本發(fā)明涉及一種油酸基羥乙基咪唑啉氣相防銹材料及包裝制品領域，具體地指一種油酸基羥乙基咪唑啉氣相防銹纖維板及其制備方法。
背景技術：
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在現代工業(yè)化時代的今天，金屬及其制品隨處可見。但由于空氣中廣泛存在的氧氣、水蒸氣、酸性氣體、以及水蒸氣中含有的鹽，很容易發(fā)生大氣腐蝕，在金屬表面生成氧化物和氫氧化物混合物，從而損害它們的性能并降低其壽命，嚴重時會造成重大事故或致使設備報廢。尤其金屬及其制品在海上運輸和高熱潮濕的陸路運輸過程中，更加容易遭遇腐蝕而發(fā)生銹蝕。據統計，全球每年因腐蝕而造成的經濟損失占當年GDP的3％左右，大約1/3的鋼材因腐蝕造成損耗。因此，各種金屬腐蝕防護方法引起人們的關注。目前常用的涂抹防銹油脂法屬于接觸性防銹，不僅工藝繁瑣、耗時費事、效果不佳，而且還需要在啟封前進行脫脂清洗工序，極易造成環(huán)境的二次污染，而且對于那些接觸不到防銹油的拐角、縫隙部位，則不能形成有效的防銹保護，此法已越來越不能被人們所接受。采用真空包裝方法則成本較高，且對于大型工件來說非常難于現實。干燥劑防銹雖然成本較低，使用方便，但有效時間較短且受環(huán)境影響較大，效果很難保證。
氣相緩蝕劑(VCI，Volatile Corrosion Inhibitor的縮寫)是經特殊合成工藝、復配制備而成的一種腐蝕抑制劑。它能單獨或依附于合適的載體，在常溫常壓下直接氣化。在密封環(huán)境中通過自身可調節(jié)的持續(xù)揮發(fā)而使得作業(yè)單元內的任何空間縫隙中，都會充盈含有VCI防銹因子的混合氣體，這種氣體遭遇金屬表面時會吸附其上，形成只有一個或數個分子厚的致密保護膜層。該保護膜層能有效隔絕水分、氧氣及其他有害大氣對金屬表面的接觸性腐蝕，抑制金屬腐蝕的電化學反應，從而達到最佳的防銹蝕效果。與傳統的防銹方法相比，VCI材料具有許多無可比擬的優(yōu)點。如在金屬材料包裝或噴涂完成后，氣相緩蝕劑分子便開始發(fā)散，氣相緩蝕劑分子可滲透到傳統防銹油無法覆蓋的角落空間，防銹無死角；氣相緩蝕分子有效成分保留時間長，可延長保護期限；在金屬表面有水分或外界空氣非常潮濕的條件下，緩蝕劑也能在金屬表面形成防護膜防止腐蝕生銹。目前常用的氣相防銹產品主要有氣相防銹油、氣相防銹粉、氣相防銹紙和氣相防銹薄膜。氣相防銹油由基礎油和輔助添加劑組成，使用時需要涂抹，去除防護層時費時、費工，既不衛(wèi)生也不安全。氣相防銹粉則需要裝袋使用，一旦袋破損后防銹粉散落而造成損失。氣相防銹紙韌性不好、容易破損，而且表面易吸潮、吸油，導致包裝效果下降，影響防銹功能。氣相防銹薄膜雖然具有透明、柔韌、可加工成型、阻隔性高等特點，但氣相緩蝕劑組分中均含有國際上禁用的強致癌物亞硝酸鹽，而且CN01127534.0公開的工藝中將氣相緩蝕劑直接加入到樹脂中吹膜，氣相緩蝕劑顆粒分布不均勻，所得膜制品會出現表面粗糙和析霜現象；而將緩蝕劑和粘接劑混合后涂布于塑料薄膜上的方法，則能耗大且工序復雜，更不能清潔生產，容易因混合不均勻而影響防銹效果。
由此可以看出，研制一種對多種多金屬都具有優(yōu)良防銹效果，而且兼具有環(huán)境友好、操作簡便的氣相防銹材料，對解決涉及國民經濟的金屬銹蝕問題顯得尤為迫切。紙質纖維板是一種來源廣泛、易降解的低成本載體材料，且這種材料不容易破損，尺寸和形狀可以隨意調整，具有很高的吸水性能，對氣相防銹液有較高的負載能力，可以保證長時間的氣相防銹效果。目前還未見基于紙質纖維板的氣相防銹包裝材料，尤其還未見基于油酸基羥乙基咪唑啉與植酸復配緩蝕劑的氣相防銹紙質纖維板包裝材料及其制備方法的報道。
技術實現要素：
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本發(fā)明的目的在于解決現有技術中的不足，提供一種油酸基羥乙基咪唑啉氣相防銹纖維板及其制備方法。
為實現上述目的，本發(fā)明提供的一種油酸基羥乙基咪唑啉氣相防銹纖維板，其特征在于它包括紙質纖維板基底層和氣相防銹層，其中氣相防銹層是通過涂布機涂敷，將復方氣相緩蝕劑水分散液吸附在紙質纖維板表面，無需添加任何粘合劑；所述的氣相防銹纖維板的制備方法，其特征在于包括以下具體步驟：將復方氣相緩蝕劑溶于去離子水中，用氨水調節(jié)pH值為8.0－9.0左右，配制成一定濃度的氣相緩蝕劑水分散液；采用涂布機將氣相緩蝕劑水溶液涂敷在紙質纖維板的兩個表面，空氣中干燥，得到油酸基羥乙基咪唑啉氣相防銹纖維板。
優(yōu)選地，所述紙質纖維板是厚度約為3－15mm的可降解材料；氣相防銹層在紙質纖維板上的負載量約為10－80g/m2。
優(yōu)選地，所述的一種油酸基羥乙基咪唑啉氣相防銹纖維板的制備方法，其特征在于氣相緩蝕劑水分散液的質量濃度為5％－70％；所述復方氣相緩蝕劑由油酸基羥乙基咪唑啉、植酸、肉桂酸鈉、苯甲酸鈉、聚天冬氨酸、二氧化硅按質量比為3.2～3.9：2.3～2.8：1.5～2.4：1.2～1.8：1.3～1.9：0.8～1.4的比例混合而成；
優(yōu)選地，所述二氧化硅為氣相二氧化硅，其粒徑小于80nm；所述復方氣相緩蝕劑中油酸基羥乙基咪唑啉、植酸、肉桂酸鈉、苯甲酸鈉和聚天冬氨酸主要起氣相防銹的作用，氣相二氧化硅作為輔料可以將上述五種緩蝕劑均勻地負載在其表面，增加其比表面積，提高氣相緩蝕性能。
本發(fā)明的有益效果主要體現在：提供一種油酸基羥乙基咪唑啉氣相防銹纖維板，首次將油酸基羥乙基咪唑啉和植酸、肉桂酸鈉、苯甲酸鈉、聚天冬氨酸四種氣相緩蝕劑復合，用于制備氣相防銹纖維板，咪唑啉分子具有優(yōu)良的氣相緩蝕性能，分子中的N和O原子能與金屬的空軌道形成配位鍵；而植酸分子中含有6個帶負電的磷酸根基團，對金屬具有很強的螯合能力，與其它一種緩蝕劑組分復合后，通過相互間產生的協同效用，增強其氣相防銹性能。所使用的氣相緩蝕劑水分散液是先將復方緩蝕劑充分混合均勻，然后加入去離子水充分攪拌，使可溶性的氣相緩蝕劑均勻分布在溶解度小的氣相二氧化硅微小顆粒表面，經涂敷后可增加氣相防銹纖維板表面氣相防銹層的比表面積，而采用的高吸水性紙質纖維板可提高復配氣相緩蝕劑負載量；氣相防銹纖維板可以根據要求設計大小和厚度，使用后便于去除，復配氣相緩蝕劑中不含有亞硝酸鹽等有害組分，使用起來更加簡便、高效、環(huán)保和安全。
具體實施方式：
為進一步理解本發(fā)明，下面結合實施例對本發(fā)明作進一步說明，但并不以任何方式限制本發(fā)明。
下述實施例中的氣相防銹纖維板采用的制備方法包括以下具體步驟：
實施例1：
將復方緩蝕劑油酸基羥乙基咪唑啉、植酸、肉桂酸鈉、苯甲酸鈉、聚天冬氨酸、二氧化硅按質量比為3.5：2.5：1.6：1.5：1.6：0.9的比例充分混合均勻，將其分散于去離子水中，用氨水調節(jié)pH值為8.0－9.0左右，配制成質量濃度為20％的氣相緩蝕劑水分散液；采用涂布機將氣相緩蝕劑水溶液涂敷在厚度為6mm的紙質纖維板的兩個表面，空氣中干燥，得到負載量約為20g/m2的氣相防銹纖維板a。
實施例2：
將復方緩蝕劑油酸基羥乙基咪唑啉、植酸、肉桂酸鈉、苯甲酸鈉、聚天冬氨酸、二氧化硅按質量比為3.5：2.7：1.8：1.3：1.8：1.1的比例充分混合均勻，將其分散于去離子水中，用氨水調節(jié)pH值為8.0－9.0左右，配制成質量濃度為30％的氣相緩蝕劑水分散液；采用涂布機將氣相緩蝕劑水溶液涂敷在厚度為9mm的紙質纖維板的兩個表面，空氣中干燥，得到負載量約為30g/m2的氣相防銹纖維板b。
實施例3：
將復方緩蝕劑油酸基羥乙基咪唑啉、植酸、肉桂酸鈉、苯甲酸鈉、聚天冬氨酸、二氧化硅按質量比為3.8：2.5：2.1：1.5：1.8：1.2的比例充分混合均勻，將其分散于去離子水中，用氨水調節(jié)pH值為8.0－9.0左右，配制成質量濃度為40％的氣相緩蝕劑水分散液；采用涂布機將氣相緩蝕劑水溶液涂敷在厚度為9mm的紙質纖維板的兩個表面，空氣中干燥，得到負載量約為40g/m2的氣相防銹纖維板c。
實施例4：
將復方緩蝕劑油酸基羥乙基咪唑啉、植酸、肉桂酸鈉、苯甲酸鈉、聚天冬氨酸、二氧化硅按質量比為3.6：2.7：2.0：1.6：1.5：1.0的比例充分混合均勻，將其分散于去離子水中，用氨水調節(jié)pH值為8.0－9.0左右，配制成質量濃度為50％的氣相緩蝕劑水分散液；采用涂布機將氣相緩蝕劑水溶液涂敷在厚度為12mm的紙質纖維板的兩個表面，空氣中干燥，得到負載量約為50g/m2的氣相防銹纖維板d。
對比例1：
將復方緩蝕劑植酸、肉桂酸鈉、苯甲酸鈉、聚天冬氨酸、二氧化硅按質量比為2.5：2.1：1.5：1.8：1.2的比例充分混合均勻，將其分散于去離子水中，用氨水調節(jié)pH值為8.0－9.0左右，配制成質量濃度為30％的氣相緩蝕劑水分散液；采用涂布機將氣相緩蝕劑水溶液涂敷在厚度為9mm的紙質纖維板的兩個表面，空氣中干燥，得到負載量約為30g/m2的氣相防銹纖維板b1。
對比例2：
將復方緩蝕劑油酸基羥乙基咪唑啉、肉桂酸鈉、苯甲酸鈉、聚天冬氨酸、二氧化硅按質量比為3.8：2.1：1.5：1.8：1.2的比例充分混合均勻，將其分散于去離子水中，用氨水調節(jié)pH值為8.0－9.0左右，配制成質量濃度為30％的氣相緩蝕劑水分散液；采用涂布機將氣相緩蝕劑水溶液涂敷在厚度為9mm的紙質纖維板的兩個表面，空氣中干燥，得到負載量約為30g/m2的氣相防銹纖維板b2。
對比例3：
將復方緩蝕劑油酸基羥乙基咪唑啉、植酸、肉桂酸鈉、苯甲酸鈉、聚天冬氨酸、按質量比為3.8：2.5：2.1：1.5：1.8的比例充分混合均勻，將其分散于去離子水中，用氨水調節(jié)pH值為8.0－9.0左右，配制成質量濃度為30％的氣相緩蝕劑水分散液；采用涂布機將氣相緩蝕劑水溶液涂敷在厚度為9mm的紙質纖維板的兩個表面，空氣中干燥，得到負載量約為30g/m2的氣相防銹纖維板b3。
實施例5應用效果試驗例
對實施例1-4以及對比例1-3制備的氣相防銹纖維板進行緩蝕率的測定，具體方法為：將30nm×30nm×3nm的45#碳鋼片用180#～240#的砂紙逐級打磨光滑，用去離子水清洗干凈，用酒精棉球脫脂后晾干。用實施例1-4以及對比例1-3制備的氣相防銹纖維板將打磨好的45#碳鋼試片包夾起來，再用尼龍繩包夾好的試片十字交叉捆緊，放置于溫度為(49±1)℃，相對溫度約為95的恒溫恒濕箱內。40天后觀察其銹蝕程度并計算氧化速率和緩蝕率：
η＝100×(Δm0－Δm1)/Δm0，式中η為緩蝕率(％)，Δm0為空白試驗中碳鋼試片的質量損失(g)，Δm1為包夾氣相防銹纖維板中碳鋼試片的質量損失(g)。結果見表1。
對實施例1-4、對比例1-3制備的氣相防銹纖維板以及由某國外氣相緩蝕液制備的氣相防銹纖維板進行多金屬氣相防銹性能實驗，試驗標準參照GB/T 19532-2004，試驗結果見表1。
表1中選自國外的氣相防銹液同類產品市場價高于本發(fā)明所述復方氣相緩蝕劑二至三倍。對比試驗結果表明，本發(fā)明所述的氣相防銹纖維板對各種金屬的防銹效果都優(yōu)于所選用由國外氣相防銹液制備的氣相防銹纖維板，而且氣相防銹效果遠遠優(yōu)于對比例1－3所得的氣相防銹纖維板，其中實施例2和4的效果最佳，為本發(fā)明的較佳實施方案。而且實施例1－4的產品氣相防銹效果明顯優(yōu)于對比例1－3的樣品，表明油酸基羥乙基咪唑啉、植酸和氣相二氧化硅在氣相防銹方面具有重要的作用，其中氣相二氧化硅由于其大的比表面積，使得氣相緩蝕劑均勻地分散在納米粒子表面，增加其揮發(fā)性，提高了氣相緩蝕性能。本發(fā)明所述氣相防銹纖維板售價只有國外同類產品的二分之一或三分之一，且無毒副作用、不污染環(huán)境，符合國家環(huán)保標準要求，完全可以取代進口產品。分析認為它們的氣相緩蝕機理可能為：氣相防銹纖維板表面的緩蝕劑揮發(fā)到金屬表面，其中油酸基羥乙基咪唑啉、植酸、肉桂酸鈉、苯甲酸鈉和聚天冬氨酸附著在金屬表面，植酸分子中的磷酸根基團與金屬表面的原子進行螯合，其它緩蝕劑分子中的N和O原子均含有孤對電子，可與Fe的d電子空軌道形成配位鍵，發(fā)生了化學吸附，使復配緩蝕劑在金屬表面形成牢固的吸附膜,以抑制氧氣及水對金屬表面的接觸；另外由于纖維板對緩蝕劑的吸附作用，使得緩蝕劑緩慢釋放出來，既發(fā)揮了良好的防銹效果又能延長其防銹時間。
表1為氣相防銹試驗結果。