苯并三氮唑在金属清洗剂中缓蚀性研究

皖西学院学报

JournalofWestAnhuiUniversity

Apr.,2007Vol.23󰀁NO.2

苯并三氮唑在金属清洗剂中缓蚀性研究

徐国梅,谢红璐,刘󰀁云

(皖西学院化学与生命科学系,安徽六安237012)

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摘󰀁要:本文研究了苯并三氮唑在金属清洗剂中的缓蚀作用,用电化学法比较研究了苯并三氮唑(BTA)、硅酸钠、钠在10%NaCl溶液中对铜的缓蚀性能;在原电池中探讨苯并三氮唑与硅酸钠、钠协同对铜的缓蚀作用。实验结果表明,苯并三氮唑本身具有缓蚀性,缓蚀率为.5%,加入助溶剂硅酸钠后缓蚀率由.5%增加到84.5%;硅酸钠、苯并三氮唑复配后在油酸三乙醇胺金属清洗剂中对铜的缓蚀率可达97.6%;浓度为0.0008mol/L苯并三氮唑在时间达3h时缓蚀作用最强,且硅酸钠(0.004mol/L)、苯并三氮唑(0.0008mol/L)和油酸三乙醇胺三者复配对铜的缓蚀作用最好。苯并三氮唑对铝基本无缓蚀作用。

关键词:苯并三氮唑,金属清洗剂,缓蚀

中图分类号:TG113.25󰀁󰀁󰀁󰀁文献标识码:A󰀁󰀁󰀁󰀁文章编号:1009-9735(2007)02-0072-04

引󰀁言

󰀁󰀁金属清洗过程中需要减缓腐蚀,而苯并三氮唑[1](Benzotriazole,BTA;又称苯并、苯、苯并三氮杂茂、连三氮茚)具有独特的缓蚀特性,与多种缓蚀剂配合使用,可提高缓蚀效果。在50年代初期,苯并三氮唑、疏基苯并噻唑等唑类化合物在工业水及冷却液等[2]中性介质中,对铜系金属的优异缓蚀性能引起科技界的极大兴趣,并迅速在工业生产中得到充分利用。之后,随着人们对上述一系列化合物成功的开发研究,扩大了它们在碱性及酸性介质中的应用范围[3-4],其复配物的研究[5]是目前的热点。

本文以电化学为基础,根据缓蚀率、腐蚀率公式对苯并三氮唑、钠、硅酸钠在金属清洗剂油酸三乙醇胺中对铜的缓蚀进行了研究,以获得苯并三氮唑、钠、硅酸钠对铜、铝缓蚀的性质,并测得相关实验数据,便于对苯并三氮唑缓蚀性的进一步研究。1󰀁实验部分

1.1󰀁试剂与仪器

苯并三氮唑、硫酸铜、硅酸钠、钠、油酸、三乙醇胺均为分析纯试剂。铜箔(1cm󰀂1cm),铝箔(1cm󰀂1cm)。

FA1104N型电子天平,上海精密科学仪器有限公司。1.2󰀁实验方法1.2.1󰀁实验方法

把油酸、三乙醇胺按3:1的物质的量混合。在装有电磁搅拌器和温度计的三口烧瓶内加入去离子水和三乙醇胺,搅拌下加入油酸。然后升温至60~70 ,反应20min,取样检查pH值。加油酸或三乙醇胺调节pH值在7~8范围内,冷却至40 出料。冷却备用。反应式如下:CH3(CH2)7=CH(CH2)7COOH+N(C2H4OH)3!CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH∀N(C2H4OH)31.2.2󰀁腐蚀性测定

实验采用失重法。将铜片打磨,除锈脱脂、水洗、丙酮洗、电吹风吹干、电子天平称重。将处理后的铜片悬在缓蚀剂为0.0008mol/L的苯并三氮唑的玻璃烧杯中,烧杯置于室温下静置,实验在由铜片和碳棒为两极,氯化钠溶液为电解质构成的原电池中进行。取出后,水洗,除去腐蚀产物,水洗、丙酮洗、电吹风吹干、电子天平称

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收稿日期:2006-08-25

作者简介:徐国梅(1976-),女,安徽舒城人,皖西学院化学与生命科学系教师,硕士。研究方向:生物制药。

7201

重。按下式计算腐蚀率和缓蚀率:V=V-W󰀂t

S

2

其中V:为腐蚀速率,g/(m*h);W0:为铜片原重,g;t:为腐蚀时间,h;W1:为铜片腐蚀后除去腐蚀产物的重量,g;S:为铜片暴露在酸洗液中的总面积,mm2。

01

u=V-V󰀂100%

V1

其中u为缓蚀率;v0:为不加缓蚀剂时铜的腐蚀率;v1:为加缓蚀剂时铜的腐蚀率。实验在由铜片和碳棒为两极,氯化钠溶液为电解质构成的原电池中进行。2󰀁结果与讨论2.1󰀁协同作用

󰀁󰀁本文研究了三种体系的协同缓蚀作用:苯并三氮唑+硅酸钠、0.004moL/LNa2SiO3+0.0008moL/LB󰀁TA+饱和油酸三乙醇胺、0.004moL/LNa2SiO3+0.0008moL/LBTA+0.08moL/LNaNO3各复配体系的缓蚀作用。

2.1.1󰀁在以10%NaCl为电解质的原电池中苯并三氮唑和硅酸钠协同作用(1)对铜的缓蚀作用

表1󰀁0.0008moL/LBTA+0.004moL/LNa2SiO3协同的缓蚀性

0.0008moL/LBTAVmL

123456

注:室温,3h

0.004moL/LNa2SiO3VmL

0055105

V1g/(m2󰀂h)

/1.110.370.470.331.32

u%/(V0=2.44)

.584.880.786.5.9

0551050

󰀁󰀁由表1知,单独使用0.0008mol/LBTA时对铜的缓蚀率.5%,单独使用0.004mol/LNa2SiO3对铜的缓蚀率为49.5%,故单独使用0.0008mol/LBTA对铜的缓蚀效果比单独使用0.004mol/LNa2SiO3对铜的缓蚀效果要好;当0.0008mol/LBTA与0.004mol/LNa2SiO3协同作用时缓蚀率增大且当体积比为1:2时缓蚀率最大,其值可达86.5%,即当体积比为1:2时缓蚀效果最佳。从实验结果可以得出,腐蚀率的变化与缓蚀率的变化情况相反,也就是说,腐蚀率增加(或减小)而缓蚀率相应的减小(或增加)。(2)对铝的缓蚀作用

表2󰀁0.0008moL/LBTA+0.004moL/LNa2SiO3协同的缓蚀性

0.0008moL/LBTAVmL

123456

注:室温,3h

0.004moL/LNa2SiO3VmL

0055105

W0(g)0.03760.04230.03720.03720.03390.0376

W(g)0.03130.04090.030.04520.03240.0353

u%/8.215.610.513.912.7

0551050

󰀁󰀁由表2知,虽在放置铝的溶液中加入苯并三氮唑,但铝片仍被严重腐蚀,故苯并三氮唑对铝基本无缓蚀作用。且在此实验过程中,原电池负极上发生了副反应。

2.1.2󰀁在以10%NaCl为电解质的原电池中饱和油酸三乙醇胺对协同作用的影响

73表3󰀁0.004moL/LNa2SiO3+0.0008moL/LBTA+油酸三乙醇胺协同的缓蚀性

12345678

0.004moL/LNa2SiO3VmL0.0008moL/LBTAVmL

00

0555055

5510501520

油酸三乙醇胺VmL

0

05510555

u

/(v0=2.44).5%85.7%97.6%62.3%/(v1=3.23).9%66.4%

注:室温,3h

󰀁󰀁由表3知,向10%NaCl溶液中加入油酸三乙醇胺后的腐蚀速率为V1=3.23,而不加任何缓蚀剂时的腐蚀速率为V0=2.44,说明只加油酸三乙醇胺对铜的腐蚀速率比不加任何缓蚀剂时的腐蚀速率增加,从而也就说明了油酸三乙醇胺作为金属清洗剂把金属铜表面的油脂等杂质清洗下来使金属铜较完全的暴露在电解质溶液中,与此同时,也就加快了铜在原电池中的腐蚀,所以向10%NaCl溶液中加入油酸三乙醇胺后的腐蚀速率比不加任何缓蚀剂时的腐蚀速率大。向各烧杯中加入相同体积等浓度的助剂硅酸钠(Na2SiO3)溶液,再加入不同体积比的苯并三氮唑和油酸三乙醇胺,由实验结果知,体积比为2:1时缓蚀率最大,其值为97.6%,同时可知缓蚀率不再随加入苯并三氮唑体积的增加而增大,也就是说苯并三氮唑的加入量有个最佳值,就此体系而言,最佳加入量苯并三氮唑为10ml,油酸三乙醇胺为5ml。

.1.3󰀁在以10%NaCl为电解质的原电池中钠对协同作用的影响

表4󰀁0.004moL/LNa2SiO3+0.0008moL/LBTA+0.08moL/LNaNO3协同的缓蚀性

0.004moL/LNa2SiO3VmL0.0008moL/LBTAVmL12345

注:室温,3h

0.08mol/LNaNO3VmL

055510

u%.567.535.969.531.4

00555

505105

󰀁󰀁由表4知,在单独使用0.0008mol/LBTA对铜的缓蚀率为.5%,单独使用0.08mol/LNaNO3对铜的缓蚀率为67.5%,即单独使用0.0008mol/LBTA对铜的缓蚀效果比单独使用0.08mol/LNaNO3蚀效果差.当苯并三氮唑与钠的体积比为2:1时缓蚀效果较好,其它体积比时缓蚀效果不明显。

图1󰀁不同体积0.0008mol/LBTA图2󰀁不同体积0.035mol/LBTA

󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁

对铜缓蚀率的影响对铜缓蚀率的影响

2.2󰀁体积的影响和时间影响742.2.1󰀁体积的影响󰀁󰀁由图1、2知,随着体积的增加缓蚀率先增加后减小,0.0008mol/LBTA的体积为15mL时,缓蚀效果最佳,缓蚀率为94.0%;0.035mol/LBTA的体积为18mL时,缓蚀效果较佳,缓蚀率为75.6%。通过图1和图2的比较知,浓度为0.0008mol/LBTA的缓蚀效果较好。2.2.2󰀁时间影响

图3󰀁不同时间BTA、Na2SiO3复配物与BTA、Na2SiO3、油酸三乙醇胺复配物对铜缓蚀率的影响

󰀁󰀁由图3知,浓度为0.0008mol/L苯并三氮唑的缓蚀作用在达12h左右时为佳且在较长时间内仍有缓蚀作

用。通过比较可得出,加油酸三乙醇胺后缓蚀率显著增加,说明油酸三乙醇胺的加入使苯并三氮唑的缓蚀作用较强,即苯并三氮唑与油酸三乙醇胺复配对铜的缓蚀作用较好。3󰀁结论

加入硅酸钠使苯并三氮唑的缓蚀作用增加,硅酸钠与苯并三氮唑协同对铜的缓蚀作用较好;硅酸钠、苯并三氮唑复配加入金属清洗剂油酸三乙醇胺中对铜的缓蚀作用更加显著,其缓蚀率可达97.6%;无机缓蚀剂钠与苯并三氮唑复配缓蚀作用也增加,但相对而言,它们的协同缓蚀作用不是很明显;而且由实验知浓度为0.0008mol/L的BTA在时间达3h时缓蚀作用最强,且硅酸钠(0.004mol/LNa2SiO3),苯并三氮唑(0.0008mol/LBTA),油酸三乙醇胺三者复配对铜的缓蚀作用最好;苯并三氮唑及其混合物在实验范围内对铝的缓蚀作用不明显;本文所研究的苯并三氮唑复配体系,为开发无磷、低成本、缓蚀效率高等特点的缓蚀剂提供了参考。

参考文献:

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