防锈油的作用机理

概述【1】

防锈油是在石油类基本组分中加入一种或多种防锈添加剂(又称油溶性缓蚀剂)及其它辅助添加剂等组成,多用于金属制品(主要是钢铁制品)的工序间、运输或贮存时的暂时防锈。它具有效果好、使用方便、成本低廉、易施工、操作简单和易去除等优点,因而在整个防锈工作中占有重要的地位,是金属产品表面保护的重要手段,目前国内外都在大量生产和使用。

组成【2】

1.基础油

在防锈油产品组成中，基础油占85%～95%。防锈油产品的某些性质，则完全取决于基础油的性质，如蒸发损失、闪点、对添加剂的溶解性能等。基础油的粘度、粘温性能、倾点则决定了可调配防锈油产品的品种，因而基础油的质量是防锈油产品质量的基础。
基础油可起到载体作用，使各种功能性添加剂在油中均匀分散和发挥，又能起到“油效应”作用。在缓蚀剂吸附少的地方进行物理吸附，并深入到定向吸附的防锈剂分子之间，与防锈剂分子共同堵塞孔隙，使吸附膜更加完整和紧密，并使吸附不够牢固的极性分子不易脱落，从而更有效地保护金属。

12.防锈添加剂

防锈油是保护金属机械和设备正常运转的重要手段，防锈添加剂则是各种高级防锈油的精髓，防锈添加剂的性能对溶剂型防锈油的防锈性能起决定性作用，且大多数是以5%～15%加入到基础油中。防锈添加剂从两个方面来发挥作用:一种是化学作用，防锈添加剂可以抑制阳极、阴极反应中的任何一个或两个从而起到防锈作用;一种是物理作用，防锈油中的油溶性缓蚀剂是具有极性基团和较长碳氢链的有机化合物，它是由不对称的极性和非极性两部分组成的表面活性剂。极性基团与金属氧化物、水等极性物质有很强的亲和力，而非极性基团具有亲油憎水的特性。因此，防锈添加剂极性基团一端能与金属基体的氧化膜发生物理或化学作用形成吸附防锈膜，非极性基团阻滞腐蚀介质与金属表面接触，从而对金属起防锈作用。油溶性缓蚀剂是防锈油中起防锈作用的关键组分，按其极性基团通常分为以下5类。

（1）磺酸盐

磺酸盐对水和极性物质有增溶作用，磺酸盐能够捕集与分散油中水和酸等极性物质，将它们包溶于胶束或胶团中，从而排除其对金属表面的侵蚀。

（2）羧酸及其衍生物

目前常用的主要有烯基丁二酸、环烷酸锌、硬脂酸铝、氧化石油脂及其钡皂等，满足内燃机油、液压油和齿轮油的使用条件。羧酸类防锈剂还起催化、助溶或分散剂的作用，有较好的湿热性能，但是缺乏酸中和性能。

（3）酯类及其衍生物

一般简单的酯类由于极性较弱须在油中加入很大浓度才会有效，其优点是比酸类油溶性好，抗湿热性好，能改善重叠性，还有一定的助溶、分散作用。酸中和性不如皂类，但比羧酸类要好和其它缓蚀剂复合使用既可提高其防锈性，又可作为其它缓蚀剂的助溶剂。

（4）胺类及其衍生物

单纯的胺类在矿物油中的溶解能力和防锈效果均不理想，但若用油溶性磺酸、环烷酸、有机磷酸及某些羧酸中和成盐，其油溶性和防锈性大大提高。

（5）杂环化合物及其衍生物

杂环化合物及其衍生物具有分子结构紧凑、良好的防锈性能、含活性元素、环境危害低等优点，其防锈性能主要是杂环上与N成键的官能团的作用。疏水基团远离金属表面形成一种疏水层，对电极表面起到外围阻止作用，并对腐蚀介质向金属表面的迁移起到阻碍作用;而亲水基团可以有效地提高缓蚀剂的水溶性来增强缓蚀剂的缓蚀性能。

分类【3】【4】

根据用途和状态的不同,防锈油有不同的分类方法。目前较常用的防锈油分类方法有以下2种：

1.按SH/T0692一2000((防锈油》标准分类,防锈油可分为除指纹型防锈油、溶剂稀释型防锈油、脂型防锈油、润滑油型防锈油和气相防锈油共5类产品。

（1）除指纹型防锈油:具有一定的防锈性,并对人汗具有除去或防止作用,对水膜有除去或置换作用;

（2）溶剂稀释型防锈油:以矿物油脂或树脂为成膜剂的防锈油中加入溶剂组成,按溶剂种类不同,可分为石油系列溶剂、有机溶剂和水稀释3种类型;按油膜胜质不同,又可分为硬膜油和软膜油;

（3）脂型防锈油:以凡士林为基础、在常温下为脂状的一类防锈油,由成膜物质(或基础油)和缓蚀剂组成;

（4）润滑油型防锈油:在基础油中加入防锈剂及抗氧剂等多种添加剂组成,具有一定的润滑和防锈功能;

（5）气相防锈油:在基础油中加入油溶性防锈剂和气相缓释剂配制而成,具有良好的接触和非接触防锈的双重性能。

2.按产品防锈周期分类(传统分类法),防锈油可分为工序间防锈油《防锈期1一3个月)、中短期防锈油(防锈期3一6个月)、中长期封存防锈油(防锈期6一12个月)、长期封存防锈油(防锈期大于1年)共4类产品。

表1为日本、美国、中国防锈油规格对照表

作用机理【1】

1.防锈油中基础油的增效作用

基础油是防锈油的主要成分,没有防锈剂的基础油防锈性能很差,但没有基础油的油溶性缓蚀剂防锈效果同样不好。基础油可起到载体作用,使防锈剂在油中均匀分散,又能起到油效应作用,即基础油在极性分子吸附少的金属表面进行物理吸附,同时基础油分子的烃基深入到定向吸附的防锈剂分子之间,借助范德华引力与防锈剂分子共同堵塞孔隙,使金属表面上吸附膜更致密完整,并使吸附不够牢固的极性分子不易脱落,从而更有效地保护金属。但基础油并不能有效阻挡腐蚀介质,因此必须加入各种防锈添加剂。

2.防锈剂(油溶性缓蚀剂)的吸附作用

金属表面是具有多个活性中心的高能晶体结构,极易在水、氧的存在下发生电化学腐蚀。而防锈油中的油溶性缓蚀剂是具有极性基团和较长碳氢链的有机化合物,又是表面活性剂,它是由不对称的极性和非极性两部分组成。防锈剂分子的极性部分依靠库仑力或化学键作用在油-金属表面形成定向吸附,从而降低金属表面活性中心的活性,阻挡水分子和氧分子的前进,大大减缓锈蚀过程;防锈剂分子的非极性部分在金属表面形成一层疏水性保护膜,阻挡了参加腐蚀反应的有关电荷或物质的移动,从而大大降低锈蚀机率和速率。

3.防锈油对极性物质的中和置换和增溶作用

防锈油中碱性防锈剂可与酸性腐蚀介质进行中和反应;高分子羧酸皂除了部分游离的羧酸能中和碱外,还可与腐蚀性酸发生复分解反应生成新盐和高分子羧酸,使有些防锈油对极性物质具有中和置换和增溶作用。

4.防锈油的水置换和溶剂化作用

防锈油中的油溶性缓蚀剂是具有不对称结构的表面活性物质,当其分子极性比水分子极性更强,与金属的亲和力比水更大时,便可以将金属表面的水膜置换掉,从而减缓金属的锈蚀程度,当防锈剂的浓度超过临界胶束浓度时,防锈剂分子就会以极性基团朝里,非极性基团朝外的“逆型胶束”状态溶存于油中,吸附和捕集极性的腐蚀性物质,并将其封存于胶束之中,使之不与金属接触,起到防锈作用。

使用方法【3】

在选定防锈油以后,还必须采用正确的油封防锈工艺,并选择合适的包装材料,才能达到预期的防锈效果。油封防锈工艺处理过程包括:清洗、干燥、除锈、涂敷,在某些场合还需要对金属制件进行包装。

1.清洗

金属制件加工以后,其表面常附着有切屑等多种污物,如不清洗干净,会直接影响防锈油的使用效果。特别是金属制件成品封存前的清洗尤为重要,如清洗不干净,将成为金属制件腐蚀的隐患。目前,常用的清洗剂有石油溶剂型清洗液、碱性清洗液和水基清洗剂等。

2.干燥

在金属制件油封前必须保证其干燥,以防影响防锈效果。目前常用的干燥方法有烘干、吹干、沥干以及置换脱水法等。

3.除锈

在金属制件涂敷防锈油之前,必须除去金属制件表面已经出现的锈蚀。如果金属制件表面存在锈蚀,即使已经涂敷了防锈油,金属腐蚀还是会继续发生。目前常用的除锈方法有手工除锈法、机械除锈法和化学除锈法。

4.涂敷

在金属制件涂敷防锈油的过程中,应该做到涂油均匀,不漏涂。目前常用的防锈油涂敷方法有浸涂、刷涂和喷涂等。

5.包装

在金属制件封油后,可以选择合适的包装材料对其进行包装,防止水分等与金属制件接触,增强其防锈能力。常用的包装材料包括:塑封、防锈纸、真空膜等。在包装材料的选择上,应综合考虑储存、运输环境以及气候等不同情况。

评价方法【1】

防锈油防锈性能的试验方法很多,但总的来说可以分为两大类:一类是大气暴露试验,如大气暴晒,百叶箱,室内储存试验等。这类方法简单易行,但试验周期长,影响因素多,试验结果的重现性一般较差。第二类是室内加速试验,即在试验室内,用各种装置来模拟实际使用条件,来评价防锈油脂的防护性能。这类方法周期短,能精确控制腐蚀条件,可得到重现性较好的试验结果,但试验结果有相当的局限性,每一试验结果只能反映防锈油的某一方面性能。

另外,根据油品的具体用途,还常常采用很多其它的试验方法,如百叶箱试验,用于评定防锈油脂在不经直接日晒、雨淋、大气尘埃沉降的通风条件下,对金属防护能力;室外暴露试验,用于评定防锈油脂在直接受日晒、雨淋、风吹自然条件下,对金属的防护能力;人工气候试验模拟自然条件,加速测定防锈油脂的耐气候和耐老化性能;二氧化硫加速腐蚀试验,模仿工业大气,评定防锈油脂的防护性能;凝露腐蚀试验,模仿在水不断凝缩下防锈油脂的防护性能;油基稳定性试验,评定防锈油脂在贮存和使用过程中,产生分层和沉淀的性能。

主要参考资料

[1]陈红星,祁庆琚,应白桦.防锈油的研究开发与应用[J].表面技术,2005(02):74-77.

[2]欧阳平,蒋豪,张贤明,陈凌,刘先斌,夏炳均.防锈油的研究进展[J].应用化工,2015,44(05):944-946+950.

[3]邓象贤,张志东,黄劲松.浅谈防锈油的选择与应用[J].石油商技,2008,26(04):34-36.

[4]袁学军.防锈油现状及发展趋势[J].润滑油,2007(06):61-64.