CN105441959A - 一种水性防锈剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水性防锈剂及其制备方法，该水性防锈剂由包含硅酸盐、有机碱、硼酸和/或硼酸酯、络合剂、钨酸盐、正硅酸酯和表面活性剂的成分制备而成，其原料来源广泛，制备方法简单，生产成本低廉，防锈效果好，且作用持久。
Description
技术领域
本发明涉及金属防锈领域，特别涉及一种水性防锈剂及其制备方法。
背景技术
锈是氧和水与表层金属发生缓慢氧化，存在于金属表面的金属氧化物和氢氧化物的混合物，属于金属的一种表面腐蚀，而锈的结构松散，具有多孔结构，可以储存更多的氧气和水蒸气，从而导致金属表面的腐蚀加速，这不仅降低了金属表面的形貌，更会降低其机械性能，导致机件运转不灵，甚至无法正常运转而报废。
而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，这些物质在金属表面将发生电化学腐蚀，而使生锈的速度更快。
因此，避免生锈的最好方法即是阻止氧、湿气或腐蚀性介质等与金属接触，最为常用的手段即是在金属表面涂覆一层防锈剂。
防锈剂是一种液态或乳状的物质，其在涂覆于金属表面后，可以形成一层粘附于金属表面的固态膜，从而使金属与其它物质隔离，起到防锈的作用。
目前，由于对环保问题的日益重视，传统的有机防锈剂正逐渐被淘汰，现有技术中存在以水作为基质的水性防锈剂，但水性防锈剂大都存在防锈效果差，防锈期短等问题，只能用于工序间的短期防锈；而且，水性防锈剂通常都含有属于污染物的亚硝酸钠。
如中国专利CN103409743A，公开了一种水性金属防锈剂及其制备方法，该防锈剂以十二烷基苯磺酸10-20份、季戊四醇四油酸酯20-30份、油酸丁酯40-45份、邻甲苯胺10-15份、硫酸钠7-15份、氢氧化钠10-20份、硅酸钠10-15份、水40-50份制备而成，由其原料可知，其中仍含有大量有机组分，挥发到空气中后会造成环境污染。
因此，亟需开发一种防锈效果好、制备方便、环保、价格低廉的水性防锈剂。
发明内容
为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，结果发现：由硅酸钠、有机碱、硼酸、乙二胺四乙酸、钨酸钠、正硅酸四乙酯和表面活性剂制备混合液涂覆于金属表面后可以在金属表面快速形成一层防锈膜，将金属与外界隔离，该防锈膜防锈效果好，防锈时间长，耐盐水及盐雾腐蚀能力强，从而完成了本发明。
本发明的目的在于提供以下方面：
第一方面，本发明提供一种水性防锈剂，其特征在于，该防锈剂由包含以下重量份的成分制备而成：
第二方面，本发明还提供一种制备上述水性防锈剂的方法，该方法包括以下步骤：
(1)在水中加入硅酸盐或其水溶液、有机碱、硼酸和/或硼酸酯类、络合剂和钨酸盐，升温下搅拌，制得混合液；
(2)向步骤1中制得的混合液中加入正硅酸酯和表面活性剂，搅拌，冷却。
附图说明
图1示出实施例1～实施例5及对比例3制得样品的耐水滴实验结果图；
图2示出实施例1～实施例5及对比例3制得样品的硫酸铜滴定实验结果图；
图3示出实施例1、实施例6～实施例10及对比例1制得样品的耐水滴实验结果图；
图4示出实施例1、实施例6～实施例10及对比例1制得样品的硫酸铜滴定实验结果图。
具体实施方式
下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
本发明提供了一种水性防锈剂，其原料来源广泛，制备方法简单，仅需要将原料混合液在高温下搅拌即可制得，该水性防锈剂的防锈效果好，防锈时间长，相比于现有技术中存在的水性防锈剂价格低廉、防锈性能优。
根据本明的第一方面，提供一种水性防锈剂，该水性防锈剂由包括以下重量份的成分制备而成：
优选为，
更优选为，
本发明中，所用硅酸盐为可溶性硅酸盐，如硅酸钠，硅酸钾和硅酸铵等，优选使用硅酸钠和硅酸钾，更优选为硅酸钠。
本发明提供的水性防锈剂，以水作为载体，以硅酸盐作为基体，因此，本发明选择硅酸盐的用量为20～50份。
本发明人发现，在防锈剂中加入正硅酸酯后，后，防锈剂在金属表面形成的防锈膜的防水滴、防盐水和防盐雾能力均增强，防锈剂的防锈时间延长，不受任何理论束缚，本发明人认为是因为正硅酸酯在水溶液中缓慢水解，生成二氧化硅小颗粒，这些二氧化硅小颗粒化学性质稳定，且不易溶于水。
本发明人经研究发现，当防锈剂体系中加入1～5份的正硅酸酯时，即可有效地增加防锈剂的防锈效果，再继续增加正硅酸酯的用量，其防锈效果不再继续增加，而成本则会显著提高，因此，本发明选择正硅酸酯的用量为1～5份，优选为1.5～4.5份，更优选为2～3.5份，如3份。
本发明所用正硅酸酯优选为正硅酸与一元醇所成的酯，其中，一元醇选择碳原子数为1～10的链式一元醇，优选为碳原子数为1～6的链式一元醇，更优选为碳原子数为2～4的链式一元醇，最优选地，本发明选择正硅酸酯为正硅酸四乙酯。
本发明人发现，在防锈剂中加入表面活性剂后，防锈剂体系中的成分分散均匀，不发生团聚，即防锈剂体系均一稳定，因此，本发明选择在防锈剂中加入表面活性剂，所述表面活性剂优选为阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂，如聚乙烯醇、聚乙二醇、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、OP-10、吐温-20、吐温-40、吐温-60和吐温-80等。
而且，本发明人还发现，阴离子表面活性剂，如十二烷基硅酸钠、十二烷基磺酸钠的粘度适中，以其作为分散剂制得的水性防锈剂流动性好，且干燥速度快，使金属工件或金属机械在涂覆防锈剂后可以快速的投入使用，节约时间。
本发明中所述的有机碱为有机胺类化合物，优选为三乙醇胺、二乙醇胺和三乙胺。
本发明人发现，在防锈剂中加入硼酸和/或硼酸酯后防锈时间延长。
本发明选择在防锈剂中加入硼酸和/或硼酸酯，三乙醇胺硼酸酯、二乙醇胺硼酸酯、三异丙基硼酸酯、异丙醇频哪醇硼酸酯、硼酸三丁酯，优选硼酸。
本发明中所用络合剂选自磷酸盐、氨基羧酸、羟基羧酸盐、有机膦酸盐，优选选自三聚磷酸钠、焦磷酸钠、六偏磷酸钠、氨三乙酸、乙二胺四乙酸、二乙烯三胺五羧酸、酒石酸、庚糖酸盐、葡萄糖酸钠、海藻酸钠和乙二胺四甲叉磷酸钠，优选乙二胺四乙酸。
本发明中所用钨酸盐是钨酸碱金属盐，优选为钨酸钠和钨酸钾，更优选为钨酸钠。
本发明人发现，在防锈剂中同时加入络合剂与钨酸盐，防锈剂的防锈效果增强。
根据本发明的第二方面，提供一种制备上述防锈剂的方法，该方法包括以下步骤：
步骤1，在水中加入硅酸盐或其水溶液、有机碱、硼酸和/或硼酸酯、络合剂和钨酸盐，升温搅拌，制得混合液。
本发明选择首先将硅酸盐或其水溶液、有机碱、硼酸和/或硼酸酯、络合剂和钨酸盐溶于水中，制成混合液，升温下搅拌其上述组分形成均一的混合液。
本发明优选将温度升高至40℃～100℃下进行搅拌，更优选为50℃～90℃，从而可以加快各组分的溶解速率，并且可以使各组分混合得更均匀，其中，酸性组分与碱性组分可以部分或全部地发生反应，使防锈剂更为稳定。
本发明对搅拌时间不做特别限定，以使混合液混合充分、混合液稳定为优选，如20～100分钟，优选为30～80分钟，更优选为40～60分钟。
步骤2，向步骤1中制得的混合液中加入正硅酸酯和表面活性剂，搅拌，冷却。
本发明人发现，向步骤1制得的混合液中加入正硅酸酯，并加入表面活性剂，并与其它组分混溶，混合液的防锈能力增强。
本发明对搅拌温度不做特别限定，优选选择在40℃～100℃下进行搅拌，更优选为与步骤1温度相同。
本发明对搅拌时间也不做特别限定，以使防锈剂中各组分充分混溶为优选，如20～100分钟，优选为30～80分钟，更优选为40～60分钟。
根据本发明提供的水性防锈剂及其制备方法，具有以下有益效果：
(1)本发明提供的防锈剂原料常规，来源广泛，生产成本低；
(2)该防锈剂以水作为载体，以硅酸盐作为基体，其它组分的用量少；
(3)该防锈剂的防锈效果好，防锈时间长，优于市售水性防锈剂；
(4)本发明提供的制备水性防锈剂的方法简单，仅将原料在水中搅拌即可，无需复杂操作。
实施例
(一)实验例中所用涂有防锈剂的铁片样品通过以下方法预备：
(1)铁片预处理：剪裁成10×5cm2的铁片，先用砂纸打磨，再浸入10％稀硫酸中，半小时后取出用清水冲洗，擦干，
(2)涂覆防锈剂：将实施例或对比例中制得的防锈剂用玻璃棒均匀的涂在预处理过的铁片上，在80℃条件下干燥3h。
(二)以下实验例中所述耐水滴实验、硫酸铜滴定实验的实验方法为：
(1)耐水滴实验：在处理好的铁片上滴4cm×4cm的自来水，观察其生锈情况，记录生锈时间；
(2)硫酸铜滴定实验：硫酸铜可以和贴发生置换反应，生成红色的铜，该反应过程明显，可以准确发现铁是否被腐蚀。在处理好的铁片上滴一滴硫酸铜溶液，准确记录第一滴红点出现的时间。
实施例1
(1)在50mL硅酸钠溶液(600g/L)中加入50mL水，0.1mL三乙醇胺，0.05g硼酸，0.08g乙二胺四乙酸，0.40g钨酸钠放入烧杯中，在80℃的恒温水浴中搅拌；
(2)取1mL正硅酸四乙酯加入制备体系，再加入0.1g十二烷基硫酸钠，恒温搅拌30min。
制得样品的耐水滴防锈时间为35h，耐硫酸铜腐蚀时间为135s。
实施例2
(1)在50mL硅酸钠溶液(600g/L)中加入50mL水，0.1mL二乙醇胺，0.08g硼酸，0.06g乙二胺四乙酸，40g钨酸钠放入烧杯中，在80℃的恒温水浴中搅拌；
(2)取2mL正硅酸四乙酯加入制备体系，再加入0.1g十二烷基磺酸钠，恒温搅拌30min。
制得样品的耐水滴防锈时间为36h，耐硫酸铜腐蚀时间为220s。
实施例3
(1)在50mL硅酸钠溶液(400g/L)中加入50mL水，0.1mL三乙胺，0.8g硼酸，1.5g乙二胺四乙酸，0.8g钨酸钠放入烧杯中，在80℃的恒温水浴中搅拌；
(2)取3mL正硅酸四乙酯加入制备体系，再加入0.1g十二烷基硫酸钠，恒温搅拌30min。
制得样品的耐水滴防锈时间为40h，耐硫酸铜腐蚀时间为342s。
实施例4
(1)在50mL硅酸钾溶液(800g/L)中加入50mL水，1.5mL三乙醇胺，0.55g硼酸，0.55g乙二胺四乙酸，2g钨酸钠放入烧杯中，在90℃的恒温水浴中搅拌；
(2)取4mL正硅酸四乙酯加入制备体系，再加入3g十二烷基硫酸钠，恒温搅拌60min。
制得样品的耐水滴防锈时间为37h，耐硫酸铜腐蚀时间为270s。
实施例5
(1)在50mL硅酸钠溶液(800g/L)中加入50mL水，1mL二乙醇胺，0.3g硼酸，0.8g乙二胺四乙酸，3g钨酸钠放入烧杯中，在50℃的恒温水浴中搅拌；
(2)取5mL正硅酸四乙酯加入制备体系，再加入0.5g十二烷基硫酸钠，恒温搅拌30min。
制得样品的耐水滴防锈时间为36h，耐硫酸铜腐蚀时间为250s。
实施例6
(1)在50mL硅酸钠溶液(400g/L)中加入50mL水，0.8mL三乙醇胺，0.35g硼酸，0.68g乙二胺四乙酸，0.20g钨酸钠放入烧杯中，在80℃的恒温水浴中搅拌；
(2)取2mL正硅酸四乙酯加入制备体系，再加入0.2g十二烷基硫酸钠，恒温搅拌30min。
制得样品的耐水滴防锈时间为42h，耐硫酸铜腐蚀时间为370s。
实施例7
(1)在80mL硅酸铵溶液(600g/L)中加入50mL水，1.5mL三乙醇胺，0.7g硼酸，1.2g乙二胺四乙酸，3g钨酸钠放入烧杯中，在100℃的恒温水浴中搅拌；
(2)取4mL正硅酸四乙酯加入制备体系，再加入0.3g十二烷基硫酸钠，恒温搅拌30min。
制得样品的耐水滴防锈时间为45h，耐硫酸铜腐蚀时间为380s。
实施例8
(1)在50mL硅酸钠溶液(600g/L)中加入30mL水，0.4mL三乙醇胺，0.25g硼酸，0.06g乙二胺四乙酸，0.20g钨酸钠放入烧杯中，在60℃的恒温水浴中搅拌；
(2)取2mL正硅酸四乙酯加入制备体系，再加入0.4g十二烷基硫酸钠，恒温搅拌30min。
制得样品的耐水滴防锈时间为46h，耐硫酸铜腐蚀时间为410s。
实施例9
(1)在50mL硅酸钠溶液(500g/L)中加入50mL水，0.9mL三乙醇胺，0.6g硼酸，0.09g乙二胺四乙酸，0.9g钨酸钠放入烧杯中，在80℃的恒温水浴中搅拌；
(2)取2mL正硅酸四乙酯加入制备体系，再加入0.5g十二烷基硫酸钠，恒温搅拌30min。
制得样品的耐水滴防锈时间为45h，耐硫酸铜腐蚀时间为390s。
实施例10
(1)在50mL硅酸钠溶液(600g/L)中加入50mL水，0.1mL三乙醇胺，0.1g硼酸，0.2g乙二胺四乙酸，2g钨酸钠放入烧杯中，在90℃的恒温水浴中搅拌；
(2)取1mL正硅酸四乙酯加入制备体系，再加入0.6g十二烷基硫酸钠，恒温搅拌30min。
制得样品的耐水滴防锈时间为43h，耐硫酸铜腐蚀时间为360s。
实施例11
(1)在50mL硅酸钠溶液(600g/L)中加入50mL水，0.1mL三乙醇胺，0.05g硼酸，0.08g乙二胺四乙酸，0.40g钨酸钠放入烧杯中，在80℃的恒温水浴中搅拌；
(2)取3mL正硅酸四乙酯加入制备体系，再加入0.3g十二烷基硫酸钠，恒温搅拌30min。
制得样品的耐水滴防锈时间为46h，耐硫酸铜腐蚀时间为410s。
实施例12
(1)在50mL硅酸钠溶液(600g/L)中加入50mL水，0.2mL三乙醇胺，0.05g三乙醇胺硼酸酯，0.10g乙二胺四乙酸，0.40g钨酸钠放入烧杯中，在80℃的恒温水浴中搅拌；
(2)取2mL正硅酸四乙酯加入制备体系，再加入0.3g十二烷基硫酸钠，恒温搅拌30min。
制得样品的耐水滴防锈时间为45h，耐硫酸铜腐蚀时间为400s。
对比例
对比例1
(1)在50mL硅酸钠溶液(600g/L)中加入50mL水，0.1mL三乙醇胺，0.05g硼酸，0.08g乙二胺四乙酸，0.40g钨酸钠放入烧杯中，在80℃的恒温水浴中搅拌；
(2)取1mL正硅酸四已酯加入制备体系，恒温搅拌30min。
制得样品的耐水滴防锈时间为40h，耐硫酸铜腐蚀时间为345s。
对比例2
(1)在50mL硅酸钠溶液(600g/L)中加入50mL水，0.1mL三乙醇胺，0.05g硼酸，0.08g乙二胺四乙酸，0.40g钨酸钠放入烧杯中，在80℃的恒温水浴中搅拌；
(2)取入0.1g十二烷基硫酸钠加入制备体系，恒温搅拌30min。
制得样品的耐水滴防锈时间为25h，耐硫酸铜腐蚀时间为140s。
对比例3
在50mL硅酸钠溶液(600g/L)中加入50mL水，0.1mL三乙醇胺，0.05g硼酸，0.08g乙二胺四乙酸，0.40g钨酸钠放入烧杯中，在80℃的恒温水浴中搅拌，制得样品。
制得样品的耐水滴防锈时间为26h，耐硫酸铜腐蚀时间为89s。
实验例
实验例1正硅酸四乙酯的用量对防锈性能的影响(耐水滴实
验)
本实验例所用样品为实施例1～实施例5及对比例3制备，按照(二)中(1)的方法测定正硅酸四乙酯的用量对防锈性能的影响，结果如图1所示，由图1可知，
当正硅酸四乙酯的量为3mL时，该配方防锈效果最好，防锈时间为40h，而对比例3中制得样品的防锈时间仅为26h。
实验例2正硅酸四乙酯的用量对防锈性能的影响(硫酸铜滴
定实验)
本实验例所用样品为实施例1～实施例5及对比例3制备，按照(二)中(2)的方法测定正硅酸四乙酯的用量对防锈性能的影响，结果如图2所示，由图2可知，
当正硅酸四乙酯的量为3mL时，耐腐蚀时间最高，为342s，对比例3制得样品仅为89s。
实验例3十二烷基硫酸钠的用量对防锈性能的影响(耐水滴
实验)
本实验例所用样品为实施例1、实施例6～实施例10及对比例1制备，按照(二)中(1)的方法测定正硅酸四乙酯的用量对防锈性能的影响，结果如图3所示，由图3可知，
十二烷基硫酸钠的量为0.3g时，防锈效果最佳，防锈时间提高到46h，而对比例1中制得样品的防锈时间仅为40h。
实验例4十二烷基硫酸钠的用量对防锈性能的影响(硫酸铜
滴定实验)
本实验例所用样品为实施例1、实施例6～实施例10及对比例1制备，按照(二)中(2)的方法测定正硅酸四乙酯的用量对防锈性能的影响，结果如图4所示，由图4可知，
十二烷基硫酸钠的添加量为0.3g时，防锈效果最佳，耐硫酸铜腐蚀时间提高到410s，而对比例1制得样品的耐硫酸铜腐蚀时间为345s。
实验例5多种防锈剂性能对比试验
本实验例所用样品为实施例1～12、对比例1～3制得的样品，
按照(二)中的方法分别进行耐水滴实验和硫酸铜滴定实验，结果如下表1所示：
表1多种防锈剂性能
由表1可知，本发明提供的防锈剂的耐硫酸铜氧化和耐水滴腐蚀的性能均有较大提高。
实验例6防锈剂性能测试
本实验例所用样品为实施例1～12及对比例1～3中制备。
表2防锈剂性能测试
以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种水性防锈剂，其特征在于，该防锈剂由包含以下重量份的成分制备而成：
2.根据权利要求1所述的防锈剂，其特征在于，
所述硅酸盐选自硅酸钠、硅酸钾和硅酸铵，优选硅酸钠和硅酸钾，和/或
所述有机碱为有机胺类化合物，优选三乙醇胺、二乙醇胺和三乙胺，和/或
所述选自硼酸和/或硼酸酯：三乙醇胺硼酸酯、二乙醇胺硼酸酯、三异丙基硼酸酯、异丙醇频哪醇硼酸酯、硼酸三丁酯，优选硼酸，和/或
所述络合剂选自磷酸盐、氨基羧酸、羟基羧酸盐、有机膦酸盐，优选选自三聚磷酸钠、焦磷酸钠、六偏磷酸钠、氨三乙酸、乙二胺四乙酸、二乙烯三胺五羧酸、酒石酸、庚糖酸盐、葡萄糖酸钠、海藻酸钠和乙二胺四甲叉磷酸钠，优选乙二胺四乙酸，和/或
所述钨酸盐是钨酸碱金属盐，优选为钨酸钠和钨酸钾，更优选为钨酸钠，和/或
所述表面活性剂为阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂。
3.根据权利要求1或2所述的防锈剂，其特征在于，由包含以下重量份的成分制备而成：
4.根据权利要求1至3之一所述的防锈剂，其特征在于，所述正硅酸酯为正硅酸与一元醇所成的酯，所述一元醇为碳原子数为1～10的链式一元醇，优选为碳原子数为1～6的链式一元醇，更优选为碳原子数为2～4的链式一元醇，最优选所述正硅酸酯为正硅酸四乙酯。
5.根据权利要求1至4之一所述的防锈剂，其特征在于，所述表面活性剂选自聚乙烯醇、聚乙二醇、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、OP-10、吐温系列表面活性剂。
6.根据权利要求5所述的防锈剂，其特征在于，所述吐温系列表面活性剂选自吐温-20、吐温-40、吐温-60和吐温-80。
7.一种制备根据权利要求1至6之一所述水性防锈剂的方法，包括以下步骤：
(1)在水中加入硅酸盐或其水溶液、有机碱、硼酸和/或硼酸酯、络合剂和钨酸盐，升温下搅拌，制得混合液；
(2)向步骤1中制得的混合液中加入正硅酸酯和表面活性剂，搅拌，冷却。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(1)中在40℃～100℃下进行搅拌。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，
所述硅酸盐为硅酸钠和硅酸钾，和/或
所述有机碱为三乙醇胺、二乙醇胺和三乙胺，和/或
所述硼酸和/或硼酸酯类为硼酸，和/或
所述络合剂为乙二胺四乙酸，和/或
所述钨酸盐为钨酸钠。
10.根据权利要求7至9之一所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，
所述正硅酸酯为正硅酸与一元醇所成的酯，所述一元醇为碳原子数为2～4的链式一元醇，优选所述正硅酸酯为正硅酸四乙酯，和/或
所述表面活性剂选自聚乙烯醇、聚乙二醇、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、OP-10、吐温系列表面活性剂，所述吐温系列表面活性剂优选为吐温-20、吐温-40、吐温-60和吐温-80。
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