沈阳防锈包装材料有限责任公司 辽宁沈阳 110032
摘要：随着经济和各行各业的快速发展，气相防锈包装材料作为当前金属防锈包装用防护材料的主要形式，在金属防锈包装领域得到广泛应用。气相防锈纸做为来源广泛，可再生利用，得到的大量应用，文中对气相防锈纸的配方和防锈性能进行分析研究。
关键词：防锈包装；缓蚀剂；气相防锈纸
引言：
我国装备制造业近年来得到了快速发展，其中金属制品的锈蚀问题至今仍很突出，据中国腐蚀与防护学会理事长柯伟院士编著的中国腐蚀调查报告统计，我国年腐蚀损失达5000亿元人民币以上，约占国民生产总值的4%以上，造成很大的经济损失。防锈包装能够很好地解决金属锈蚀问题，降低损失。金属产品在运输与仓储环节中，遭到环境条件的影响时非常容易生锈，继而影响金属产品的外观质量和使用性能。防锈包装是利用防锈材料对金属制品进行包装，防止在金属制品在运输、仓储过程中外界环境对金属零部件的侵蚀，从而起到防护作用。气相防锈纸进行包装和防护是一种简便有效的方法。气相防锈纸主要功能成分是气相缓蚀剂，之前亚硝酸盐类缓蚀剂大量应用，而亚硝酸盐类缓蚀剂会对环境和人体造成危害，用量逐渐减少。钨酸盐作为无毒无害的无机缓蚀剂，引起人们重视，并逐渐泛应用于防锈包装材料中，复配使用时具有更高的缓蚀效率。
1气相防锈机理与特点
气相防锈技术即气相缓蚀剂（简称VCI或VPI）技术，其机理是载体材料（如纸、塑料薄膜或其它）中的气相缓蚀剂以较低的蒸汽压持续稳定地挥发出缓蚀剂气体，这种气体吸附在金属表面，形成分子级保护膜、改变金属表面的酸碱环境或在金属表面形成憎水膜等形式钝化金属表面，从而起到防止或延缓金属锈蚀发生的作用。气相缓蚀剂以气体分子形式持续释放，其蒸气密闭空间内始终处于饱和状态，无孔不入，任何外形、结构金属制品均可获得长期、稳定的防锈效果。这种全新的防锈机理与传统的防锈方法相比，具有以下优点：1）与防锈油脂技术相比，气相缓蚀剂分子可渗透到结构复杂的防锈油脂不易涂敷的角落空间，使防锈无死角；2）气相缓蚀剂持续稳定挥发，可满足10年以上的长期防锈封存要求；3）气相防锈技术能实现无油化清洁包装，省却包装前的涂油及启封后的清洗等工序，避免环境污染，简化后处理工序；4）与真空包装、干燥包装或充氮包装相比，气相防锈对载体材料阻隔性和密封性要求低，对包装设备无特殊要求，操作简单，工作效率高，便于实施；5）气相防锈包装材料无破损的情况下，可进行二次或多次使用（如气相防锈自封袋、气相防锈塑料袋、气相防锈罩等），降低包装成本，节约资源。由于气相防锈技术优势明显，因而气相防锈包装材料在钢铁、装备制造、汽车及配件、电子电器、航天航空及军事装备等行业得到广泛的应用，并取得良好的防锈效果。
2试验
2.1试剂及仪器
主要试剂及仪器有乌洛托品（分析纯，河南东洋化工产品有限公司）、苯并三氮唑（化学纯，济南德蓝化工有限公司）、钨酸盐（分析纯，天津北科化学品有限公司）、尿素（分析纯，济宁辉鹏化工有限公司）、乌洛托品（化学纯，河南龙诺化工产品有限公司），防锈原纸、数显恒温水浴锅。
2.2方法
2.2.1试验方法
本次试验采用静态失重法对所选用缓蚀剂进行复配，按一定量涂布在防锈原纸上，涂布后烘干，测其涂布量，进行防锈试验评估其缓蚀性能。
试验选取的试片为10号钢试片。1）使用240号水砂纸研磨金属试片表面。2）用脱脂棉蘸取无水乙醇清洗试片三遍。3）用热风吹干试片，将其置于干燥器中冷却至室温使用（但应在24h内使用，否则应重新研磨并清洁，清洁后的试片不适用裸手接触）。4）使用电子天平称量试片的初始质量。5）将试片悬挂在放有100ml去离子水的烧杯上方，将防锈纸紧贴烧杯内壁。将塑料板用密封胶带固定在大烧杯上，整个烧杯和塑料板用密封膜包裹，以保证整个试验环境的气密性。在相同条件下同时进行试验，空白试验放置防锈原纸，对比试验放置市售防锈纸。若金属试片在空白试验期间不会生锈，则需要重新测试。6）将装置置于（50±1）℃的恒温水浴锅中加热8h，然后关闭水浴锅电源开关，使装置在水浴锅中自然冷却至室温并静置，共计16h，即1个试验周期为24h。试验结束后，首先使用配制好的酸洗液清洗金属试片，将金属试片表面的锈迹擦洗干净；然后用蒸馏水冲洗，冲掉金属试片表面残留的酸洗液，随后用乙醇清洗3次，用热空气吹干，最后放入干燥器中干燥30min，进行称量并计算腐蚀速率及缓蚀效率。
2.2.2复配筛选试验结果
综合各个单组成原料来源难易程度和成本因素，我们选取苯并三氮唑为主要缓蚀剂。通过查阅大量技术资料和多年的工作经验总结，该试验以苯并三氮唑质量份数为20，与乌洛托品、钨酸盐、尿素进行复配研究，改变其它各个成分组成比例，测得缓蚀效率见表格数据。
通过试验得知当苯并三氮唑、乌洛托品、钨酸盐、尿素配比为20:15:25:40时，所得气相防锈纸缓蚀效率较高，我们又对此配方进行微小调整，当苯并三氮唑、乌洛托品、钨酸盐、尿素配比在17:18:28:37时缓蚀效率最高达91.5%。为此，我们确定此配比为最后所得气相防锈纸的缓蚀剂配制方法，并通过测试此气相缓蚀剂在防锈原纸的涂布量，当气相缓蚀剂涂布量达８g以上时，气相防锈纸的防锈效果较好，气相防锈纸生产后的存储和使用，不可避免会造成一定量的气相缓蚀剂散失，为了更为可靠地保证防锈效果，我们把研究的气相防锈纸涂布量确定在10g/m2做成工业生产的产品。
3气相防锈包装材料的绿色设计
3.1缓蚀剂的绿色设计
产品的安全性能是绿色设计首先需要考虑的问题，气相防锈包装材料在安全性方面的影响主要决定于所采用的VCI种类，所以对缓蚀剂的绿色设计是保证产品安全性的关键。到上世纪末为止，研究发现并可供商业使用的气相缓蚀剂超过200种，主要包括亚硝酸盐类、亚硝胺类、酚类、胺类、铬酸盐类、苯甲酸盐类、咪唑、咪唑啉类和杂环类等。这些缓蚀剂有些具有异味，或对皮肤有刺激性，或对呼吸系统有不良影响，甚至个别还有致癌性，以致一些人对气相缓蚀剂技术本身的安全性产生了疑问。九十年代以来国内外对于VCI的研究集中在安全、高效和通用性方面，即使用安全、对健康无不良影响、防锈效率高、适用于多种金属保护等。
3.2载体材料的绿色设计
气相防锈包装材料主要包括气相防锈纸和气相防锈塑料薄膜两大系列，其中气相防锈纸的原料防锈原纸由木材生产，而木材可以通过人们种树再生长，而且防锈纸使用后还可再生利用，体现气相防锈载体材料的绿色设计。
４结语
本研究复配的缓蚀剂最优方案，通过车间中试生产出来的气相防锈纸产品，已通过试验室全项性能检测，性能优越，并应用到客户实际产品的防锈包装中，有利地保护了客户的金属产品，得到了客户的认可与赞许。
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论文作者:赵柏东
论文发表刊物:《防护工程》2019年第6期
论文发表时间:2019/6/27
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