CN106756970A - 一种用于钢铁保护的水性防锈剂、制备方法及其应用 - Google Patents
一种用于钢铁保护的水性防锈剂、制备方法及其应用 Download PDFInfo
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Abstract
本本发明涉及一种用于钢铁保护的水性防锈剂、制备方法及其应用，该水性保护溶液的有效成份由0.1～10％的表面活性剂、0.1～5％的金属络合剂、0.05％～3％的含氮五元杂环化合物、0.02～2％的含磷化合物及PH调节剂所组成的水性混合物，钢铁表面在水性溶液中很快形成纳米保护层，而金属表面形成纳米保护层后，使基体具有优异的防腐蚀性能，该防锈剂可循环使用，不存在会造成环境污染的酸雾，使用时不会灼伤皮肤，对人体无刺激、无损害，安全可靠，易于操作。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁防锈技术领域，更具体地说，设计一种用于钢铁保护的水性防锈剂、制备方法及其应用。
背景技术
金属机械在运行和贮存中不可避免地会与空气中的氧、湿气甚至腐蚀性介质接触，从而使金属表面发生腐蚀。部分金属表面还会发生电化学腐蚀，而使生锈的速度更快。据有关资料统计，世界上每年因腐蚀而报废的金属材料和设备约相当于生产量的20％，一些发达国家由于金属腐蚀而造成的经济损失大约占国民经济总产值的2～4％，有数据统计我国因腐蚀造成的损失达1500亿元。由于钢铁的腐蚀，除了直接材料损耗以外，还会直接影响结构强度。在受力情况下钢结构被腐蚀后，若腐蚀1％，其强度下降10～15％；若双面腐蚀各达5％，其结构将报废，因此开发效果良好的防锈剂十分重要。
水性防锈处理是以亚硝酸盐为主剂复配而成的，虽然其防锈效果好、价格低廉，但该类防锈剂有很大的毒性，对人体、环境都有很大的危害，而目前市场上的防锈剂防腐性及稳定性不佳，不能满足工业产业的需要，还有一些防锈剂存在使用寿命短，施工不方便。
经过检索，现有技术中存在相关的技术方案，如中国专利申请号：201010592424.3，申请日：2010年12月14日，名称为：一种环保水性防锈剂，该申请案公开了一种环保水性防锈剂，主要组分包括：硼酸、乙醇胺、中和剂、缓蚀剂、添加剂、水等。使用时将该防锈剂按照1∶5～1∶20的比例兑水混合配成防锈液，将钢铁件在50～70℃防锈液中浸泡3～5min取出即可。经浸泡的工件表面形成连续、致密的薄膜，可有效隔绝氧和水汽与工件表面的接触，保持工件的基色不变，达到防锈的目的。
该申请案中的防锈剂需要对钢铁材料进行加热处理，使用温度要求较高，对于一些大型设备无法施工，使用存在较大的局限性。
又如中国专利申请号：201610133796.7，申请日：2016年3月9日，该申请案公开了一种除锈防锈剂，包括如下质量份的各组分：磷酸1份～60份；磷酸盐1份～10份；络合剂0.5份～5份；缓蚀剂0.5份～5份；表面活性剂0.5份～5份；去离子水5份～80份。该除锈防锈剂的磷酸提供的氢离子能与钢铁表面的锈渍反应，用于使固态锈渍溶解。磷酸盐的加入能提高除锈防锈剂中HPO42-和H 2PO4-的浓度，用于使磷酸的电离平衡向左移动，从而降低溶液中游离酸的含量，让除锈过程变得更缓和持久，避免出现钢铁表面上锈蚀程度高的锈渍区域锈没除干净。该方案中的存在较多的强酸成分，会对金属表面形成腐蚀。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有技术中防锈剂防锈效果差、不环保的问题，提供了一种用于钢铁保护的水性防锈剂，并给出了制备方法和应用方法，该防锈剂能够形成致密的保护膜，对人体和环境危害小，并且能够采用喷淋方法进行防锈，易于使用操作。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种用于钢铁合金保护的水性防锈剂，由以下重量组份的成分制备而成：
作为更近一步的优选，可以控制重量组份为：
作为本发明更近一步的改进，所述表面活性剂为非离子表面活性剂，至少包括下列物质中的一种：聚丙二醇的环氧乙烷加成物(RO(C3H6)m(C2H4O)nH，m、n为对应个数)、醇胺类物质、含有聚乙氧基团或聚乙二醇基团的物质。
作为本发明更近一步的改进，所述金属络合剂至少包括以下物质的一种：EDTA(乙二胺四乙酸)及其金属盐类、聚乙二醇、柠檬酸及其金属盐类、葡萄糖酸的金属盐、酒石酸的金属盐类、乙二胺及乙二胺的衍生物。优选的，可以为EDTA(乙二胺四乙酸)、聚乙二醇、柠檬酸钠、葡萄糖酸钠或乙二胺；乙二胺的衍生物包括羟乙基乙二胺、三羟丙基羟乙基乙二胺、四羟丙基乙二胺、羟乙基乙二胺和三乙醇胺。
作为本发明更近一步的改进，所述含氮五元杂环类物质至少包括以下物质的一种：
二氮唑，其结构为：
该结构的二氮唑包括：2-甲基咪唑、4-甲基咪唑N-乙基咪唑、N-丙基咪唑、丁基咪唑、苯并咪唑、甲基苯并咪唑；
三氮唑，其结构为：
该结构的三氮唑包括：苯并三氮唑、甲苯并三氮唑、5-巯基-3-氨基-1,2,4-三氮唑；
1-(2-羟基)乙基-1H-5-巯基-四氮唑或烷基四氮唑，其中烷基四氮唑结构为：
其中R1为-NH2、-CH3、-C6H5。
作为本发明更近一步的改进，所述含磷化合物为无机磷酸化合物和/或有机膦酸化合物中的至少一种物质，其中，无机磷酸化合物包括正磷酸、焦磷酸和偏磷酸的钾、钠、铵盐类，及正磷酸、焦磷酸和偏磷酸的酸式盐；
所述有机膦酸化合物具有的结构为：包括氨基三甲叉膦酸(ATMP)、乙二胺四甲叉膦酸(EDTMP)、羟基乙叉二膦酸(HEDP)、二乙烯三胺五甲叉膦酸(DTPMP)、烷基膦酸、植酸、2.2-二羟基膦基乙酸、多氨基多醚基甲叉膦酸及其金属盐。
作为本发明更近一步的改进，所述PH调节剂包括至少一种酸性调节剂和至少一种碱性调节剂，调整水性溶液的PH为5～7或7～9。
作为本发明更近一步的改进，所述酸性调节剂包括硫酸、磷酸等无机酸；以及甲酸、乙酸、酒石酸、草酸、苹果酸、苯甲酸、水杨酸、有机膦酸等有机酸；
所述碱性调节剂包括无机碱和有机碱，无机碱包括氢氧化钠、氢氧化钾、氨水，有机碱包括乙二胺、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺及乙二胺的衍生物，乙二胺的衍生物包括羟乙基乙二胺、三羟丙基羟乙基乙二胺、四羟丙基乙二胺、羟乙基乙二胺。
本发明的一种制备水性防锈剂的方法，在水中按比例加入表面活性剂、金属络合剂、含氮五元杂环化合物、含磷化合物，搅拌均匀，然后加入一定量的酸性调节剂和碱性调节剂，调整溶液的PH为5～7或7～9，制的混合溶液。
本发明的一种水性防锈剂的应用，其应用方法为：
1)在温度20～50℃环境下使用，将钢铁材料在水性防锈剂中浸润5～300s；
2)用30～60℃流动水清洗钢铁材料，并吹风干燥或自然风干。
本发明的一种水性防锈剂的应用，在温度20～50℃环境下使用，在钢铁材料上喷淋水性防锈剂，并自然风干。进一步地，可在20～35℃的温度条件下使用。
本发明中的水性除锈剂，加入了表面活性剂，用于浸润渗透钢铁表面，使钢铁与溶液中防锈功能组份充分作用，同时还能更好分散含氮五元杂环有机化合物于溶液中，以保证防锈效果；PH调节剂则起辅助作用，调整溶液的酸碱度，使各物质能发挥功能物质的防锈作用，同时也使溶液环保、安全性得到保障。
本发明主要防锈功能物质为金属络合物、含磷化合物和含氮五元杂环化合物，这三个物质与钢铁表面作用，金属络合物与钢铁表面作用形成Fe2+-络合物，含磷化合物与金属表面作用形成Fe2+-磷化物，Fe2+-络合物与Fe2+-磷化物在金属表面形成阻隔膜，覆盖于铁基体表面，阻止腐蚀介质与铁基接触，起到防锈的作用。
值得说明的是，所形成的两种铁化合物都为基体表面铁的正性离子与磷化物或络合剂负性离子化合，而负离子与负离子的排斥作用会使得两个化合物之间存在一定间隙，一旦覆盖不完整，就会降低防锈效果。这时含氮五元杂环化合物就发挥其填充作用，以N+正性电荷插入间隙中，吸附在阻隔层空隙的铁表面，这样三个物质的不同反应，使表面的保护膜非常致密，达到良好的抵抗腐蚀介质的作用。另外，由于整个反应体系通过PH调节剂调整至中性环境，非酸非碱性，故反应温和，反应所制备的保护膜也非常薄，膜厚为50～500纳米之间，不影响钢铁零件的表观，也便于零件后处理。由于该防锈剂不具有腐蚀性，对其他设备影响小，因此，可以采用喷淋方法进行防锈操作，使用方便。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明涉及一种用于钢铁保护的水性防锈剂，并给出了其制备方法，该水性防锈溶液的有效成份由表面活性剂、金属络合剂、含氮五元杂环化合物、含磷化合物及PH调节剂所组成的水性混合物，钢铁表面在水性溶液中很快形成纳米保护层，而金属表面形成纳米保护层后，使基体具有优异的防腐蚀性能，该防锈剂可循环使用，而且对环境污染小，使用时不会灼伤皮肤，对人体无刺激、无损害，安全可靠，易于操作。本发明还公开一种该水性防锈剂的方法，包括浸泡法和喷淋法，通过喷淋方法，能够在常温下对大型设备进行防锈处理，易于操作。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合实施例对本发明作详细描述。
实施例1
向600mL离子水中加入以下物质：乙醇胺表面活性剂2g，三羟丙基羟乙基乙二胺5g，2-甲基咪唑1.0g，磷酸二氢钠0.5g，混合后搅拌，然后再加入水至1L，并加入适量的磷酸和氨水调节PH值至8.0±0.5。
实施例2
向600mL离子水中加入以下物质：乙醇胺与二乙醇胺混合物10g，柠檬酸与聚乙二醇混合物8g，甲苯并三氮唑5.0g，磷酸二氢钠0.5g，混合后搅拌，然后再加入水至1L，并加入适量的稀硫酸和二乙胺调节PH值至6.5±0.5。
实施例3
向1L去离子水中加入以下物质：乙醇胺与三乙醇胺混合物80g，柠檬酸与聚乙二醇混合物50g，1-(2-羟基)乙基-1H-5-巯基-四氮唑20.0g，乙二胺四甲叉膦酸(EDTMP)10.0g，混合后搅拌，并加入苯甲酸和乙醇胺调节PH值至7.5±0.5。
实施例4
向1L去离子水中加入以下物质：三乙醇胺与二乙醇胺混合物60g，柠檬酸与聚乙二醇混合物55g，N-丙基咪唑与甲苯并三氮唑混合物20.0g，乙二胺四甲叉膦酸(EDTMP)10.0g，混合后搅拌，并加入苯甲酸和乙二胺调节PH值至6.5±0.5。
实施例5
1、取45#钢管片(φ50×100mm)四根，二根作空白样，另外两根进行防锈处理，其前处理如下：
1.1、把实验钢管片用水性除油剂或无水乙醇在超声波中除油2分钟，用流动冷水清洗；
1.2、用1000#砂纸仔细打磨试片
1.3、用H2SO4组成的除锈剂在室温除锈1～5分钟，用流动冷水清洗，再用无水乙醇清洗，吹干，试片准备就绪。
2、水性防锈剂溶液的配制：
2.1、依次在960mL去离子水中加入以下物质：
Tomadol 91-8表面活性剂5g，三乙醇胺1g，苯并三氮唑1.5g，植酸0.5g，加适量的磷酸和氨水调节PH值至8.0±0.5
2.2、搅拌至溶液分散均匀，水性防锈剂溶液配制完成
3、把两根经前处理的钢管片在上述水性溶液中浸入15秒，取出，用40～50℃温水清洗，热风吹干，静置一段时间后测试。
4、将两根空白试样与浸涂防锈剂的钢管用5％NaCl溶液浸泡24小时，空白试样腐蚀面积超过60％，而浸涂防锈剂的试样腐蚀面积少于1％。
实施例6
1、按实施例5准备钢管试样和防锈液。
2、将防锈液用喷淋方法喷涂钢管表面至全面浸润，自然干燥，静置一段时间后测试。
3、将两根空白试样与浸涂防锈剂的钢管用5％NaCl溶液浸泡24小时，空白试样腐蚀面积超过95％，而浸涂防锈剂的试样腐蚀面积少于5％。
实施例7
1、按实施例5准备钢管试样和防锈液。
2、将防锈液用喷淋方法喷涂钢管表面至全面浸润，自然干燥，静置一段时间后送捡测试。
3、将空白试样与浸涂防锈剂的钢管按ISO9227规定方法进行盐雾试验，48小时后，空白试样腐蚀面积超过95％，而浸涂防锈剂的试样腐蚀面积少于2％。
实施例8
1、取45#钢管片(φ50×100mm)四根，二根作空白样，另外二根进行防锈处理，其前处理与实施例5相同。
2、水性防锈剂溶液的配制：
2.1、依次在去离子水中加入以下物质:
AEO-9表面活性剂2g，Triton CF10表面活性剂1g，葡萄糖酸钠1g，1-(2-羟基)乙基-1H-5-巯基-四氮唑0.8g，辛基膦酸0.8g，加适量的磷酸和氨水调节PH值至7.5±0.5，溶液总量为1000g。
2.2、搅拌至溶液分散均匀，水性防锈剂溶液配制完成
3、把两根经前处理的钢管在上述水性溶液中处理1分钟，取出，用30～40℃温水清洗，热吹风吹干，静置一段时间后测试。
4、将两根空白试样与浸涂防锈剂的钢管按ISO9227规定方法进行盐雾试验，48小时后，空白试样腐蚀面积超过95％，而浸涂防锈剂的试样腐蚀面积少于5％。
实施例9
1、按实施例8准备钢管试样和防锈液。
2、将防锈液用喷淋方法喷涂钢管表面至全面浸润，自然干燥，静置一段时间后送捡测试。
3、将空白试样与浸涂防锈剂的钢管按ISO9227规定方法进行盐雾试验，48小时后，空白试样腐蚀面积超过95％，而浸涂防锈剂的试样腐蚀面积少于2％。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于钢铁合金保护的水性防锈剂，其特征在于：该防锈剂由以下重量组份的成分制备而成：
2.根据权利要求1所述的一种用于钢铁合金保护的水性防锈剂，其特征在于：所述表面活性剂为非离子表面活性剂，至少包括下列物质中的一种：聚丙二醇的环氧乙烷加成物、醇胺类物质、含有聚乙氧基团或聚乙二醇基团的物质。
3.根据权利要求1所述的一种用于钢铁合金保护的水性防锈剂，其特征在于：所述金属络合剂至少包括以下物质的一种：EDTA及其金属盐类、聚乙二醇、柠檬酸及其金属盐类、葡萄糖酸的金属盐、酒石酸的金属盐类、乙二胺及乙二胺的衍生物。
4.根据权利要求1所述的一种用于钢铁合金保护的水性防锈剂，其特征在于：所述含氮五元杂环类物质至少包括以下物质的一种：
二氮唑，其结构为：三氮唑，其结构为：
1-(2-羟基)乙基-1H-5-巯基-四氮唑或烷基四氮唑，其中烷基四氮唑结构为：
其中R1为-NH2、-CH3或-C6H5。
5.根据权利要求1所述的一种用于钢铁合金保护的水性防锈剂，其特征在于：所述含磷化合物为无机磷酸化合物和/或有机膦酸化合物中的至少一种物质，其中，无机磷酸化合物包括正磷酸、焦磷酸和偏磷酸的钾、钠、铵盐类，及酸式盐；
所述有机膦酸化合物具有的结构为：
6.根据权利要求1所述的一种用于钢铁合金保护的水性防锈剂，其特征在于：所述PH调节剂包括至少一种酸性调节剂和至少一种碱性调节剂，调整水性溶液的PH为5～7或7～9。
7.根据权利要求6所述的一种用于钢铁合金保护的水性防锈剂，其特征在于：所述酸性调节剂包括硫酸、磷酸、甲酸、乙酸、酒石酸、草酸、苹果酸、苯甲酸、水杨酸，以及有机膦酸；
所述碱性调节剂包括无机碱和有机碱，无机碱包括氢氧化钠、氢氧化钾、氨水，有机碱包括乙二胺、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺及乙二胺的衍生物。
8.一种制备权利要求1～7中水性防锈剂的方法，其特征在于：在水中按比例加入表面活性剂、金属络合剂、含氮五元杂环化合物、含磷化合物，搅拌均匀，然后加入一定量的酸性调节剂和碱性调节剂，调整溶液的PH为5～7或7～9，制得混合溶液。
9.一种权利要求1～8中水性防锈剂的应用，其特征在于：
1)在温度20～50℃环境下使用，将钢铁材料在水性防锈剂中浸润5～300s；
2)用30～60℃流动水清洗钢铁材料，并吹风干燥或自然风干。
10.一种权利要求1～8中水性防锈剂的应用，其特征在于：在温度20～50℃环境下使用，在钢铁材料上喷淋水性防锈剂，并自然风干。
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