表面活性劑在緩蝕和防銹工業(yè)中的開發(fā)應(yīng)用

     表面活性劑含有親油的非極性基團(tuán)和親水的極性基團(tuán)。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(xué)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(dāng)表面活性劑的親水性較強(qiáng)時，則表面活性劑對金屬具有較強(qiáng)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(qiáng)，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(yīng)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(hù)膜，阻止了與腐蝕反應(yīng)有關(guān)的電荷和物質(zhì)的移動，降低了腐蝕反應(yīng)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(zhǔn)，當(dāng)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(fù)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(xué)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(hù)膜，就能減緩介質(zhì)對金屬的腐蝕。在實際的工業(yè)反應(yīng)器中，大多數(shù)金屬帶負(fù)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(dāng)帶負(fù)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(yīng)，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(qiáng)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(qiáng)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(fù)電，這樣季丁銨鹽的防腐蝕效果會大大加強(qiáng)。
     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(yīng)的進(jìn)行。這是由于離子易在陰極區(qū)放電而使陰極反應(yīng)加速。反應(yīng)如下：?
不僅極性基團(tuán)對腐蝕速率有如此重要的影響，非極性基團(tuán)對腐蝕速率的影響也非常重要。隨著非極性基團(tuán)中碳鏈的增長，防腐作用逐漸增強(qiáng)。因碳鏈增長以后，各碳鏈間引力增強(qiáng)了，并且對金屬表面的屏蔽作用增強(qiáng)了，所以腐蝕反應(yīng)更難發(fā)生了。
    除了上面敘述的物理吸附以外，還有化學(xué)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(xué)鍵而產(chǎn)生吸附，增強(qiáng)金屬的抗腐蝕能力。
     實際上，有機(jī)緩蝕劑和防銹添加劑的基本作用機(jī)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(dá)到防止腐蝕或生銹的目的。