專利名稱：一種用于鐵質(zhì)文物保護的復(fù)配硅酸鹽緩蝕劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及-種用于鐵質(zhì)文物保護的緩蝕劑，更詳細地涉及一種用于鐵質(zhì)文物保 護的復(fù)配硅酸鹽緩蝕劑。
背景技術(shù)：
緩蝕劑(corrosion inhibitor)是指在介質(zhì)中添加少量即可降低介質(zhì)的腐蝕性， 使金屬免遭腐蝕的物質(zhì)。根據(jù)緩蝕劑在介質(zhì)中對金屬電化學(xué)腐蝕過程的影響分為陽極型、 陰極型和混合型緩蝕劑。陽極型緩蝕劑包括鉻酸鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽、正磷酸鹽、硅酸鹽、 苯甲酸鹽等。它們能增加陽極極化，從而使腐蝕電位正移，通常是陽極緩蝕劑的陰離子移向 陽極表面使金屬鈍化。陰極型緩蝕劑包括聚磷酸鹽、硫酸鋅、酸式碳酸鈣、砷離子、銻離子 等。它們在介質(zhì)中使金屬腐蝕電位負移，增大酸溶液中氫析出的過電位，使陰極過程減慢。 陰極型緩蝕劑通常是陽離子移向陰極表面，并形成化學(xué)或電化學(xué)沉淀膜，保護金屬。混合型 緩蝕劑如含氮、硫的化合物，如胺類、咪唑啉類、季銨鹽和有機胺的亞硝酸鹽、硫醇、硫醚、硫 脲等。緩蝕劑具有協(xié)同效應(yīng)，復(fù)合緩蝕劑一般要在一定的環(huán)境(介質(zhì))中使用，才有明顯的 緩蝕效果，因此緩蝕劑必須在指定的使用介質(zhì)中對緩蝕性能進行評價。很多工業(yè)緩蝕劑也被應(yīng)用于鐵質(zhì)文物的保護。亞硝酸鈉和鉻酸鈉是較常用是鐵質(zhì)文物緩蝕劑。亞硝酸鈉和鉻酸鈉屬于陽極緩蝕 齊U，具有氧化性，其作用是使陽極表面鈍化。緩蝕劑濃度在大約0. lg/Ι時即可以起作用。但 是鉻酸鹽和亞硝酸鹽容易對周圍環(huán)境造成污染，因此在使用上尤其是近年來受到限制。一些陽離子可以在中性溶液中擴散到陽極表面，與氫氧根離子反應(yīng)，生成沉淀，成 為保護層。這些陽離子包括鈣離子、鎂離子、鋅離子、鎳離子、錳離子等。一些金屬離子如砷、 銻等可以在陽極表面形成一層膜，降低氫的生成速率或生成總量。北京化工大學(xué)許淳淳等 申請了一項鐵質(zhì)文物的緩蝕封護方法專利，底層采用苯并三氮唑或鎢酸鈉和十二烷基磺酸 鈉組成的復(fù)合緩蝕劑，面層采用添加納米二氧化鈦和二氧化硅的聚氨酯封護，耐蝕性能良 好。磷酸鹽和多聚磷酸鹽(Na5CaP6O18)nn+也是鐵質(zhì)文物保護常用的緩蝕劑，可以在器 物表面形成一層較厚的保護膜，阻止陽極反應(yīng)。但是磷酸鹽和多聚磷酸鹽都存在容易促進 生物生長，造成污染等問題。傳統(tǒng)的氣相緩蝕劑包括亞硝酸二環(huán)己胺鹽、碳酸環(huán)己胺等，通常用于剛剛處理過 的器物表面。由于健康、安全等因素，這類緩蝕劑的使用也受至限制。單寧酸和沒食子酸一類廣泛應(yīng)用于文物的緩蝕劑，單寧酸可以與纖鐵礦反應(yīng)，生 成無定形化合物，增加已處理表面的耐蝕性。但有研究表明，他們在鐵表面形成的化合物是 多孔結(jié)構(gòu)，且具有光敏性，沒有足夠的防止進一步腐蝕的作用，只是較深的顏色使得進一步 的腐蝕不可見。單寧酸對于保護嚴重銹蝕的器物表面沒有作用，僅對于處理表面形成連續(xù) 氧化層的器物有除銹作用。硅酸鹽緩蝕劑在文物保護中的實際應(yīng)用報導(dǎo)很少。蔡蘭坤等研究了鐵器預(yù)處理溶液中硅酸鹽的界面緩蝕作用。以碳鋼代替鐵質(zhì)文物進行了研究，硅酸鈉在碳鋼表面吸附后， 與其表面的羥基氧化鐵發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成均勻致密的保護膜。碳鋼表面的水合氧化物有 利于硅酸鹽成膜。在實際應(yīng)用方面，他們用添加了硅酸鹽緩蝕劑的復(fù)配洗液處理了兩塊界 碑，硅酸鹽緩蝕劑減緩了清洗過程中的大氣腐蝕，有利于進一步的防腐處理。利用硅酸鹽作緩蝕劑，最初主要應(yīng)用于輸送飲用水管道的防腐。自70年代高效有機阻垢劑的出現(xiàn)，給硅酸鹽的推廣使用創(chuàng)造了條件，特別是近幾年來國內(nèi)外研究出以硅酸 鹽為主的復(fù)合緩蝕阻垢劑配方，擴大了硅酸鹽的使用范圍。硅酸鹽作為緩蝕劑，主要優(yōu)點在 于在正常使用濃度下完全無毒，不對環(huán)境產(chǎn)生污染；不是微生物營養(yǎng)源，不助長微生物繁 殖；適用于高C1_離子濃度水質(zhì)的處理；操作容易，沒有危險；原料來源豐富，價格低廉；硅 酸鹽可以與三價鐵反應(yīng)，生成沉淀膜，可以實現(xiàn)部分帶銹保護。但其缺陷是硅酸鹽容易形成 難以清除的硅垢，而且不易抑制，因此單獨使用硅酸鹽緩蝕劑，緩蝕效果不理想。并且硅酸 鹽緩蝕劑在文物保護中的實際應(yīng)用報導(dǎo)很少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是基于國家科技支撐計劃課題的“鐵質(zhì)文物綜合保護技術(shù)研究”(課題編 號2006BAK20B03)的專利申請。本發(fā)明的目的在于提供一種用于鐵質(zhì)文物保護的復(fù)配硅酸鹽緩蝕劑，以克服單一 使用硅酸鹽緩蝕劑時產(chǎn)生的缺陷。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的用于鐵質(zhì)文物保護的復(fù)配硅酸鹽緩蝕劑，以硅 酸鈉為主劑，加入葡萄糖酸鈉和硫酸鋅，其中，硅酸鈉含量為2-10g/L，葡萄糖酸鈉含量為 0. 1-0. 3g/L，硫酸鋅含量為0. 1-0. 2g/L。較優(yōu)地還可以加入l_2g/L的鎢酸鈉。本發(fā)明采用的硅酸鈉較優(yōu)地是九水偏硅酸鈉。
具體實施例方式硅酸鹽作為鐵質(zhì)文物緩蝕劑，主要優(yōu)點在于硅酸鹽可以與三價鐵反應(yīng)，生成沉淀 膜，可以實現(xiàn)部分帶銹保護。但硅酸鹽容易形成難以清除的硅垢，而且不易抑制，緩蝕效果 不理想。常與聚磷酸鹽、有機膦酸、鋁酸鹽、鋅鹽等緩蝕劑復(fù)配使用。硅酸鹽緩蝕劑的緩蝕機理，一種認為硅酸鹽在水中呈帶負電荷的膠體粒子，與金 屬表面溶解的鐵離子結(jié)合形成硅酸凝膠，覆蓋在金屬表面起到緩蝕作用，故硅酸鹽是沉淀 膜型緩蝕劑。另一種觀點認為水中原有的腐蝕生成物與硅酸鹽形成一種吸附性混合物保護 膜，這種膜分兩層，底層由腐蝕產(chǎn)物構(gòu)成，上層是金屬氫氧化物和硅膠凝聚成的吸附性混合 物。硅酸鈉作為緩蝕劑單獨使用，可以起到一定的保護作用，但由于形成保護膜的時 間較長，形成的保護膜是多孔性的，因此硅酸鈉與其它緩蝕劑復(fù)配使用，是硅酸鹽緩蝕劑 發(fā)展的方向。本發(fā)明選用九水偏硅酸鈉作為緩蝕體系的主劑。九水偏硅酸鈉的分子式是 Na2SiO3 · 9H20，結(jié)晶水含量達到58%，溶解度(20°C ) 38g/100g水，溶解速度較快。葡萄糖酸鈉是無毒性環(huán)境友好緩蝕劑，其最大的優(yōu)點是與水中的鈣、鐵離子形成 絡(luò)合物保護膜，是一種沉淀被膜型緩蝕劑。葡萄糖酸鈉是一種多羥基羧酸鹽，可以和多種緩 蝕劑配合形成協(xié)同效應(yīng)。
硫酸鋅為沉淀膜型緩蝕劑。一般認為溶解氧將鑄鐵表面氧化成Fe2+ (部分為Fe3+)， 溶液中的Zn2+與0H_結(jié)合形成Zn(OH)2，沉淀在金屬表面。鎢酸鈉幾乎無毒，屬于環(huán)境友好緩蝕劑。溶液中的鎢酸根離子首先吸附在鑄鐵表 面，與陽極反應(yīng)生成的鐵離子形成對二價鐵離子的擴散有阻擋作用的鈍化膜，從而起到緩 蝕作用。在硅酸鈉緩蝕劑中添加葡萄糖酸鈉、硫酸鋅和鎢酸鈉可以有效彌補硅酸鈉保護層 的缺陷，起到協(xié)同作用，提高硅酸鈉緩蝕劑的緩蝕率。以下研究在硅酸鈉緩蝕體系中依次添加葡萄糖酸鈉、硫酸鋅和鎢酸鈉后，硅酸鹽 緩蝕劑組成成分對緩蝕效果的影響。結(jié)果見表1。由表1中可以看出，添加復(fù)配組分可以使 硅酸鈉的緩蝕效果明顯提高。葡萄酸鈉、硫酸鋅和鎢酸鈉在鑄鐵表面形成的保護膜有效地 彌補了硅酸鈉緩蝕膜層的缺陷，因而使得硅酸鈉的緩蝕效果顯著提高。硫酸鋅的加入使硅酸鹽緩蝕體系的緩蝕效果顯著提高。為確定緩蝕體系的組成， 研究了硫酸鋅添加量對緩蝕體系緩蝕效果的影響。結(jié)果見表2。當硫酸鋅的濃度較低時，緩 蝕體系的緩蝕率較低，不能起到有效的緩蝕作用。因此復(fù)配體系中硫酸鋅的濃度應(yīng)不小于0.1g/l為了更好地研究硅酸鹽緩蝕體系對古代鑄鐵文物的緩蝕作用，本發(fā)明研究了硅酸 鹽緩蝕體系對模擬古代鑄鐵成分制做的鑄鐵樣片的緩蝕作用。結(jié)果見表3。以Na2SiO3/葡 萄糖酸鈉/ZnSO4/鎢酸鈉體系作為緩蝕劑，考察了其對低硅低硫白口鐵和低硅高硫白口鐵 的緩蝕效果。結(jié)果表明，該緩蝕體系對于模擬古代白口鑄鐵都具有較好的緩蝕作用，對于低 硅低硫白口鐵的緩蝕效果尤為顯著，緩蝕率達到89%。
權(quán)利要求
一種用于鐵質(zhì)文物保護的復(fù)配硅酸鹽緩蝕劑，以硅酸鈉為主劑，加入葡萄糖酸鈉和硫酸鋅，其中，硅酸鈉含量為2-6g/L，葡萄糖酸鈉含量為0.1-0.3g/L，硫酸鋅含量為0.1-0.2g/L。
2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)配硅酸鹽緩蝕劑，其中，含有l(wèi)_2g/L的鎢酸鈉。
3.如權(quán)利要求1所述的復(fù)配硅酸鹽緩蝕劑，其中，硅酸鈉為九水偏硅酸鈉。
全文摘要
一種用于鐵質(zhì)文物保護的復(fù)配硅酸鹽緩蝕劑，以硅酸鈉為主劑，加入葡萄糖酸鈉和硫酸鋅，為進一步提高緩蝕劑的緩蝕作用，還加入有鎢酸鈉。其中，硅酸鈉含量為2-10g/L，葡萄糖酸鈉含量為0.1-0.3g/L，硫酸鋅含量為0.1-0.2g/L，鎢酸鈉含量為1-2g/L。本發(fā)明的復(fù)配硅酸鹽緩蝕劑對于模擬古代白口鑄鐵都具有較好的緩蝕作用，對于低硅低硫白口鐵的緩蝕效果尤為顯著，緩蝕率達到80％以上。
文檔編號C23F11/18GK101845635SQ20091008091
公開日2010年9月29日 申請日期2009年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月25日
發(fā)明者沈大媧, 馬清林 申請人:中國文化遺產(chǎn)研究院