一种用于铁质文物保护的复配硅酸盐缓蚀剂制造技术

一种用于铁质文物保护的复配硅酸盐缓蚀剂，以硅酸钠为主剂，加入葡萄糖酸钠和硫酸锌，为进一步提高缓蚀剂的缓蚀作用，还加入有钨酸钠。其中，硅酸钠含量为２－１０ｇ／Ｌ，葡萄糖酸钠含量为０．１－０．３ｇ／Ｌ，硫酸锌含量为０．１－０．２ｇ／Ｌ，钨酸钠含量为１－２ｇ／Ｌ。本发明专利技术的复配硅酸盐缓蚀剂对于模拟古代白口铸铁都具有较好的缓蚀作用，对于低硅低硫白口铁的缓蚀效果尤为显著，缓蚀率达到８０％以上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及-种用于铁质文物保护的缓蚀剂，更详细地涉及一种用于铁质文物保 护的复配硅酸盐缓蚀剂。
技术介绍
缓蚀剂(corrosion inhibitor)是指在介质中添加少量即可降低介质的腐蚀性， 使金属免遭腐蚀的物质。根据缓蚀剂在介质中对金属电化学腐蚀过程的影响分为阳极型、 阴极型和混合型缓蚀剂。阳极型缓蚀剂包括铬酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、正磷酸盐、硅酸盐、 苯甲酸盐等。它们能增加阳极极化，从而使腐蚀电位正移，通常是阳极缓蚀剂的阴离子移向 阳极表面使金属钝化。阴极型缓蚀剂包括聚磷酸盐、硫酸锌、酸式碳酸钙、砷离子、锑离子 等。它们在介质中使金属腐蚀电位负移，增大酸溶液中氢析出的过电位，使阴极过程减慢。 阴极型缓蚀剂通常是阳离子移向阴极表面，并形成化学或电化学沉淀膜，保护金属。混合型 缓蚀剂如含氮、硫的化合物，如胺类、咪唑啉类、季铵盐和有机胺的亚硝酸盐、硫醇、硫醚、硫 脲等。缓蚀剂具有协同效应，复合缓蚀剂一般要在一定的环境(介质)中使用，才有明显的 缓蚀效果，因此缓蚀剂必须在指定的使用介质中对缓蚀性能进行评价。很多工业缓蚀剂也被应用于铁质文物的保护。亚硝酸钠和铬酸钠是较常用是铁质文物缓蚀剂。亚硝酸钠和铬酸钠属于阳极缓蚀 齐U，具有氧化性，其作用是使阳极表面钝化。缓蚀剂浓度在大约0. lg/Ι时即可以起作用。但 是铬酸盐和亚硝酸盐容易对周围环境造成污染，因此在使用上尤其是近年来受到限制。一些阳离子可以在中性溶液中扩散到阳极表面，与氢氧根离子反应，生成沉淀，成 为保护层。这些阳离子包括钙离子、镁离子、锌离子、镍离子、锰离子等。一些金属离子如砷、 锑等可以在阳极表面形成一层膜，降低氢的生成速率或生成总量。北京化工大学许淳淳等 申请了一项铁质文物的缓蚀封护方法专利，底层采用苯并三氮唑或钨酸钠和十二烷基磺酸 钠组成的复合缓蚀剂，面层采用添加纳米二氧化钛和二氧化硅的聚氨酯封护，耐蚀性能良 好。磷酸盐和多聚磷酸盐(Na5CaP6O18)nn+也是铁质文物保护常用的缓蚀剂，可以在器 物表面形成一层较厚的保护膜，阻止阳极反应。但是磷酸盐和多聚磷酸盐都存在容易促进 生物生长，造成污染等问题。传统的气相缓蚀剂包括亚硝酸二环己胺盐、碳酸环己胺等，通常用于刚刚处理过 的器物表面。由于健康、安全等因素，这类缓蚀剂的使用也受至限制。单宁酸和没食子酸一类广泛应用于文物的缓蚀剂，单宁酸可以与纤铁矿反应，生 成无定形化合物，增加已处理表面的耐蚀性。但有研究表明，他们在铁表面形成的化合物是 多孔结构，且具有光敏性，没有足够的防止进一步腐蚀的作用，只是较深的颜色使得进一步 的腐蚀不可见。单宁酸对于保护严重锈蚀的器物表面没有作用，仅对于处理表面形成连续 氧化层的器物有除锈作用。硅酸盐缓蚀剂在文物保护中的实际应用报导很少。蔡兰坤等研究了铁器预处理溶液中硅酸盐的界面缓蚀作用。以碳钢代替铁质文物进行了研究，硅酸钠在碳钢表面吸附后， 与其表面的羟基氧化铁发生化学反应，形成均勻致密的保护膜。碳钢表面的水合氧化物有 利于硅酸盐成膜。在实际应用方面，他们用添加了硅酸盐缓蚀剂的复配洗液处理了两块界 碑，硅酸盐缓蚀剂减缓了清洗过程中的大气腐蚀，有利于进一步的防腐处理。利用硅酸盐作缓蚀剂，最初主要应用于输送饮用水管道的防腐。自70年代高效有机阻垢剂的出现，给硅酸盐的推广使用创造了条件，特别是近几年来国内外研究出以硅酸 盐为主的复合缓蚀阻垢剂配方，扩大了硅酸盐的使用范围。硅酸盐作为缓蚀剂，主要优点在 于在正常使用浓度下完全无毒，不对环境产生污染；不是微生物营养源，不助长微生物繁 殖；适用于高C1_离子浓度水质的处理；操作容易，没有危险；原料来源丰富，价格低廉；硅 酸盐可以与三价铁反应，生成沉淀膜，可以实现部分带锈保护。但其缺陷是硅酸盐容易形成 难以清除的硅垢，而且不易抑制，因此单独使用硅酸盐缓蚀剂，缓蚀效果不理想。并且硅酸 盐缓蚀剂在文物保护中的实际应用报导很少。
技术实现思路
本专利技术是基于国家科技支撑计划课题的“铁质文物综合保护技术研究”(课题编 号2006BAK20B03)的专利申请。本专利技术的目的在于提供一种用于铁质文物保护的复配硅酸盐缓蚀剂，以克服单一 使用硅酸盐缓蚀剂时产生的缺陷。为实现上述目的，本专利技术提供的用于铁质文物保护的复配硅酸盐缓蚀剂，以硅 酸钠为主剂，加入葡萄糖酸钠和硫酸锌，其中，硅酸钠含量为2-10g/L，葡萄糖酸钠含量为 0. 1-0. 3g/L，硫酸锌含量为0. 1-0. 2g/L。较优地还可以加入l_2g/L的钨酸钠。本专利技术采用的硅酸钠较优地是九水偏硅酸钠。具体实施例方式硅酸盐作为铁质文物缓蚀剂，主要优点在于硅酸盐可以与三价铁反应，生成沉淀 膜，可以实现部分带锈保护。但硅酸盐容易形成难以清除的硅垢，而且不易抑制，缓蚀效果 不理想。常与聚磷酸盐、有机膦酸、铝酸盐、锌盐等缓蚀剂复配使用。硅酸盐缓蚀剂的缓蚀机理，一种认为硅酸盐在水中呈带负电荷的胶体粒子，与金 属表面溶解的铁离子结合形成硅酸凝胶，覆盖在金属表面起到缓蚀作用，故硅酸盐是沉淀 膜型缓蚀剂。另一种观点认为水中原有的腐蚀生成物与硅酸盐形成一种吸附性混合物保护 膜，这种膜分两层，底层由腐蚀产物构成，上层是金属氢氧化物和硅胶凝聚成的吸附性混合 物。硅酸钠作为缓蚀剂单独使用，可以起到一定的保护作用，但由于形成保护膜的时 间较长，形成的保护膜是多孔性的，因此硅酸钠与其它缓蚀剂复配使用，是硅酸盐缓蚀剂 发展的方向。本专利技术选用九水偏硅酸钠作为缓蚀体系的主剂。九水偏硅酸钠的分子式是 Na2SiO3 · 9H20，结晶水含量达到58%，溶解度(20°C ) 38g/100g水，溶解速度较快。葡萄糖酸钠是无毒性环境友好缓蚀剂，其最大的优点是与水中的钙、铁离子形成 络合物保护膜，是一种沉淀被膜型缓蚀剂。葡萄糖酸钠是一种多羟基羧酸盐，可以和多种缓 蚀剂配合形成协同效应。硫酸锌为沉淀膜型缓蚀剂。一般认为溶解氧将铸铁表面氧化成Fe2+ (部分为Fe3+)， 溶液中的Zn2+与0H_结合形成Zn(OH)2，沉淀在金属表面。钨酸钠几乎无毒，属于环境友好缓蚀剂。溶液中的钨酸根离子首先吸附在铸铁表 面，与阳极反应生成的铁离子形成对二价铁离子的扩散有阻挡作用的钝化膜，从而起到缓 蚀作用。在硅酸钠缓蚀剂中添加葡萄糖酸钠、硫酸锌和钨酸钠可以有效弥补硅酸钠保护层 的缺陷，起到协同作用，提高硅酸钠缓蚀剂的缓蚀率。以下研究在硅酸钠缓蚀体系中依次添加葡萄糖酸钠、硫酸锌和钨酸钠后，硅酸盐 缓蚀剂组成成分对缓蚀效果的影响。结果见表1。由表1中可以看出，添加复配组分可以使 硅酸钠的缓蚀效果明显提高。葡萄酸钠、硫酸锌和钨酸钠在铸铁表面形成的保护膜有效地 弥补了硅酸钠缓蚀膜层的缺陷，因而使得硅酸钠的缓蚀效果显著提高。硫酸锌的加入使硅酸盐缓蚀体系的缓蚀效果显著提高。为确定缓蚀体系的组成， 研究了硫酸锌添加量对缓蚀体系缓蚀效果的影响。结果见表2。当硫酸锌的浓度较低时，缓 蚀体系的缓蚀率较低，不能起到有效的缓蚀作用。因此复配体系中硫酸锌的浓度应不小于0.1g/l为了更好地研究硅酸盐缓蚀体系对古代铸铁文物的缓蚀作用，本专利技术研究了硅酸 盐缓蚀体系对模拟古代铸铁成分制做的铸铁样片的缓蚀作用。结果见表3。以Na2SiO3/葡 萄糖酸钠/ZnSO4/本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于铁质文物保护的复配硅酸盐缓蚀剂，以硅酸钠为主剂，加入葡萄糖酸钠和硫酸锌，其中，硅酸钠含量为２－６ｇ／Ｌ，葡萄糖酸钠含量为０．１－０．３ｇ／Ｌ，硫酸锌含量为０．１－０．２ｇ／Ｌ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：沈大娲，马清林，
申请(专利权)人：中国文化遗产研究院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]