Page 17 - 《精细化工》2023年第6期
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第 6 期 李永胜，等: 海洋防腐领域中有机缓蚀剂的研究进展 ·1167·
DB21C7 和 DB24C8（结构式如下所示）的量子化 排或分子间相互作用的变化，限制了有机缓蚀剂分
学参数，并探究了环尺寸对其缓蚀性能的影响。结 子在金属/溶液界面的吸附 [42] ；（3）取代基的引入：
果表明，5 种二苯并冠醚衍生物的缓蚀效率分别为 目前认为，—OH、—NH 2 、—CH 3 和—OCH 3 等供电
60.89%、61.71%、63.13%、80.79%、82.02%。其 子基团可提高有机缓蚀剂的缓蚀效率，而—NO 2 、
中，DB24C8 缓蚀性能最为优异，缓蚀效率随环尺 —COOC 2 H 5 、—CN 等吸电子基团的存在会抑制吸
寸和键角的增大而增大。 附活性位点的电子密度，导致有机缓蚀剂在金属表
面的吸附强度降低；（4）空间位阻的影响：在有机
缓蚀剂的设计研究中，不能一味地增加吸附活性位
点，而忽视了分子结构空间位阻对有机缓蚀剂性能
的影响 [52] ，过大的空间位阻会影响有机缓蚀剂与金
属原子的配位过程，从而影响金属表面吸附膜的生
成，进而导致表面覆盖率的降低；（5）协同缓蚀体
系的构造：在对协同体系进行构造时，应考虑具体
应用环境以及功能需要，选取合适的缓蚀剂主体和
协同剂，并对复配比例进行精准调控，从而满足实
1.2.3 协同效应 际需求 [53] 。
在实际应用中，单一有机缓蚀剂受到金属表面 因此，在有机缓蚀剂的合成过程中，应结合金
状态、温度和浸泡时间等因素的影响，往往无法在 属材料性质和具体腐蚀环境，运用量子化学理论和
恶劣环境中提供持续有效的缓蚀效果。通过复配构 分子设计等精确、高效的理论计算方法，深刻理解
建协同缓蚀体系可有效提高缓蚀剂的缓蚀效率和稳 分子结构对有机缓蚀剂性能的影响，建立更加完善、
定性。协同体系缓蚀性能的提高，并不是多组分简 精确的理论计算模型，深入探究有机缓蚀剂的作用
单的性能加和，而是相互促进的结果，即“1+1≥2” 机制，并对其吸附强度和缓蚀效率作出良好的预测，
效应 [49] 。ZOU 等 [50] 将壬基酚聚氧乙烯醚磷酸酯、羟 从而有针对性地设计、合成高性能有机缓蚀剂 [54] 。
基乙叉二膦酸、聚磷酸盐硫酸锌、葡萄糖酸钙进行
复配构建协同缓蚀体系，并采用失重法、电化学分 2 有机缓蚀剂的作用机制
析法、SEM 研究了协同体系对高温海水中 G105 钢 有机缓蚀剂的作用机制主要依赖于金属表面的
的缓蚀性能。结果表明，当复配缓蚀剂质量浓度为 吸附过程。吸附过程可以促使腐蚀介质/金属基体界
150 mg/L 时，70 ℃下缓蚀效率可达 98.1%，90 ℃ 面保护层的形成。此外，保护层的形成以及有机缓
下缓蚀效率可达 95.2%。GAO 等 [51] 以聚天冬氨酸衍 蚀剂对腐蚀介质中金属离子的螯合固定可有效抑制
生物聚天冬氨酸（PASP）-2-氨基乙烷磺酸（SEA）- 腐蚀过程中的电化学反应，进一步阻止或减缓腐蚀
天冬氨酸（ASP）为缓蚀主体，将其与硫酸锌、2- 的发生。
羟基膦乙酸（HPAA）和十六烷基二甲基(2-亚硫酸 目前，可通过失重法、光学显微技术、量子化
盐)乙铵进行复配（质量比为 15∶3∶6∶1）构建协 学计算以及电化学分析等手段对有机缓蚀剂缓蚀性
同缓蚀体系，研究了协同缓蚀体系对海水中 A3 碳 能进行评价。失重法主要通过测量金属试样在浸入
钢的缓蚀效果。结果表明，协同缓蚀体系相比于 腐蚀介质一定时间后的失重来计算其腐蚀速率，从
PASP-SEA-ASP 具有更优异的缓蚀效果，缓蚀效率 而对有机缓蚀剂的缓蚀性能作出评价 [55] ；光学显微
最高可达 97%。 技术主要通过 SEM 等设备观察金属试样在腐蚀实
针对有机缓蚀剂的设计合成，应从 5 个方面进 验中的表面腐蚀形貌、数量，并计算锈蚀的形成速
行考虑：（1）结构单体的选择：有机缓蚀剂对目标 率，从而评判有机缓蚀剂的缓蚀性能；量子化学计
金属缓蚀作用的针对性较强，且缓蚀性能很大程度 算是有机缓蚀剂性能研究的一个主要方向，可通过
上受实际应用环境的影响，不同缓蚀剂对不同金属 半经验算法、从头计算法（ab initio）或者密度函数
或在不同腐蚀环境中的缓蚀效果不一。因此，应结 理论（ DFT ），以获得 分子最高占据轨道能量
合金属材料的性质以及具体腐蚀环境来选择合适、 （E HOMO）、分子最低未占据轨道能量（E LUMO）、偶极
有效的结构单体；（2）烷基链长短的控制：一般来 矩（μ）、电荷分布、电负性（χ）等量子化学参数，以
说，烷基疏水链的增加可提高有机缓蚀剂的缓蚀效 确定有机缓蚀剂分子结构与缓蚀效率之间的关系 [56] ；
率。但过长的烷基链可能会导致有机缓蚀剂分子重 电化学技术的应用较为广泛，通过电化学分析技术
