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含三唑复合防腐剂及其竹处理材的金属腐蚀性能

王卿平 曹金珍 张景朋 蒋明亮

王卿平, 曹金珍, 张景朋, 蒋明亮. 含三唑复合防腐剂及其竹处理材的金属腐蚀性能[J]. 北京林业大学学报, 2019, 41(10): 128-136. doi: 10.13332/j.1000-1522.20190232
引用本文: 王卿平, 曹金珍, 张景朋, 蒋明亮. 含三唑复合防腐剂及其竹处理材的金属腐蚀性能[J]. 北京林业大学学报, 2019, 41(10): 128-136. doi: 10.13332/j.1000-1522.20190232
Wang Qingping, Cao Jinzhen, Zhang Jingpeng, Jiang Mingliang. Metal corrosion performance of triazole-containing compound preservatives and treated bamboo[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2019, 41(10): 128-136. doi: 10.13332/j.1000-1522.20190232
Citation: Wang Qingping, Cao Jinzhen, Zhang Jingpeng, Jiang Mingliang. Metal corrosion performance of triazole-containing compound preservatives and treated bamboo[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2019, 41(10): 128-136. doi: 10.13332/j.1000-1522.20190232

含三唑复合防腐剂及其竹处理材的金属腐蚀性能

doi: 10.13332/j.1000-1522.20190232
基金项目: “十三五”国家重点研发计划(2017YFD0600803)
详细信息
    作者简介:

    王卿平,博士生。主要研究方向:木材科学与技术。Email:wongchingping@outlook.com  地址:100091 北京市海淀区香山路东小府1号中国林业科学研究院木材工业研究所

    通讯作者:

    蒋明亮,研究员。主要研究方向:木材防腐。Email:jiangml@caf.ac.cn  地址:同上

  • 中图分类号: S781.9

Metal corrosion performance of triazole-containing compound preservatives and treated bamboo

  • 摘要: 目的探究三唑复合防腐剂及其竹处理材对金属连接件的腐蚀性和适用性,为选择处理设备材质和竹处理材防水涂层提供参考。方法参考GB/T 34726—2017《木材防腐剂对金属的腐蚀速率测定方法》和GB/T 34724—2017《接触防腐木材的金属腐蚀速率加速测定方法》标准,测定复合防腐剂(有效成分:丙环唑−戊唑醇(PPZ-TEB)、碘丙炔基正丁氨基甲酸酯(IPBC)、异噻唑啉酮(CMIT-MIT))及其毛竹处理材对Q235碳钢、65Mn弹簧钢、304不锈钢、201不锈钢、H59黄铜、T2紫铜、7075铝合金和6061铝合金的金属腐蚀性。通过在竹材−金属组件表面涂刷水性聚氨酯漆、水性丙烯酸漆和木蜡油考察表面涂饰对防腐蚀效果的影响。结果(1)经复合防腐剂浸泡加速腐蚀后,304不锈钢、201不锈钢、6061铝合金和7075铝合金的金属腐蚀速率均为0;Q235碳钢和65Mn弹簧钢的金属腐蚀速率随时间增加保持不变,且腐蚀速率离散性前期较大,后期逐渐减小;H59黄铜和T2紫铜在制剂A(PPZ-TEB)、C(PPZ-TEB/CMIT-MIT)、CK1(CMIT-MIT)和CK2(素材)中浸泡腐蚀和与竹处理材接触腐蚀的金属腐蚀速率均为0,而浸泡在制剂B(PPZ-TEB/IPBC)中发生轻微腐蚀。(2)在与竹处理材接触加速腐蚀后,304不锈钢、201不锈钢、H59黄铜和T2紫铜的金属腐蚀速率为0;Q235碳钢和65Mn弹簧钢腐蚀速率随时间增加而减小并趋于平缓,且腐蚀程度明显大于防腐剂对金属的腐蚀;6061铝合金和7075铝合金发生轻微腐蚀。(3)不同复合制剂及其竹处理材对Q235碳钢和65Mn弹簧钢的腐蚀性分别为CK1 > C > B > A > CK2,C > CK1 > B > A > CK2。(4)在Q235碳钢和65Mn弹簧钢的竹材−金属组件表面涂饰水性聚氨酯漆、水性丙烯酸漆和木蜡油涂层后,竹处理材的金属腐蚀速率均有所下降,且木蜡油较水性聚氨酯漆和水性丙烯酸漆的防腐蚀效果更优。结论含三唑复合防腐剂及其竹处理材对304不锈钢和201不锈钢均无腐蚀。复合防腐剂及其竹处理材对H59黄铜和T2紫铜基本无腐蚀。复合防腐剂对Q235碳钢和65Mn弹簧钢的腐蚀速率随时间增加保持不变,而竹处理材腐蚀速率随时间增加而减小并趋于平缓,且前者小于后者。复合防腐剂对7075铝合金和6061铝合金无腐蚀,而竹处理材有轻微腐蚀。不同复合制剂及其竹处理材对Q235碳钢和65Mn弹簧钢的腐蚀性均为C > B > A。表面涂饰可降低竹处理材对金属的腐蚀性。
  • 图  1  竹材−金属组件示意图

    Figure  1.  Illustration of bamboo-metal assembly

    图  2  含三唑复合防腐剂和竹处理材腐蚀前后的金属表面

    Figure  2.  Metal surfaces before and after corrosion of triazole-containing compound preservatives and treated bamboo

    图  3  含三唑复合防腐剂的金属腐蚀速率

    Figure  3.  Metal corrosion rates of triazole-containing compound preservatives

    图  4  竹处理材的金属腐蚀速率

    Figure  4.  Metal corrosion rates of treated bamboo

    图  5  表面涂饰后竹处理材的金属腐蚀速率

    Figure  5.  Metal corrosion rates of treated bamboo after coating

    图  6  涂层厚度

    Figure  6.  Thicknesses of coating

    表  1  含三唑复合防腐剂有效成分质量分数

    Table  1.   Mass fraction of active ingredients of triazole-containing compound preservatives

    编号
    No.
    有效成分
    Active ingredient
    质量分数
    Mass fraction
    A 丙环唑−戊唑醇 PPZ-TEB 0.06%
    B 丙环唑−戊唑醇/
    碘丙炔基正丁氨基甲酸酯
    PPZ-TEB/IPBC
    0.06%/0.12%
    C 丙环唑−戊唑醇/异噻唑啉酮
    PPZ-TEB/CMIT-MIT
    0.06%/0.3%
    CK1 异噻唑啉酮 CMIT-MIT 0.3%
    CK2
    注:PPZ∶TEB = 1∶1 (质量比),CMIT∶MIT = 3∶1 (质量比)。CK2为未添加防腐剂的水。Notes: PPZ∶TEB = 1∶1 (mass ratio), CMIT∶MIT = 3∶1 (mass ratio). CK2 is water without any preservatives.
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    表  2  防腐剂的载药量

    Table  2.   Retention of preservatives

    编号 No.载药量 Retention/(kg·m− 3)标准差 SD/(kg·m− 3)
    A 0.129 2 (PPZ-TEB) 0.037 8 (PPZ-TEB)
    B 0.135 8 (PPZ-TEB),
    0.271 6 (IPBC)
    0.031 4 (PPZ-TEB),
    0.062 9 (IPBC)
    C 0.134 9 (PPZ-TEB),
    0.674 6 (CMIT-MIT)
    0.031 5 (PPZ-TEB),
    0.157 7 (CMIT-MIT)
    CK1 0.668 7 (CMIT-MIT) 0.168 4 (CMIT-MIT)
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-05-20
  • 修回日期:  2019-06-26
  • 网络出版日期:  2019-08-20
  • 刊出日期:  2019-10-01

含三唑复合防腐剂及其竹处理材的金属腐蚀性能

doi: 10.13332/j.1000-1522.20190232
    基金项目:  “十三五”国家重点研发计划(2017YFD0600803)
    作者简介:

    王卿平,博士生。主要研究方向:木材科学与技术。Email:wongchingping@outlook.com  地址:100091 北京市海淀区香山路东小府1号中国林业科学研究院木材工业研究所

    通讯作者: 蒋明亮,研究员。主要研究方向:木材防腐。Email:jiangml@caf.ac.cn  地址:同上
  • 中图分类号: S781.9

摘要: 目的探究三唑复合防腐剂及其竹处理材对金属连接件的腐蚀性和适用性,为选择处理设备材质和竹处理材防水涂层提供参考。方法参考GB/T 34726—2017《木材防腐剂对金属的腐蚀速率测定方法》和GB/T 34724—2017《接触防腐木材的金属腐蚀速率加速测定方法》标准,测定复合防腐剂(有效成分:丙环唑−戊唑醇(PPZ-TEB)、碘丙炔基正丁氨基甲酸酯(IPBC)、异噻唑啉酮(CMIT-MIT))及其毛竹处理材对Q235碳钢、65Mn弹簧钢、304不锈钢、201不锈钢、H59黄铜、T2紫铜、7075铝合金和6061铝合金的金属腐蚀性。通过在竹材−金属组件表面涂刷水性聚氨酯漆、水性丙烯酸漆和木蜡油考察表面涂饰对防腐蚀效果的影响。结果(1)经复合防腐剂浸泡加速腐蚀后,304不锈钢、201不锈钢、6061铝合金和7075铝合金的金属腐蚀速率均为0;Q235碳钢和65Mn弹簧钢的金属腐蚀速率随时间增加保持不变,且腐蚀速率离散性前期较大,后期逐渐减小;H59黄铜和T2紫铜在制剂A(PPZ-TEB)、C(PPZ-TEB/CMIT-MIT)、CK1(CMIT-MIT)和CK2(素材)中浸泡腐蚀和与竹处理材接触腐蚀的金属腐蚀速率均为0,而浸泡在制剂B(PPZ-TEB/IPBC)中发生轻微腐蚀。(2)在与竹处理材接触加速腐蚀后,304不锈钢、201不锈钢、H59黄铜和T2紫铜的金属腐蚀速率为0;Q235碳钢和65Mn弹簧钢腐蚀速率随时间增加而减小并趋于平缓,且腐蚀程度明显大于防腐剂对金属的腐蚀;6061铝合金和7075铝合金发生轻微腐蚀。(3)不同复合制剂及其竹处理材对Q235碳钢和65Mn弹簧钢的腐蚀性分别为CK1 > C > B > A > CK2,C > CK1 > B > A > CK2。(4)在Q235碳钢和65Mn弹簧钢的竹材−金属组件表面涂饰水性聚氨酯漆、水性丙烯酸漆和木蜡油涂层后,竹处理材的金属腐蚀速率均有所下降,且木蜡油较水性聚氨酯漆和水性丙烯酸漆的防腐蚀效果更优。结论含三唑复合防腐剂及其竹处理材对304不锈钢和201不锈钢均无腐蚀。复合防腐剂及其竹处理材对H59黄铜和T2紫铜基本无腐蚀。复合防腐剂对Q235碳钢和65Mn弹簧钢的腐蚀速率随时间增加保持不变,而竹处理材腐蚀速率随时间增加而减小并趋于平缓,且前者小于后者。复合防腐剂对7075铝合金和6061铝合金无腐蚀,而竹处理材有轻微腐蚀。不同复合制剂及其竹处理材对Q235碳钢和65Mn弹簧钢的腐蚀性均为C > B > A。表面涂饰可降低竹处理材对金属的腐蚀性。

English Abstract

王卿平, 曹金珍, 张景朋, 蒋明亮. 含三唑复合防腐剂及其竹处理材的金属腐蚀性能[J]. 北京林业大学学报, 2019, 41(10): 128-136. doi: 10.13332/j.1000-1522.20190232
引用本文: 王卿平, 曹金珍, 张景朋, 蒋明亮. 含三唑复合防腐剂及其竹处理材的金属腐蚀性能[J]. 北京林业大学学报, 2019, 41(10): 128-136. doi: 10.13332/j.1000-1522.20190232
Wang Qingping, Cao Jinzhen, Zhang Jingpeng, Jiang Mingliang. Metal corrosion performance of triazole-containing compound preservatives and treated bamboo[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2019, 41(10): 128-136. doi: 10.13332/j.1000-1522.20190232
Citation: Wang Qingping, Cao Jinzhen, Zhang Jingpeng, Jiang Mingliang. Metal corrosion performance of triazole-containing compound preservatives and treated bamboo[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2019, 41(10): 128-136. doi: 10.13332/j.1000-1522.20190232
  • 竹材是我国森林资源的重要组成部分,具有成材快、强度高、韧性好、硬度大等诸多优点,是补充我国木材资源消耗的重要生物资源。多数品种的竹材属于不耐腐等级,极易发生腐朽与霉变等生物劣化现象[1]。防腐处理可防治竹材腐朽与霉变,但处理过程中防腐剂可能会腐蚀处理设备,处理后的竹材也往往会对金属连接件造成腐蚀性破坏。金属腐蚀产物还会引起纤维素水解[2],加剧构件的结构性破坏。

    自20世纪30年代以来,国内外学者对油类、油载型和水载型防腐剂及其处理材的金属腐蚀性已有广泛而深入的研究。油类和油载型防腐剂虽然对金属的腐蚀性较低[3],但由于对人畜毒害较大已被限制使用。水载型防腐剂及其处理材的金属腐蚀性研究主要集中在3种制剂:铜铬砷(CCA)、季铵铜(ACQ)和铜唑(CuAz)。Zelinka等[4]在研究CCA和ACQ对403不锈钢、304不锈钢和1018钢的腐蚀性时发现ACQ的腐蚀性要大于CCA,这是因为铬酸盐能够抑制腐蚀发生,而ACQ中缺少铬离子[5]。Simpson Strong-Tie Company Inc.[6]发布的技术报告表明ACQ对于G90和G185热镀锌钢的腐蚀性大约是CCA的2倍。Kear等[7]对比CCA、ACQ和CuAz的辐射松(Pinus radiata)处理材对冷轧低碳钢、316不锈钢和热镀锌低碳钢的腐蚀性时发现ACQ和CuAz腐蚀性大于CCA。Zelinka等[8]发现ACQ处理材对热镀锌钢的腐蚀速率大约是CCA的6 ~ 10倍。

    近年来,随着环境问题日益严重,水载型有机防腐剂因具有环保、高效、渗透性优良等特点[9],已逐渐成为国内外学者研究的热点。三唑防腐剂是正在大力推广的新一代水溶性有机防腐剂,具有高效、低毒、广谱等优点。目前关于含三唑复合防腐剂及其竹处理材的金属腐蚀性研究国内外还未见报道。本研究以丙环唑−戊唑醇(PPZ-TEB)、碘丙炔基正丁氨基甲酸酯(IPBC)、异噻唑啉酮(CMIT-MIT)为复合防腐剂的有效成分,研究含三唑复合防腐剂及其毛竹(Phyllostachys edulis)处理材对8种金属(Q235碳钢、65Mn弹簧钢、304不锈钢、201不锈钢、H59黄铜、T2紫铜、7075铝合金和6061铝合金)的金属腐蚀性。并通过手工刷涂方式,在竹材−金属组件表面涂刷水性聚氨酯漆、水性丙烯酸漆和木蜡油考察表面涂饰对竹材处理金属防腐蚀效果的影响。研究旨在探究三唑复合防腐剂及其竹处理材对金属连接件的腐蚀性和适用性,为选择处理设备材质和竹处理材防水涂层提供参考。

    • 毛竹,竹龄4年,含水率为8% ~ 12%,采集于杭州萧山临浦镇;Q235碳钢、65Mn弹簧钢、304不锈钢、201不锈钢、H59黄铜、T2紫铜、7075铝合金和6061 铝合金购于深圳宏旺模具有限公司;PPZ(96.4%)和TEB(97%)购于上海生农生化制品有限公司;IPBC(99%)购于上海汇龙化工有限公司;CMIT-MIT(14%)购于北京桑普生物化学技术有限公司;水性聚氨酯漆和水性丙烯酸漆购于河北晨阳工贸集团有限公司;木蜡油购于天津灯塔涂料工业发展有限公司。

    • 参照专利ZL 201610631765.4《三唑木竹材防腐防变色组合物及其制备方法》[10]制备复合防腐剂浓缩液,并加水稀释至所使用的质量分数(表1)。

      表 1  含三唑复合防腐剂有效成分质量分数

      Table 1.  Mass fraction of active ingredients of triazole-containing compound preservatives

      编号
      No.
      有效成分
      Active ingredient
      质量分数
      Mass fraction
      A 丙环唑−戊唑醇 PPZ-TEB 0.06%
      B 丙环唑−戊唑醇/
      碘丙炔基正丁氨基甲酸酯
      PPZ-TEB/IPBC
      0.06%/0.12%
      C 丙环唑−戊唑醇/异噻唑啉酮
      PPZ-TEB/CMIT-MIT
      0.06%/0.3%
      CK1 异噻唑啉酮 CMIT-MIT 0.3%
      CK2
      注:PPZ∶TEB = 1∶1 (质量比),CMIT∶MIT = 3∶1 (质量比)。CK2为未添加防腐剂的水。Notes: PPZ∶TEB = 1∶1 (mass ratio), CMIT∶MIT = 3∶1 (mass ratio). CK2 is water without any preservatives.
    • 毛竹刨去竹青、竹黄后,取节间制成70 mm(长)× 20 mm(宽)× 5 mm(厚)的试件,共计1 920个;金属试件加工规格:①50 mm(长)× 25 mm(宽)× 1.5 mm(厚),中心孔直径7 mm;②50 mm(长)× 30 mm(宽)× 2 mm(厚)。规格①:每种金属各20个;规格②:Q235碳钢和65Mn弹簧钢各180个,其余金属各20个。

    • 每种制剂浸渍384个竹片,浸渍工艺:1)真空(− 0.85 MPa)浸渍5 min;2)常压浸渍5 min;3)真空(− 0.85 MPa)浸渍10 min;4)常压浸渍10 min。浸渍后称质量(精确至0.001 g),计算竹材载药量,置于通风良好处气干21 d,备用。

    • 参照GB/T 34726—2017《木材防腐剂对金属的腐蚀速率测定方法》[11]、GB/T 34724—2017《接触防腐木材的金属腐蚀速率加速测定方法》[12]和GB/T 16545—2015《金属和合金的腐蚀—腐蚀试样上腐蚀产物的清除》[13]标准清洗金属试件。

      腐蚀前:1)采用乙醇−丙酮溶液(体积比1∶1)清洗金属表面油脂;2)40 ℃烘干12 h;3)置于干燥器中恢复至室温后称质量(精确至0.001 g)。

      腐蚀后:1)室温下超声清洗10 min,Q235碳钢和65Mn弹簧钢采用含3.5 g六次甲基四胺(C6H12N4)的蒸馏水− 37%HCl溶液(体积比1∶1);304不锈钢和201不锈钢采用10%柠檬酸铵溶液;H59黄铜和T2紫铜采用蒸馏水− 37%HCl溶液(体积比3∶1);7075铝合金和6061铝合金采用蒸馏水− 70%HNO3溶液(体积比10∶1);2)用尼龙刷非损伤性刷洗金属表面腐蚀产物;3)40 ℃烘干12 h;4)置于干燥器中恢复至室温后称质量(精确至0.001 g)。

    • 参考GB/T 34726—2017《木材防腐剂对金属的腐蚀速率测定方法》[11]标准加速腐蚀金属试件。用尼龙绳将8种金属试件(规格①)分别悬挂于250 mL的5种制剂中(每种制剂环境4个重复),每隔336 h取出,清洗、称质量(同1.2.4),计算金属腐蚀速率(金属密度参考文献[14-15]),共计2 688 h。参照BS ISO 17918:2015[16]标准目视评估金属表面腐蚀程度。

    • 参考GB/T 34724—2017《接触防腐木材的金属腐蚀速率加速测定方法》[12]标准加速腐蚀金属试件。用尼龙束带将金属试件(规格②)紧固在竹片中(图1),8种金属各取20个竹材−金属组件(每种竹处理材4个重复)置于(49 ± 3) ℃、相对湿度(90% ± 3%)环境中,每隔720 h取出,清洗、称质量(同1.2.4),计算金属腐蚀速率(金属密度同1.2.5),共计6 480 h。参照BS ISO 17918:2015[16]标准目视评估金属表面腐蚀程度。

      图  1  竹材−金属组件示意图

      Figure 1.  Illustration of bamboo-metal assembly

      在余下Q235碳钢和65Mn弹簧钢的组件中各取出120个,以手工刷涂方式,在竹材−金属组件表面分别涂刷水性聚氨酯漆、水性丙烯酸漆和木蜡油(每种竹处理材重复4次),涂饰后置于通风良好处气干7 d,在涂饰前后分别称质量(精确至0.01 g),计算涂层厚度。将制备好的2种金属组件各自平均分为两组,置于(49 ± 3) ℃、相对湿度(90% ± 3%)环境中,分别于720和2 160 h取出,清洗、称质量(同1.2.4),计算金属腐蚀速率(金属密度同1.2.5)。

    • 图2(a)为复合防腐剂对8种金属浸泡腐蚀2 688 h前后的金属表面。304不锈钢、201不锈钢、7075铝合金和6061铝合金仍具有金属光泽;Q235碳钢、65Mn弹簧钢、H59黄铜和T2紫铜的金属光泽消失。8种金属表面均未见由点蚀引起的局部腐蚀坑。

      图  2  含三唑复合防腐剂和竹处理材腐蚀前后的金属表面

      Figure 2.  Metal surfaces before and after corrosion of triazole-containing compound preservatives and treated bamboo

      经复合防腐剂浸泡加速腐蚀后,304不锈钢、201不锈钢、6061铝合金和7075铝合金的金属腐蚀速率均为0;Q235碳钢和65Mn弹簧钢的金属腐蚀速率随时间增加保持不变,且腐蚀速率离散性前期较大,后期逐渐减小,这主要是由于密度与表面积的不确定性造成的[17];H59黄铜和T2紫铜在B制剂中发生轻微腐蚀,而在其余制剂中无腐蚀发生(图3)。

      图  3  含三唑复合防腐剂的金属腐蚀速率

      Figure 3.  Metal corrosion rates of triazole-containing compound preservatives

    • 表2所示,A、B和C制剂中的有效成分PPZ-TEB在竹处理材中的载药量相近,C和CK1制剂中的有效成分CMIT-MIT在竹处理材中的载药量相近。

      表 2  防腐剂的载药量

      Table 2.  Retention of preservatives

      编号 No.载药量 Retention/(kg·m− 3)标准差 SD/(kg·m− 3)
      A 0.129 2 (PPZ-TEB) 0.037 8 (PPZ-TEB)
      B 0.135 8 (PPZ-TEB),
      0.271 6 (IPBC)
      0.031 4 (PPZ-TEB),
      0.062 9 (IPBC)
      C 0.134 9 (PPZ-TEB),
      0.674 6 (CMIT-MIT)
      0.031 5 (PPZ-TEB),
      0.157 7 (CMIT-MIT)
      CK1 0.668 7 (CMIT-MIT) 0.168 4 (CMIT-MIT)

      图2(b)为竹处理材对8种金属接触腐蚀6 480 h前后的金属表面。304不锈钢和201不锈钢仍具有金属光泽;Q235碳钢、65Mn弹簧钢、T2紫铜、H59黄铜、7075铝合金和6061铝合金的金属光泽消失。其中Q235碳钢和65Mn弹簧钢出现由点蚀引起的局部腐蚀坑,其他金属表面未见局部腐蚀坑。这种局部腐蚀坑会引起应力集中使金属连接件发生疲劳或强度破坏,而其形成及演化过程迄今为止尚不十分清楚[18]

      在与竹处理材接触加速腐蚀后,304不锈钢、201不锈钢、H59黄铜和T2紫铜的金属腐蚀速率为0;Q235碳钢和65Mn弹簧钢腐蚀速率随时间增加而减小并趋于平缓,其腐蚀速率变化规律同Zelinka等[5, 19]的试验结果相吻合,且腐蚀程度明显大于防腐剂对金属的腐蚀;6061铝合金和7075铝合金发生轻微腐蚀(图4)。

      图  4  竹处理材的金属腐蚀速率

      Figure 4.  Metal corrosion rates of treated bamboo

      造成复合防腐剂与竹处理材金属腐蚀差异的原因可能是:1)304不锈钢和201不锈钢未发生腐蚀是因为金属表面致密的富铬氧化膜可防止氧原子渗入氧化,从而有效抑制腐蚀发生,即不锈性[20];2)H59黄铜和T2紫铜在制剂A、C、CK1和CK2中浸泡腐蚀和与竹处理材接触腐蚀的金属腐蚀速率均为0,这与Baker[21]的试验结果相近,原因可能是Cu具有较高的电极电势(+ 0.521V),且铜合金较纯铜耐腐蚀性更强[22],而浸泡在制剂B中发生轻微腐蚀,其腐蚀机理目前尚不清楚,有待进一步研究分析;3)竹处理材对Q235碳钢和65Mn弹簧钢的腐蚀性较大,可能是由于竹材中的有机酸影响了制剂的pH值[22-23],使得竹处理材的腐蚀性更强,这与Zelinka等[24-25]对比CCA、ACQ、CuAz和二癸基二甲基氯化铵(DDAC)处理材提取液对碳钢和热镀锌钢腐蚀情况时发现的现象类似,即由于pH值影响,使得DDAC和素材的木材提取液对两种钢材的腐蚀性大约是CCA、ACQ和CuAz的3倍[26];另一个原因可能是溶解氧含量差异较大,Zelinka等[27]研究发现南方松(Pinus spp.)木材提取液经脱气后,对钢材的腐蚀速率降低了约一半,溶解氧的补充受环境影响,防腐剂溶液对氧气的补充能力明显低于处理材,因此推断可能是引起腐蚀较大的原因;4)6061铝合金和7075铝合金发生轻微腐蚀,可能是由于竹材中的有机酸促进了制剂中卤素离子的腐蚀作用[28-29]

      图34还可知不同复合制剂及其竹处理材对Q235碳钢和65Mn弹簧钢的腐蚀性分别为:CK1 > C > B > A > CK2和C > CK1 > B > A > CK2。Zelinka等[30]研究PPZ-TEB-吡虫啉复配制剂、Cu-PPZ-TEB和Cu-TEB对镀锌电线腐蚀时,发现PPZ-TEB-吡虫啉腐蚀性小于含铜制剂,且与素材相近;席丽霞[31]对比了PPZ-TEB与其氧化胺/季铵盐乳化剂对Q235碳钢的腐蚀性,发现腐蚀率与乳化剂含量呈正相关,而PPZ-TEB的配比和浓度对腐蚀影响不明显,且该研究与本研究所用乳化剂为相同体系[10]。因此分析认为乳化剂可能是造成本研究中复合防腐剂及其竹处理材对Q235碳钢和65Mn弹簧钢金属腐蚀性较大的主要原因之一。B制剂及其竹处理材的金属腐蚀率大于A制剂,两种制剂差异在于复配的IPBC制剂成分,因此推测IPBC制剂成分可能对Q235碳钢和65Mn弹簧钢具有一定的腐蚀性。C和CK1制剂及其竹处理材对Q235碳钢和65Mn弹簧钢的腐蚀性大于A和B制剂,这可能是受CMIT-MIT中Mg2+等稳定剂的影响,但是否还受其他因素影响,需进一步试验证明。

    • 含三唑复合防腐剂的竹处理材虽环保性较好,但其金属腐蚀性较大,这可能会限制其应用和推广。由图5可知:在竹材−金属组件表面涂饰涂层后,竹处理材的金属腐蚀速率均有所下降。竹材–Q235碳钢组件表面涂刷水性聚氨酯漆后,720和2 160 h的金属腐蚀速率分别平均降低了12.34%和1.60%;涂刷水性丙烯酸漆后,分别降低了8.88%%和4.06%;涂刷木蜡油后,分别降低了80.65%和83.24%。竹材–65Mn弹簧钢组件表面涂刷水性聚氨酯漆后,分别降低了10.41%和1.86%;涂刷水性丙烯酸漆后,分别降低了3.19%%和0.19%;涂刷木蜡油后,分别降低了84.34%和85.34%;这是由于金属腐蚀与环境潮湿有直接关系[32],涂层降低了竹材与金属界面间的湿度,从而降低了金属腐蚀速率[20]

      图  5  表面涂饰后竹处理材的金属腐蚀速率

      Figure 5.  Metal corrosion rates of treated bamboo after coating

      图5还可知:竹材−金属组件涂刷木蜡油的防腐蚀效果明显高于水性聚氨酯漆和水性丙烯酸漆。张颖[33]利用环氧树脂涂饰金属表面后,可有效抑制紫铜、Q235碳钢、热镀锌钢和304不锈钢发生腐蚀;Armelin等[34]发现金属表面涂饰改性环氧树脂后,抗腐蚀效果得到提升。据此类研究结果推测聚氨酯和丙烯酸树脂本身对金属无腐蚀作用。Zelinka等[35]在研究乙烯基树脂和环氧树脂涂层抑制金属连接件腐蚀时,发现涂饰时会出现大量缺陷,且在暴露大于或等于336 h后涂层失效。宋义全等[36]在研究涂层厚度对低碳钢腐蚀规律影响时,发现涂层厚度与防腐蚀效果呈正相关关系。而本研究中木蜡油涂层厚度大于水性聚氨酯漆和水性丙烯酸漆(图6)。因此,涂层缺陷和涂层厚度可能是造成水性聚氨酯漆和水性丙烯酸漆防腐蚀效果小于木蜡油的原因。

      图  6  涂层厚度

      Figure 6.  Thicknesses of coating

    • (1)经复合防腐剂浸泡加速腐蚀后,304不锈钢、201不锈钢、6061铝合金和7075铝合金的金属腐蚀速率均为0,Q235碳钢和65Mn弹簧钢的金属腐蚀速率随时间增加保持不变,且腐蚀速率离散性前期较大,后期逐渐减小,H59黄铜和T2紫铜在制剂A、C、CK1和CK2中浸泡腐蚀和与竹处理材接触腐蚀的金属腐蚀速率均为0,而浸泡在制剂B中发生轻微腐蚀。

      (2)在与竹处理材接触加速腐蚀后,304不锈钢、201不锈钢、H59黄铜和T2紫铜的金属腐蚀速率为0,Q235碳钢和65Mn弹簧钢腐蚀速率随时间增加而减小并趋于平缓,且腐蚀程度明显大于防腐剂对金属的腐蚀,6061铝合金和7075铝合金发生轻微腐蚀。

      (3)不同复合制剂及其竹处理材对Q235碳钢和65Mn弹簧钢的腐蚀性分别为CK1 > C > B > A > CK2,C > CK1 > B > A > CK2

      (4)在Q235碳钢和65Mn弹簧钢的竹材–金属组件表面涂饰水性聚氨酯漆、水性丙烯酸漆和木蜡油涂层后,竹处理材的金属腐蚀速率均有所下降,且木蜡油较水性聚氨酯漆和水性丙烯酸漆的防腐蚀效果更优。

参考文献 (36)

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