CN103849869A

CN103849869A - 一种自行车用普通碳素钢表面处理液及其制备方法

Info

Publication number: CN103849869A
Application number: CN201410090104.6A
Authority: CN
Inventors: 郑超
Original assignee: JIANGSU LIGHT INDUSTRY RESEARCH AND DESIGN INSTITUTE Co Ltd
Current assignee: JIANGSU LIGHT INDUSTRY RESEARCH AND DESIGN INSTITUTE Co Ltd
Priority date: 2014-03-13
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2034-03-13
Also published as: CN103849869B

Abstract

本发明公开了一种自行车用普通碳素钢表面处理液及其制备方法，属于化学除垢技术领域。该处理液由柠檬酸、草酸、酒石酸、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、硫氰酸铵、2-硫醇基苯并噻唑、七水合硫酸钴、盐酸和去离子水组成，通过将各组分混合后搅拌均匀，即得产品。该处理液是一种除垢效果好、洗净力强、使用便捷、对环境友好、生物降解率高和绿色环保的清洗剂，此外，该处理液对设备的腐蚀率极低。

Description

一种自行车用普通碳素钢表面处理液及其制备方法

技术领域

本发明涉及化学除垢技术领域，尤其是一种自行车用普通碳素钢表面处理液及其制备方法。

背景技术

碳素钢按含碳量分为低碳钢（含碳量0.10%～0.25%）、中碳钢（含碳量0.25%～0.60%）和工具钢（含碳量0.60%～1070%），按品质可分为普通碳素钢和优质碳素钢。含碳量在0.20%左右的普通碳素钢是我国生产和使用最多的是普通碳素钢，自行车行业使用最普遍的也就是这种碳素钢，这种自行车用普通碳素钢常被用来制作自行车的前叉、车架等零部件，这些加工成型的零部件在涂装或电镀后，组装于自行车整车上。

自行车行业中，在对这些零部件作涂装或电镀加工前，需要对其进行除油、除锈、除垢等表面处理，以提高其防锈能力。现阶段，自行车行业的生产企业处理自行车用普通碳素钢零部件通常采用“碱洗—酸洗”工艺，主要有碱洗脱脂、浓盐酸洗、稀盐酸洗、中和、磷化/钝化等操作单元。这种工艺存在的主要不足是：

1、酸洗溶液需要经常更换，酸洗废弃物属于危险化学品废弃物，废酸液/废水处理成本高，存在环境污染影响的问题，不当排放则会对环境造成不良影响。

2、工艺线路长、费工费时，工序质量不易把控，工件易氢脆或过腐；

3、强酸强碱使用过程形成酸雾，有强烈刺激性，工作环境恶劣；

4、强酸强碱大量使用，防护不当易造成人身伤害事故，有安全隐患。

除酸洗工艺外，也有水溶性金属清洗剂处理自行车用普通碳素钢零部件。但现在市售水溶性金属清洗剂存在清洗效率不高或含磷化合物等不足。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术问题提供一种清洗效果好、生物降解性高、环境友好且操作便捷的自行车用普通碳素钢表面处理液。

本发明还有一个目的是提供上述自行车用普通碳素钢表面处理液的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种自行车用普通碳素钢表面处理液，所述的处理液由下列重量百分比的原料组成：

本发明所述自行车用普通碳素钢表面处理液中各原料组分重量百分数之和为100%。

优选所述的处理液由下列重量百分比的原料组成：柠檬酸4.0～5.0%，草酸2.0～3.0%，酒石酸1.5～3.0%，椰子油脂肪酸二乙醇酰胺4.0～6.0%，烷基酚聚氧乙烯醚2.0～5.0%，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠4.0%，硫氰酸铵0.1～0.2%，2-硫醇基苯并噻唑0.5～1%，七水合硫酸钴0.01～0.02%，盐酸4.0%，去离子水72.39～74.28%。本发明所述自行车用普通碳素钢表面处理液中各原料组分重量百分数之和为100%。

进一步优选所述的处理液由下列重量百分比的原料组成：柠檬酸4.0%，草酸2.0%，酒石酸3.0%，椰子油脂肪酸二乙醇酰胺6.0%，烷基酚聚氧乙烯醚2.0%，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠4.0%，硫氰酸铵0.2%，2-硫醇基苯并噻唑0.5%，七水合硫酸钴0.02%，盐酸4.0%，去离子水74.28%。

或进一步优选所述的处理液由下列重量百分比的原料组成：柠檬酸5.0%，草酸3.0%，酒石酸1.5%，椰子油脂肪酸二乙醇酰胺4.0%，烷基酚聚氧乙烯醚5.0%，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠4.0%，硫氰酸铵0.1%，2-硫醇基苯并噻唑1.0%，七水合硫酸钴0.01%，盐酸4.0%，去离子水72.39%。

所述的自行车用普通碳素钢表面处理液的制备方法包括以下步骤：

（1）、将一部分去离子水、柠檬酸、草酸和酒石酸加入反应釜中，搅拌至各组分混合均匀，得到混合液a；

（2）、取另一部分去离子水分别将椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和2-硫醇基苯并噻唑溶解，将溶解后的各组分与混合液a混合，搅拌至各组分混合均匀，得到混合液b；

（3）、将硫氰酸铵加入混合液b中，搅拌至各组分混合均匀，得到混合液c；

（4）、将盐酸加入混合液c中，搅拌至各组分混合均匀，得到混合液d；

（5）、将七水合硫酸钴加入混合液d中，搅拌至各组分混合均匀，得到混合液e；

（6）、将余量去离子水全部加入混合液e中，搅拌至各组分混合均匀，搅拌后静置30～60分钟。

步骤（1）中搅拌的速度为60～80rpm，搅拌的时间为10～15min。

步骤（1）中一部分去离子用量为去离子水总用量的2/5。

步骤（2）中搅拌的速度为15～25rpm，搅拌的时间为30～40min。

步骤（2）中另一部分去离子用量为去离子水总用量的3/10。

步骤（3）中搅拌的速度为40～60rpm，搅拌的时间为5～10min。

步骤（4）中搅拌的速度为40～60rpm，搅拌的时间为5～10min。

步骤（5）中搅拌的速度为60～80rpm，搅拌的时间为10～20min。

步骤（6）中搅拌的速度为30～50rpm，搅拌的时间为30～40min。

本发明中所述的钝化膜面密度是参照国标GB/T12612《多功能钢铁金属表面处理液通用技术条件》中磷化膜面密度定义，本发明技术方案中钝化膜面密度是指单位面积钝化膜重量，单位为g/m²。研究表明，钝化膜面密度数值越大，单位面积上钝化膜重量越大，钝化膜致密性越高，对金属基体所起到的缓蚀越好、防腐性也就越好。

本发明技术方案中椰子油酸二乙醇酰胺、烷基酚聚氧乙烯醚和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠组成阴/非离子复配表面活性剂体系，起到渗透、乳化、去油去污的作用。

此外，本发明技术方案中采用硫氰酸铵和2-硫醇基苯并噻唑组成复合缓蚀剂，可使得基体被清洗后表面形成钝化膜，阻止金属被进一步氧化，起到钝化防腐作用；此外，七水合硫酸钴既可以促进有机酸和无机盐酸对自行车用普通碳素钢金属表面铁氧化物的溶解作用，又能对钝化膜的形成起到加速并增强的作用。

阴/非离子复配表面活性剂体系和七水合硫酸钴与本发明技术方案中柠檬酸、草酸、酒石酸、硫氰酸铵、2-硫醇基苯并噻唑、盐酸和去离子水混合，制备得到的普通碳素钢表面处理液具有较好的除垢和防腐作用。

本发明的有益效果

本发明技术方案的自行车用普通碳素钢表面处理液洗净力强、对自行车用普通碳素钢腐蚀率极低，除垢效果好，可一次性完成除油、除垢、除锈和钝化、缓蚀等表面处理。此外，该表面处理液性质稳定、油污不沉积，使用过程无毒、无恶臭、无刺激，高效、多功能等特点，适用于静态浸泡、超声波清洗等清洗形式。

附图说明

图1为自行车用普通碳素钢表面处理液的制备方法流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不限于此：

原料：柠檬酸（西陇化工股份有限公司、≥99.5%、AR）；

草酸：（南京化学试剂有限公司、≥98.0%、AR）；

酒石酸：（南京化学试剂有限公司、L(+)-酒石酸含量≥99.5%、AR）；

椰子油脂肪酸二乙醇酰胺：（常州培尔化工有限公司、1:1型85%、工业品级）；

烷基酚聚氧乙烯醚：（江苏省海安石油化工厂、98%、工业品级）；

脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠：（沙索（中国）化学有限公司、70%、工业品级）；

2-硫醇基苯并噻唑：（上海威方精细化工有限公司、99.0%、医药品级）；

硫氰酸铵：（南京化学试剂有限公司、≥98.5%、AR）；

七水合硫酸钴：（国药集团化学试剂有限公司、≥99.5%、AR）；

盐酸：（南京化学试剂有限公司、36%～38%、AR）。

实施例1

（1）、将去离子水297.12kg、40kg的柠檬酸、20kg的草酸和30kg酒石酸加入反应釜中，以速度为60rpm的速度搅拌15min，得到混合液a；

（2）、以222.84kg去离子水，分别将60kg椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、20kg烷基酚聚氧乙烯醚、40kg脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和5kg2-硫醇基苯并噻唑溶解，将溶解后的各组分与混合液a混合，以速度为15rpm的速度搅拌40min，得到混合液b；

（3）、将2kg硫氰酸铵加入混合液b中，以速度为40rpm速度搅拌10min，得到混合液c；

（4）、将40kg盐酸加入混合液c中，以速度为40rpm的速度搅拌10min，得到混合液d；

（5）、将0.2kg七水合硫酸钴加入混合液d中，以速度为60rpm的速度搅拌20min，得到混合液e；

（6）、将余量水全部加入混合液e中，以速度为30rpm的速度搅拌40min，搅拌后静置30分钟，出料即得液态成品。

依据JB/T4323.1《水基金属净洗剂》标准，参照GB/T12612《多功能钢铁金属表面处理液通用技术条件》标准，按照JB/T4323.2《水基金属净洗剂试验方法》标准的规定对实施例1制备的普通碳素钢表面处理液的清洗能力、腐蚀性能等技术指标进行检测，检测结果表明本发明完全满足JB/T4323.1和GB/T12612对以上技术指标的规定要求。

其中清洗能力——清洗率为98.7%，较现阶段其它市售水基型金属清洗剂的清洗率（一般为85%～90.0%）高8.8%～13.9%；

腐蚀性——于（40℃±2℃）/4h，试片表面无腐蚀点无明显变色，符合外观0级；质量变化率△M0.0421mg，小于规定值2.0mg（高效型）；

钝化膜面密度——4.03g/m²。

上述实施例中，缺少椰子油酸二乙醇酰胺、烷基酚聚氧乙烯醚和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠组成阴/非离子复配表面活性剂体系中的任意一种，清洗能力都低于85%。

对比例1

采用与实施例1完全相同的条件，不加入0.2kg七水合硫酸钴，制备得到自行车用普通碳素钢表面处理液。

依据JB/T4323.1《水基金属净洗剂》标准，参照GB/T12612《多功能钢铁金属表面处理液通用技术条件》标准，按照JB/T4323.2《水基金属净洗剂试验方法》标准的规定对对比例1中的铝壳处理剂的清洗能力和腐蚀性能进行检测，结果如下：

清洗能力——实测洗油率97.1%；

腐蚀性——于（40℃±2℃）/4h，试片表面明显变色、有可见腐蚀点，外观2～3级；质量变化率△M1.897mg；

钝化膜面密度——1.22g/m²，钝化膜面密度明显降低，下降了69.72%。

实施例2

（1）、将去离子水289.56kg、50kg的柠檬酸、30kg的草酸和15kg酒石酸加入带有机械搅拌装备的反应釜中，以速度为80rpm的速度搅拌10min，得到混合液a；

（2）、取去离子217.17kg，分别将40kg椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、50kg烷基酚聚氧乙烯醚、40kg脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和10kg2-硫醇基苯并噻唑溶解，将溶解后的各组分与混合液a混合，以速度为25rpm的速度搅拌30min，得到混合液b；

（3）、将1kg硫氰酸铵加入混合液b中，以速度为60rpm的速度搅拌5min，得到混合液c；

（4）、将40kg盐酸加入混合液c中，以速度为60rpm的速度搅拌5min，得到混合液d；

（5）、将0.1kg七水合硫酸钴加入混合液d中，以速度为80rpm的速度搅拌10min，得到混合液e；

（6）、将余量水全部加入混合液e中，以速度为50rpm的速度搅拌30min，搅拌后静置60分钟，出料即得液态成品。

性能检测：采用实施例2制备得到的自行车用普通碳素钢表面处理液进行如下测试。

生物降解率测试：采用工业循环水中化学需氧量COD方法测试实施例2制备的普通碳素钢表面处理液生物降解率，第1天为73.1%、第7天为88.4%、第14天为93.1%、第28天为95.9%，第35天为98.3%，生物降解率逐天升高，第五周时已达到98.3%，实验数据表明自行车用普通碳素钢表面处理液生物降解度较高，而且自行车用普通碳素钢表面处理液也不含卤代烃和磷化合物，对环境友好。

对实施例2制备得到的自行车用普通碳素钢表面处理液进行腐蚀速率测试和盐雾试验。

腐蚀速率测试：对实施例2制备的普通碳素钢表面处理液采用静态挂片失重法测试碳钢腐蚀速率，测试结果表明该处理液对自行车用普通碳素钢腐蚀速率为0.97g/(m²·h)，对自行车用普通碳素钢间焊件腐蚀速率为0.91g/(m²·h)［取碳钢ρ为7.87时，换算为金属腐蚀的深度指标分别为0.87mm/年、0.82mm/年］，远远低于行业标准HG/T2387《工业设备化学清洗质量标准》中规定的碳钢类设备腐蚀速度≤6g/(m²·h)的要求。

盐雾试验［（35±1）℃、沉降率2.0mL/(h·80cm²)］，实施例2制备的普通碳素钢表面处理液保持不生锈的时间较其它市售水基型金属清洗剂的时间高1.86倍，较传统清洗工艺处理的时间高2.21倍。

本发明技术方案的自行车用普通碳素钢表面处理液制备及使用过程中不需要加热，可在常温下使用，即使在冬季也只是仅需简单解热即可。自行车用普通碳素钢表面处理液使用周期长、添加方便，可以多次重复使用，节约使用成本。

此外，本发明技术方案的自行车用普通碳素钢表面处理液使用过程无酸雾排放，清洗工作环境大为改善，处理液排放物远远低于传统清洗工艺。对于一天两班制预处理工段而言，采用自行车用普通碳素钢表面处理液清洗，固体废弃物可以6个月处理一次；而现价段的“碱洗—酸洗”清洗工艺，基本上每间隔20～30天就需要处理清洗槽底部的固体废弃物一次，还要同时对槽液作移槽处理，费工费时。所以本发明具有绿色环保、节能减排的优势，顺应了国家对金属清洗产业发展的趋势要求。

Claims

1.一种自行车用普通碳素钢表面处理液，其特征在于：所述的处理液由下列重量百分比的原料组成：

2.根据权利要求1所述的自行车用普通碳素钢表面处理液，其特征在于：所述的处理液由下列重量百分比的原料组成：柠檬酸4.0～5.0%，草酸2.0～3.0%，酒石酸1.5～3.0%，椰子油脂肪酸二乙醇酰胺4.0～6.0%，烷基酚聚氧乙烯醚2.0～5.0%，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠4.0%，硫氰酸铵0.1～0.2%，2-硫醇基苯并噻唑0.5～1%，七水合硫酸钴0.01～0.02%，盐酸4.0%，去离子水72.39～74.28%。

3.根据权利要求2所述的自行车用普通碳素钢表面处理液，其特征在于：所述的处理液由下列重量百分比的原料组成：柠檬酸4.0%，草酸2.0%，酒石酸3.0%，椰子油脂肪酸二乙醇酰胺6.0%，烷基酚聚氧乙烯醚2.0%，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠4.0%，硫氰酸铵0.2%，2-硫醇基苯并噻唑0.5%，七水合硫酸钴0.02%，盐酸4.0%，去离子水74.28%。

4.根据权利要求2所述的自行车用普通碳素钢表面处理液，其特征在于：所述的处理液由下列重量百分比的原料组成：柠檬酸5.0%，草酸3.0%，酒石酸1.5%，椰子油脂肪酸二乙醇酰胺4.0%，烷基酚聚氧乙烯醚5.0%，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠4.0%，硫氰酸铵0.1%，2-硫醇基苯并噻唑1.0%，七水合硫酸钴0.01%，盐酸4.0%，去离子水72.39%。

5.一种权利要求1所述的自行车用普通碳素钢表面处理液的制备方法，其特征在于：所述的制备方法包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的自行车用普通碳素钢表面处理液的制备方法，其特征在于：步骤（1）中搅拌的速度为60～80rpm，搅拌的时间为10～15min；步骤（1）中一部分去离子用量为去离子水总用量的2/5。

7.根据权利要求5所述的自行车用普通碳素钢表面处理液的制备方法，其特征在于：步骤（2）中搅拌的速度为15～25rpm，搅拌的时间为30～40min；步骤（2）中另一部分去离子用量为去离子水总用量的3/10。

8.根据权利要求5所述的自行车用普通碳素钢表面处理液的制备方法，其特征在于：步骤（3）中搅拌的速度为40～60rpm，搅拌的时间为5～10min。

9.根据权利要求5所述的自行车用普通碳素钢表面处理液的制备方法，其特征在于：步骤（4）中搅拌的速度为40～60rpm，搅拌的时间为5～10min。

10.根据权利要求5所述的自行车用普通碳素钢表面处理液的制备方法，其特征在于：步骤（5）中搅拌的速度为60～80rpm，搅拌的时间为10～20min；步骤（6）中搅拌的速度为30～50rpm，搅拌的时间为30～40min。