CN104498969A - 多功能酸洗添加剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多功能酸洗添加剂及其制备方法，以1升计，由以下原料制成：聚氧乙烯醚类表面活性剂2-5 g/L，碘化钾或碘化钠25-40 g/L，柠檬酸铵5-15 g/L，柠檬酸3-8 g/L，磷酸20-50 g/L，余量为水。本发明的多功能酸洗添加剂，在用盐酸清洗钢铁材料时配入使用，具有除油、缓蚀、抑雾、抑制“氢脆”、除锈速度快及清洗后防锈的特点，用于盐酸清洗时再经过大倍数的稀释，清洗成本较低，经济上有竞争力。

Description

多功能酸洗添加剂及其制备方法

技术领域

    本发明涉及金属表面处理技术领域，更具体的说，涉及一种以盐酸清洗钢铁材料时配用的多功能酸洗添加剂。

背景技术

用盐酸对钢铁件表面的锈蚀进行清洗处理，是钢铁制品或中间产品加工过程中的常见步骤。盐酸的优点是价廉易得，酸性强，对钢铁表面的锈蚀溶解速度快、溶解能力大，但也存在如下技术问题：

（1）盐酸挥发性强，易产生较多酸雾，影响操作环境和人员健康，造成设备、厂房表面腐蚀，这种酸雾是由所挥发出来的氯化氢气体遇到空气里的水蒸凝结成小滴的盐酸而产生的；

（2）盐酸对金属材料基体的腐蚀性强，即会溶解材料本身而造成金属的浪费；

（3）盐酸侵蚀材料基体金属如与金属铁的反应，会产生氢气与原子态的活泼氢，这种活泼氢会进入金属材料基体内，造成“氢脆”问题，所产生氢气又会携带很多氯化氢气体出来，形成更为严重的酸雾问题；

（4）酸洗后金属材料表面无保护，即便在漂洗后的沥水和干燥过程中，也容易再次生锈，从而对后续处理造成影响；

（5）盐酸对油脂的去除能力很低，金属表面的油脂会明显降低酸洗除锈的速度，甚至会使油脂下的锈蚀无法溶解清除，因而酸洗前经常需要单独清洗油脂。

因而，工业上在盐酸酸洗过程中，通常加入酸洗缓蚀剂如胺类（如单胺、二胺、酰胺、杂环芳香胺等）、醛类（如甲醛、肉桂醛）、含硫化合物（如硫脲）、含磷化合物（如磷酸三丁酯），这些缓蚀剂主要是利用其分子结构中的以氮、磷、硫为中心原子的极性基团，与金属表面原子形成化学键合而发生化学吸附，从而在金属表面形成一层单分子保护膜，阻止了酸和金属基体的反应，起到了缓蚀的作用。由于盐酸和金属基体的反应会产生氢气，缓蚀剂起到缓蚀作用的另一个结果，是大大降低了氢气的产生量，从而大大降低了盐酸酸雾的产生量。这些酸洗缓蚀剂的应用，起到了减轻对金属材料基体的腐蚀、减轻“氢脆”问题、减少酸雾逸出等作用，但往往还存在如下技术问题：

（1）除锈速度通常较慢，所需清洗时间也较长；

（2）毒性较大，使用过程中存在安全问题；

（3）清洗时缓蚀剂基本上也被洗去，故清洗后的工件不具备防锈能力，裸露的表面金属层很容易氧化锈蚀，从而对后续处理造成影响。

中国专利200610124244.6公开了一种多功能盐酸酸洗添加剂,该添加剂由聚氧乙烯醚类表面活性物质、活性阴离子、络合剂和水组成，配方组成如下:聚氧乙烯醚类表面活性物质（与环氧乙烷加成数在9-15的聚氧乙烯烷基酚醚）:1～10%,活性阴离子成分钠、钾的碘化物、溴化物盐:20～45%,络合剂如柠檬酸或其碱金属盐:5～15%,水:余量;该添加剂具有缓蚀、抑雾、促进溶解及防锈的功能。 该种多功能盐酸酸洗添加剂基本上解决了上述技术问题，但由于配方中主要配料单价较高，浓度又很高，因而存在成本较高的问题，虽然用于盐酸清洗时经过了大倍数的稀释，清洗成本仍然很高，经济上缺乏竞争力。

发明内容

本发明的目的之一在于克服现有技术的不足，提供一种多功能酸洗添加剂，在用盐酸清洗钢铁材料时配入使用，该多功能酸洗添加剂具有除油、缓蚀、抑雾、抑制“氢脆”、除锈速度快及清洗后防锈的功能，而且配料浓度低，成本较低，用于盐酸清洗时再经过大倍数的稀释，清洗成本较低，经济上有竞争力。

本发明的目的之二在于提供所述多功能酸洗添加剂的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

多功能酸洗添加剂，以1升计，由以下原料制成：

聚氧乙烯醚类表面活性剂  2-5 g/L,碘化钾或碘化钠   25-40 g/L,柠檬酸铵   5-15 g/L,柠檬酸   3-8 g/L,磷酸 20-50 g/L,余量为水。

其中，所述聚氧乙烯醚类表面活性剂优选月桂醇聚氧乙烯醚；

其中所述的碘化钾或碘化钠优选30~35 g/L；

其中所述的柠檬酸铵优选7~12g/L；

其中所述的柠檬酸优选5~7 g/L；

其中所述的磷酸优选4~7 g/L。

本发明多功能酸洗添加剂的制备方法如下：

(1)将磷酸与水在釜内搅匀至混溶；

(2)然后向其内加入碘化钾或碘化钠，搅匀，静置1-2小时；

(3)然后向其内加入柠檬酸铵及柠檬酸，搅匀，静置1-2小时；

(4)最后向其内加入月桂醇聚氧乙烯醚，搅匀，静置1-2小时。

本发明多功能酸洗添加剂的主要原理如下：

本发明的多功能酸洗添加剂，主要利用了聚氧乙烯醚表面活性物质与由碘化钾或碘化钠所提供活性阴离子I-之间存在的协同吸附作用，在金属基体表面发生化学吸附而形成稳定的单分子吸附层，阻止酸洗液中的氢离子与金属基体接触，减少氢气的产生并达到缓蚀、抑雾的目的。

所述聚氧乙烯醚类表面活性剂的分子结构中带有以氧为中心原子的极性基团以及烷基非极性基团，是性能良好的表面活性剂，具有很好的润湿、起泡、渗透作用，与锈蚀的金属接触后能够迅速渗透到锈蚀层下的金属基体表面，对金属表面起到润湿的作用，但由于这类表面活性物质属于非离子型表面活性剂，与金属表面原子结合力不够强，形成的吸附层不够牢固，虽有一定的缓蚀效果，但并不太理想，即仅含有所述聚氧乙烯醚类表面活性剂的盐酸清洗液对金属本体的侵蚀程度还较高，生成的氢气量也还较大，因而酸雾量也较大；另一方面，聚氧乙烯醚类表面活性剂具有较强的起泡能力，可在清洗液表面形成一层能够阻止盐酸中氯化氢气体挥发逸出的致密泡沫层，但由于单独使用聚氧乙烯醚类表面活性剂时，清洗过程中所产生的氢气量仍会比较大，该致密泡沫层也无法抑制盐酸中氯化氢气体随同大量氢气一起挥发逸出并在空气中吸潮形成酸雾，故而此时也难到达较好的抑雾效果。

但所述多功能酸洗添加剂中所含有的碘化钾或碘化钠成分，提供了活性阴离子I^-，对所述聚氧乙烯醚类表面活性剂在金属基体表面发生化学吸附而形成的单分子层吸附产生了明显的协同作用，增大了单分子吸附层和金属本体表面金属原子间的键合强度，从而起到了稳定单分子吸附层的作用，能够显著地提高聚氧乙烯醚类表面活性剂分子在金属基体表面的吸附强度和稳定性，从而阻止金属本体与酸中氢离子的接触及反应，这样，不仅较大程度地减轻了清洗酸液对金属本体的侵蚀，还大大降低了氢气的产生量，从而起到了较好的缓蚀、抑制酸雾和抑制“氢脆”的作用。

由于氢气的产生基本上源于盐酸对金属基体的溶解反应，较小的氢气产生量既说明金属基体的消耗、盐酸的消耗减少，也能说明所生成进入酸洗液中氯化亚铁的数量减少，这样也就延长了酸洗液的使用周期，降低了单位金属所需酸洗液耗量，从而降低了酸洗成本。

所述聚氧乙烯醚类表面活性剂分子带有以氧为中心原子的极性基团以及烷基非极性基团的结构特点，使它能够在盐酸水溶液中对金属表面包括表面锈蚀上的酯类、烃类油脂都具有较好的渗透、乳化、剥离、分散能力，即具有较好的油脂去除能力；但同时使它在盐酸水溶液中对主要是金属氧化物的表面锈蚀与盐酸之间，又基本不形成阻碍盐酸溶解锈蚀的吸附隔离层。由于这两个原因，本发明的多功能酸洗添加剂和盐酸配成清洗液使用时，除锈速度很快。

所述多功能酸洗添加剂中所含有的磷酸、柠檬酸和柠檬酸铵，对盐酸清洗液溶解以氧化物为主要成分的铁锈，具有较好的促进作用。

进一步地，所述多功能酸洗添加剂和盐酸配成清洗液使用时，由活性阴离子I-和所述聚氧乙烯醚类表面活性剂协同作用，在金属基体表面所形成的稳定单分子吸附层，在酸洗完成水漂洗后仍能基本稳定存在，这就使得除锈清洗后钢铁件产生浮锈的时间大大延长，可以使工序间加工件的沥水时间增加，方便了工序间的安排。

所述多功能酸洗添加剂中所含有的柠檬酸和柠檬酸铵之间，对酸洗完成水漂洗后延长钢铁件产生浮锈的时间，具有一定的协同效果，优于单用二者之和数量的柠檬酸时的情况，柠檬酸铵所提供的铵离子起到了促进作用。

本发明的多功能酸洗添加剂，虽然其配料浓度较低，但和盐酸配成清洗液使用时，却也达到了意想不到的较好效果。

本发明的多功能酸洗添加剂使用时，按照1:100的重量比例，与工业盐酸配成清洗液，盐酸浓度可以为10-37%，即每吨盐酸中添加本发明的多功能酸洗添加剂10kg，即可满足工业清洗所需的缓蚀、抑雾、促进溶解和防锈的作用。

本发明的多功能酸洗添加剂，和盐酸配成清洗液使用时，具有除油、缓蚀、抑雾、抑制“氢脆”、除锈速度快及清洗后防锈的功能，而且配料浓度低，成本较低，用于盐酸清洗时再经过大倍数的稀释，清洗成本较低，经济上有竞争力。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。

实施例1-12

实施例1-12分别给出了本发明多功能酸洗添加剂的几种组成，具体如表1、表2所列，其中，各配料数值的单位为g/L。

表1实施例1-6多功能酸洗添加剂的组成

表2实施例7-12多功能酸洗添加剂的组成

对比例1

    对比例1中柠檬酸的加入量为11g/L，没有添加柠檬酸铵，其他同实施例3。

对比例2

对比例2中柠檬酸铵的加入量为6g/L，没有添加柠檬酸，其他同实施例3。

对比例3

对比例3各组分重量百分比浓度如下：聚氧乙烯仲辛酚醚-9  4%,溴化钠30%,柠檬酸钠5%,余量为水。

对比例4

对比例4各组分重量百分比浓度如下：聚氧乙烯仲辛酚醚-10  10%,碘化钾45%,柠檬酸钾15%,余量为水。

对比例5

对比例5各组分重量百分比浓度如下：聚氧乙烯仲辛酚醚-12  3%,碘化钾30%,柠檬酸6%,余量为水。

对比例6

对比例6各组分重量百分比浓度如下：聚氧乙烯仲辛酚醚-14  10%,溴化钾20%,柠檬酸钾15%,余量为水。

对比例7

对比例7各组分重量百分比浓度如下：聚氧乙烯仲辛酚醚-15  5%,溴化钠30%,柠檬酸钠8%,余量为水。

以上实施例1-12、对比例1-7所述每一种酸洗添加剂的使用方法如下：

（1）取所述酸洗添加剂与工业盐酸按重量比1：100配成清洗液，盐酸浓度31%；

（2）直接使用清洗液，采用浸泡的方式对某种表面积为100cm²的碳钢工件进行清洗，温度45-60度，时间3-10分钟；

（3）清洗后先用自来水漂洗,再用去离子水漂洗；

（4）用100-130℃的热风将漂洗后的工件烘干。

以上实施例、对比例所述各种酸洗添加剂分别处理10件工件，平均效果分别见表3、表4、表5。

表3实施例1-6多功能酸洗添加剂的使用效果

表4实施例6-12多功能酸洗添加剂的使用效果

注：铁基体重量减少量体现了多功能酸洗添加剂的缓蚀效果，减少量越低，表示缓蚀效果越好；铁锈完全剥落时间体现了多功能酸洗添加剂的促进铁锈溶解的速度，时间越短，表示增快了铁锈溶解速度；自然生锈实验体现了多功能酸洗添加剂的防锈效果，时间越长，表示防锈效果越好。

表5对比例的使用效果

由以上对比可知，本发明的多功能酸洗添加剂的防锈时间长，缓蚀效果好，铁锈完全剥落时间短。

铁基体重量减少量：工件除锈前重量与除锈后重量之差，取平均值。

酸雾逸出量：使用多功能酸洗添加剂后与使用多功能酸洗添加剂前，酸雾逸出量进行比较。

铁锈完全剥落时间：将工件浸泡在含有多功能酸洗添加剂的酸洗液中，记录下铁锈完全剥落的时间，取平均值。

自然生锈时间：将工件从含有多功能酸洗添加剂的酸洗液中取出，用清水冲洗干净，暴露在空气中，记录下生锈的时间，取平均值。

Claims (7)

1. 一种多功能酸洗添加剂，以1升计，由以下原料制成：

聚氧乙烯醚类表面活性剂     2-5 g/L

碘化钾或碘化钠       25-40 g/L

柠檬酸铵     5-15 g/L

柠檬酸  3-8 g/L

磷酸      20-50 g/L

水   余量。

2.如权利要求1所述的多功能酸洗添加剂，其特征在于，所述聚氧乙烯醚类表面活性剂为月桂醇聚氧乙烯醚。

3.如权利要求1所述的多功能酸洗添加剂，其特征在于，所述的碘化钾或碘化钠为30-35 g/L。

4. 如权利要求1所述的多功能酸洗添加剂，其特征在于，所述的柠檬酸铵为7-12g/L。

5. 如权利要求1所述的多功能酸洗添加剂，其特征在于，所述的柠檬酸为5-7 g/L。

6. 如权利要求1所述的多功能酸洗添加剂，其特征在于，所述的磷酸为4-7 g/L。

7. 如权利要求1所述的多功能酸洗添加剂的制备方法如下：

(1)将磷酸与水在釜内搅匀至混溶；

(2)然后向其内加入碘化钾或碘化钠，搅匀，静置1-2小时；

(3)然后向其内加入柠檬酸铵及柠檬酸，搅匀，静置1-2小时；

(4)最后向其内加入聚氧乙烯醚类表面活性剂，搅匀，静置1-2小时。