DPPA、DPDS和DPMS三种阻垢剂的阻碳酸垢性能。DPMS的阻垢性能略高于DPPA和DPDS的阻垢性能。


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