CN102776052B - 一种水溶性金属防锈剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水溶性金属防锈剂及其制备方法，所述水溶性金属防锈剂含有成膜剂，所述成膜剂由C4～C20的脂肪酸、醇胺和C8～C18的磷酸酯形成。根据本发明实施例的水溶性金属防锈剂，对人体无伤害，既节约了能源，又达到了环保的要求，制备工艺简单，并且由于所述水溶性金属防锈剂含有成膜剂，可附着在金属表面，使水溶性金属防锈剂具有更好的抗磨性和防锈蚀性能。

Description

一种水溶性金属防锈剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及金属防锈蚀技术领域，更具体地，本发明涉及一种水溶性金属防锈剂及其制备方法。

背景技术

在金属加工过程中，比如切削和冷轧，通常使用乳化液或者全合成切削液用于冷却和润滑。由于加工液中存在大量的水，因而工序间和加工后的表面防锈蚀至关重要。目前，金属加工或制品的长期防锈大多采用防锈油和防锈漆，其成本较高，对环境污染较为严重，后期废液处理困难，给使用带来了诸多不便。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种制备工艺简单、对人体无伤害的防锈蚀性能好的水溶性金属防锈剂。

根据本发明实施例的水溶性金属防锈剂，所述水溶性金属防锈剂含有成膜剂，所述成膜剂由C4～C20的脂肪酸、醇胺和C8～C18的磷酸酯形成。

根据本发明实施例的水溶性金属防锈剂，对人体无伤害，既节约了能源，又达到了环保的要求，制备工艺简单，并且由于所述水溶性金属防锈剂含有成膜剂，可附着在金属表面，使水溶性金属防锈剂具有更好的抗磨性和防锈蚀性能。

另外，根据本发明上述实施例的水溶性金属防锈剂，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述脂肪酸为选自乙二酸、戊酸、环烷酸、柠檬酸、苯甲酸、月桂酸、己二酸、油酸、癸二酸中的一种或多种，所述醇胺为选自一异丙醇胺、二异丙醇胺、三乙醇胺、二乙醇胺、乙醇胺中的一种或多种，所述磷酸酯为选自辛酸磷酸酯聚氧乙烯醚、月桂酸磷酸酯聚氧乙烯醚、油酸磷酸酯聚氧乙烯醚中的一种或多种。

根据本发明的一个实施例，所述脂肪酸、所述醇胺与所述磷酸酯的重量比为（1～5）：（1～3）：（1～4）。

根据本发明的一个实施例，所述水溶性金属防锈剂还含有表面活性剂，且所述成膜剂和表面活性剂的重量比为（1～12）：（1～3）。

根据本发明的一个实施例，所述表面活性剂为硼酸甲基咪唑化合物，所述硼酸甲基咪唑化合物为选自1、4-二甲基咪唑硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑硼酸盐、1-癸基-3甲基咪唑硼酸盐中的一种或多种。

本发明的另一个目的在于提出一种水溶性金属防锈剂的制备方法，所述水溶性金属防锈剂含有成膜剂，所述水溶性金属防锈剂的制备方法包括以下步骤：

a）将1～5重量份的C4～C20脂肪酸与1～3重量份的醇胺类化合物混合，得到混合物料；

b）在保护性气体下，将所述混合物料加热至第一预定温度以使其反应，再向其中加入1～4重量份的所述C8～C18的磷酸酯得到所述成膜剂。

另外，根据本发明上述实施例的水溶性金属防锈剂的制备方法，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述第一预定温度为100～160℃。

根据本发明的一个实施例，所述保护性气体为氮气，所述脂肪酸为选自乙二酸、戊酸、环烷酸、柠檬酸、苯甲酸、月桂酸、己二酸、油酸、癸二酸中的一种或多种，所述醇胺为选自一异丙醇胺、二异丙醇胺、三乙醇胺、二乙醇胺、乙醇胺中的一种或多种，所述磷酸酯为选自辛酸磷酸酯聚氧乙烯醚、月桂酸磷酸酯聚氧乙烯醚、油酸磷酸酯聚氧乙烯醚中的一种或多种。

根据本发明的一个实施例，所述水溶性金属防锈剂还含有表面活性剂，所述水溶性金属防锈剂的制备方法还包括以下步骤：

c）在所述成膜剂反应第一预定时间后，向其中加入1～3重量份的表面活性剂，反应第二预定时间，

其中，所述表面活性剂为硼酸甲基咪唑化合物，所述硼酸甲基咪唑化合物为选自1、4-二甲基咪唑硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑硼酸盐、1-癸基-3甲基咪唑硼酸盐中的一种或多种。

根据本发明的一个实施例，所述第一预定时间为50min，所述第二预定时间为30min。

根据本发明的一个实施例，还包括：

d）将所述水溶性金属防锈剂冷却至第二预定温度后加水搅拌以形成水溶液，得到水溶性金属防锈剂水溶液。

根据本发明的一个实施例，所述第二预定温度为50～60℃。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的水溶性金属防锈剂的制备方法流程示意图；

图2是根据本发明的叠片锈蚀实验后铝片表面电镜下示意图；

图3是根据本发明的叠片锈蚀实验后钢片表面电镜下示意图；

图4是根据本发明的叠片锈蚀实验后铝片表面能谱示意图；

图5是根据本发明的叠片锈蚀实验后钢片表面能谱示意图；

图6是根据本发明的挂片锈蚀实验后铝片表面电镜下示意图；

图7是根据本发明的挂片锈蚀实验后钢片表面电镜下示意图；

图8是根据本发明的挂片锈蚀实验后铝片表面能谱示意图；

图9是根据本发明的挂片锈蚀实验后钢片表面能谱示意图；

图10是根据本发明的长周期挂片锈蚀实验后铝片表面电镜下示意图；

图11是根据本发明的长周期挂片锈蚀实验后钢片表面电镜下示意图；

图12是根据本发明的长周期挂片锈蚀实验后铝片表面能谱示意图；

图13是根据本发明的长周期挂片锈蚀实验后钢片表面能谱示意图；

图14是根据本发明的锈蚀实验前钢片表面电镜下示意图；

图15是根据本发明的锈蚀实验前钢片表面能谱示意图；

图16是根据本发明的锈蚀实验前铝片表面电镜下示意图；

图17是根据本发明的锈蚀实验前铝片表面能谱示意图。

具体实施方式

下面结合示例具体描述根据本发明制备的水溶性金属防锈剂。

根据本发明实施例的水溶性金属防锈剂含有成膜剂，所述成膜剂由C4～C20的脂肪酸、醇胺和C8～C18的磷酸酯形成。

由此，根据本发明实施例的水溶性金属防锈剂，对人体无伤害，既节约了能源，又达到了环保的要求，制备工艺简单，并且由于所述水溶性金属防锈剂含有成膜剂，可附着在金属表面，使水溶性金属防锈剂具有更好的抗磨性和防锈蚀性能。

关于成膜剂的形成，需要理解的是，形成所述成膜剂的脂肪酸、醇胺和磷酸酯的选择没有特殊限制，考虑到反应材料的来源问题，优选地，所述脂肪酸为选自乙二酸、戊酸、环烷酸、柠檬酸、苯甲酸、月桂酸、己二酸、油酸、癸二酸中的一种或多种，所述醇胺为选自一异丙醇胺、二异丙醇胺、三乙醇胺、二乙醇胺、乙醇胺中的一种或多种，所述磷酸酯为选自辛酸磷酸酯聚氧乙烯醚、月桂酸磷酸酯聚氧乙烯醚、油酸磷酸酯聚氧乙烯醚中的一种或多种。由此，由于高分子磷酸酯聚醚具有很好的亲金属性能，通过和脂肪酸、醇胺类化合物反应形成可附着在金属表面的高分子网状成膜剂。

为了保证反应能够充分进行，有利地，所述脂肪酸、所述醇胺与所述磷酸酯的重量比为（1～5）：（1～3）：（1～4）。

根据本发明一个示例的水溶性金属防锈剂，所述水溶性金属防锈剂还含有表面活性剂，且所述成膜剂和表面活性剂的重量比为（1～12）：（1～3）。由此，通过所述表面活性剂可以增强所述水溶性金属防锈剂在金属表面的铺展性，使所述成膜剂完全附着在金属表面，从而使所述水溶性金属防锈剂具有更好的表面活性和抗磨性，达到更好的防锈防腐蚀效果。

关于所述表面活性剂的选择没有特殊限制，只要所述表面活性剂可以增强所述水溶性金属防锈剂在金属表面的渗透性即可，考虑到材料来源和成本问题，优选地，所述表面活性剂为硼酸甲基咪唑化合物，所述硼酸甲基咪唑化合物为选自1、4-二甲基咪唑硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑硼酸盐、1-癸基-3甲基咪唑硼酸盐中的一种或多种。

下面参考图1描述本发明所涉及的水溶性金属防锈剂的制备方法的流程。

具体的，本发明所涉及的水溶性金属防锈剂的制备方法包括以下步骤：

a）将1～5重量份的C4～C20脂肪酸与1～3重量份的醇胺类化合物混合，得到混合物料；

b）在保护性气体下，将所述混合物料加热至第一预定温度以使其反应，再向其中加入1～4重量份的所述C8～C18的磷酸酯得到所述成膜剂。

由此，通过简单的制备工艺即可制得所述成膜剂，所述成膜剂可附着在金属表面，使水溶性金属防锈剂具有更好的抗磨性和防锈蚀性能。

关于步骤a），需要理解的是，所述C4～C20脂肪酸与醇胺类化合物的混合方法没有特殊限制，只要能将所述C4～C20脂肪酸与醇胺类化合物溶化后混匀即可。优选地，其具体操作可以为：将所述C4～C20脂肪酸和醇胺类化合物在反应釜中加热融化后混合，搅拌均匀得到混合物料。

关于步骤b），需要理解的是，所述保护性气体没有特殊限制，只要不参与反应，并能起到保护反应正常进行的效果即可，考虑到成本问题，优选地，所述保护性气体为氮气。考虑到反应温度需要，为了保证反应正常进行，所述第一预定温度为100～160℃。

形成所述成膜剂的脂肪酸、醇胺和磷酸酯的选择没有特殊限制，考虑到反应材料的来源问题，优选地，所述脂肪酸为选自乙二酸、戊酸、环烷酸、柠檬酸、苯甲酸、月桂酸、己二酸、油酸、癸二酸中的一种或多种，所述醇胺为选自一异丙醇胺、二异丙醇胺、三乙醇胺、二乙醇胺、乙醇胺中的一种或多种，所述磷酸酯为选自辛酸磷酸酯聚氧乙烯醚、月桂酸磷酸酯聚氧乙烯醚、油酸磷酸酯聚氧乙烯醚中的一种或多种。由此，由于高分子磷酸酯聚醚具有很好的亲金属性能，通过和脂肪酸、醇胺类化合物反应形成可附着在金属表面的高分子网状成膜剂。

为了提高所述水溶性金属防锈剂在金属表面的铺展性，并提高其防锈防腐蚀性能，所述水溶性金属防锈剂还含有表面活性剂，所述水溶性金属防锈剂的制备方法还可以包括以下步骤：

c）在所述成膜剂反应第一预定时间后，向其中加入1～3重量份的表面活性剂，反应第二预定时间。

关于步骤c），需要理解的是，所述表面活性剂的选择没有特殊限制，只要所述表面活性剂可以增强所述水溶性金属防锈剂在金属表面的渗透性即可，考虑到材料来源和成本问题，优选地，所述表面活性剂为硼酸甲基咪唑化合物，所述硼酸甲基咪唑化合物为选自1、4-二甲基咪唑硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑硼酸盐、1-癸基-3甲基咪唑硼酸盐中的一种或多种。为了保证反应的充分进行，优选地，所述第一预定时间为50min，所述第二预定时间为30min。

由此，便可制得具有表面活性和抗磨性的水溶性金属防锈剂。

所述水溶性金属防锈剂在使用时，需要制备成一定浓度的水溶性金属防锈剂水溶液才能使用。其具体操作可以为：将所述水溶性金属防锈剂冷却至第二预定温度后加水搅拌以形成水溶液，得到水溶性金属防锈剂水溶液。所述水溶性金属防锈剂水溶液的浓度没有特殊限制，只要能保证其防锈效果即可。优选地，其浓度可以为1%-10%。所述第二预定温度优选为50-60℃，该温度可以使所述水溶性金属防锈剂溶解速度更快且溶解更充分。

下面结合具体实施例描述根据本发明的水溶性金属防锈剂的制备过程。

实施例1

将1-5份环烷酸和1-3份二异丙醇胺混合在反应釜中混合，氮气保护，升温100-160℃，50分钟后，加入1-4份月桂酸磷酸酯聚氧乙烯醚、1-3份1-癸基-3甲基咪唑硼酸盐化合物，反应30分钟后制得水溶性金属防锈剂。

实施例2

将1-5份癸二酸酸和1-3份二异丙醇胺混合在反应釜中混合，氮气保护，升温100-160℃，50分钟后，加入1-4份油酸磷酸酯聚氧乙烯醚、1-3份1-癸基-3甲基咪唑硼酸盐化合物，反应30分钟后制得水溶性金属防锈剂。

实施例3

将1-5份己二酸和1-3份三乙醇胺混合在反应釜中混合，氮气保护，升温100-160℃，50分钟后，加入1-4份月桂酸磷酸酯聚氧乙烯醚、1-3份1-癸基-3甲基咪唑硼酸盐化合物，反应30分钟后制得水溶性金属防锈剂。

下面结合具体锈蚀试验描述根据本发明的水溶性金属防锈剂的防锈性能。

1、叠片锈蚀实验

将铝片、钢片打磨去除表面氧化层后，在1%-10%的水溶性金属防锈剂水溶液中浸涂，使得样片表面涂满水溶性金属防锈剂水溶液。将两片铝片和两片钢片分别叠在一起，使用密封膜包裹密封，置于环境箱中。于温度90摄氏度，相对湿度80%环境下放置4-20小时，观察实验结果。

实验结果：通过图2和图3可以看出，与实验前的图14和图16相比，实验后，电镜下的铝片和钢片表面均未见到明显的锈蚀痕迹，通过图4和图5，结合表3和表4可以看出，与实验前的图15和图17以及表1和表2相比，能谱分析表明实验前后铝片和钢片的表面成份没有发生明显的变化。说明根据本发明的水溶性金属防锈剂水溶液具有很好的防锈性能。

表1锈蚀实验前铝片表面能谱数据表

元素	质量百分百（Wt%）	原子数百分含量（At%）
			O	01.02	01.71
Al	98.98	98.29

表2锈蚀实验前钢片表面能谱数据表

元素	质量百分百（Wt%）	原子数百分含量（At%）
			C	02.23	09.12
O	02.24	06.88
			Fe	95.53	84.00

表3叠片锈蚀实验后铝片表面能谱数据表

元素	质量百分百（Wt%）	原子数百分含量（At%）
			O	01.58	02.64
Al	98.42	97.36

表4叠片锈蚀实验后钢片表面能谱数据表

元素	质量百分百（Wt%）	原子数百分含量（At%）
			C	05.88	22.27
O	01.28	02.08
			Fe	92.84	75.65

2、挂片锈蚀实验

将两组铝片和钢片打磨去除表面氧化层后，将1%-10%的水溶性金属防锈剂水溶液分别涂抹在铝片和钢片表面上，挂置在环境箱中。两组铝片和钢片的实验条件分别为100℃、20%相对湿度和100℃、50%相对湿度，实验时间为7小时。

实验结果：随机选取一组铝片和钢片进行观察，通过图6和图7可以看出，与实验前的图14和图16相比，实验后，电镜下的铝片和钢片表面均未出现锈斑，通过图8和图9，结合表5和表6可以看出，与实验前的图15和图17以及表1和表2相比，能谱分析表明实验前后铝片和钢片的表面成份没有发生明显的变化。说明根据本发明的水溶性金属防锈剂水溶液对铝和钢具有很好的缓蚀效果。

表5挂片锈蚀实验后铝片表面能谱数据表

元素	质量百分百（Wt%）	原子数百分含量（At%）
			C	00.54	01.20
O	00.94	01.56
			Al	98.52	97.23

表6挂片锈蚀实验后钢片表面能谱数据表

元素	质量百分百（Wt%）	原子数百分含量（At%）
			C	03.94	15.46
O	01.69	04.97
			Fe	94.37	79.56

3、长周期挂片锈蚀实验

将铝片、钢片打磨去除表面氧化层后，将1%-10%的水溶性金属防锈剂水溶液分别涂抹在铝片和钢片表面上。将铝片和钢片挂置空气中，60天后观察实验结果。

实验结果：通过图10和图11可以看出，与实验前的图14和图16相比，长周期锈蚀实验之后的铝片和钢片表面没有见到明显的锈蚀发生，通过图12和图13，结合表7和表8可以看出，与实验前的图15和图17及表1和表2相比，能谱分析表明实验前后铝片和钢片的表面成份没有发生明显的变化。说明根据本发明的水溶性金属防锈剂水溶液具有很好的防锈防腐蚀性能。

表7长周期挂片锈蚀实验后铝片表面能谱数据表

元素	质量百分百（Wt%）	原子数百分含量（At%）
			O	04.10	06.80
Al	95.80	93.10

表8长周期挂片锈蚀实验后钢片表面能谱数据表

元素	质量百分百（Wt%）	原子数百分含量（At%）
			O	02.48	08.16
Fe	97.52	91.84

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种水溶性金属防锈剂，其特征在于，所述水溶性金属防锈剂含有成膜剂，所述成膜剂由C4～C20的脂肪酸、醇胺和C8～C18的磷酸酯形成，所述脂肪酸为选自乙二酸、戊酸、环烷酸、柠檬酸、苯甲酸、月桂酸、己二酸、油酸、癸二酸中的一种或多种，所述醇胺为选自一异丙醇胺、二异丙醇胺、三乙醇胺、二乙醇胺、乙醇胺中的一种或多种，所述磷酸酯为选自辛酸磷酸酯聚氧乙烯醚、月桂酸磷酸酯聚氧乙烯醚、油酸磷酸酯聚氧乙烯醚中的一种或多种，所述脂肪酸、所述醇胺与所述磷酸酯的重量比为(1～5)：(1～3)：(1～4)，所述水溶性金属防锈剂还含有表面活性剂，且所述成膜剂和表面活性剂的重量比为(1～12)：(1～3)，所述表面活性剂为硼酸甲基咪唑化合物，所述硼酸甲基咪唑化合物为选自1、4-二甲基咪唑硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑硼酸盐、1-癸基-3甲基咪唑硼酸盐中的一种或多种。

2.一种水溶性金属防锈剂的制备方法，其特征在于，所述水溶性金属防锈剂含有成膜剂，所述水溶性金属防锈剂的制备方法包括以下步骤：

a)将1～5重量份的C4～C20脂肪酸与1～3重量份的醇胺类化合物混合，得到混合物料；

b)在保护性气体下，将所述混合物料加热至第一预定温度以使其反应，再向其中加入1～4重量份的C8～C18的磷酸酯得到所述成膜剂，所述保护性气体为氮气，所述脂肪酸为选自乙二酸、戊酸、环烷酸、柠檬酸、苯甲酸、月桂酸、己二酸、油酸、癸二酸中的一种或多种，所述醇胺为选自一异丙醇胺、二异丙醇胺、三乙醇胺、二乙醇胺、乙醇胺中的一种或多种，所述磷酸酯为选自辛酸磷酸酯聚氧乙烯醚、月桂酸磷酸酯聚氧乙烯醚、油酸磷酸酯聚氧乙烯醚中的一种或多种，所述第一预定温度为100～160℃，所述水溶性金属防锈剂还含有表面活性剂，所述水溶性金属防锈剂的制备方法还包括以下步骤：

c)在所述成膜剂反应第一预定时间后，向其中加入1～3重量份的表面活性剂，反应第二预定时间，

其中，所述表面活性剂为硼酸甲基咪唑化合物，所述硼酸甲基咪唑化合物为选自1、4-二甲基咪唑硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑硼酸盐、1-癸基-3甲基咪唑硼酸盐中的一种或多种，所述第一预定时间为50min，所述第二预定时间为30min。

3.根据权利要求2所述的水溶性金属防锈剂的制备方法，其特征在于，还包括：

d)将所述水溶性金属防锈剂冷却至第二预定温度后加水搅拌以形成水溶液，得到水溶性金属防锈剂水溶液，所述第二预定温度为50～60℃。