水處理緩蝕劑丙烯酸聚合物的合成研究畢業(yè)論文

1、ANYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY本 科 畢 業(yè) 論 文水處理緩蝕劑聚丙烯酸鈉的合成研究The study of synthesis of water treatment corrosion inhibitors sodium polyacrylate學(xué) 院 名 稱(chēng)： 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 班 級(jí)： 2008級(jí)應(yīng)用化學(xué) 學(xué) 生 姓 名： 指導(dǎo)教師姓名： 指導(dǎo)教師職稱(chēng)： 講 師 2012 年 5 月19畢業(yè)論文原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)論文，是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的

2、地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得安陽(yáng)工學(xué)院及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說(shuō)明本人完全了解安陽(yáng)工學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)論文的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)論文的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)論文的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。作者簽名： 日 期： 目 錄摘要IAbstract

3、II引 言1第1章 緒 論21.1 聚丙烯酸鈉的發(fā)展概況21.2 聚丙烯酸鈉的特性21.2.1 物理性質(zhì)21.2.2 化學(xué)性質(zhì)21.2.3 應(yīng)用31.3 聚丙烯酸鈉的合成31.3.1 聚合原理31.3.2 聚合方法的選擇41.3.3 分子量控制的理論基礎(chǔ)41.4 緩蝕劑研究進(jìn)展51.4.1 緩蝕劑的作用機(jī)理51.4.2 常見(jiàn)的緩蝕劑61.5 本文研究的目的、意義及內(nèi)容71.5.1 本文研究的目的及意義71.5.2 本文研究的內(nèi)容7第2章 實(shí)驗(yàn)部分82.1 實(shí)驗(yàn)材料82.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑82.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器82.2 聚丙烯酸鈉的制備92.3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案92.4 單體轉(zhuǎn)化率的測(cè)定102.4

4、.1 溶液的配制102.4.2 測(cè)定步驟112.5 緩蝕性能的檢測(cè)122.5.1 處理掛片122.5.2 配制溶液122.5.3 掛試片122.5.4 緩蝕實(shí)驗(yàn)12第3章 結(jié)果與討論143.1 正交試驗(yàn)結(jié)果143.2 效應(yīng)曲線圖153.3 試驗(yàn)結(jié)論驗(yàn)證173.4 緩蝕率不高問(wèn)題的探究17結(jié) 論19致 謝20參考文獻(xiàn)21水處理緩蝕劑聚丙烯酸鈉的合成研究摘要：聚丙烯酸鈉是由丙烯酸單體聚合后與氫氧化鈉反應(yīng)而成。因其日趨廣泛的應(yīng)用前景，合成配套工藝技術(shù)和應(yīng)用開(kāi)發(fā)得到進(jìn)一步的深入研究。而丙烯酸鈉聚合物緩蝕劑具有高效、持久、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，已成為緩蝕劑領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。因具體的分子量大小、功能的不同，其合成

5、方法可選用乳液法、溶液法和懸浮法來(lái)合成粘液態(tài)、膠體、膠板或粉狀聚合物。本論文采用正交試驗(yàn)方案在水溶液中合成聚丙烯酸鈉?？疾炝藛误w質(zhì)量濃度、引發(fā)劑用量、鏈轉(zhuǎn)移劑用量、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間對(duì)單體轉(zhuǎn)化率和緩蝕率的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明最優(yōu)的一組實(shí)驗(yàn)條件為：?jiǎn)误w質(zhì)量濃度為30%、引發(fā)劑用量0.12 g、鏈轉(zhuǎn)移劑用量0.2 g、反應(yīng)溫度為60 、反應(yīng)時(shí)間為3 h，單體轉(zhuǎn)化率為95.04%，緩蝕率為55.31%，符合實(shí)驗(yàn)預(yù)期效果，因此可以認(rèn)為此組實(shí)驗(yàn)條件為最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件。關(guān)鍵詞：丙烯酸 單體轉(zhuǎn)化率 正交實(shí)驗(yàn) 緩蝕劑 The study of synthesis of water treatment corrosi

6、on inhibitors sodium polyacrylateAbstract: sodium polyacrylate is prepared by polymerizing acrylic acid in water and then reacting with sodium hydroxide. Because of the increasingly wide application prospect, synthetic supporting technology and application development get further research. And sodiu

7、m polyacrylate polymer corrosion inhibitor has high efficiency lasting, environmental protection etc advantage, and has become one of the hot spot in the research field of the corrosion inhibitors. Because of the difference of specific molecular weight size and functions, the synthesis methods can c

8、hoose emulsion polymerization, solution method and the suspension method for synthesis of sticky liquid, colloid, rubber board and powder polymers. In this paper, sodium polyacrylate is prepared by using the plan of orthogonal test in aqueous media. The influence of monomer mass concentration, initi

9、ator, dosage of chain transfer agent, reaction temperature and reaction time on the monomer conversion rate and the slow release rate is studied. The experimental results shows that the optimal for a group of experimental conditions: monomer mass concentration is 30%, the dosage of initiator 0.12 g,

10、 chain transfer agent 0.2 g, reaction temperature for 60 , reaction time for 3 h. The test results shows that the monomer conversion rate is 95.04%, and the slow release rate is 55.31%, meet the expected effect, and can therefore think that this group of experimental conditions for the best experime

11、ntal conditions.Key words: acrylic monomers; conversion; orthogonal experiment; corrosion inhibitorsII引 言 聚合物作為緩蝕劑的應(yīng)用已經(jīng)有很長(zhǎng)的歷史，早期使用的淀粉、雞蛋、糖蜜等鋼鐵酸洗緩蝕劑，就是天然高分子物質(zhì)。迄今已開(kāi)發(fā)的應(yīng)用領(lǐng)域有日用化學(xué)工業(yè)、工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)、石油工業(yè)的油田化學(xué)領(lǐng)域、造紙業(yè)、涂料、建筑、陶瓷業(yè)、以及醫(yī)藥業(yè)等行業(yè)。 低分子量聚丙烯酸鈉的制備，對(duì)丙烯酸單體質(zhì)量沒(méi)有嚴(yán)格的要求，但特殊用途，須經(jīng)純化處理。分子量小的丙烯酸聚合物及其鹽類(lèi)產(chǎn)品，具有廣泛的各種功能的用途。特別是分子量小

12、于2×104的聚丙烯酸及其鹽類(lèi)產(chǎn)品發(fā)展更加迅速。在工業(yè)水系統(tǒng)用作防垢劑，金屬材料用作新型的淬火劑，在涂料、陶瓷、造紙工業(yè)用作顏料分散劑，在日用化工用作清潔劑成份，在橡膠工業(yè)用作增稠劑，在皮革工業(yè)、塑料工業(yè)、食品工業(yè)、醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、金屬離子廢液的金屬回收等方面有應(yīng)用?？傊?，隨著低分子量聚丙烯酸及其鹽的一整套合成工藝技術(shù)的不斷改進(jìn)、完善和隨著的產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提高及生產(chǎn)成本的大幅度降低，一定能提高低分子量丙烯酸聚合物及其鹽類(lèi)產(chǎn)品的應(yīng)用市場(chǎng)使用率。從而產(chǎn)生更大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 另外隨著的迅速發(fā)展，工業(yè)用水的需求量不斷增加，從而造成水資源短缺和水資源的污染。不過(guò)現(xiàn)代工業(yè)采用了一種，可以

13、節(jié)約大量的工業(yè)用水。為了避免設(shè)備的腐蝕和結(jié)垢，在循環(huán)冷卻水中常需要添加一些緩蝕阻垢劑。緩蝕劑的使用面十分廣泛，比如用于電力、化工、石油、機(jī)械、交通運(yùn)輸、核能、循環(huán)冷卻水和污水處理等方面。工業(yè)循環(huán)冷卻水技術(shù)中，控制腐蝕的方法一般有兩種：一種在設(shè)備與冷卻水接觸面上涂以保護(hù)層；第二種是加強(qiáng)冷卻水水質(zhì)的處理。后者是最重要的控制手段，該法主要是在冷卻水中加入能起緩蝕、阻垢作用的藥物。在眾多的共聚與復(fù)配型緩蝕劑中，丙烯酸聚合物是其主要成分之一。目前聚丙烯酸鈉作為阻垢劑使用在水處理方面已有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，因此研究水處理緩蝕劑聚丙烯酸鈉的合成在優(yōu)化其實(shí)際生產(chǎn)條件方面都有著相當(dāng)重要的意義。本文對(duì)聚丙烯酸鈉合成技

14、術(shù)作以介紹和探討。第1章 緒 論1.1 聚丙烯酸鈉的發(fā)展概況聚丙烯酸鈉(sodium polyacrylate，縮寫(xiě)為PAAS)是一種同時(shí)具有親水和疏水基團(tuán)的高分子化合物，能緩慢溶于水形成黏稠的透明液體，其分子式為CH2CHCOONan。按性質(zhì)不同，可分為水溶性和水溶脹性?xún)纱箢?lèi)。水溶性的聚丙烯酸鈉由于分子量的不同而具有各種不同的性能，廣泛地應(yīng)用于食品、紡織、石油化工、生理衛(wèi)生水處理、等領(lǐng)域。水溶脹性聚丙烯酸鈉是一種高吸水性樹(shù)脂。在水溶性高分子化合物中丙烯酸類(lèi)聚合物是很重要的一類(lèi)，制備這類(lèi)聚合物的主要單體是甲基丙烯酸和丙烯酸。早在1843年，用氧化丙烯醛的方法制得單體丙烯酸；1879年從羅馬春黃

15、菊油第一次制得甲基丙烯酸，1944年，丙烯酸和甲基丙烯酸才被作為實(shí)驗(yàn)室的化學(xué)藥品1。在丙烯酸類(lèi)聚合物中，丙烯酸及其鹽類(lèi)雖有眾多用途，但作為一種添加劑，用量甚微，其生產(chǎn)規(guī)模一直較小。20世紀(jì)80年代中期以來(lái)，聚丙烯酸的應(yīng)用在絮凝劑、超吸劑和洗滌助洗劑（無(wú)磷或少磷）方面有重大突破，這個(gè)突破導(dǎo)致了丙烯酸聚合物的生產(chǎn)能力世界性的擴(kuò)大2。90年代以后，聚丙烯酸及其鹽類(lèi)在丙烯酸系聚合物中的地位發(fā)生了很大變化。 聚丙烯酸鈉是丙烯酸鹽類(lèi)聚合物中最重要、應(yīng)用最廣泛，最具有代表性的一種聚合物，是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)研究的典型精細(xì)化工產(chǎn)品之一。國(guó)內(nèi)20世紀(jì)80年代以后開(kāi)始了丙烯酸鈉聚合物制備應(yīng)用的研究，在應(yīng)用研究方面主

16、要集中在日用化工、水處理、及冶金等領(lǐng)域。1.2 聚丙烯酸鈉的特性1.2.1 物理性質(zhì)聚丙烯酸鈉為無(wú)色或淡黃色黏稠液體，易溶于水，呈弱堿性。聚丙烯酸鈉分子鏈中含有大量的強(qiáng)親水性基團(tuán)(-COONa)，因此其吸水性很強(qiáng)。干燥的聚丙烯酸鈉在空氣中可以吸濕自重的10，而高吸水樹(shù)脂則可以吸收自重1000倍以上的蒸餾水；但在無(wú)機(jī)鹽等電解質(zhì)溶液存在的情況下，其吸水性能將下降3。聚丙烯酸鈉有許多優(yōu)異的性能，不同分子量的聚合物其親水性、強(qiáng)度、硬度、附著力等性能差別很大。這些差異和它們本身具有的許多優(yōu)異的物理和化學(xué)性質(zhì)是其獲得廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)4。1.2.2 化學(xué)性質(zhì) 聚丙烯酸鈉可與醇類(lèi)、環(huán)氧化合物等反應(yīng)，生成相應(yīng)聚丙

17、烯酸酯。當(dāng)與多元醇(如乙二醇和甘油)反應(yīng)時(shí)，則可以導(dǎo)致聚合物的交聯(lián)，使聚合物具有不溶于水的特性。聚丙烯酸鈉也可與二價(jià)以上的金屬離子(如鋁、鉛、鐵、鈣、鎂、鋅)形成不溶性鹽，引起分子交聯(lián)而凝膠沉淀。丙烯酸聚合物可以和聚醚(如：聚氧化乙烯)生成一種締合絡(luò)合物，也可以和聚乙烯吡咯烷酮反應(yīng)生成相似的絡(luò)合物5。1.2.3 應(yīng)用聚丙烯酸鈉作為一種精細(xì)化工產(chǎn)品，近年來(lái)得到了廣泛的研究，已在涂料、醫(yī)藥、造紙、石油化工、化妝品、食品、水處理、造紙、紡織、生理衛(wèi)生等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。聚丙烯酸鈉的分子量可以從幾百至幾千萬(wàn)以上，不同分子量的聚丙烯酸鈉有不同的應(yīng)用。低分子質(zhì)量主要起分散作用；中等分子量主要起增稠作用；高

18、分子量的聚丙烯酸鈉不再溶于水，在水中溶脹，生成水溶膠，主要作吸水劑6。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，丙烯酸聚合物有著廣闊的發(fā)展前景。1.3 聚丙烯酸鈉的合成1.3.1 聚合原理合成低分子量聚丙烯酸鈉的反應(yīng)為加聚反應(yīng)，反應(yīng)機(jī)理為自由基反應(yīng)機(jī)理。首先，引發(fā)劑分子在光、熱、輻射等的作用下分解為初級(jí)自由基，然后初級(jí)自由基和單體反應(yīng)，使得鏈增長(zhǎng)，由于歧化反應(yīng)、偶合反應(yīng)或鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)使得鏈終止，具體過(guò)程如下:(1) 鏈引發(fā): (2) 鏈增長(zhǎng): (3) 鏈終止：a.偶合反應(yīng)終止 b.歧化反應(yīng)終止 c.鏈轉(zhuǎn)移終止 由于聚丙烯酸鈉的聚合熱為-67 kJ/mol7，所以在聚合時(shí)應(yīng)采用適當(dāng)?shù)暮铣煞椒?，以排除聚合產(chǎn)生的熱量，從而

19、防止反應(yīng)發(fā)生爆聚而不能按預(yù)期反應(yīng)進(jìn)行。1.3.2 聚合方法的選擇目前工業(yè)上實(shí)施聚合反應(yīng)的方法可以分成四種：（1）本體聚合 不加其它介質(zhì)，只有單體本身加少量引發(fā)劑（甚至不加）的聚合。其特點(diǎn)是產(chǎn)品純凈，但反應(yīng)時(shí)散熱困難，若控制不當(dāng)，甚至?xí)鸨?。?）乳液聚合 單體在水介質(zhì)中因乳化劑的作用而呈乳液狀態(tài)進(jìn)行的聚合。體系的基本組成是單體、水、水溶性引發(fā)劑和乳化劑。其特點(diǎn)是聚合速度快，散熱較好，溫度較容易控制，可以得到穩(wěn)定的聚合物乳液，廣泛地用于乳膠涂料的生產(chǎn)8。在反相乳液聚合方面，楊玉峰9用丙烯酰氧基，Span-80為乳化劑成功合成高分子量聚丙烯酸鈉。Qin wang，Guan-Quan Wang，

20、Yong-Hen Fan等人10以丙烯酸和五氯苯酚的反應(yīng)產(chǎn)物為單體，使用N，N'-二環(huán)己基碳二亞胺作為縮合劑，在交聯(lián)劑的作用下聚合制得了具有良好機(jī)械性能的泡沫。（3）水溶液聚合 單體和引發(fā)劑溶于適當(dāng)溶劑中的聚合。其特點(diǎn)是，反應(yīng)在均勻介質(zhì)中進(jìn)行，散熱好，溫度容易控制，可以直接制成聚合物溶液以制造涂料。多數(shù)情況下制得的聚合物分子量較低。常用的引發(fā)劑是過(guò)硫酸鹽及其與還原劑組成的氧化-還原引發(fā)體系11-13，如K2S2O8、(NH4)2S2O8-NaHSO3、K2S2O8-NaHSO3等。郭永利等14采用氧化-還原引發(fā)體系在水溶液中聚合方法合成了分子量在5002000之間的聚丙烯酸鈉。（4）懸

21、浮聚合 溶有引發(fā)劑的單體，在機(jī)械攪拌和分散劑的作用下，以小液滴狀態(tài)懸浮在水中的聚合。實(shí)際上可以看作是小顆粒的本體聚合。優(yōu)點(diǎn)是聚合熱通過(guò)水介質(zhì)傳出，溫度容易控制，但產(chǎn)品純度不及本體聚合的高。反相懸浮聚合技術(shù)早在20世紀(jì)60年代就應(yīng)用于氯乙烯和丙烯腈等均相單體溶液的聚合。趙春風(fēng)、劉昆元、韓淑珍15以丙烯酸鈉和丙烯酰胺為單體，采用反相懸浮聚合法制備了超高分子量的聚丙烯酸鈉。 水溶液聚合方式簡(jiǎn)單且合成的聚合物分子量小，因此在考慮聚合方法時(shí)，本實(shí)驗(yàn)采取水溶液自由基聚合的方式聚合。通過(guò)控制引發(fā)劑用量和鏈轉(zhuǎn)移劑，合成相對(duì)分子質(zhì)量較低的聚丙烯酸。1.3.3 分子量控制的理論基礎(chǔ)本研究采用水溶液自由基聚合合成聚

22、丙烯酸鈉。根據(jù)自由基聚合動(dòng)力學(xué)理論，丙烯酸聚合物的動(dòng)力學(xué)鏈長(zhǎng)(Kinetic chain length)為一個(gè)活性中心(從其生成至其終止)能反應(yīng)的單體的平均數(shù)，它可由聚合反應(yīng)速率與引發(fā)速率之比得到。在穩(wěn)態(tài)條件下16： （1-1）故由式（1-1）可知： (1) 丙烯酸聚合物的聚合度與丙烯酸單體濃度M成正比，控制反應(yīng)期間溶液中的單體濃度，可控制聚合物的聚合度或分子量； (2) 丙烯酸聚合物的聚合度與引發(fā)劑濃度I的1/2次方成反比； (3) 丙烯酸單體聚合反總速率常數(shù)k對(duì)聚合度的影響應(yīng)服從Arrhenius方程，即： （1-2）其中，A為頻率因子，E為反應(yīng)活化能，R為氣體常數(shù)，T為絕對(duì)溫度。因此，影

23、響自由基聚合總速率常數(shù)k的活化能為： （1-3）所以，溫度升高，總反應(yīng)速率常數(shù)k減小，丙烯酸聚合物的分子量將下降。因此，控制聚合溫度是控制丙烯酸聚合物分子量的重要手段之一17。由以上分析可知，反應(yīng)單體濃度、引發(fā)劑濃度及聚合溫度是影響丙烯酸聚合物分子量及其分布的主要因素。除此之外鏈增長(zhǎng)過(guò)程中受到連轉(zhuǎn)移劑作用，發(fā)生鏈轉(zhuǎn)移終止反應(yīng)，產(chǎn)生長(zhǎng)鏈大分子聚合物聚丙烯酸。因此加入鏈轉(zhuǎn)移劑的量也對(duì)丙烯酸聚合物的性能有十分大的影響。1.4 緩蝕劑研究進(jìn)展在美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)關(guān)于腐蝕和腐蝕試驗(yàn)術(shù)語(yǔ)的標(biāo)準(zhǔn)定義中，緩蝕劑是“一種以適當(dāng)?shù)臐舛群托问酱嬖谟诃h(huán)境（介質(zhì)）中時(shí)，可以防止或減緩腐蝕的化學(xué)物質(zhì)或幾種化學(xué)物質(zhì)的混合物

24、”18。1.4.1 緩蝕劑的作用機(jī)理氧化膜型緩蝕劑這類(lèi)緩蝕劑本身是氧化劑，或以介質(zhì)中的溶解氧作為氧化劑使金屬表面形成鈍化的氧化膜，阻礙金屬離子化過(guò)程，減緩金屬的腐蝕19。如：亞硝酸鈉、鉬酸鈉、鉻酸鈉、鎢酸、鉻酸鈉等，但因鉻酸鹽的毒性大，因而在敞開(kāi)式系統(tǒng)中，其應(yīng)用受到限制。亞硝酸鹽是致癌物質(zhì)，其使用存在同樣的問(wèn)題，一般只用于密閉且無(wú)泄漏的系統(tǒng)中。 沉淀膜型緩蝕劑是通過(guò)緩蝕劑分子上的反應(yīng)基團(tuán)和腐蝕過(guò)程中生成的金屬離子相互作用，形成沉淀膜或不溶性配合物膜，它可以同時(shí)抑制金屬電化學(xué)腐蝕的陽(yáng)極過(guò)程和陰極過(guò)程20,21。如：六偏分磷酸鈉、硫酸鋅、三聚磷酸鈉、偏硼酸鈉、肌氨酸等。 吸附膜型緩蝕劑22可以吸附

25、在金屬表面，改變金屬表面的性質(zhì)。受溶液pH值和溫度的影響較大。其代表主要為有機(jī)胺類(lèi)。針對(duì)不同的要求需要選用不同類(lèi)型的緩蝕劑。如：十六胺、木質(zhì)素鈉、葡萄糖酸鈉、多氨基羥基化合物等。1.4.2 常見(jiàn)的緩蝕劑（1）含磷聚合物緩蝕劑含磷高分子緩蝕劑用作緩蝕劑是近幾十年開(kāi)始的，其主要類(lèi)型為聚丙烯酸、聚酰胺及聚醚類(lèi)含磷高聚物23。聚磷酸鹽24(六偏磷酸鈉和三聚磷酸鈉)是水質(zhì)穩(wěn)定劑常用的復(fù)合配方之一，優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，可以和鉻酸鹽、鋅鹽等緩蝕劑復(fù)配使用。不足之處在于易于水解和引起富營(yíng)養(yǎng)化，易形成磷酸鈣垢沉淀等。異丙烯膦酸和丙烯酸的共聚物與有機(jī)膦酸、鋅鹽和其他水溶性聚合物復(fù)配后，具有緩蝕協(xié)同作用，而且對(duì)碳酸鈣垢

26、和硅垢等具有較好的抑制作用25。趙彥生，王雅瓊26以異丙烯膦酸和丙烯酸為單體，在水體系中以過(guò)硫酸鹽為引發(fā)劑進(jìn)行自由基共聚制備出異丙烯膦酸-丙烯酸共聚物(PIPAA)，探討了PIPAA的濃度、Ca2+濃度、Cl-濃度和pH值對(duì)Q235碳鋼緩蝕行為的影響，并利用極化曲線，證實(shí)了PIPAA的緩蝕作用主要是在金屬鐵表面形成保護(hù)膜，從而抑制了電化學(xué)腐蝕反應(yīng)。（2）含氮聚合物緩蝕劑聚乙烯亞胺(PEI)是發(fā)現(xiàn)較早的具有明顯緩蝕能力的有機(jī)聚合物之一，分子中亞甲基的數(shù)目影響-C-N-C-的鍵角，進(jìn)而影響其抑制腐蝕的能力27。聚天冬氨酸(PASP)是近年來(lái)研制的一種新型綠色緩蝕阻垢劑，其分子主鏈由肽鍵組成，具有良

27、好的生物降解性，可用于循環(huán)水處理及解決油田中二氧化碳的腐蝕問(wèn)題。研究表明聚天冬氨酸可以改變鈣鹽的晶體結(jié)構(gòu)，是一種優(yōu)良的阻垢分散劑。還可與Ca2+、Mg2+、Cu2+、Fe3+等多種金屬離子形成螫合物，附著在金屬表面，防止金屬腐蝕28,29。聚氮雜環(huán)化合物比低分子的氮雜環(huán)緩蝕劑具有更好的緩蝕效果。汪曉軍等30研究了天然高分子接枝吡啶季銨鹽酸緩蝕劑的緩蝕作用，霍宇凝等31則研究了相對(duì)分子質(zhì)量不同的聚天冬氨酸及其與鋅鹽的復(fù)配物對(duì)碳鋼緩蝕性能的影響。（3）乙烯基聚合物緩蝕劑聚丙烯酸（PAA）是較早作為金屬緩蝕劑應(yīng)用的乙烯基聚合物，可以阻止鐵在鹽酸或硫酸等酸性介質(zhì)中腐蝕32。朱超33等以丙烯酸(AA)、

28、丙烯酸丁酯(BA)和環(huán)氧氯丙烷(EO)為主要原料，利用調(diào)聚反應(yīng)合成了一種新的水溶性高分子低聚物PABE。丙烯酸類(lèi)共聚物的緩蝕阻垢作用緣于其分子中大量的-COOH的存在，對(duì)鈣、鎂等離子具有較強(qiáng)的螯合能力。研究發(fā)現(xiàn)聚丙烯酸的緩蝕效率還與其分子量有關(guān)，并存在最佳分子量范圍(2400-5000)，聚合物分子量超過(guò)此范圍，緩蝕效率下降，鏈狀烯烴共聚物單體的疏水基有助于提高緩蝕效率。（4）低聚物緩蝕劑低分子化合物和高分子化合物之間并無(wú)嚴(yán)格界限，通常把分子量低于1000或者1500的化合物稱(chēng)為低分子化合物，它具有溶解、揮發(fā)、能形成晶形等能力。張大全34等在低聚物氣相緩蝕劑方面，研究開(kāi)發(fā)了系列含嗎啉單元的低聚

29、型氣相緩蝕劑，不僅克服了常用氣相緩蝕劑毒性大的缺點(diǎn)，而且緩蝕性能良好，已在重型機(jī)械容器內(nèi)腔、電廠鍋爐停用保護(hù)、船舶壓水艙、汽車(chē)零件等方面推廣試用，取得了較好的防腐蝕效果?？傊谌藗兊纳a(chǎn)實(shí)踐中認(rèn)識(shí)到，單一品種的緩蝕劑效果往往不夠好，為了盡量減少緩蝕劑的缺點(diǎn)而充分發(fā)揮其良好的緩蝕性能和優(yōu)良的協(xié)同效應(yīng)，緩蝕劑正在由單一使用走向復(fù)配使用。復(fù)合型保緩蝕劑具有以下優(yōu)點(diǎn)35：1減少緩蝕劑的總濃度，降低冷卻水的處理費(fèi)用；2減少污染物排放，有利于廢水的治理；3多功能既可以防腐蝕，又能防結(jié)垢。廉價(jià)、環(huán)保、多功能復(fù)合緩蝕劑已成為緩蝕劑研究的熱點(diǎn)。1.5 本文研究的目的、意義及內(nèi)容1.5.1 本文研究的目的及意義

30、低分子量聚丙烯酸鈉用途廣泛，應(yīng)用前景好，需求量不斷上升，已引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。因此，加強(qiáng)對(duì)水溶性低分子量聚丙烯酸鈉合成方法及其性能的研究具有十分重要的意義。由于低分子量聚丙烯酸鈉用于水處理劑的廣泛作為分散阻垢劑的性能在2000-3000之間的效果最佳36，但對(duì)于本分子段的的緩蝕研究并不多，因此本課題的研究目標(biāo)是通過(guò)研究其緩蝕率差異來(lái)呈現(xiàn)合成過(guò)程中各種因素對(duì)聚丙烯酸鈉緩蝕性能的影響，從而取得最佳的合成條件。1.5.2 本文研究的內(nèi)容a. 以過(guò)硫酸鉀為引發(fā)劑、亞硫酸氫鈉為鏈轉(zhuǎn)移劑采用水溶液聚合法合成聚丙烯酸鈉；b. 利用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，通過(guò)探討各種合成條件對(duì)聚合產(chǎn)物緩蝕率和單體轉(zhuǎn)化率的影響

31、，找出各反應(yīng)條件的最優(yōu)值和對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響最大的因素；c. 采用掛片重量法研究聚丙烯酸鈉的緩蝕性能；d. 利用單因素實(shí)驗(yàn)法得到最佳的一組反應(yīng)條件。第2章 實(shí)驗(yàn)部分2.1 實(shí)驗(yàn)材料2.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑本論文所涉及的實(shí)驗(yàn)使用到的化學(xué)藥品見(jiàn)表2.1表2.1 試驗(yàn)藥品一覽表Table 2.1 Schedule of chemical reagents試劑名稱(chēng)化學(xué)式純度廠家丙烯酸過(guò)硫酸鉀亞硫酸氫鈉氯化鈉氫氧化鈉（顆粒）鹽酸硫酸碘碘化鉀氯化汞淀粉硫代硫酸鈉無(wú)水乙醇無(wú)水氯化鈣七水硫酸鎂碳酸氫鈉重鉻酸鉀C3H4O2K2S2O8NaHSO3NaClNaOHHClH2SO4I2KIHgClNa2S2O35H2OCH

32、3CH2OHCaCl2MgSO47H2ONaHCO3K2Cr2O7ARARARARARARARARARARARARARARARARAR天津市大茂化學(xué)試劑廠天津市大茂化學(xué)試劑廠天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠天津市大茂化學(xué)試劑廠天津市大茂化學(xué)試劑廠開(kāi)封開(kāi)化（集團(tuán)）有限公司試劑廠開(kāi)封開(kāi)化（集團(tuán)）有限公司試劑廠天津市永大化學(xué)試劑有限公司河南焦作市化工三廠姜堰市環(huán)球試劑廠廣州醫(yī)藥站化學(xué)試劑公司經(jīng)銷(xiāo)河南焦作市化工三廠天津市富宇精細(xì)化工有限公司天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠天津市永大化學(xué)試劑開(kāi)發(fā)中心天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠天津市大茂化學(xué)試劑廠2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器本實(shí)驗(yàn)使用的主要儀器如表2.2所示：表2.2 實(shí)驗(yàn)儀器一覽

33、表Table 2.2 Schedule of experimental apparatuses儀器名稱(chēng)型號(hào)廠家增力攪拌器電熱恒溫水浴鍋電子調(diào)溫電熱套精密酸度計(jì)鼓風(fēng)干燥箱電子天平分析天平真空泵冷凝管、圓底燒瓶等JJ-1DK-98-98-1-BPHS-25DGX-90173 B-1CP214GP214SHZDIII金壇市杰瑞爾電器有限公司天津市泰斯特儀器有限公司天津市泰斯特儀器有限公司上海今邁儀器儀表有限公司上海?，攲?shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司奧豪斯儀器（上海）有限公司奧豪斯儀器（上海）有限公司鄭州市鞏義華玉儀器廠2.2 聚丙烯酸鈉的制備 在裝有回流冷凝器、溫度計(jì)、攪拌器的250 ml三口瓶中，加入適量蒸餾水

34、（按丙烯酸單體質(zhì)量濃度計(jì)算）和亞硫酸氫鈉。開(kāi)動(dòng)攪拌器使亞硫酸氫鈉溶解，用水浴鍋加熱并使溫升至40 ，開(kāi)始由滴液漏斗滴加丙烯酸單體和過(guò)硫酸鉀溶液的混合液入三口燒瓶中，控制漏斗內(nèi)液體的流速，滴完丙烯酸和過(guò)硫酸鉀溶液約需0.5 h。恒溫反應(yīng)2 h，反應(yīng)結(jié)束后冷卻至溫度在40-50時(shí)加入30%的氫氧化鈉溶液使得pH值在7-8。減壓蒸餾蒸出溶劑，得到聚丙烯酸鈉溶液，置于40 的真空干燥箱中，干燥至恒重。2.3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案采用水溶液聚合法制備低分子量聚丙烯酸鈉，探討反應(yīng)單體濃度、引發(fā)劑用量、鏈轉(zhuǎn)移劑用量、聚合溫度及反應(yīng)時(shí)間對(duì)丙烯酸聚合物分子量的影響。本試驗(yàn)采用5因素5水平L25（56），因素水平表見(jiàn)

35、表2.3所示：表2.3 因素水平表Table 2.3 Factors in the table因素名稱(chēng)A單體質(zhì)量濃度（%）B引發(fā)劑用量(g)C鏈轉(zhuǎn)移劑用量(g)D反應(yīng)溫度（）E反應(yīng)時(shí)間（h）水平1200.120.2402.0水平2250.240.4502.5水平3300.360.6603.0水平4350.480.8703.5水平5400.61.0804.0 將5個(gè)因素安排在L25（56）的5列上，然后，將表中的數(shù)字翻譯成該列因素的具體水平，就構(gòu)成了5因素5水平的試驗(yàn)方案，如表2.4所示：表2.4 試驗(yàn)計(jì)劃表Table 2.4 Test schedule因素A單體質(zhì)量濃度（%）B引發(fā)劑用量（g）

36、C鏈轉(zhuǎn)移劑用量（g）D反應(yīng)溫度（）E反應(yīng)時(shí)間（h）實(shí)驗(yàn)1200.120.2402實(shí)驗(yàn)2200.240.4502.5實(shí)驗(yàn)3200.360.6603實(shí)驗(yàn)4200.480.8703.5實(shí)驗(yàn)5200.61.0804實(shí)驗(yàn)6250.120.4603.5實(shí)驗(yàn)7250.240.6704實(shí)驗(yàn)8250.360.8802實(shí)驗(yàn)9250.481.0402.5實(shí)驗(yàn)10250.60.2503實(shí)驗(yàn)11300.120.6802.5實(shí)驗(yàn)12300.240.8403實(shí)驗(yàn)13300.361.0503.5實(shí)驗(yàn)14300.480.2604實(shí)驗(yàn)15300.60.4702實(shí)驗(yàn)16350.120.8504實(shí)驗(yàn)17350.241.0602實(shí)驗(yàn)1

37、8350.360.2702.5實(shí)驗(yàn)19350.480.4803實(shí)驗(yàn)20350.60.6403.5實(shí)驗(yàn)21400.121.0703實(shí)驗(yàn)22400.240.2803.5實(shí)驗(yàn)23400.360.4404實(shí)驗(yàn)24400.480.6502實(shí)驗(yàn)25400.60.8602.52.4 單體轉(zhuǎn)化率的測(cè)定2.4.1 溶液的配制1 0.1 mol/L硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制和標(biāo)定37制備：稱(chēng)取26.0000 g硫代硫酸鈉，加入0.2000 g無(wú)水碳酸鈉(精確到0.0001 g)，溶解于1000 mL水中，緩緩煮沸10 min冷卻，放置兩周過(guò)濾。標(biāo)定：稱(chēng)取0.1800 g于120±2 干燥至恒重的工作基準(zhǔn)試

38、劑重鉻酸鉀，置于碘量瓶中，溶于25 mL水中，加2.0000 g碘化鉀及20 mL硫酸溶液(20%)，搖勻，于暗處放置10 min，加150 mL水（15 -20 ），用配制好的硫代硫酸鈉溶液滴定，近終點(diǎn)時(shí)加入2 mL淀粉指示液(10 g/L)，繼續(xù)滴定至溶液由藍(lán)色變?yōu)榱辆G色，同時(shí)做空白試驗(yàn)。硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的濃度c(Na2S2O3)，數(shù)值以摩爾每升表示(mol/L)，按下式計(jì)算： （21）式中：m重鉻酸鉀的質(zhì)量的準(zhǔn)確數(shù)值，g；V1硫代硫酸鈉溶液的體積的數(shù)值，mL；V2空白試驗(yàn)硫代硫酸鈉溶液的體積的數(shù)值，mL；M重鉻酸鉀的摩爾質(zhì)量的數(shù)值，g/mol。本實(shí)驗(yàn)測(cè)定硫代硫酸鈉的摩爾濃度為0.0

39、995mol/L。2 6%氯化汞乙醇溶液的配制精確稱(chēng)取6.0000 g氯化汞于棕色瓶中，加入94.0000 g無(wú)水乙醇，完全溶解(精確到0.0001 g)。3 5%碘乙醇溶液的配制精確稱(chēng)取5.0000 g碘單質(zhì)于棕色瓶中，加入95.0000 g無(wú)水乙醇，完全溶解(精確到0.0001 g)。4 10%碘化鉀溶液的配制精確稱(chēng)取10.0000 g碘化鉀于棕色瓶中，加入90.0000 g去離子水，完全溶解(精確到0.0001 g)。2.4.2 測(cè)定步驟準(zhǔn)確稱(chēng)量適量干燥樣品（精確到0.0001 g）置于250 mL碘量瓶中，加入10 mL氯仿，試樣完全溶解。用移液管加入10 mL碘乙醇溶液和10 mL氯

40、化汞乙醇溶液，加塞，搖勻混合溶液，置于室溫下的暗處?kù)o置過(guò)夜。然后加入20 mL 10%碘化鉀溶液，以0.1 mol/L硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至淡黃色時(shí)，然后加入1 mL淀粉指示劑，繼續(xù)滴定至藍(lán)色消失。同時(shí)在相同條件下作空白試驗(yàn)。碘值的計(jì)算公式如下： （22）式中，丙烯酸單體轉(zhuǎn)化率，%； V0空白試驗(yàn)消耗硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，L； V1樣品試驗(yàn)消耗硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，L； c硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，mol/L； m稱(chēng)取樣品的質(zhì)量，g； 72.06丙烯酸的摩爾質(zhì)量，g/mol； 95.06丙烯酸鈉的摩爾質(zhì)量，g/mol。2.5 緩蝕性能的檢測(cè)2.5.1 處理掛片編號(hào)試片（型號(hào)完全相同的

41、A3碳鋼鋼材質(zhì)螺母）放在盛有乙醇的器皿中，用尖端纏有脫脂棉的鑷子夾棉球擦洗試片表面油污，在兩個(gè)盛有乙醇的器皿中分別清洗一次。脫除油污的試片置于無(wú)水乙醇中至少3 min。取出螺母用電吹風(fēng)機(jī)吹干。依螺母順序號(hào)用濾紙包裝，并在包裝紙上標(biāo)明相應(yīng)的螺母編號(hào)，置于干燥器中干燥。2.5.2 配制溶液（1） 緩蝕劑配方：反應(yīng)產(chǎn)物聚丙烯酸鈉。（2） 配制腐蝕液 稱(chēng)取7.35 g二水氯化鈣、4.93 g七水硫酸鎂、6.58 g氯化鈉溶于約7 L水中，完全溶解后；另稱(chēng)取1.68 g碳酸氫鈉溶于約1 L水中，完全溶解后，混勻。轉(zhuǎn)移到上述溶液中，用水稀釋到10.0 L，混勻。（3）酸洗溶液：鹽酸溶液（1+4）。（4）氫

42、氧化鈉溶液：60 g/L。2.5.3 掛試片（1） 掛片在帶橡皮塞的200 mL試瓶中，用纖維繩栓好掛片掛在試瓶中，蓋好瓶塞。（2） 腐蝕液注入向試瓶中注入腐蝕液150 mL，同時(shí)加入0.02 g反應(yīng)產(chǎn)物聚丙烯酸鈉，充分溶解混合均勻。（3） 空白實(shí)驗(yàn)空白實(shí)驗(yàn)除不加緩蝕劑外，其余操作與上述（1）、（2）一致。2.5.4 緩蝕實(shí)驗(yàn)將已密封好的試瓶置于烘箱內(nèi)，恒溫50 靜置72 h；實(shí)驗(yàn)滿(mǎn)72 h后，觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。將螺母用毛刷刷干凈，然后在酸洗溶液中浸泡3 min-5 min，取出，迅速用自來(lái)水沖洗后，立即浸入氫氧化鈉溶液中約30 s，取出，用蒸餾水沖洗，用濾紙擦拭并吸干，在無(wú)水乙醇中浸泡約3

43、 min，置于干凈濾紙上，用濾紙吸干，置于干燥器中4 h以上，稱(chēng)量（精確到0.0001 g）38。緩蝕率的計(jì)算公式如下： （23）式中， 為緩蝕率，； X0為空白試驗(yàn)(無(wú)緩蝕劑)片的腐蝕率，g/(m2·h)； X1為加入緩蝕劑試驗(yàn)片的腐蝕率，g/(m2·h)。第3章 結(jié)果與討論3.1 正交試驗(yàn)結(jié)果本實(shí)驗(yàn)的正交試驗(yàn)結(jié)果如下表3.1所示：表3.1 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 3.1 orthogonal test results所在列12345因素A單體質(zhì)量濃度（%）B引發(fā)劑用量（g）C鏈轉(zhuǎn)移劑用量（g）D反應(yīng)溫度（）E反應(yīng)時(shí)間（h）單體轉(zhuǎn)化率（%）緩蝕率（%）實(shí)驗(yàn)11111184

44、.7431.3實(shí)驗(yàn)21222289.9738.65實(shí)驗(yàn)31333390.7843.91實(shí)驗(yàn)41444490.8136.42實(shí)驗(yàn)51555593.239.98實(shí)驗(yàn)62123494.4751.30實(shí)驗(yàn)72234592.7339.60實(shí)驗(yàn)82345189.3542.47實(shí)驗(yàn)92451289.6242.12實(shí)驗(yàn)102512391.9538.58實(shí)驗(yàn)113135292.6734.97實(shí)驗(yàn)123241391.4743.84實(shí)驗(yàn)133352492.3839.24實(shí)驗(yàn)143413591.9942.07實(shí)驗(yàn)153524189.8145.91實(shí)驗(yàn)164142592.5642.30實(shí)驗(yàn)174253189.0638.

45、80實(shí)驗(yàn)184314293.9242.21實(shí)驗(yàn)194425393.2232.79實(shí)驗(yàn)204531490.4841.18實(shí)驗(yàn)215154393.0544.91實(shí)驗(yàn)225215492.9330.35實(shí)驗(yàn)235321590.7836.21實(shí)驗(yàn)245432191.1538.37實(shí)驗(yàn)255543292.7136.49表3.2 單體轉(zhuǎn)化率的極差分析Table 3.2 the range analysis of monomer conversionA單體質(zhì)量濃度（%）B引發(fā)劑用量（g）C鏈轉(zhuǎn)移劑用量（g）D反應(yīng)溫度（）E反應(yīng)時(shí)間（h）k189.90091.49891.10689.41888.822k291.

46、62491.23291.65091.60291.778k391.66491.44291.56291.80292.094k491.84891.35891.38092.06492.214k592.12491.63091.46292.27492.252極差R2.2240.3980.5442.8563.430由表中數(shù)據(jù)可見(jiàn)，對(duì)于單體轉(zhuǎn)化率來(lái)說(shuō)最優(yōu)的一組為A5B5C2D5E5，各因素的對(duì)于聚合反應(yīng)的影響的主次順序可由極差得到：EDACB，表3.3 緩蝕率的極差分析Table 3.3 the range analysis of inhibiting rateA單體質(zhì)量濃度（%）B引發(fā)劑用量（g）C鏈轉(zhuǎn)移劑

47、用量（g）D反應(yīng)溫度（）E反應(yīng)時(shí)間（h）k138.05240.95636.90238.93039.370k242.81438.24840.97239.42838.888k341.20640.80839.60642.51440.806k439.45638.35440.30441.81039.698k537.26640.42841.01036.11240.032極差R5.5482.7084.1086.4021.918由表中數(shù)據(jù)可見(jiàn)，對(duì)緩蝕率來(lái)說(shuō)最優(yōu)的一組為A2B1C4D3E3，各因素的對(duì)于聚合反應(yīng)的影響的主次順序可由極差得到：DACBE。綜合表3.2和表3.3可知對(duì)于轉(zhuǎn)化率來(lái)說(shuō)最主要的影響因素是反

48、應(yīng)時(shí)間，其次是反應(yīng)溫度，而對(duì)于緩蝕率來(lái)講最主要的影響因素是反應(yīng)溫度，其次是單體質(zhì)量濃度。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為E5時(shí)單體轉(zhuǎn)化率是92.252%、緩蝕率為40.032%，相比當(dāng)溫度是E3時(shí)轉(zhuǎn)化率將低了僅0.158%，但是緩蝕率卻提高了0.806%。因此選擇E3最為合理，同理引發(fā)劑用量選擇B1、鏈轉(zhuǎn)移劑用量選擇C2、反應(yīng)溫度選擇D3。因此可以確定最符合預(yù)期結(jié)果的條件單體質(zhì)量濃度為25%、引發(fā)劑用量為0.12 g、鏈轉(zhuǎn)移劑用量為0.4 g、反應(yīng)溫度為60 、反應(yīng)時(shí)間為3 h。3.2 效應(yīng)曲線圖 根據(jù)以上數(shù)據(jù)，利用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)軟件可得到其效應(yīng)曲線圖如下：圖3.1 正交實(shí)驗(yàn)各因素對(duì)單體轉(zhuǎn)化率影響的效應(yīng)曲線圖Fig

49、ure 3.1 orthogonal experiment each factor to influence the effect of the monomer conversion curve由上圖可知：?jiǎn)误w質(zhì)量濃度、引發(fā)劑用量、鏈轉(zhuǎn)移劑用量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間等因素對(duì)丙烯酸聚合物的具有影響，且單體濃度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間的影響比較顯著，引發(fā)劑用量、鏈轉(zhuǎn)移劑用量的影響相對(duì)較弱。單體質(zhì)量濃度：?jiǎn)误w的質(zhì)量濃度由20%增加到25%時(shí)，單體轉(zhuǎn)化率顯著增加。當(dāng)大于25%時(shí)變化不太明顯。由此當(dāng)單體質(zhì)量濃度過(guò)低時(shí)不利于丙烯酸聚合物的合成。引發(fā)劑和鏈轉(zhuǎn)移劑：兩者能夠促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行，引導(dǎo)單體聚合，對(duì)提高單體的

50、轉(zhuǎn)化率生成高聚物有顯著地效果。由效應(yīng)曲線圖可知其總體加入的量對(duì)于轉(zhuǎn)化率的大小波動(dòng)不是太大。反應(yīng)溫度：隨著溫度升高，單體的活性不斷增高，有利于合成反應(yīng)的進(jìn)行，單體轉(zhuǎn)化率也不斷地提高，當(dāng)溫度大于60 時(shí)趨于平緩。反應(yīng)時(shí)間：隨反應(yīng)時(shí)間增加，分子之間的碰撞次數(shù)也不斷地增加，相應(yīng)單體轉(zhuǎn)化率也不斷提高。當(dāng)大于3 h時(shí)趨于平緩。圖3.2 正交實(shí)驗(yàn)各因素對(duì)緩蝕率影響的效應(yīng)曲線圖Figure 3.2 orthogonal experiment each factor to influence the effect of the slow release rate curve 由上圖可知：?jiǎn)误w濃度、反應(yīng)溫度的影響

51、比較顯著，反應(yīng)時(shí)間、引發(fā)劑用量、鏈轉(zhuǎn)移劑用量的影響相對(duì)較弱。單體質(zhì)量濃度：由20%到25%，隨著濃度的增加聚合程度不斷增加，分子量也不斷地增加，從而提高了緩蝕率。但是隨著濃度的增加提高了聚丙烯酸鈉的分子量，使得緩蝕率下降。反應(yīng)溫度：隨著溫度的升高，單體活性不斷提高，合成聚丙烯酸聚合物的分子量也不斷提高，緩蝕率也逐漸升高，但當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，溶液產(chǎn)生爆聚使得分子量過(guò)高，緩蝕率降低。3.3 試驗(yàn)結(jié)論驗(yàn)證以單體質(zhì)量濃度為25%、引發(fā)劑用量為0.12 g、鏈轉(zhuǎn)移劑用量為0.4 g、反應(yīng)溫度為60 、反應(yīng)時(shí)間為3 h為條件重新合成聚丙烯酸鈉，然后重復(fù)測(cè)單體轉(zhuǎn)化率實(shí)驗(yàn)和測(cè)緩蝕率實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果單體轉(zhuǎn)化率為95.

52、04%，緩蝕率為55.31%。符合實(shí)驗(yàn)預(yù)期效果，因此可以認(rèn)為此組實(shí)驗(yàn)條件為最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件。3.4 緩蝕率不高問(wèn)題的探究 聚丙烯酸鈉能降低腐蝕速度，有一定的緩蝕作用。這是因?yàn)榫郾┧徕c吸附在金屬表面時(shí)，吸附分子中的部分鏈節(jié)平躺在固體表面，部分鏈節(jié)以鏈環(huán)或鏈尾的形式伸向溶液中，吸附層具有一定的厚度，產(chǎn)生空間阻礙作用，因此電子與金屬表面的距離增加。同時(shí)由于聚丙烯酸鈉分子在水中電離成高分子負(fù)離子，在它周?chē)嬖谥o電力場(chǎng)，它將對(duì)金屬離子有一定的束縛作用，這些都使電子的傳遞過(guò)程減慢，減緩腐蝕反應(yīng)的速度39。由于聚丙烯酸鈉的吸附產(chǎn)生“覆蓋”作用，使腐蝕反應(yīng)只能在沒(méi)有被聚丙烯酸鈉所覆蓋的表面進(jìn)行。而這種吸附是“非定位吸附”，即低濃度時(shí)，吸附分子在金屬表面上的位置是隨著吸附-脫附的動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程而不斷地隨機(jī)改變40，因而聚丙烯酸鈉的吸附不會(huì)引起局部腐蝕。對(duì)于覆蓋型的緩蝕劑，其緩蝕效率由