表面活性劑在緩蝕和防銹工業(yè)中的開發(fā)應用

     表面活性劑含有親油的非極性基團和親水的極性基團。由于金屬表面大多帶有電荷，所以，親水基會通過物理作用或化學作用吸附在金屬的表面上。在吸附時，親水基定向著金屬，親油基則定位離開金屬。當表面活性劑的親水性較強時，則表面活性劑對金屬具有較強的吸附力，但此時的分散性較差。若表面活性劑的親油性較強，則具有較好的分散性，但吸附性較差。因此，在不同的情況下，要求表面活性劑有不同的親水親油值(HLB值)。由于表面活性劑在金屬表面上的吸附，一方面改變了界面的性質(zhì)及金屬表面的電荷分布狀態(tài)，使金屬表面的能量狀態(tài)趨于穩(wěn)定，腐蝕反應的活化能升高(能量障礙增加)，腐蝕速率減慢。另一方面，被吸附的表面活性劑的親油基在金屬表面上形成一層疏水性的保護膜，阻止了與腐蝕反應有關的電荷和物質(zhì)的移動，降低了腐蝕反應速率。   
     金屬表面的電荷狀態(tài)對表面活性劑的吸附尤為重要。表面活性劑在金屬表面上的吸附主要靠靜電引力和范德華力，其中以靜電引力重要。若在金屬表面無電荷分布時的電位(φ0=0)為基準，當金屬處于腐蝕介質(zhì)中，若腐蝕電位大于零(φ1>φ0)，金屬表面帶正電荷，因而易吸附陰離子表面活性劑。若腐蝕電位小于零(鯸-1<鯸-0)，金屬表面帶負電荷，因而易吸附陽離子表面活性劑。若腐蝕電位等于(φ1=φ0)，金屬表面不帶電荷，此時往往發(fā)生表面活性劑分子的學吸附。
無論發(fā)生哪種吸附，只要能在金屬表面形成一種有效的保護膜，就能減緩介質(zhì)對金屬的腐蝕。在實際的工業(yè)反應器中，大多數(shù)金屬帶負電荷(陰極抑制型)，所以大多采用含有硫、氮、磷的陽離子表面活性劑作金屬防腐劑，這類表面活性劑中含有的孤對電子，能與氫離子或其它陽離子形成離子。這些離子以單分子層吸附在金屬的表面上。
    當帶負電荷的金屬表面吸附了這種陽離子以后，酸性介質(zhì)中的氫離子很難再接近金屬的表面(H+的過電位增加)而與金屬發(fā)生還原反應，使腐蝕受到抑制。由于金屬在不同的介質(zhì)中的腐蝕電位不同，因此，必須注意表面活性劑對金屬的選擇性。例如：強堿性的季丁銨離子〔C4H9N〕+ 對1N的硫酸的防腐效果并不好。因為在1N和硫酸中鐵的腐蝕電位是(φ1=-0.28V，而鐵的零電位是φ1=-0.37V，即：φ1>(φ0故能表面帶正電荷，難于吸附陽離子。若加入少量能被金屬鐵強烈吸附的陰離子，如：氯離子、碘離子、硫氰根離子等。這些離子先在金屬鐵的表面吸附而使鐵表面帶負電，這樣季丁銨鹽的防腐蝕效果會大大加強。
     另外，在酸性介質(zhì)中胺類的用量不足時，不僅起不到防腐作用，而且會加速腐蝕反應的進行。這是由于離子易在陰極區(qū)放電而使陰極反應加速。反應如下：?
不僅極性基團對腐蝕速率有如此重要的影響，非極性基團對腐蝕速率的影響也非常重要。隨著非極性基團中碳鏈的增長，防腐作用逐漸增強。因碳鏈增長以后，各碳鏈間引力增強了，并且對金屬表面的屏蔽作用增強了，所以腐蝕反應更難發(fā)生了。
    除了上面敘述的物理吸附以外，還有化學吸附。這種吸附屬于單層吸附而且是不可逆的。另外，表面活性劑中的雙鏈、三鏈及苯環(huán)上的π電子均能與金屬形成化學鍵而產(chǎn)生吸附，增強金屬的抗腐蝕能力。
     實際上，有機緩蝕劑和防銹添加劑的基本作用機理都是相同的。抑制劑的分子在金屬表面形成吸附膜，將水或其它腐蝕介質(zhì)遮隔，從而達到防止腐蝕或生銹的目的。