CN118407053A - 一种新型环保钢材氧化皮清洗剂及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于钢基材清洗领域，涉及一种新型环保钢材氧化皮清洗剂及其应用。清洗剂包括硫酸10‑30％，表面活性剂1‑15％，渗透剂2‑7％，活化剂2‑4％，螯合剂0.5％‑0.8％，缓蚀剂0.1‑0.3％，余量为纯水。本发明通过各组分的协同活化作用，不需要额外加热、鼓泡等条件，短时间内即可达到理想的氧化皮去除效果。清洗剂成本低，环保性好，配置过程简单，清洗效率高且不损伤基材，尤其适用于氧化皮较厚的热轧钢基体的快速清洗。

Description

一种新型环保钢材氧化皮清洗剂及其应用

技术领域

本发明涉及属于钢基材清洗领域，具体为一种新型环保钢材氧化皮清洗剂及其应用。

背景技术

钢铁的损耗主要是腐蚀损失，不锈钢通过化学成分的调整使其具备了耐蚀性，而热轧钢是经过高温加热轧制而成的钢材，它的强度不是很高，但足以满足使用，它的塑性、可焊性较好，因此比较常用。与不锈钢不同，热轧钢由于没有从成分上进行特殊处理，因此其耐蚀性较差。除了锈蚀外，由于钢材表面产生了氧化反应，导致氧化物在钢表面形成一层薄膜，这层薄膜就是氧化皮。氧化皮主要由氧化亚铁、四氧化三铁、三氧化二铁等组成，氧化亚铁结构疏松，而四氧化三铁、三氧化二铁结构致密，使得氧化皮的去除具有一定难度。

在为钢铁做防锈或防蚀处理时，首先要去除污物、氧化皮、锈蚀等后再进行保护。化学法除锈是利用化学反应从工件表面溶解掉一般锈迹、氧化皮及各种腐蚀产物而不影响基体金属的方法。常用无机酸和有机酸作为除锈材料，因而通常又称为酸洗。但是，目前的酸洗剂要么不符合环保要求、要么清洗效率低，且大部分钢结构厂家不具备盐酸回收塔条件，所以目前除氧化皮很大程度上依靠机械抛丸方式进行，或者采取抛丸加酸洗的双重除锈方法，但是抛丸对于具有复杂形状的钢结构件存在清理死角，并且抛丸过程会产生很多钢灰，需要额外吹扫，在耗能的同时钢灰的残留对后续热镀锌带来极为不利的影响，不但增加锌成本还降低了镀件的质量。

对于化学除锈剂来说，有诸多现有技术报道，例如：曹志远等人研制出一种新型不锈钢常温化学除锈剂，用16％盐酸，16％硝酸，4.9％磷酸，2.9％柠檬酸，2.3％焦磷酸钠，0.01％JFC渗透剂，0.3％乌洛托品缓蚀剂，使用时将工件放入盛有除锈液的清洗槽浸渍15min，若锈蚀严重需要先进行机械除锈，若表面油污过多需要先去油。且长时间使用会有热量放出伴随酸雾的产生，故需要定期更换酸洗液(参见：曹志远，程从前，赵杰，等.一种新型不锈钢常温化学除锈剂的研制[J].清洗世界，2014，30(4)：42-45.DOI：10.3969/j.issn.1671-8909.2014.04.011.)。高军林等人研制出一款常温高效金属除锈剂，配方如下：31ml盐酸，22ml酒石酸，1g表面活性剂HS-99，1g十二烷基磺酸钠，2g添加剂EDTA，该款金属除锈液在同等条件下与传统酸洗液相比除锈速度快了4倍，所加入的HS-99在溶液中可与盐酸中的氢离子、氯离子结合，产生一种稳定物质，抑制了盐酸的挥发(参见：高军林，唐卫平，闵更田，等.常温高效金属除锈剂的研究[J].材料保护，2008，41(9)：49-51.)。陈雨珩所研究的一种用于钢铁材料的近中性除锈剂，其配方包含以下成分：100g/L柠檬酸，100g/L羟基乙叉二膦酸，25g/L异丙醇，2.5g/L乙酸锌，7.2g/L钼酸钠，4.5g/L螯合剂，5.0g/L表面活性剂，余下成分为去离子水。并用氢氧化钠调节pH至6。该款除锈剂在25℃条件下30min左右可以清理掉Q235碳钢试样上中等程度的锈蚀，但温度过高会使除锈速率变慢(参见：陈雨珩.一种用于钢铁材料的近中性除锈剂开发与性能研究[D].北京：北京化工大学，2021.)。李海涛等人研究的常温快速除锈剂，以20％的硫酸为基液，添加其合成的加速缓蚀、抑雾剂，在常温下除锈，使除锈工期从24h降至1-2h。(参见：李海涛，赵一丹，康侃，等.常温快速除锈添加剂的研究[J].机械工程师，2013(9)：167-168.DOI：10.3969/j.issn.1002-2333.2013.09.084.)

此外，CN110257837A公开了一种新型不锈钢除锈剂，包括由硫酸25-30％，硝酸1-5％，氢氟酸20-25％，氨基磺酸8-12％，十二烷基苯硫酸钠1-4％，壬基酚聚氧乙烯醚1-4％，乌洛托品2-5％，脂肪醇聚氧乙烯醚1-4％，余量为去离子水。CN115011968A公开了一种金属高效除锈剂及其制备方法，所述的除锈剂包含混合酸(羟基乙酸、盐酸和磷酸质量比1∶1)30-60％，促进剂(为烷基糖苷APG0814和脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-9质量比1∶4)4-10％，渗透剂1-3％，乳化剂0.5-2％，通过各组分的协同作用，该除锈剂具有一定的除锈效果，但需要浸泡1h左右才有效果。CN114672811A公开了一种新型除锈剂制备方法，所述的除锈剂包括缓蚀剂和酸溶液两部分，其中缓蚀剂为生物质基碳点，其来源于荔枝树叶，酸溶液为12％盐酸溶液。由于所制备的生物质碳点来源于树叶，具有生物降解性高的有点，同时树叶中丰富的氧、氮等元素赋予了碳点多种类型的含氧、含氮基团，从而所制备碳点具有优异的水溶性和缓蚀性能。但是该生物质基碳点制备工艺复杂，制备过程中的条件控制要求相对较高，不利于大规模生产。CN109234745A公开了一种专用于钢材零部件的除锈剂及除锈方法，所述除锈剂是由一下重量份数的原料组成：硫酸150份，磷酸40份，氯化钠20份，乌洛托品15份，去离子水20份，使用过程中将零部件在除锈剂中进行浸泡，浸泡时间2h，浸泡温度为35℃。CN109183050A公开了一种高效除锈剂，所述除锈剂组成为：质量分数15-28％稀硫酸10-20份，苯甲酸钠5-10份，三乙醇胺1-5份，石油磺酸盐5-10份，金属离子螯合剂5-30份，草酸六亚甲基四胺1-10份，改性聚丙烯酸3-6份，脂肪族低级硫醇5-10份，改性二氧化硅0.1-2份，亚硫酸钠1-5份，该除锈剂通过加入弱酸强碱盐，使部分的硫酸转化为弱酸抑制了钢铁的吸氢反应，从而抑制了氢脆现象的发生，同时加入了还原剂亚硫酸钠和低级硫醇减少钢铁的吸氧腐蚀，从而抑制钢铁因为去锈而发生的过度消耗。

然而，无机酸中的盐酸及氢氟酸的挥发性强，特别是在加热时容易腐蚀设备，污染环境。硝酸在使用过程中容易与金属反应放出有害气体(氧化氮类)，同样磷酸使用后的废液中包含大量有害因子，其中的含磷废液流入水体或土壤都会产生很严重的危害。

相比之下硫酸挥发性低，但在室温下对金属氧化物的溶解能力较弱，提高浓度，并不能显著提高硫酸的溶解能力，而提高温度可以大大地提高硫酸的除锈能力。热硫酸溶液对钢铁基体腐蚀能力较强，对氧化皮有较大的剥落作用，但温度过高时，容易过腐蚀钢铁基体，引起氢脆的倾向增加。为避免这些危害，目前硫酸除锈液一般需加热到50～60℃，同时应加适当的缓蚀剂。

另一方面，与普通铁锈不同，对于氧化皮的去除则更具有难度，现有的化学除锈剂用于去除钢材氧化皮，效果并不理想。

综上可以看出，目前在无加热设备情况下能够快速去除钢材氧化皮的环保型清洗剂还有待开发。为此，提出本发明。

发明内容

鉴于上述现有技术的状况，本发明的发明人在钢材氧化皮去除领域进行深入而广泛的研究发现，以硫酸为基础酸液，通过添加双氧水等合适的助剂形成的清洗剂，不需要额外加热和鼓泡等即可快速去除钢材氧化皮，尤其是热轧钢氧化皮。本发明正是基于上述发现完成的。

因此，本发明的一个目的是提供一种新型环保的钢材氧化皮清洗剂。以硫酸为基础酸液，通过添加双氧水等合适的助剂形成清洗剂配方。

本发明的第二个目的是提供上述新型环保的钢材氧化皮清洗剂的制备方法。

本发明的第三个目的是提供上述新型环保的钢材氧化皮清洗剂的应用，用于钢材的氧化皮清洗，尤其是热轧钢氧化皮的清洗。

本发明的第四个目的是提供一种钢材氧化皮的去除方法，采用上述清洗剂，只需要简单的浸泡，不需要额外的加热和鼓泡等措施，20-30min即可完成氧化皮去除，简单快速环保。

实现上述发明目的的技术方案可以概况如下：

一种新型环保的钢材氧化皮清洗剂，包括硫酸、表面活性剂、渗透剂、活化剂、螯合剂、缓蚀剂、以及纯水，各组分的质量百分比为：硫酸10-30％，表面活性剂1-15％，渗透剂2-7％，活化剂2-4％，螯合剂0.5％-0.8％，缓蚀剂0.1-0.3％，余量为纯水。

根据本发明，优选的，所述表面活性剂为辛基酚聚氧乙烯醚(OP-10)。

根据本发明，优选的，所述渗透剂为丙三醇或/和聚乙二醇(PEG-400)。

根据本发明，优选的，所述活化剂为过氧化氢。

根据本发明，优选的，所述螯合剂为羟基乙叉二膦酸(HEDP)。

根据本发明，优选的，所述缓蚀剂为酸洗缓蚀剂，如常见的若丁、LAN-826等。

根据本发明，优选的，各组分的质量百分比为：硫酸15-25％，表面活性剂8-13％，渗透剂4-6％，活化剂2.5-3.8％，螯合剂0.5％-0.7％，缓蚀剂0.15-0.25％，余量为纯水。

根据本发明，优选的，各组分的质量百分比为：硫酸15-25％，表面活性剂8-13％，渗透剂4-6％，活化剂2.5-3.8％，螯合剂0.5％-0.7％，缓蚀剂0.15-0.25％，余量为纯水。

根据本发明，优选的，所述的新型环保的钢材氧化皮清洗剂，由硫酸、过氧化氢、OP-10、LAN-826酸洗缓蚀剂、HEDP、丙三醇、PEG-400以及纯水组成，各组分的质量百分比为：硫酸20％，OP-10 10％、丙三醇5％、过氧化氢3.6％、HEDP 0.6％，PEG-400 0.2％，LAN-826酸洗缓蚀剂0.2％，余量为纯水。

根据本发明，上述新型环保的钢材氧化皮清洗剂的制备方法，包括以下步骤：

取适量纯水，将缓蚀剂加入其中稀释，同时进行搅拌，搅拌速度为80-100r/min，搅拌时间为3-5min，搅拌后的缓蚀剂溶液备用；

将表面活性剂、螯合剂、渗透剂依次加入到剩余量的纯水中，同时进行搅拌，搅拌速度100-200r/min，搅拌后得到混合液L1；

将混合液L1缓慢加入到缓蚀剂溶液中，边混合边搅拌，搅拌速度为100-200r/min，得到新的混合液L2；

将硫酸溶液加入到混合液L2中，继续搅拌得到混合液L3；

将双氧水加入到混合液L3中，继续搅拌得到钢材氧化皮清洗剂。

根据本发明，上述新型环保的钢材氧化皮清洗剂的应用，用于钢材氧化皮的清洗，优选热轧钢氧化皮的清洗。

根据本发明，一种钢材氧化皮的去除方法，包括使用上述清洗剂，包括步骤如下：

将含有氧化皮的钢材放入清洗剂中静置浸泡，浸泡时间为20-30min，浸泡结束后将钢材取出用纯水冲洗表面，即完成氧化皮的去除。

本发明的有益效果是：

本发明的钢材氧化皮清洗剂配置过程简单、成本低，使用中不产生酸雾，无需额外加热设备，清洗效率高且不损伤基材，尤其适用于氧化皮较厚的热轧钢基体的快速清洗，具有明显的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为本发明实施例1钢材氧化皮清洗剂的制备流程图。

图2为本发明实施例9中热轧角钢Q235B清洗前(a)和清洗后(b)的照片。

具体实施方式

本发明提供一种新型环保的钢材氧化皮清洗剂，以硫酸为基础酸液，通过添加合适的助剂，不需要额外加热和鼓泡等即可快速去除热轧钢氧化皮。

一种新型环保的钢材氧化皮清洗剂，包括硫酸、表面活性剂、渗透剂、活化剂、螯合剂、缓蚀剂、以及纯水，各组分的质量百分比为：硫酸10-30％，表面活性剂1-15％，渗透剂2-7％，活化剂2-4％，螯合剂0.5％-0.8％，缓蚀剂0.1-0.3％，余量为纯水。

在一个或多个优选的实施方案中，所述的活化剂为过氧化氢。活化剂可以协助酸与铁的氧化物之间发生化学反应，使氧化皮快速剥离基体表面。同时，氧化铁在酸性条件下反应产生Fe²⁺、Fe³⁺，其中Fe³⁺作为催化剂催化活化剂过氧化氢的分解，这会取得两种成效：一方面分解产生的氧气气泡部分在钢铁表面逸出，对铁锈层产生机械剥落作用；另一方面，分解产生的热量可以加热溶液，提高去除效率。

在一个或多个优选的实施方案中，所述渗透剂为丙三醇或/和聚乙二醇(PEG-400)，优选丙三醇和PEG-400的混合物，以清洗剂总质量计，丙三醇5％、PEG-400 0.2％。渗透剂可以起到润湿材料表面、稳定活化剂的作用。

在一个或多个优选的实施方案中，所述表面活性剂为辛基酚聚氧乙烯醚(OP-10)。表面活性剂具有良好的乳化和分散能力，可以将金属表面的锈蚀物和污垢分散在溶液中，防止其重新沉积在金属表面上。

在一个或多个优选的实施方案中，所述螯合剂为羟基乙叉二膦酸(HEDP)。螯合剂能够有效络合水溶液中多种金属离子，有利于提高清洗效果。

在一个或多个优选的实施方案中，所述缓蚀剂为酸洗缓蚀剂，如常见的若丁、LAN-826等。酸洗缓蚀剂用于减缓酸对金属基体的腐蚀，使金属的腐蚀率大大降低，并有优良的抑制钢铁在酸洗过程中析氢的能力，避免钢铁发生“氢脆”。

根据本发明，所述的钢材氧化皮清洗剂的清洗原理，利用活化剂协助下酸与铁的氧化物之间发生化学反应，使氧化皮快速剥离基体表面。同时，氧化铁在酸性条件下反应产生Fe²⁺、Fe³⁺，其中Fe³⁺作为催化剂催化活化剂过氧化氢的分解，这会取得两种成效：一方面分解产生的氧气气泡部分在钢铁表面逸出，对铁锈层产生机械剥落作用；另一方面，分解产生的热量可以加热溶液，提高除锈效率。添加的渗透剂丙三醇和聚乙二醇可以起到润湿材料表面、稳定活化剂的作用。添加的表面活性剂具有良好的乳化和分散能力，可以将金属表面的锈蚀物和污垢分散在溶液中，防止其重新沉积在金属表面上。而螯合剂羟基乙叉二膦酸是一种高效有机螯合剂，能够有效络合水溶液中多种金属离子，有利于提高清洗效果。酸洗缓蚀剂用于减缓酸对金属基体的腐蚀，使金属的腐蚀率大大降低，并有优良的抑制钢铁在酸洗过程中析氢的能力，避免钢铁发生“氢脆”。

根据本发明，上述新型环保的钢材氧化皮清洗剂的制备方法，包括以下步骤:

步骤一：称取相应重量的基料，按照上述质量百分比称取相应重量的基料备用；

步骤二：取一定量的纯水，配置硫酸溶液，配置好的酸液备用；

步骤三：取适量纯水，将称量好的缓蚀剂加入其中稀释，同时进行搅拌，搅拌速度为80-100r/min，搅拌时间为3-5min，搅拌后的缓蚀剂溶液备用；

步骤四：按上述质量百分比，将称量好的表面活性剂、螯合剂、渗透剂依次加入到剩余量的纯水中，同时进行搅拌，搅拌速度100-200r/min，搅拌后得到混合溶液L1；

步骤五：将上一步得到的混合溶液缓慢加入到缓蚀剂溶液中，边混合边搅拌，搅拌速度为100-200r/min，得到新的混合液L2；

步骤六：将硫酸溶液加入到上一步得到的新的混合液L2中，继续搅拌一定时间得到混合液L3；

步骤七：将称量好的双氧水加入到上一步得到的新的混合液L3中，继续搅拌一定时间得到钢材氧化皮清洗剂产品。

根据本发明，上述新型环保的钢材氧化皮清洗剂的应用，用于钢材氧化皮的清洗，优选热轧钢氧化皮的清洗。

根据本发明，还提供一种钢材氧化皮的去除方法，包括使用上述清洗剂，包括步骤如下：

将含有氧化皮的钢材放入清洗剂中静置浸泡，浸泡时间为20-30min，浸泡结束后将钢材取出用纯水冲洗表面，即完成氧化皮的去除。

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一个实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种新型环保的钢材氧化皮清洗剂，由硫酸、过氧化氢、辛基酚聚氧乙烯醚(OP-10)、LAN-826酸洗缓蚀剂、羟基乙叉二膦酸(HEDP)、丙三醇、聚乙二醇(PEG-400)以及纯水组成，各组分的质量百分比为：硫酸20％，OP-10 10％、丙三醇5％、过氧化氢3.6％、HEDP0.6％，，PEG-400 0.2％，LAN-826酸洗缓蚀剂0.2％，余量为纯水。

如图1流程所示，上述新型环保的钢材氧化皮清洗剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：称取相应重量的基料，按照上述质量百分比称取相应重量的基料备用；

步骤二：取一定量的纯水及浓硫酸，用于配置硫酸溶液，配置好的酸液冷却至室温备用；

步骤三：取适量纯水，将称量好的LAN-826酸洗缓蚀剂加入其中稀释，同时进行搅拌，搅拌速度为100r/min，搅拌时间为5min，搅拌后的缓蚀剂溶液备用；

步骤四：按上述质量百分比，将称量好的OP-10、HEDP、丙三醇及PEG-400依次加入到剩余量的纯水中，同时进行搅拌，搅拌速度200r/min，搅拌后得到混合溶液L1；

步骤五：将上一步得到的混合溶液L1缓慢加入到缓蚀剂溶液中，边混合边搅拌，搅拌速度为200r/min，得到新的混合液L2；

步骤六：将硫酸溶液加入到上一步得到的新的混合液L2中，继续搅拌一定时间得到混合液L3；

步骤七：将过氧化氢加入到上一步得到的新的混合液L3中，继续搅拌一定时间得到所述氧化皮清洗剂。

实施例2-8

实施例2-8的钢材氧化皮清洗剂的配方，各组分的质量百分比如表1所示。

表1

实施例9

将含有氧化皮的热轧角钢Q235B放入盛有实施例1制得的钢材氧化皮清洗剂中静置浸泡，浸泡时间为20-30min。不需要额外的加热和鼓泡等措施，浸泡结束后将金属件从中取出即完成氧化皮的去除。

热轧角钢Q235B清洗前(a)和清洗后(b)的照片如图2所示，可以看出，经过简单的浸泡，在20-30min即可快速将氧化皮清洗干净。

对比例1

如实施例1所述，不同的是：省略过氧化氢。

对比例2

如实施例1所述，不同的是：将硫酸替换为柠檬酸。

参考实施例9的方法，对热轧角钢Q235B的氧化皮进行清洗，清洗前后的数据如表2所示。

表2

由表2可知，本发明采用不产生酸雾的安全的稀硫酸作为腐蚀酸，不使用挥发性的盐酸、硝酸或者对环境人体有害的氢氟酸、磷酸等，同时利用低浓度的过氧化氢在钢基体和氧化皮之间分解产生热量和大量氧气促使氧化皮在短时间内被剥离并脱落，大大提高了除锈效率，节约了除锈成本，并满足了环保要求。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型环保的钢材氧化皮清洗剂，其特征在于，该钢材氧化皮清洗剂包括硫酸、表面活性剂、渗透剂、活化剂、螯合剂、缓蚀剂、以及纯水，各组分的质量百分比为：硫酸10-30％，表面活性剂1-15％，渗透剂2-7％，活化剂2-4％，螯合剂0.5％-0.8％，缓蚀剂0.1-0.3％，余量为纯水。

2.根据权利要求1所述的钢材氧化皮清洗剂，其特征在于，所述表面活性剂为辛基酚聚氧乙烯醚OP-10。

3.根据权利要求1所述的钢材氧化皮清洗剂，其特征在于，所述渗透剂为丙三醇或/和聚乙二醇PEG-400。

4.根据权利要求1所述的钢材氧化皮清洗剂，其特征在于，所述活化剂为过氧化氢。

5.根据权利要求1所述的钢材氧化皮清洗剂，其特征在于，所述螯合剂为羟基乙叉二膦酸HEDP，所述缓蚀剂为酸洗缓蚀剂。

6.根据权利要求1所述的钢材氧化皮清洗剂，其特征在于，各组分的质量百分比为：硫酸15-25％，表面活性剂8-13％，渗透剂4-6％，活化剂2.5-3.8％，螯合剂0.5％-0.7％，缓蚀剂0.15-0.25％，余量为纯水。

7.根据权利要求1所述的钢材氧化皮清洗剂，其特征在于，各组分的质量百分比为：硫酸15-25％，表面活性剂8-13％，渗透剂4-6％，活化剂2.5-3.8％，螯合剂0.5％-0.7％，缓蚀剂0.15-0.25％，余量为纯水。

8.权利要求1-7任一项所述的钢材氧化皮清洗剂的制备方法，包括以下步骤:

取适量纯水，将缓蚀剂加入其中稀释，同时进行搅拌，搅拌速度为80-100r/min，搅拌时间为3-5min，搅拌后的缓蚀剂溶液备用；

将表面活性剂、螯合剂、渗透剂依次加入到剩余量的纯水中，同时进行搅拌，搅拌速度100-200r/min，搅拌后得到混合液L1；

将混合液L1缓慢加入到缓蚀剂溶液中，边混合边搅拌，搅拌速度为100-200r/min，得到新的混合液L2；

将硫酸溶液加入到混合液L2中，继续搅拌得到混合液L3；

将双氧水加入到混合液L3中，继续搅拌得到钢材氧化皮清洗剂。

9.权利要求1-7任一项所述的钢材氧化皮清洗剂的应用，用于钢材氧化皮的清洗，优选热轧钢氧化皮的清洗。

10.一种钢材氧化皮的去除方法，包括使用权利要求1-7任一项所述的钢材氧化皮清洗剂，包括步骤如下：

将含有氧化皮的钢材放入清洗剂中静置浸泡，浸泡时间为20-30min，浸泡结束后将钢材取出用纯水冲洗表面，即完成氧化皮的去除。