金属表面绿色防锈剂的研究 毕业论文.doc

【标题】金属表面绿色防锈剂的研究 【作者】冉文伟 【关键词】聚乙烯醇(PVA)金属防锈成膜 【指导老师】王祥洪 【专业】环境科学 【正文】1前言金属材料是现代社会中使用最广泛的工程材料，在人类的文明与发展方面起着十分重要的作用。但金属腐蚀给人类社会带来的直接损失是巨大的。我国的金属腐蚀情况也是很严重的，特别是我国对金属防护工作与发达工业国家相比还有一段距离。金属腐蚀在造成经济损失的同时，也造成了资源和能源浪费，由于腐蚀所报废的设备或构件有少部分是不能再生的，可以重新冶炼的部分在冶炼过程中也会耗费大量的能源。目前世界上的资源和能源日趋紧张，且在工业领域金属腐蚀的结果会直接危害环境，造成对环境的污染，例如化工行业的管道、储罐因腐蚀发生泄漏等。因此由腐蚀所带来的问题不仅仅是一个经济损失的问题了。从国内外对金属表层防护技术方面报道的文献来看，大部分都是采用酸洗办法，其重点都在于除锈，而对于防锈方面文献报道较少，但对企业产品而言，更应该注重于在防锈方面的养护，如何能够让企业产品在出厂之前更长时间内达到防锈的目的，是一项具有深远意义和广泛应用前景的课题。我们的创新在于研究一种新型金属表层防护技术，克服目前酸洗办法中还存在的不足和缺点问题，重点开发绿色环保型可降解高分子材料在金属表层成膜，使金属表层隔绝空气，达到长时间防锈的目的。防锈技术是防止金属制品暴露在加工、储存、运输过程中因受环境大气影响而锈蚀的技术。对保证金属制品的精度和使用性能有着重大意义。防锈技术是防止金属制品暴露在加工、储存、运输过程中因受环境大气影响而锈蚀的技术，对保证金属制品的精度和使用性能有着重大意义。聚乙烯醇（PVA）是聚醋酸乙烯酯的水解产物，具有良好的耐溶剂性和优良的成膜性能，能形成表面光滑，非常强韧的耐撕裂的膜。聚乙烯醇(PVA)是聚醋酸乙烯酯树脂醇解后生成的一种结晶型聚合物,其性能同醇解度、含水量、聚合度有关。最初,聚乙烯醇以维尼龙纤维而著称,20世纪70年代开始用于非纤维应用,作为包装材料是其非纤维应用的重要方面。溶解性PVA溶于水，水温越高则溶解度越大，但几乎不溶于有机溶剂。PVA溶解性随醇解度和聚合度而变化。部分醇解和低聚合度的PVA溶解极快，而完全醇解和高聚合度PVA则溶解较慢。一般规律，对PVA溶解性的影响，醇解度大于聚合度。PVA溶解过程是分阶段进行的，即：亲和润湿一溶胀一无限溶胀一溶解。溶解性PVA溶于水，水温越高则溶解度越大，但几乎不溶于有机溶剂。PVA溶解性随醇解度和聚合度而变化。部分醇解和低聚合度的PVA溶解极快，而完全醇解和高聚合度PVA则溶解较慢。一般规律，对PVA溶解性的影响，醇解度大于聚合度。PVA溶解过程是分阶段进行的，即：亲和润湿一溶胀一无限溶胀一溶解。成膜性PVA易成膜，其膜的机械性能优良，膜的拉伸强度随聚合度、醇解度升高而增强。粘接性PVA与亲水性的纤维素有很好的粘接力。一般情况，聚合度、醇解度越高，粘接强度越强。热稳定性PVA粉末加热到100左右时，外观逐渐发生变化。部分醇解的PVA在190左右开始熔化，200时发生分解。完全醇解的PVA在230左右才开始熔化，240时分解。热裂解实验表明：聚合度越低，重量减少越快；醇解度越高，分解时间越短。聚乙烯醇(PVA)是聚醋酸乙烯酯树脂醇解后生成的一种结晶型聚合物,其性能同醇解度、含水量、聚合度有关。最初,聚乙烯醇以维尼龙纤维而著称,20世纪70年代开始用于非纤维应用,作为包装材料是其非纤维应用的重要方面。聚乙烯醇薄膜具有以下一些优异的性能及用途。1.1极好的透明度和光泽性与其他薄膜相比,PVA膜的透明度和光泽度都非常好(见表1)。表1透明性及光泽性比较使用的装置聚乙烯醇玻璃纸聚氯乙烯聚乙烯透过率/%普尔弗里奇光 6066 5866 4858 5458度计(白色光)反射率/%树上式光洁度计 81.5 60.0 79.5 22.01.2非带电性各种塑料薄膜都有很强的带电性,但PVA膜和玻璃纸一样几乎无带电性(见表2)。由于不带电,其制品不会吸附空气中的尘埃。表2各种薄膜的带电性薄膜聚乙烯醇玻璃纸聚氯乙烯聚乙烯聚酯静电压/伏 1.2 1.3 40.5 98.6 1251.3较大的拉伸强度和撕裂强度 PVA薄膜具有较大的拉伸强度和撕裂强度,断裂伸长率一般(见表3)。表3各种薄膜的强度及伸长率薄膜 聚乙烯醇 玻璃纸 聚氯乙烯 聚乙烯 聚丙烯拉伸强度/MPa 95.699.8 55.9100.4 21.023.5 16.820.1 40.255.5撕裂强度/MPa 1585 0.20.4 48 310 1.37.0断裂伸长率/% 80300 1430 530 60400 1505001.4良好的耐油性能PVA膜同玻璃纸一样,耐油性极好,能耐几乎所有油和油脂类的有机溶剂(见表4)。表4各种薄膜的耐油性薄膜 聚乙烯醇 玻璃纸 聚氯乙烯 聚乙烯 聚丙烯耐油性好 好 一般 较差 差1.5极好的气体阻隔性在低湿度下,PVA膜具有极好的气体阻隔性,阻氧率甚至优于EVOH和PVDC(见表5)。表5各种薄膜的透氧性薄膜 PVA EVOH PVDC PAN PA HDPE透氧量厚(2m)(23,0%RH) 0. 2(湿度高时透过量增大) 0. 45 7. 726. 5 12. 5 40 51038751.6热合性与粘接好 PVA膜不但可以热合,而且可以粘接。热合时,热合温度与热合压力、时间、薄膜的厚度、树脂牌号及含水率有关,一般为150250。各种粘合剂对PVA膜的粘接强度如表6所示。因此在杆式密封器、冲击保护层、高周波保护层均可用热粘着。表6不同粘合剂下PVA膜的粘接强度粘合剂淀粉 阿拉伯胶 橡胶 聚乙烯醇 醇酸树脂拉伸强度/MPa 0.02 0.05 0.10 0.25 0.30粘结效果 差 较差 一般 好 好1.7透湿性大各种薄膜的透湿度如表7所示。PVA的透湿性大,这是PVA膜作为包装材料的一个缺点。但另一方面,对于包装后发生水蒸气的物品,在薄膜内面不会凝结雾滴是其优点。表7各种膜的透湿度项目 测定法 聚乙烯醇膜 玻璃纸 聚氯乙烯膜 聚乙烯膜透湿度/(g?m2/ 24h)(膜厚30m) J IS2Z 0208J IS2Z 1503 78815002000 134013002000 148 120180 21 351801.8脱模性和金属镀性好PVA膜对疏水性极强的塑料亲和力低,对极性小的各种材料的剥离性能好。PVA薄膜可以在11510- 227010- 2 Pa的真空下镀铝,其制品在25水中浸泡24h不剥离。1.9水溶性和生物降解性PVA膜具有很好的水溶性,经实验得知,将纯PVA膜在50下热处理10min后放于25去离子水中,其完全溶解的时间为40s。热处理条件不同,其溶解时间也不同。一般,随着在高温下热处理时间的延长,PVA膜对水的溶解性能下降,低温下即使处理很长时间溶解性能也不会有很大变化。1973年铃木等首次从土壤中分离了PVA分解菌(Pseudomonas sp. 03株)以来,相继有很多这方面研究的报道。酒井等从Pseudomonas vesicularis PD株中分离出两种酶,并进行了多种低分子模型化合物的反应性研究,通过PVA羟基的氧化及氧化PVA的加水分解可以推断PVA主链断裂。由此可见PVA具有一定的生物降解性。由于PVA膜的水溶性和生物降解性,PVA膜常作为医用袋、一次性包装袋用。作为环保包装材料使用,PVA膜的环保性能比其他材料优异。2实验部分2.1仪器及试剂烧杯，天平，量筒，玻璃棒，电炉，钢条若干，砂纸聚乙烯醇粉末（PVA)(1788)（重庆德汇化工有限责任公司），无水乙醇，乳化剂，液体石蜡，蒸馏水2.2实验方法2.2.1聚乙烯醇的溶解称取5g聚乙烯醇粉末2组，分别置于2烧杯中，用量筒量取2份20ml无水乙醇分别加入2烧杯中，静止12分钟，再分别加入适量蒸馏水，搅拌使其充分溶解。然后在其中一杯中加入20ml油酸和20ml乳化剂作为防锈液1，另一烧杯中溶液作为防锈液2，再观察比较2杯中的溶解情况。实验证明，加入油酸和乳化剂的一组溶解情况更优。为了使聚乙烯醇尽可能溶解，可将前2组分别放至电炉上加热至60摄氏度，使溶液达到饱和状态。（加热时应不停搅拌。)聚乙烯醇溶解应完全彻底，其鉴别方法为：用烧杯取溶解后液体在明亮处观察，溶液清亮，无可见透明颗粒。在溶解时起泡属于正常现象，若严重时可采取间歇加热搅拌方式，或适当降低溶解温度和搅拌频率。另外称取10g聚乙烯醇粉末，置于烧杯中加入少量蒸馏水，使其不能完全溶解，然后将其置于电炉上加热至未溶解的药品呈熔融态作为防锈剂3。2.2.2钢条除锈将钢条4根进行除锈处理，使其表面完全无锈。2.2.3金属表面成膜将3组防锈液分别涂于已完成除锈的钢条表面，涂防锈液1的为样品1，涂防锈液2的为样品2，涂防锈剂3的为样品3。置于常温下使其风干，在钢条表面形成聚乙烯醇膜，取一颗相同已除锈钢条作空白对照为样品4，置于相同环境观察。然后重复此实验过程，改变环境条件观察。2.3防锈效果观察观察聚乙烯醇膜防锈效果过程中，我们以温度，时间作为影响因素。并作实验组生锈情况记录。2.4实验记录及实验结果2.4.1不同温度对于样品2的影响表8不同温度对于样品2的影响温度/C 10 25 40 60生锈时间/（天） 2 15 6 4由表8可见，常温下聚乙烯醇具有较好的防锈效果。所以，在常温下对各组进行观察对照。2.4.2常温下样品生锈情况随时间变化情况表9常温下样品生锈情况随时间变化情况时间 2天 4天 6天 8天 10天 15天后样品1 未生锈 未生锈 未生锈 未生锈 未生锈 未生锈样品2 未生锈 未生锈 未生锈 未生锈 少量锈迹 少量锈迹样品3 未生锈 未生锈 未生锈 未生锈 未生锈 未生锈样品4 表面颜色变深 出现少量红色 红色铁锈增加 有黑色锈迹出现 黑色锈迹增多 布满铁锈2. 5实验结果分析对实验步骤进行反复进行，尽可能排除了其他影响因素的影响。得到以上实验结果，由表8可见，聚乙烯醇膜再常温下最稳定，高温会导致聚乙烯醇膜的不稳定而被破坏，甚至可能从金属表面脱落，而低温高湿度也会引起膜的不稳定而影响防锈效果。所以，常温是聚乙烯醇膜的最适温度。在其它条件相同的常温下，几组实验组的结果如表9可见，样品1和样品3的防锈效果最佳，说明聚乙烯醇熔融态成膜和共混膜防锈效果更佳。3结果讨论由以上实验及结果可以得出，聚乙烯醇在常温下具有优良的水溶性，而且常温下成膜性好。PVA具有独特的强力粘接性、皮膜柔韧性、平滑性、耐油性、耐溶剂性、保护胶体性、气体阻绝性、耐磨性以及经特殊处理具有的耐水性。正是由于这些优点，聚乙烯醇膜在金属防锈方面有很好的操作性和实践性。而在PVA的溶解过程中，加入液体石蜡和乳化剂，即实