CN106141501A - 一种水基环保型金属焊接母材保护剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水基环保型金属焊接母材保护剂，包括以下重量百分比的原料：高分子成膜剂9％～15％、铺展剂8％～16％、润湿流平剂5％～10％、防锈添加剂0.5％～5％、助溶剂12％～18％、去离子水45％～65％。本发明的保护剂所用原料均为环保无毒、可降解成分；制得的金属焊接母材保护剂，能有效防止焊接飞溅物粘附，且易清洗，粘度适中，并具有优异的防锈性能；适用于平焊、横焊、立焊和仰焊等多种焊接位置。本发明还公开了该水基环保型金属焊接母材保护剂的制备方法，该制备方法不需要加热，操作简单，适用范围广，成本低。
Description
技术领域
本发明属于焊接化工技术，特别是涉及一种水基环保型金属焊接母材保护剂及其制备方法。
背景技术
金属焊接是现代工业中非常重要的一种工艺技术，在众多生产制造场合都必不可少，但是焊接时，局部熔化了的焊条以及母材常常会因为气体剧烈膨胀而四处飞散，形成飞溅物，俗称焊花。这些金属飞溅物因为高温而发光，一旦接触母材，会使母材在接触点也迅速熔化，使得飞溅物与母材相混，冷却后牢牢粘附在母材表面，影响工件表面平整度，用砂轮打磨不仅耗时费力，还会磨伤母材；焊接飞溅物主要分布在焊缝两边，直径为0.1～5毫米不等。金属焊接母材保护剂是一款防止焊接时产生的飞溅物附于母材上的焊接专用化学制品，在焊接施工之前，将金属焊接母材保护剂喷洒或刷在焊缝两旁的母材表面，很快于母材表面形成一层保护膜，焊接时阻隔焊渣与母材。金属焊接母材保护剂适用于气体保护焊、电弧焊、气割等飞溅物产生较多的场景，在各种碳钢、不锈钢、铝合金及其他合金钢等金属焊接时，能有效防止焊接飞溅物与金属的粘连，保持焊件光洁，避免焊接后的铲、磨、敲打等工序，减轻劳动强度，提高焊接质量和经济效益。
现有的防溅剂多采用金属氧化物作为成膜剂，如CN1644302A中公开了一种焊接防飞溅剂及其制备方法，其中大量使用了金属氧化物作为成膜剂，但是金属氧化物不溶于水或醇等溶剂、分散性差，不易在母材表面形成均匀的保护膜；且金属氧化物易堵塞喷嘴，难清洗处理。现有的部分防溅剂中含有有害成分，例如CN103612028A中公开了一种金属焊接防飞溅剂，其中就使用了亚硝酸钠作为防锈添加剂，亚硝酸钠是强致癌物质，对人体毒性大。现有的一部分防溅剂还具有安全隐患，例如CN104722957A中公开了一种环保喷涂型焊接防飞溅剂及其制备方法，绝大部分原料均为无毒无害环保成分，但是其中以脱芳烃溶剂油作为溶剂，闪点低、易燃，具有火灾隐患，且该溶剂挥发性强，对人体健康也有危害。
综上可见，现有金属焊接母材保护剂普遍存在以下缺陷：(1)有安全隐患，易燃、毒性大；(2)难清洗、防锈性差；(3)粘度小、分散性差只适用于平焊，横焊、仰焊和立焊效果差等等。
发明内容
发明目的：针对现有技术中金属焊接母材保护剂的上述缺陷，本发明公开了一种水基环保型金属焊接母材保护剂及其制备方法。
技术方案：本发明的水基环保型金属焊接母材保护剂，包括以下重量百分比的原料：高分子成膜剂9％～15％、铺展剂8％～16％、润湿流平剂5％～10％、防锈添加剂0.5％～5％、助溶剂12％～18％、去离子水45％～65％。
优选的，所述水基环保型金属焊接母材保护剂，包括以下重量百分比的原料：高分子成膜剂10％～15％、铺展剂10％～15％、润湿流平剂5％～8％、防锈添加剂1％～2％、助溶剂15％～18％、去离子水50％～55％。
所述的高分子成膜剂为聚乙烯醇1788、聚乙烯醇1799、聚乙二醇2000、聚乙二醇4000、聚丙烯酸钠中的一种。上述高分子成膜剂具有耐高温、水溶性好、粘度较高的特点，所形成的保护膜机械性能优良，稳定性好。由于配方中含有高分子成膜剂，因此本产品粘度显著高于同类产品，对不同角度的焊接平面都具有良好的适应性，金属焊接母材保护剂在倾斜或垂直表面不易流动，在倒置的平面上不会滴落。
优选的，所述高分子成膜剂为聚乙烯醇1788、聚乙二醇2000或者聚丙烯酸钠，因为这两种高分子成膜剂易溶于冷水、温水以及各种助溶剂，并且对温度变化稳定，粘度高。
所述的铺展剂为脂肪酸甲酯磺酸钠、α-烯基磺酸钠、烷基糖苷APG0810、烷基糖苷APG1214、烷基糖苷APG1000中的一种。上述铺展剂为表面活性剂，在较低的浓度下就能显著降低溶液表面张力，提高本发明的金属焊接母材保护剂的铺展性。
所述的润湿流平剂为失水山梨醇脂肪酸酯S-40、失水山梨醇脂肪酸酯S-60、失水山梨醇脂肪酸酯S-80、烷基酚聚氧乙烯醚OP-10、渗透剂JFC-S中的一种。以上润湿流平剂也为表面活性剂，与本发明的铺展剂复配联用，进一步降低溶液的表面张力，有助于提高本发明的金属焊接母材保护剂的润湿性，利于铺平，使保护膜更加平整均匀。
优选的，所述铺展剂和润湿流平剂的重量比为3:2～2:1。
所述的防锈添加剂为钼酸钠、石油磺酸钠、苯并三氮唑、三乙醇胺、三乙醇胺油酸皂中的一种或多种。以上防锈添加剂均水溶性好，对人体无毒无害，为绿色添加剂。优选的在配方中的重量百分比为1～2％。
所述的助溶剂为乙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、异丙醇中的一种。
本发明的水基环保型金属焊接母材保护剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照配比称取好以下原料：高分子成膜剂、铺展剂、润湿流平剂、防锈添加剂、助溶剂、去离子水；
(2)将高分子成膜剂溶解到助溶剂中，搅拌30～40min，得到第一份溶液；
(3)将铺展剂、润湿流平剂、防锈添加剂依次加入到去离子水中，搅拌50～60min，得到第二份溶液；
(4)将步骤(2)和步骤(3)所得两份溶液混合，并搅拌30～40min，即得水基环保型金属焊接母材保护剂，将其灌装入气雾罐保存。
有益效果：与现有技术相比，本发明的水基环保型金属焊接母材保护剂具有以下优点：(1)原料环保无毒，所有组分均为可降解成分，高温下不燃烧，不会分解生成有害气体，对人体和环境无危害，绿色环保；(2)原料均为高水溶性，易于清洗，焊接后用水清洗就能除去工件表面的保护膜，避免打磨工序，减轻对工件外观的影响，而且有效提高工作效率，降低生产成本；(3)形成的保护膜粘附力强，具有良好的润湿铺展性，经过喷涂后，能在工件表面形成平整稳定的保护膜，适用于平焊、横焊、仰焊和立焊等不同焊接位置；(4)形成的保护膜具有耐高温的特点，防飞溅效果好，能有效阻隔焊渣与金属工件沾粘；(5)短期防锈性能良好，能够有效防止工件在工序间短期储存时锈蚀；(6)组分中不含有硅、氯、磷等易使钢铁力学性能降低的有害元素，保证了焊缝的强度不会受到影响。本发明的水基环保型金属焊接母材保护剂的制备方法不需要加热，工艺简单易操作；适用范围广，成本低。
具体实施方式
为更好地说明本发明，列举以下实施例。
实施例1
原料：聚乙烯醇1788 13％、烷基糖苷APG1214 8％、烷基酚聚氧乙烯醚OP-10 7％、苯并三氮唑0.8％、三乙醇胺油酸皂2％、乙醇14％、去离子水55.2％。
制备方法如下：
(1)按原料配方称取原料；
(2)将聚乙烯醇1788溶解到乙醇中，搅拌30min，得到第一份溶液；
(3)将烷基糖苷APG1214、烷基酚聚氧乙烯醚OP-10、苯并三氮唑、三乙醇胺油酸皂依次加入到去离子水中，搅拌50min，得到第二份溶液；
(4)将步骤(2)和步骤(3)所得两份溶液混合，搅拌30min，得到金属焊接母材保护剂，将其灌装入气雾罐。
实施例2
原料：聚乙二醇2000 10％、烷基糖苷APG1000 8％、失水山梨醇脂肪酸酯S-808％、钼酸钠0.3％、三乙醇胺油酸皂3％、乙二醇16％、去离子水54.7％。
制备方法如下：
(1)按原料配方称取原料；
(2)将聚乙二醇2000溶解到乙二醇中，搅拌40min，得到第一份溶液；
(3)将烷基糖苷APG1000、失水山梨醇脂肪酸酯S-80、钼酸钠、三乙醇胺油酸皂依次加入到去离子水中，搅拌60min，得到第二份溶液；
(4)将步骤(2)和步骤(3)所得两份溶液混合，搅拌40min，得到金属焊接母材保护剂，将其灌装入气雾罐。
实施例3
原料：聚乙烯醇1799 14％、α-烯基磺酸钠9％、渗透剂JFC-S 9％、苯并三氮唑0.5％、石油磺酸钠3％、乙醇18％、去离子水46.5％。
制备方法如下：
(1)按原料配方称取原料；
(2)将聚乙烯醇1799溶解到乙醇中，搅拌35min，得到第一份溶液；
(3)将α-烯基磺酸钠、渗透剂JFC-S、苯并三氮唑、石油磺酸钠依次加入到去离子水中，搅拌55min，得到第二份溶液；
(4)将步骤(2)和步骤(3)所得两份溶液混合，搅拌35min，得到金属焊接母材保护剂，将其灌装入气雾罐。
实施例4
原料：聚乙烯醇1799 11％、烷基糖苷APG1214 9％、烷基酚聚氧乙烯醚OP-10 7％、苯并三氮唑0.5％、三乙醇胺油酸皂2％、异丙醇15％、去离子水55.5％。
制备方法如下：
(1)按原料配方称取原料；
(2)将聚乙烯醇1799溶解到异丙醇中，搅拌35min，得到第一份溶液；
(3)将烷基糖苷APG1214、烷基酚聚氧乙烯醚OP-10、苯并三氮唑、三乙醇胺油酸皂依次加入到去离子水中，搅拌55min，得到第二份溶液；
(4)将步骤(2)和步骤(3)所得两份溶液混合，搅拌35min，得到所述的金属焊接母材保护剂；最后将制得的金属焊接母材保护剂灌装入气雾罐。
实施例5
原料：聚乙二醇4000 10％、脂肪酸甲酯磺酸钠9％、失水山梨醇脂肪酸酯S-4010％、石油磺酸钠2％、三乙醇胺2％、乙醇12％、去离子水55％。
制备方法如下：
(1)按原料配方称取原料；
(2)将聚乙二醇4000溶解到乙醇中，搅拌40min，得到第一份溶液；
(3)将脂肪酸甲酯磺酸钠、失水山梨醇脂肪酸酯S-40、石油磺酸钠、三乙醇胺依次加入到去离子水中，搅拌55min，得到第二份溶液；
(4)将步骤(2)和步骤(3)所得两份溶液混合，搅拌40min，得到金属焊接母材保护剂，将其灌装入气雾罐。
实施例6
原料：聚乙二醇4000 9％、烷基糖苷APG0810 12％、失水山梨醇脂肪酸酯S-606％、石油磺酸钠2％、三乙醇胺油酸皂2％、丙二醇12％、去离子水57％。
制备方法如下：
(1)按原料配方称取原料；
(2)将聚乙二醇4000溶解到丙二醇中，搅拌30min，得到第一份溶液；
(3)将烷基糖苷0810、失水山梨醇脂肪酸酯S-60、石油磺酸钠、三乙醇胺油酸皂依次加入到去离子水中，搅拌60min，得到第二份溶液；
(4)将步骤(2)和步骤(3)所得两份溶液混合，搅拌30，得到金属焊接母材保护剂，将其灌装入气雾罐。
实施例7
原料：聚丙烯酸钠15％、烷基糖苷APG0810 16％、失水山梨醇脂肪酸酯S-60 5％、石油磺酸钠2.5％、钼酸钠2.5％、丙二醇12％、去离子水47％。
制备方法如下：
(1)按原料配方称取原料；
(2)将聚乙二醇4000溶解到丙二醇中，搅拌30min，得到第一份溶液；
(3)将烷基糖苷0810、失水山梨醇脂肪酸酯S-60、石油磺酸钠、三乙醇胺油酸皂依次加入到去离子水中，搅拌60min，得到第二份溶液；
(4)将步骤(2)和步骤(3)所得两份溶液混合，搅拌30min，得到金属焊接母材保护剂，将其灌装入气雾罐。
实施例8
原料：聚丙烯酸钠9％、烷基糖苷APG0810 8％、失水山梨醇脂肪酸酯S-60 5％、石油磺酸钠0.5％、钼酸钠0.5％、丙二醇12％、去离子水65％。
制备方法如下：
(1)按原料配方称取原料；
(2)将聚乙二醇4000溶解到丙二醇中，搅拌30min，得到第一份溶液；
(3)将烷基糖苷0810、失水山梨醇脂肪酸酯S-60、石油磺酸钠、三乙醇胺油酸皂依次加入到去离子水中，搅拌60min，得到第二份溶液；
(4)将步骤(2)和步骤(3)所得两份溶液混合，搅拌30min，得到金属焊接母材保护剂，将其灌装入气雾罐。
实施例9
原料：聚丙烯酸钠10％、烷基糖苷APG0810 10％、失水山梨醇脂肪酸酯S-60 5％、钼酸钠0.5％、丙二醇15％、去离子水59.5％。
制备方法如下：
(1)按原料配方称取原料；
(2)将聚乙二醇4000溶解到丙二醇中，搅拌30min，得到第一份溶液；
(3)将烷基糖苷0810、失水山梨醇脂肪酸酯S-60、石油磺酸钠、三乙醇胺油酸皂依次加入到去离子水中，搅拌60min，得到第二份溶液；
(4)将步骤(2)和步骤(3)所得两份溶液混合，搅拌30min，得到金属焊接母材保护剂，将其灌装入气雾罐。
对比例1
本对比例不添加高分子成膜剂聚乙烯醇1788，其他操作同实施例1一致。
对比例2
本对比例不添加高分子成膜剂聚乙二醇2000，其他操作同实施例2一致。
对比例3
本对比例不添加高分子成膜剂聚丙烯酸钠，其他操作同实施例9一致。
焊接防飞溅剂指标测试。
水溶性测试
测试方法：将实施例1-9中制备所得金属焊接母材保护剂各取20ml于100ml清水中进行搅拌，用秒表测试溶解时间，以及溶解程度。结果如下表：
表1
粘附性(流动性)测试
测试方法：测试使用20cm×20cm 304不锈钢板，保持钢板垂直放置，在距离钢板10cm处均匀喷涂定量的焊接防飞溅剂。在不同的时间称定钢板重量，记录与空白钢板重量的差值。
表2喷涂焊接防飞溅剂前后钢板重量差值(g)
由表2中钢板上本发明的焊接防飞溅剂残留量数据可见，本发明的水基环保型金属焊接母材保护剂流动性小，能够适应各种角度的焊接。并且根据三个对比例可见，对于不添加任何高分子成膜剂的防飞溅剂粘度不够、流动性大，不能适应各种角度焊接，适用范围小。
随后对焊接防飞溅剂指标测试后的钢板进行清洗，使用清水进行冲洗，冲洗后，由于防飞溅剂全部溶于水，使得钢板表面恢复如初，没有任何残留。由此表明，本发明的水基环保型金属焊接母材保护剂原料均为高水溶性，易于清洗，焊接后用水清洗就能除去工件表面的保护膜，避免打磨工序，减轻对工件外观的影响，而且有效提高工作效率，降低生产成本。
为了进一步验证本发明中铺展剂和润湿流平剂的复配联用效果，设定了6组平行试验，其中除了配方中铺展剂和润湿流平剂的选择以及重量比变化，其他试剂选用以及操作均同实施例9。观测施用相应防溅剂后金属焊接件表面平整度，试验数据以及结果如下：
表3
由表3可见，复配联合使用铺展剂和润湿流平剂，能够增加防溅剂的表面张力，形成的保护膜平整、均匀，能够达到较好的防溅效果。特别是铺展剂和润湿流平剂的重量比为3:2～2:1是效果更佳。
Claims (9)
1.一种水基环保型金属焊接母材保护剂，其特征在于包括以下重量百分比的原料：高分子成膜剂9％～15％、铺展剂8％～16％、润湿流平剂5％～10％、防锈添加剂0.5％～5％、助溶剂12％～18％、去离子水45％～65％。
2.根据权利要求1所述水基环保型金属焊接母材保护剂，其特征在于包括以下重量百分比的原料：高分子成膜剂10％～15％、铺展剂10％～15％、润湿流平剂5％～8％、防锈添加剂1％～2％、助溶剂15％～18％、去离子水50％～55％。
3.根据权利要求1或2所述水基环保型金属焊接母材保护剂，其特征在于：所述的高分子成膜剂为聚乙烯醇1788、聚乙烯醇1799、聚乙二醇2000、聚乙二醇4000、聚丙烯酸钠中的一种。
4.根据权利要求1或2所述水基环保型金属焊接母材保护剂，其特征在于：所述铺展剂和润湿流平剂的重量比为3:2～2:1。
5.根据权利要求1或2所述水基环保型金属焊接母材保护剂，其特征在于：所述的铺展剂为脂肪酸甲酯磺酸钠、α-烯基磺酸钠、烷基糖苷APG0810、烷基糖苷APG1214、烷基糖苷APG1000中的一种。
6.根据权利要求1或2所述水基环保型金属焊接母材保护剂，其特征在于：所述的润湿流平剂为失水山梨醇脂肪酸酯S-40、失水山梨醇脂肪酸酯S-60、失水山梨醇脂肪酸酯S-80、烷基酚聚氧乙烯醚OP-10、渗透剂JFC-S中的一种。
7.根据权利要求1或2所述水基环保型金属焊接母材保护剂，其特征在于：所述的防锈添加剂为钼酸钠、石油磺酸钠、苯并三氮唑、三乙醇胺、三乙醇胺油酸皂中的一种或多种。
8.根据权利要求1或2所述水基环保型金属焊接母材保护剂，其特征在于：所述的助溶剂为乙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、异丙醇中的一种。
9.一种权利要求1或2所述水基环保型金属焊接母材保护剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)按照配比称取好以下原料：高分子成膜剂、铺展剂、润湿流平剂、防锈添加剂、助溶剂、去离子水；
(2)将高分子成膜剂溶解到助溶剂中，搅拌30～40min，得到第一份溶液；
(3)将铺展剂、润湿流平剂、防锈添加剂依次加入到去离子水中，搅拌50～60min，得到第二份溶液；
(4)将步骤(2)和步骤(3)所得两份溶液混合，并搅拌30～40min，即得水基环保型金属焊接母材保护剂，将其灌装入气雾罐保存。
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