CN103319963B - 钢轨表面防锈处理液及其制备和使用方法 - Google Patents

钢轨表面防锈处理液及其制备和使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于钢轨防腐领域，具体涉及钢轨表面防锈处理液及其制备和使用方法。本发明要解决的技术问题是现有的短时防锈油或漆不够环保，涂敷工艺较复杂，干燥时间较长，耐蚀性不够好。本发明解决上述技术问题的技术方案提供一种钢轨表面防锈处理液，其原料组成为：硅烷100～150g/L，水溶性硅酸盐20～40g/L，硅溶胶80～100mL/L，苯丙乳液150～200mL/L，其余为蒸馏水或去离子水。本发明还提供了上述钢轨表面防锈处理液的制备和使用方法。本发明提供的表面处理液，涂敷工艺简单，成本低，且耐蚀性能效果好，为钢轨的表面防锈提供了一种新的选择。

Description

钢轨表面防锈处理液及其制备和使用方法
技术领域
本发明属于钢轨防腐领域，具体涉及钢轨表面防锈处理液及其制备和使用方法。
技术背景
钢轨企业在生产钢轨和储存钢轨、运输钢轨过程中，钢轨直接与外界大气环境和环境中的腐蚀介质发生电化学反应，尤其是在港口等船、装船外发和海上运输出口国外时，钢轨与海水中的腐蚀介质Cl－、Na＋、Mg2＋、H2O发生剧烈的氧化还原反应，钢轨表面出现严重的红锈，影响钢轨产品的国际形象和使用寿命。国际、国内都有在钢轨表面涂敷富锌底漆、金属喷涂合金镀层等的专利和处理方法，如中国的CN1580315A专利提供了一种铁路钢轨防腐的方法。
目前在使用的有短时防锈油或漆，但都是溶剂型的，含有Pb、Cd、Hg、Cr6+、多溴二苯醚PBDE和多溴联苯PBB成分，不够环保，不符合RoHs指令。同时，上述短时防锈油或漆的涂敷工艺较复杂，干燥时间较长，耐蚀性不够好。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有的短时防锈油或漆不够环保，涂敷工艺较复杂，干燥时间较长，耐蚀性不够好。
本发明解决上述技术问题的技术方案提供一种钢轨表面防锈处理液，其原料组成为：硅烷100～150g/L，水溶性硅酸盐20～40g/L，硅溶胶80～100mL/L，苯丙乳液150～200mL/L，其余为蒸馏水或去离子水。
优选的，上述钢轨表面防锈处理液中，所述的硅烷是KH792（N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基三甲氧基硅烷）与KH560（γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷）的混合物或KH792；其中，所述KH792与KH560的混合物中，KH792与KH560的质量比为1～2.25︰1。
优选的，上述钢轨表面防锈处理液中，所述的水溶性硅酸盐是指Na2SiO3·9H2O（九水偏硅酸钠）。
优选的，上述钢轨表面防锈处理液中，所述的苯丙乳液为有机硅改性苯丙乳液。
本发明还提供了上述钢轨表面防锈处理液的制备方法，包括以下步骤：
a、将硅烷与水在室温下搅拌，至溶液均匀稳定；
b、将水溶性硅酸盐和硅溶胶加入到步骤a的溶液中，搅拌均匀，待混合溶液搅拌至pH值在9～11范围内停止搅拌，所得溶液待用；
c、将苯丙乳液加入到步骤b所得的溶液中，在1200～1500r/min高速搅拌10min～30min；
d、加入蒸馏水或去离子水，按原料组成补足溶液体积，并加消泡剂消泡，得到防锈处理液。
其中，上述钢轨表面防锈处理液的制备方法中，步骤a所述硅烷与水的比例为100～150g/L：20～40g/L。
其中，上述钢轨表面防锈处理液的制备方法中，步骤d所述的消泡剂为有机硅消泡剂；消泡剂的用量为钢轨表面防锈处理液质量的千分之一。
本发明还提供了上述钢轨表面防锈处理液的使用方法，是将钢轨表面防锈处理剂涂在钢轨的表面后，只要钢轨表面温度(PMT)大于40℃就可干燥固化。涂敷方法适合异型辊辊涂涂敷或喷淋涂敷。
其中，上述钢轨表面防锈处理液的涂敷膜层干燥固化方式可以利用钢轨的在线温度降至200℃时，再进行涂敷防锈液，利用钢轨的余热进行干燥固化。
优选的，上述钢轨表面防锈处理液的涂敷膜层干燥固化温度为40～50℃。
其中，上述钢轨表面防锈处理液的使用方法为：钢轨表面防锈处理液涂敷在钢轨表面的涂敷膜层附着量为500～2000mg/m2（0.5～2μm膜层厚度）；优选的是600～1200mg/m2（0.6～1.2μm膜层厚度）。
本发明提供的钢轨表面防锈处理液的pH值为9～11，呈弱碱性，处理液与钢轨表面层发生微弱的成膜反应，该膜层与钢轨表面层结合为一体。同时，苯丙乳液起封闭和辅助成膜效应，能很好隔绝外界腐蚀介质与钢轨表面层发生腐蚀反应，从而起到防腐效果。本发明提供的钢轨表面防锈处理液中，固体分含量较高为30～45%，由于本涂料是在钢轨生产过程中完成喷涂工艺，如果涂料成分太低，就会出现涂料液体流淌的现象，同时，也会是钢轨在生产线上滚动运输时发生打滑，影响后续钢轨的生产，如果涂料固体分高，会很容易将钢轨表面均匀涂满涂料，而且会快干，这样将就不会打滑影响生产。本发明提供的钢轨表面防锈处理液的固体分含量大大高于其他同类产品的固体分含量，成本大大低于富锌底漆等钢轨用涂料，膜层厚度范围0.6～1.2μm，适合喷涂和异型辊辊涂涂敷工艺，固化温度低。本发明提供的钢轨表面防锈处理液不含RoHS指令中规定的Pb、Cd、Hg、Cr6+、多溴联苯醚PBDE和多溴联苯PBB成分，满足国际环保要求。通过在钢轨表面涂敷一层≤2μm厚的环保有机涂层，隔绝钢轨与腐蚀介质发生反应的途径，保护刚钢轨表面不出现锈蚀。同时，本发明提供的表面处理液涂敷工艺简单，成本低，且耐蚀性能效果好。
具体实施方式
本发明提供了一种钢轨表面防锈处理液，其原料组成为：硅烷100～150g/L，Na2SiO3·9H2O20～40g/L，硅溶胶80～100mL/L，苯丙乳液150～200mL/L，其余为蒸馏水或去离子水。
其中，硅烷如果低于100g/L，耐蚀性能达不到NSST/72h无腐蚀的要求。同时，如果Na2SiO3·9H2O低于20g/L耐蚀性能同样很差，而且必须是硅烷和Na2SiO3·9H2O同时使用才能有效果。如果没有硅烷只有Na2SiO3·9H2O膜层附着性不好或没有膜层附着性，因为硅酸钠失去水后，都是粉末，而没有硅酸钠Na2SiO3·9H2O，只有硅烷，防腐膜层可以形成，但是耐蚀性几乎没有。
其中，硅溶胶是起降低固化温度的做用，如果少于80mL/L，涂层不能及时固化，如果高于100mL/L，会出现涂层粉化或龟裂的现象。
其中，如果苯丙乳液的用量少于150mL/L，膜层厚度没有保障；如果苯丙乳液太多，会使成本升高。
本发明还提供了上述钢轨表面防锈处理液的制备方法，包括以下步骤：
a、将硅烷与水在室温下搅拌，至溶液均匀稳定；
b、将水溶性硅酸盐和硅溶胶加入到步骤a的溶液中，搅拌均匀，待混合溶液搅拌至pH值在9～11范围内停止搅拌，所得溶液待用；
c、将苯丙乳液加入到步骤b的溶液中，在1200～1500r/min高速搅拌分散10min～30min，搅拌至溶液呈均匀相；
d、加入蒸馏水或去离子水，按原料组成补足溶液体积，并加消泡剂消泡，最后得到防锈处理液。
其中，上述钢轨表面防锈处理液的制备方法中，步骤d所述的消泡剂为有机硅消泡剂。
优选的，步骤d所述的消泡剂选自天津金丰消泡剂有限公司JF-1120有机硅消泡剂；消泡剂的用量为钢轨表面防锈处理液质量的千分之一。
消泡剂的使用是为了预防在涂敷钢轨表面防锈处理液的过程中出现泡沫。在涂敷过程中如果出现泡沫，可能导致钢轨表面防锈处理液的涂敷膜层不均匀或有针孔状漏涂现象，导致最终没有达到防腐的作用。
本发明还提供了上述钢轨表面防锈处理液的使用方法，是将钢轨表面防锈处理剂涂在钢轨的表面后，只要钢轨表面温度(PMT)大于40℃就可干燥固化。涂敷方法适合异型辊辊涂涂敷或喷淋涂敷。
其中，上述钢轨表面防锈处理液的涂敷膜层干燥固化方式可以利用钢轨的在线温度降至200℃时，再进行涂敷防锈液，利用钢轨的余热进行固化。在线进行连续涂敷处理也可减少厂房面积要求。
优选的，上述钢轨表面防锈处理液的涂敷膜层干燥固化温度为40～50℃。干燥固化过程中，仅需除去附着在镀层表面的水分，因而不需要再添加任何促进剂，使用钢轨余热干燥固化或其他干燥固化方式都可以，所以只要钢轨有40摄氏度就足够了，干燥固化时间在180秒内。
其中，上述钢轨表面防锈处理液的涂敷膜层，其附着量为500～2000mg/m2；优选的是600～1200mg/m2。当涂敷膜层附着量达不到500mg/m2时，钢轨表面得不到充分的耐腐蚀性防护，易腐蚀；而高于2000mg/m2时，由于钢轨表面涂层过厚，在固化时，涂层易出现龟裂缺陷，腐蚀介质会沿着涂层裂纹缝隙与钢轨发生腐蚀反应，使处理膜层失去防锈功能。
本发明实施例中所使用的原料的生产厂家为：
硅烷KH792等都是湖北德邦公司出品；Na2SiO3·9H2O为成都科龙化学品公司生产；硅溶胶为上海海逸化学品公司产T-30硅溶胶液体；苯丙乳液为上海保立佳化工有限公司生产的BLJ-816苯丙乳液和BLJ-818苯丙乳液；消泡剂选自天津金丰消泡剂有限公司JF-1120有机硅消泡剂。
实施例1
制备1L钢轨表面防锈处理液：
a、在常温常压下，称取KH792150g置于容器中，再量取水40g/L加入该容器中，室温下进行搅拌，待溶液呈均匀稳定。
b、加20g Na2SiO3·9H2O于步骤a的溶液中，再将硅溶胶100mL加入，搅拌均匀，待混合溶液搅拌至溶液pH值在11范围内停止搅拌，液体待用。
c、将BLJ-816苯丙乳液200mL加入步骤b的溶液中，进行高速搅拌(1200r/min)分散10min以上。搅拌至溶液呈均匀相。
d、最后，加去离子水将溶液配制成1L溶液，并加1mL的JF-1120消泡剂消泡。
实施例2
制备1L钢轨表面防锈处理液：
a、在常温常压下，称取KH792150g置于容器中，再量取水40g/L加入该容器中，室温下进行搅拌，待溶液呈均匀稳定。
b、加30g Na2SiO3·9H2O于步骤a的溶液中，再将硅溶胶100mL加入，搅拌均匀，待混合溶液搅拌至溶液pH值在11范围内停止搅拌，液体待用。
c、将BLJ-816苯丙乳液200mL加入步骤b的溶液中，进行高速搅拌(1200r/min)分散10min以上。搅拌至溶液呈均匀相。
d、最后，加去离子水将溶液配制成1L溶液，并加1mL的JF-1120消泡剂消泡。
实施例3
制备1L钢轨表面防锈处理液：
a、在常温常压下，称取KH792150g置于容器中，再量取水40g/L加入该容器中，室温下进行搅拌，待溶液呈均匀稳定。
b、加40g Na2SiO3·9H2O于步骤a的溶液中，再将硅溶胶100mL加入，搅拌均匀，待混合溶液搅拌至溶液pH值在11范围内停止搅拌，液体待用。
c、将BLJ-818苯丙乳液200mL加入步骤b的溶液中，进行高速搅拌(1200r/min)分散10min。搅拌至溶液呈均匀相。
d、最后，加蒸馏水或去离子水将溶液配制成1L溶液，并加1mL的JF-1120消泡剂消泡。
实施例4
制备1L钢轨表面防锈处理液：
a、在常温常压下，称取KH79290g置于容器中，再量取水40g/L加入该容器中，然后再加入KH56060g，在室温下进行搅拌，待溶液呈均匀稳定。
b、加40g Na2SiO3·9H2O于步骤a的溶液中，再将硅溶胶100mL加入，搅拌均匀，待混合溶液搅拌至溶液pH值在11范围内停止搅拌，液体待用。
c、将BLJ-818苯丙乳液200mL加入步骤b的溶液中，进行高速搅拌(1200r/min)分散10min。搅拌至溶液呈均匀相。
d、最后，加蒸馏水或去离子水将溶液配制成1L溶液，并加1mL的JF-1120消泡剂消泡。
实施例5钢轨表面防锈处理液的防腐蚀实验
将本发明实施例中制备的钢轨表面防锈处理液涂敷于钢轨表面，形成0.6～1.2μm（600mg/m2～1200mg/m2）膜层，表面在5%NaCl盐水、35℃、进行NSST（中性盐雾腐蚀实验）盐雾试验（参照GB/T10125-1997）。
1、试样及处理
试样尺寸：冲压原件、即原板试样；试样用透明胶带封边，封边尺寸为5mm。
2、实验条件及步骤
试验设备：YWX/Q-020盐雾腐蚀试验箱；
试验介质：化学纯NaCl去离子水溶液，介质浓度50g/L±5g/L，pH值6.9；
试验温度：35±2℃；
盐雾沉降量：1.4mL/h.80cm2；
试样放置：试验面与垂直方向呈20～30°；
试验步骤：以24h为1个试验周期，每周期内连续喷雾。每周期结束前开箱检查一次试样，检查时间不能超过1h。
3、实验结果
本发明制备的钢轨表面防锈处理液与东北大学腐蚀有限公司开发的产品JFD-7001防腐液的防腐蚀效果见表1。
表1
编号 快干时间/min 耐NSST/72腐蚀面积/%
实施例1 3 10
实施例2 3 5
实施例3 3 0
实施例4 3 0
JFD-7001防腐液 5以上 80
评价：采用本发明制备的钢轨表面防锈处理液涂层的钢轨表面72h才出现红锈。如在湿润的大气条件下，可3个月不出现红锈。
本发明提供的钢轨表面防锈处理液满足国际环保要求。通过在钢轨表面涂敷一层≤2μm厚的环保有机涂层，隔绝钢轨与腐蚀介质发生反应的途径，保护刚钢轨表面不出现锈蚀。同时，本发明提供的表面处理液涂敷工艺简单，成本低，且耐蚀性能效果好。

Claims (10)

1.钢轨表面防锈处理液，其原料组成为：硅烷100～150g/L，水溶性硅酸盐20～40g/L，硅溶胶80～100mL/L，苯丙乳液150～200mL/L，其余为蒸馏水或去离子水。
2.根据权利要求1所述的钢轨表面防锈处理液，其特征在于：所述的硅烷为KH792与KH560的混合物或KH 792。
3.根据权利要求2所述的钢轨表面防锈处理液，其特征在于：所述KH792与KH560的混合物中KH792与KH560的质量比为1～2.25︰1。
4.根据权利要求1所述的钢轨表面防锈处理液，其特征在于：所述的水溶性硅酸盐为Na2SiO3·9H2O。
5.根据权利要求1所述的钢轨表面防锈处理液，其特征在于：所述的苯丙乳液为有机硅改性苯丙乳液。
6.权利要求1所述钢轨表面防锈处理液的制备方法，包括以下步骤：
a、将硅烷与水在室温下搅拌，至溶液均匀稳定；
b、将水溶性硅酸盐和硅溶胶加入到步骤a的溶液中，搅拌均匀，待混合溶液搅拌至pH值在9～11范围内停止搅拌，所得溶液待用；
c、将苯丙乳液加入到步骤b所得的溶液中，在1200～1500r/min高速搅拌10min～30min；
d、加入蒸馏水或去离子水，按原料组成补足溶液体积，并加消泡剂消泡，得到防锈处理液。
7.根据权利要求6所述的钢轨表面防锈处理液的制备方法，其特征在于：步骤a所述硅烷与水的比例为100～150g/L：20～40g/L。
8.根据权利要求6所述的钢轨表面防锈处理液的制备方法，其特征在于：步骤d所述的消泡剂为有机硅消泡剂。
9.权利要求1～5任一项所述钢轨表面防锈处理液的使用方法，其特征在于：钢轨表面防锈处理液涂敷在钢轨表面的涂敷膜层附着量为500～2000mg/m2。
10.根据权利要求9所述的钢轨表面防锈处理液的使用方法，其特征在于：所述的涂敷膜层附着量为600～1200mg/m2。
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