技术共探 | 如何对黑色金属水性防锈剂进行深度剖析？

据统计，全世界每年因腐蚀而损失的钢铁约相当于年产量的30%。不仅如此，设备还会因腐蚀而损坏，引起停工停产，使产品质量下降，对社会财富造成巨大的损失。锈是钢铁的大敌，所以如何保护钢铁，防止其生锈变质，增加其使用年限成为了人们普遍关注的话题。

数据来源：化学面面观

金属分为有色金属和黑色金属，黑色金属又包括铁、锰、铬。铁硬而有延展性，有很强的铁磁性，并有良好的可塑性和导热性，且在地球上分布广泛。以铁为主体的各种合金包括铸铁、碳钢、不锈钢等等，应用广泛。

黑色金属水性防锈剂是一种水基防锈溶液，可有效的保护钢、铁等材料，防止生锈。

黑色金属水性防锈剂一般由缓蚀剂、络合剂、碱、润湿剂等组成。

防锈过程中起核心作用的物质是缓蚀剂，不同的缓蚀剂，缓蚀机理各异。不同的缓蚀剂搭配，防锈性能差异很大。

常见无机缓蚀剂包括亚硝酸钠、钼酸钠、钨酸钠、硼酸、硼砂、磷酸盐等，它们都属于阳极氧化型缓蚀剂。有机缓蚀剂的种类更多，例如人们熟知的羧酸盐类：一元羧酸、二元羧酸、三元酸等，除此以外还包括脂肪酸酰胺类、硼酸酯类、石油磺酸盐类、烷基琥珀酸类、阳离子季铵盐类等等。此类缓蚀剂含氮、磷、硫、氧等具有孤对电子的元素，可直接在金属表面形成化学吸附层，属于混合型缓蚀剂。

常见的络合剂包括EDTA、磷酸盐等，络合剂的添加量及种类对防锈性能影响较大。

络合剂与水中钙镁离子螯合，缓蚀剂则与游离的钠、钾离子生成钠盐或钾盐。一价钠盐、钾盐本身起泡，且吸附性能不如二价盐，吸附性能的降低削弱了防锈性能。仅少数络合剂能增强防锈性能。

润湿剂起到降低表面张力的作用，提高防锈剂的润湿性能，大部分缓蚀剂本身具有一定的表面活性，所以一般不需要另外添加润湿剂。

黑色金属防锈剂的剖析在防锈剂的研发中起到至关重要作用。

红外光谱广泛用于小分子、高分子化合物的定性分析，这是一种较为简便、快捷的分析方法。图1是一种未知物的红外匹配图谱，通过匹配图谱，我们可以知道该未知物是三乙醇胺油酸皂，该物质属于一元羧酸盐。

图1  三乙醇胺油酸皂红外谱图

核磁共振可以分析测试防锈剂中的缓蚀剂等，图2是一种缓蚀剂的核磁共振1H-NMR谱图。

图2  苯并三氮唑的核磁谱图

气相色谱质谱联用仪可以用来分析防锈剂样品中的挥发性溶剂，图3是一种水性缓蚀剂氯仿萃取液的GC-MS谱图，图4是图谱中14.88min流出物质质谱图，图5是图谱中14.88min流出物质匹配图谱，通过匹配图谱，可以推测出该水性防锈剂样品中含有三乙醇胺硼酸酯。

图3  一种混合物的GC-MS谱图

图4  GC-MS图谱中14.88min流出物质质谱图

图5  GC-MS图谱中14.88min流出物质匹配图谱（三乙醇胺硼酸酯）

液相色谱质谱联用仪用来定性防锈剂中极性化合物，包括：有机缓蚀剂、无机缓蚀剂、络合剂等。图6是一种水性防锈剂MS谱图，通过该MS图谱，可以看到该防锈剂中有三元聚羧酸的信息。

图6  一种水性防锈剂的ESI谱图

液相离子色谱可以分析出水性缓蚀剂中的无机离子，图7是一种水性缓蚀剂的IC谱图，从图中可以看出，该防锈剂中有亚硝酸钠。

图7  一种水性防锈剂的IC谱图

随着机加工等行业对防锈性能、环保的要求越来越高，水性防锈剂的防锈性能也随之提升。其中关键组分就是缓蚀剂的种类及组合。缓蚀剂种类多种多样，根据单一仪器很难精确的分析，还是需要多种设备进行联合分析，才能得到一个准确的分析数据。

微谱利用多种仪器联合分析，可有效对金属防锈剂进行定性定量，还可以对客户关注的物质或功能做针对性的分析及个性化设计方案，助力企业产品研发、产品生产和产品预研等工作。