传统防腐害处多多，环保时代悄然来临

  全世界每年都会因腐蚀造成巨额经济损失，因此，防腐蚀研究受到了世界各国的普遍重视。传统防腐涂料含有毒性挥发物质，对人体有害，研发绿色环保型涂料已成为腐蚀防护领域的研究热点之一。

  新的防腐姿势，你get了吗

  胞外聚合物（Extracellular polymeric substances，EPS）是微生物在一定条件下分泌于体外的高分子聚合物。近年来的研究发现，某些微生物分泌的EPS对金属腐蚀具有抑制作用。

  本文拟针对EPS中的主要成分蛋白质和多糖，通过试验研究其对金属腐蚀的影响，提出抑制金属腐蚀的最佳配比，为研发新型防腐涂料提供技术支持。

  如何开展研究，且听我娓娓道来

  1.试样和溶液

  试样：国家Ⅰ型金属试片

  尺寸：50 mm×25 mm×2 mm

  成分：见表1。

  处理：逐级打磨呈光亮后用去离子水冲洗、酒精除油、吹风干燥后，称量待用。

  表1 试验用材料的化学成分（质量分数/%）

  拟EPS含量参考具有腐蚀抑制作用的罗伊氏乳杆菌EPS中蛋白质和多糖含量来确定，具体EPS组分为：蛋白质1.3mg/mL，多糖2.0mg/mL。其中蛋白质为分子量67000的牛白蛋白，多糖为右旋糖酐40。

  试验溶液中各组份含量为：NaCl 58.5mg/L、Na2SO4 213mg/L、NaHCO3 4.2mg/L; pH为8.3，拉森指数为2.0。

  2.试验方法

  挂片试验

  采用挂片试验研究模拟EPS对碳钢、铸铁、黄铜和304不锈钢4种金属材料耐蚀性的影响。

  试验装置为自制的环形反应器，见图1。

  图1 试验装置示意图

  将试片置于实验装置中，加入4L试验溶液，试验温度为30℃、转速为155 r/min，试验时间为16d。试验结束后，按照GB/T 16545-1996处理挂片表面腐蚀产物，称量并计算腐蚀速率。模拟EPS的浸涂过程如下：将处理后的挂片浸入模拟EPS溶液中，24h后取出；自然风干6h；置干燥器中，24h后称量待用。

  腐蚀速率按式（1）计算：

  式中：Vw——腐蚀速率（g·m-2·h-1）；

  ΔW——为腐蚀前后试片重量的差值（g）；

  S——为金属的表面积（m2）；

  t——为腐蚀的时间（h）。

  分析

  图2 浸涂与未浸涂EPS工况下的碳钢、铸铁、黄铜、304不锈钢的挂片试验结果

  由图2可见，与未浸涂工况相比，浸涂模拟EPS后，碳钢和铸铁的腐蚀速率分别有所下降；但黄铜和304不锈钢的腐蚀速率却有所上升。说明浸涂模拟EPS抑制了碳钢和铸铁的腐蚀，却促进了黄铜和304不锈钢的腐蚀。

  EPS中蛋白质和多糖含有羟基、羧基、磷酸基、氨基等多种功能基团，可通过络合、螯合、离子交换等物理-化学作用与金属离子发生反应；金属离子不同，作用机制也存在较大差异。模拟EPS中氨基、羟基对铬、镍具有较强的螯合作用[19]，这可能是导致304不锈钢腐蚀加剧的主要原因。

  综上所述，与铸铁、黄铜、304不锈钢相比，模拟EPS能有效抑制碳钢腐蚀。下阶段将针对碳钢，通过单因素试验研究，探讨不同含量蛋白质、多糖对碳钢腐蚀的抑制作用。

  蛋白质、多糖抑制碳钢腐蚀的单因素试验研究

  根据1.2.1中试验研究结果，选取具有较好腐蚀抑制效果的碳钢为研究对象，分别开展蛋白质和多糖抑制腐蚀单因素试验研究，试验工况如表1所示。试验装置与试验方法同1.1节。

  表1  蛋白质、多糖抑制碳钢腐蚀的单因素研究工况

  分析

  图3  浸涂不同含量蛋白质或多糖的碳钢的腐蚀速率

  由图3可见，不同含量蛋白质或多糖均可抑制碳钢的腐蚀，且随着蛋白质或多糖含量的增加，碳钢腐蚀速率变化呈现三个阶段：（1）当蛋白质或多糖质量浓度≤1mg/L时，碳钢的腐蚀速率蛋白质或多糖含量的增加而显著降低，并在其质量浓度为1.0mg/mL时降至最低；（2）当蛋白质或多糖质量浓度为4mg/mL时，随着含量的升高，碳钢腐蚀速率快速上升，并在蛋白质或多糖质量浓度为4.0mg/L时达到最大；（3）当蛋白质或多糖质量浓度>4.0mg/mL后，碳钢腐蚀速率基本稳定，约为0.2433~0.2505 g/（m2?h），说明此时蛋白质或多糖含量对碳钢腐蚀速率的影响较小。

  多糖是一种由若干葡萄糖脱水形成的高分子聚合物，研究发现，多糖中含有羧基基团，其C-O、C=O键可以与铁离子结合形成致密的保护层，起到抑制碳钢腐蚀的作用2。

  蛋白质含有自由氨基NH4+和羧基COO-，可吸附或螯合铁离子，在碳钢表面形成保护层，在隔绝碳钢与氧气接触的同时，也阻碍了腐蚀性离子的运输，从而抑制腐蚀。

  在本试验条件下，蛋白质或多糖抑制碳钢腐蚀的最佳质量浓度均为1.0mg/mL。

  抑制碳钢腐蚀的最佳组合工况试验研究

  按照正交试验设计要求，开展抑制碳钢腐蚀的蛋白质、多糖、浸涂时间的正交试验；根据1.2节研究结果，确定3因素3水平的正交试验方案如表2所示。试验装置与试验方法同1.1节。

  表2  正交试验方案

  分析

  表3  蛋白质、多糖及浸涂时间抑制碳钢腐蚀的正交试验结果

  由表3可见，碳钢在不同工况下的腐蚀速率从低到高，依次为：工况2>工况1>工况5>工况4>工况3>工况6>工况7>工况8>工况9。试验条件下，工况9下碳钢腐蚀速率的最高值为0.2488g/（m2h）约是工况2时的两倍。

  根据表3还可见，各因素中，对碳钢腐蚀抑制作用最为显著的是多糖，其次为蛋白质，浸泡时间的影响最小。试验条件下，最佳组合工况为多糖0.7mg/mL，蛋白质0.7mg/mL，浸涂时间36h。

  结论

  （1）浸涂模拟EPS对碳钢和铸铁腐蚀具有抑制作用，但却加速了黄铜和304不锈钢的腐蚀。试验条件下，模拟EPS对碳钢腐蚀的抑制作用最为显著；与未浸涂工况相比，碳钢腐蚀速率下降了54.81%。

  （2）浸涂蛋白质或多糖均可抑制碳钢的腐蚀，其中多糖的抑制效果略优；但二者对碳钢腐蚀的抑制规律类似，试验条件下，当蛋白质或多糖均质量浓度为1.0mg/mL时，碳钢的腐蚀速率最低。

  （3）正交试验结果表明，与蛋白质和浸涂时间相比，多糖对碳钢腐蚀抑制的影响更为显著；试验条件下，抑制碳钢腐蚀的最佳组合工况为：多糖0.7 mg/mL，蛋白质0.7mg/mL，浸涂时间36h。