CN105315859A - 一种耐高温防锈金属表面保护剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐高温防锈金属表面保护剂，以重量份计，包括以下组分：醇酸树脂20-30份，木蜡油10-20份，桐油10-15份，茶皂素5-12份，明胶3-8份，聚天冬氨酸2-5份，油酸基咪唑啉类缓蚀剂2.5-5.5份，硬脂酸锌1-5份，硫脲2-4份，水杨酸4-10份，交联剂0.5-2份。本发明还公开了该耐高温防锈金属表面保护剂的制备方法。本发明提供的防锈金属表面保护剂具有优异的金属表面保护功能，可以有效提高金属耐各种恶劣环境的能力，高温稳定性好，无毒，对人体和环境无害，且其制备方法简单，原料简单易得，制备工艺条件温和，成本低。
Description
技术领域：
本发明涉及金属表面处理领域，具体的涉及一种耐高温防锈金属表面保护剂。
背景技术：
随着金属制品在现代工业和生活中的广泛应用，相应的金属腐蚀也日趋严重，据估计，腐蚀造成的直接经济损失约占国民生产总值的3％-4％，因此，各种防腐蚀技术已广泛应用在化工、石油、电力、机械、金属加工、交通运输、核能及航天等领域中。目前，主要的防腐蚀措施有选用耐蚀材料、阴极保护、阳极保护、介质处理、缓蚀剂、涂层保护、氧化处理等，其中，涂层保护是应用最广泛、最有效的措施。
金属表面涂层保护方法很多，如在金属表面涂覆有机涂料或施加镀层、磷化、钝化等，传统的金属涂层保护及表面处理方法在环境保护方面面临挑战，比如传统的铬酸表面处理需要用无铬钝化技术取代；磷化工艺会造成水质富养化污染。近年来已有大量新的环境友好的表面涂层技术的研究，其中，自组装单分子膜(SAMs)技术以其独特的性能引起了国内外广泛的关注。
传统的金属表面保护剂是将能够形成SAMs的保护物质溶解在有机溶剂(比如卤代烷烃、醇类、酮类等)中，但是这些有机溶剂一般是挥发性有机物，不仅污染环境，而且浪费大量资源，随着全球气候的变化和资源、能源的日趋紧张，世界各国相继制定了严格的环保法规和政策，鼓励和推广使用绿色环保、节能节材的新产品。因此，SAMs型水性金属保护剂由于具备应用广、安全、施工相对简单等优点已成为金属表面保护剂的发展方向。
中国专利(200710175911.8)公开了一种酸洗电路板废水制备的金属表面保护剂，其包括酸洗电路板废水、辛烷基苯酚聚氧乙烯醚、十二烷基硫酸钠、磷酸、六次甲基四胺、磷酸锌、硫脲和2,3-二羟丁二酸。该产品成本低，效果好，但是其会造成水质富营养化，从而使得水污染治理成本提高。
中国专利(201210101010.5)公开了一种金属表面保护剂，包括树脂、植物油、乙酸乙酯、催干剂和苯并三氮唑，其中树脂为酚醛树脂或环氧树脂，植物油为桐油，催干剂为异辛酸盐类催干剂，该产品无毒、无味、不挥发，成膜速度快，但是其与金属表面的结合力弱，易于脱落，且对金属的导电性有影响。
中国专利(200910021822.7)公开了一种多用途金属表面保护剂，其包括有机缓蚀剂、成膜物质、表面活性剂和溶剂，其中，有机缓蚀剂为氮唑类、咪唑类化合物的一种或两种进行复配，所述成膜物质为含长碳链的蜡性物质，所述表面活性剂为烷基醚类表面活性剂，所述溶剂为链烃类有机溶剂。该金属表面活性剂可以有效提高金属抗盐雾、抗潮湿、抗霉菌的能力，附着性好，耐磨性和润滑性优异，但是其耐高温性能差，高温稳定性差。
发明内容：
本发明的目的是提供一种耐高温防锈金属表面保护剂，其具有优异的金属表面保护功能，可以有效提高金属耐各种恶劣环境的能力，高温稳定性好，无毒，对人体和环境无害。
本发明的另一个目的是提供该防锈金属表面剂的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种耐高温防锈金属表面保护剂，以重量份计，包括以下组分：
醇酸树脂20-30份，木蜡油10-20份，
桐油10-15份，茶皂素5-12份，
明胶3-8份，聚天冬氨酸2-5份，
油酸基咪唑啉类缓蚀剂2.5-5.5份，
硬脂酸锌1-5份，硫脲2-4份，
水杨酸4-10份，交联剂0.5-2份。
作为上述技术方案的优选，一种耐高温防锈金属表面保护剂，以重量份计，包括以下组分：
醇酸树脂30份，木蜡油15份，
桐油12份，茶皂素11份，
明胶6份，聚天冬氨酸3.5份，
油酸基咪唑啉类缓蚀剂3份，
硬脂酸锌4.5份，硫脲3.3份，
水杨酸5份，交联剂1份。
作为上述技术方案的优选，所述醇酸树脂为干性醇酸树脂，其脂肪酸含量为30-40％。
醇酸树脂成膜性好，其固化成膜后，具有良好的光泽和韧性，附着力强，并具有良好的耐磨性和耐候性。
作为上述技术方案的优选，所述桐油的比重为0.9360-0.9375，其酸价＜7，水分和挥发物＜0.15％，杂质＜0.10％。
桐油是一种优良的带干性植物油，具有干燥快、比重轻、光泽度好、附着力强、耐热、耐酸、耐碱、防腐、防锈等特性，用途广泛。从油桐子热压所得的桐油，是一种干性油(碘价157～170)，以高温(200～250℃)加热，可因自行聚合而成凝胶，甚至完全固化，成膜性好。
木蜡油主要以梓油、亚麻油、苏子油、松油、棕榈蜡、植物树脂及天然色素融合而成，调色所用的颜料为环保型有机颜料。因此它不含三苯、甲醛以及重金属等有毒成份，没有刺鼻的气味，耐高温性能好，
作为上述技术方案的优选，所述明胶的分子量为150000-200000。
明胶没有固定的结构和相对分子量，由动物皮肤、骨、肌膜、肌魅等结缔组织中的胶原部分降解而成为白色或淡黄色、半透明、微带光泽的薄片或粉粒；是一种无色无味，无挥发性、透明坚硬的非晶体物质，其主要组成为氨基酸组成相同而分子量分布很宽的多肽分子混合物，分子量一般在几万至十几万。明胶既具有酸性，又具有碱性，是一种两性物质，其与茶皂素复合，具有良好的缓蚀性能，对金属表面有良好的保护作用。
作为上述技术方案的优选，所述交联剂为有机硅交联剂。
采用有机硅交联剂使得高分子缓蚀剂、成膜物质在金属表面形成致密的互穿三维网络结构，其稳定性好，耐高温性能优异，使得金属表面与腐蚀性介质相隔开，达到保护金属表面的目的。
一种耐高温防锈金属表面保护剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将醇酸树脂、木蜡油和桐油混合搅拌均匀，在150-180℃下搅拌30-50min，继续加入明胶、油酸基咪唑啉类缓蚀剂、硫脲和茶皂素，继续搅拌1-2h，得到混合物料；
(2)将步骤(1)得到的混合物料降温至50-70℃，加入聚天冬氨酸、硬脂酸锌、水杨酸和交联剂，超声30-60min，冷却至室温，得到耐高温防锈金属表面保护剂。
作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，所述搅拌的温度为160℃。
作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，所述超声的功率为500W，所述超声的时间为40min。
本发明具有以下有益效果：
本发明采用明胶、聚天冬氨酸与茶皂素复合作为主缓蚀剂，使得金属在10％HCl的溶液中的缓蚀率达98％以上，且木蜡油、桐油作为环保的植物油，充当金属保护剂的溶剂，无挥发性，有利于环境保护；
硫脲、油酸基咪唑啉类缓蚀剂作为辅助缓蚀剂，其通过交联剂与主缓蚀剂形成稳定的网络结构，并由醇酸树脂、植物性溶剂作为成膜物质，在金属表面形成稳定的、致密的钝化膜，从而达到保护金属表面的目的；
本发明提供的防锈金属表面保护剂，具有优异的金属表面保护功能，可以有效提高金属耐各种恶劣环境的能力，高温稳定性好，无毒，对人体和环境无害；且其制备方法简单，制备工艺条件温和，成本低。
具体实施方式：
为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解释本发明，不会对本发明构成任何的限定。
实施例1
一种耐高温防锈金属表面保护剂，以重量份计，包括以下组分：
醇酸树脂20份，木蜡油10份，
桐油10份，茶皂素5份，
明胶3份，聚天冬氨酸2份，
油酸基咪唑啉类缓蚀剂2.5份，
硬脂酸锌1份，硫脲2份，
水杨酸4份，交联剂0.5份。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将醇酸树脂、木蜡油和桐油混合搅拌均匀，在150℃下搅拌30min，继续加入明胶、油酸基咪唑啉类缓蚀剂、硫脲和茶皂素，继续搅拌1h，得到混合物料；
(2)将步骤(1)得到的混合物料降温至50℃，加入聚天冬氨酸、硬脂酸锌、水杨酸和交联剂，超声30min，冷却至室温，得到耐高温防锈金属表面保护剂。
实施例2
一种耐高温防锈金属表面保护剂，以重量份计，包括以下组分：
醇酸树脂30份，木蜡油20份，
桐油15份，茶皂素12份，
明胶8份，聚天冬氨酸5份，
油酸基咪唑啉类缓蚀剂5.5份，
硬脂酸锌5份，硫脲4份，
水杨酸10份，交联剂2份。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将醇酸树脂、木蜡油和桐油混合搅拌均匀，在180℃下搅拌50min，继续加入明胶、油酸基咪唑啉类缓蚀剂、硫脲和茶皂素，继续搅拌2h，得到混合物料；
(2)将步骤(1)得到的混合物料降温至70℃，加入聚天冬氨酸、硬脂酸锌、水杨酸和交联剂，超声60min，冷却至室温，得到耐高温防锈金属表面保护剂。
实施例3
一种耐高温防锈金属表面保护剂，以重量份计，包括以下组分：
醇酸树脂22份，木蜡油12份，
桐油11份，茶皂素7份，
明胶4份，聚天冬氨酸3份，
油酸基咪唑啉类缓蚀剂3份，
硬脂酸锌2份，硫脲2.5份，
水杨酸5份，交联剂0.8份。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将醇酸树脂、木蜡油和桐油混合搅拌均匀，在160℃下搅拌35min，继续加入明胶、油酸基咪唑啉类缓蚀剂、硫脲和茶皂素，继续搅拌1.2h，得到混合物料；
(2)将步骤(1)得到的混合物料降温至55℃，加入聚天冬氨酸、硬脂酸锌、水杨酸和交联剂，超声40min，冷却至室温，得到耐高温防锈金属表面保护剂。
实施例4
一种耐高温防锈金属表面保护剂，以重量份计，包括以下组分：
醇酸树脂24份，木蜡油14份，
桐油12份，茶皂素9份，
明胶5份，聚天冬氨酸3.5份，
油酸基咪唑啉类缓蚀剂3.5份，
硬脂酸锌3份，硫脲3份，
水杨酸6份，交联剂1份。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将醇酸树脂、木蜡油和桐油混合搅拌均匀，在165℃下搅拌40min，继续加入明胶、油酸基咪唑啉类缓蚀剂、硫脲和茶皂素，继续搅拌1.4h，得到混合物料；
(2)将步骤(1)得到的混合物料降温至60℃，加入聚天冬氨酸、硬脂酸锌、水杨酸和交联剂，超声45min，冷却至室温，得到耐高温防锈金属表面保护剂。
实施例5
一种耐高温防锈金属表面保护剂，以重量份计，包括以下组分：
醇酸树脂26份，木蜡油16份，
桐油13份，茶皂素10份，
明胶6份，聚天冬氨酸4份，
油酸基咪唑啉类缓蚀剂4份，
硬脂酸锌4份，硫脲3.5份，
水杨酸7份，交联剂1.5份。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将醇酸树脂、木蜡油和桐油混合搅拌均匀，在170℃下搅拌45min，继续加入明胶、油酸基咪唑啉类缓蚀剂、硫脲和茶皂素，继续搅拌1.6h，得到混合物料；
(2)将步骤(1)得到的混合物料降温至65℃，加入聚天冬氨酸、硬脂酸锌、水杨酸和交联剂，超声50min，冷却至室温，得到耐高温防锈金属表面保护剂。
实施例6
一种耐高温防锈金属表面保护剂，以重量份计，包括以下组分：
醇酸树脂28份，木蜡油18份，
桐油14份，茶皂素11份，
明胶7份，聚天冬氨酸4.5份，
油酸基咪唑啉类缓蚀剂4.5份，
硬脂酸锌4.5份，硫脲4份，
水杨酸9份，交联剂1.8份。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将醇酸树脂、木蜡油和桐油混合搅拌均匀，在175℃下搅拌48min，继续加入明胶、油酸基咪唑啉类缓蚀剂、硫脲和茶皂素，继续搅拌1.8h，得到混合物料；
(2)将步骤(1)得到的混合物料降温至65℃，加入聚天冬氨酸、硬脂酸锌、水杨酸和交联剂，超声55min，冷却至室温，得到耐高温防锈金属表面保护剂。
对比例1
一种耐高温防锈金属表面保护剂，以重量份计，包括以下组分：
醇酸树脂20份，木蜡油10份，
桐油10份，茶皂素5份，
油酸基咪唑啉类缓蚀剂2.5份，
硬脂酸锌1份，硫脲2份，
水杨酸4份，交联剂0.5份。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将醇酸树脂、木蜡油和桐油混合搅拌均匀，在150℃下搅拌30min，继续加入油酸基咪唑啉类缓蚀剂、硫脲和茶皂素，继续搅拌1h，得到混合物料；
(2)将步骤(1)得到的混合物料降温至50℃，加入硬脂酸锌、水杨酸和交联剂，超声30min，冷却至室温，得到耐高温防锈金属表面保护剂。
对比例2
一种耐高温防锈金属表面保护剂，以重量份计，包括以下组分：
醇酸树脂20份，木蜡油10份，
桐油10份，明胶3份，
聚天冬氨酸2份，
油酸基咪唑啉类缓蚀剂2.5份，
硬脂酸锌1份，硫脲2份，
水杨酸4份，交联剂0.5份。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将醇酸树脂、木蜡油和桐油混合搅拌均匀，在150℃下搅拌30min，继续加入明胶、油酸基咪唑啉类缓蚀剂、硫脲，继续搅拌1h，得到混合物料；
(2)将步骤(1)得到的混合物料降温至50℃，加入聚天冬氨酸、硬脂酸锌、水杨酸和交联剂，超声30min，冷却至室温，得到耐高温防锈金属表面保护剂。
下面通过应用实施例对本发明提供的耐高温防锈金属表面保护剂进行性能测试。
将本发明提供的耐高温防锈金属表面保护剂处理45号钢片，处理后对其进行性能测试。
(1)耐腐蚀性
采用3％NaCl(质量分数盐雾蒸汽腐蚀试验可以代替中性盐雾试验，快捷方便地考察铜镀层耐蚀性，称取15g的分析纯NaCl溶于500mL去离子水中，置于210mm的干燥器中，于40℃观察，周期为2h，记录腐蚀时间，测试结果如表1所示。
(2)孔隙率
根据QB/T3823-1999《金属覆盖层孔隙率检验方法》，将浸有测试溶液的润湿滤纸贴于经预处理的被测试试验表面，滤纸上的相应试液渗入镀层孔隙中与中间镀层或基体金属作用，生成具有特征颜色的斑点在滤纸上显示，然后以滤纸上有色斑点的多少来评价镀层孔隙率，结果如表1所示。
.表1
| 耐腐蚀性/h | 孔隙率 | |
| 实施例1 | 22 | 10min无孔隙 |
| 实施例2 | 25 | 10min无孔隙 |
| 实施例3 | 22 | 10min无孔隙 |
| 实施例4 | 20 | 10min无孔隙 |
| 实施例5 | 24 | 10min无孔隙 |
| 实施例6 | 23 | 10min无孔隙 |
| 对比例1 | 8 | 3min无孔隙 |
| 对比例2 | 10 | 3min无孔隙 |
从表1可以看出，明胶、聚天冬氨酸与茶皂素复合组成缓蚀剂的金属保护剂，与只添加茶皂素或只添加明胶、聚天冬氨酸的金属保护剂相比，耐腐蚀更好。
(3)耐热性
根据GB/T1735-1997进行测试，实施例1-6中制备的金属表面保护剂处理的钢片可以通过120℃5h，而对比例中的金属表面保护剂处理的钢片只能通过120℃1h。由此可以看出，明胶、聚天冬氨酸与茶皂素复合制备的金属表面保护剂具有更好的耐高温性能。
Claims (9)
1.一种耐高温防锈金属表面保护剂，其特征在于，以重量份计，包括以下组分：
醇酸树脂20-30份，木蜡油10-20份，
桐油10-15份，茶皂素5-12份，
明胶3-8份，聚天冬氨酸2-5份，
油酸基咪唑啉类缓蚀剂2.5-5.5份，
硬脂酸锌1-5份，硫脲2-4份，
水杨酸4-10份，交联剂0.5-2份。
2.如权利要求1所述的一种耐高温防锈金属表面保护剂，其特征在于，以重量份计，包括以下组分：
醇酸树脂30份，木蜡油15份，
桐油12份，茶皂素11份，
明胶6份，聚天冬氨酸3.5份，
油酸基咪唑啉类缓蚀剂3份，
硬脂酸锌4.5份，硫脲3.3份，
水杨酸5份，交联剂1份。
3.如权利要求1所述的一种耐高温防锈金属表面保护剂，其特征在于，所述醇酸树脂为干性醇酸树脂，其脂肪酸含量为30-40％。
4.如权利要求1所述的一种耐高温防锈金属表面保护剂，其特征在于，所述桐油的比重为0.9360-0.9375，其酸价＜7，水分和挥发物＜0.15％，杂质＜0.10％。
5.如权利要求1所述的一种耐高温防锈金属表面保护剂，其特征在于，所述明胶的分子量为150000-200000。
6.如权利要求1所述的一种耐高温防锈金属表面保护剂，其特征在于，所述交联剂为有机硅交联剂。
7.如权利要求1至6任一所述的一种耐高温防锈金属表面保护剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将醇酸树脂、木蜡油和桐油混合搅拌均匀，在150-180℃下搅拌30-50min，继续加入明胶、油酸基咪唑啉类缓蚀剂、硫脲和茶皂素，继续搅拌1-2h，得到混合物料；
(2)将步骤(1)得到的混合物料降温至50-70℃，加入聚天冬氨酸、硬脂酸锌、水杨酸和交联剂，超声30-60min，冷却至室温，得到耐高温防锈金属表面保护剂。
8.如权利要求7所述的一种耐高温防锈金属表面保护剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述搅拌的温度为160℃。
9.如权利要求7所述的一种耐高温防锈金属表面保护剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述超声的功率为500W，所述超声的时间为40min。
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