CN106894030A

CN106894030A - 金属表面处理剂

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Publication number: CN106894030A
Application number: CN201710137927.3A
Authority: CN
Inventors: 唐宗明; 卢玉干
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-03-09
Filing date: 2017-03-09
Publication date: 2017-06-27
Anticipated expiration: 2037-03-09
Also published as: CN106894030B

Abstract

金属表面处理剂，以重量份计，其组成至少包括：十二烷基苯磺酸28‑34份、醇胺64‑70份、金属氢氧化物0.4‑0.5份、吗啉乙醇10‑12份、水1‑2份。

Description

金属表面处理剂

技术领域

本发明涉及金属加工领域，具体涉及一种金属表面处理剂。

背景技术

金属以及金属合金均具有优良的理化性能和优异的表面处理性能，应用非常广泛。为了提高其综合性能、表面光洁度和装饰效果，必须进行表面精饰处理。金属以及金属的抛光工艺，主要有机械抛光、化学抛光和电化学抛光。化学及电化学抛光都要用到强酸或强碱，特别是对大型结构件用型材的抛光，酸或碱的用量特别大。在抛光过程中也会产生大量废气、废液对生产操作人员和环境都是有害的。因此，近年来采用环保的抛光方法较多，比如机械布轮抛光技术等。通常抛光的时候会附带抛光蜡，才能是金属表面抛光至镜面。这样，抛光后的技术上就会残留大量的抛光蜡。因此在金属抛光后，后处理(氧化、着色等)前必须把残留的蜡清洗掉。

抛光蜡的主要成分有矿物油、动植物油、石蜡、天然蜡和树脂、石墨、氧化铝、碳化硅等固体润滑剂以及磨光添加剂等。目前金属除蜡渍、脱脂、去油污的方法主要有下列几类：有机溶剂法、化学法、电化学法和水基清洗剂法等。常用有机溶剂不能完全去除抛光蜡，特别是其上的金属氧化物、碳化物等磨光料不能被有效清洗掉。而含氯溶剂不但毒性大，且有水解趋势，在湿性条件下，对工件会有腐蚀。

现有的除蜡用金属表面处理剂主要是采用一些表面活性剂、助剂、缓蚀剂、助溶剂等复合、调配。其中常采用的壬基酚聚氧乙烯醚系列表面活性剂存在着生物降解性差，亲脂性强、易在污泥和生物体内积累，并且可能通过食物链以慢性作用危及所有物种的生存的缺点。部分金属表面处理剂中含有磷，容易引发水体富营养化，对环境造成污染，威胁生态环境。

而不采用壬基酚聚氧乙烯醚系列表面活性剂或含磷化合物的金属表面处理剂除蜡速度慢，且稳定性不佳，不能存放过久。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的第一方面提供一种金属表面处理剂，以重量份计，其组成至少包括：十二烷基苯磺酸28-34份、醇胺64-70份、金属氢氧化物0.4-0.5份、吗啉乙醇10-12份、水1-2份。

在一些实施方式中，所述金属氢氧化物选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡中的一种。

在一些实施方式中，所述醇胺选自单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、异丙醇胺中的至少一种。

在一些实施方式中，所述醇胺选自三乙醇胺与异丙醇胺的混合物。

在一些实施方式中，所述三乙醇胺与异丙醇胺的重量比为60：7。

在一些实施方式中，以重量份计，其组成至少包括：十二烷基苯磺酸31份、三乙醇胺60份、异丙醇胺7份、氢氧化钾0.5份、吗啉乙醇10份、水2份。

本发明的第二方面提供一种如上所述的金属表面处理剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)在室温下，将31重量份十二烷基苯磺酸与18重量份三乙醇胺在反应釜中混合，再加入2重量份水，持续搅拌；

(2)待温度恢复到室温，加入吗啉乙醇10份后，再加入7重量份异丙醇胺和42重量份三乙醇胺；

(3)在搅拌下，加入氢氧化钾0.5份，即得。

本发明的第三方面提供一种如上所述的金属表面处理剂在金属表面除蜡中的应用。

在一些实施方式中，所述金属选自不锈钢、铜、铝、铝合金、锌合金、镁合金中的一种。

在一些实施方式中，所述金属表面处理剂在使用时配成水溶液，所述水溶液的质量浓度为3-5％。

附图说明

图1为实施例1烘干后的红外光谱图。

具体实施方式

除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。

质量、浓度、温度、时间、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，1-50的范围应理解为包括选自1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、或50的任何数字、数字的组合、或子范围、以及所有介于上述整数之间的小数值，例如，1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、和1.9。关于子范围，具体考虑从范围内的任意端点开始延伸的“嵌套的子范围”。例如，示例性范围1-50的嵌套子范围可以包括一个方向上的1-10、1-20、1-30和1-40，或在另一方向上的50-40、50-30、50-20和50-10。

本发明的第一方面提供一种金属表面处理剂，以重量份计，其组成至少包括：十二烷基苯磺酸28-34份、醇胺64-70份、金属氢氧化物0.4-0.5份、吗啉乙醇10-12份、水1-2份。

本发明提供的金属表面处理剂是一种溶蜡除蜡用金属表面处理剂。

抛光蜡的蜡垢主要由石蜡、脂肪酸、松香皂、金属氧化物和某些无机固体抛磨小颗粒如：刚玉、碳化硅、高铝瓷等组成。固体颗粒主要以粉末状均匀分布于抛光蜡体系中，以及一些打磨布辘残碎片、打磨出来的金属基体的粉末物及其氧化物。蜡垢与工件主要以机械粘附、分子间力粘附、静电力粘附等粘附方式，当机械粘附的蜡垢颗粒小于0.1μm时就较难去除。

溶蜡除蜡用金属表面处理剂制备的关键是对各种表面活性剂、助剂、缓蚀剂等的合理复配，通过降低表面张力，改善润湿渗透性能和乳化、溶解、增溶等性能，从而加强渗透能力和溶解能力。

溶蜡除蜡用金属表面处理剂广泛应用于电镀、钟表、工艺品、饰品等五金行业工件的抛光后的除蜡工艺。其不能对不锈钢、碳钢、锌合金、铝合金、镁合金、铜合金等各种基材产生腐蚀、氧化等副作用。

现有技术中金属表面处理剂中通常要加入表面活性剂。

溶蜡除蜡用金属表面处理剂必须具备良好的综合性能，其除蜡能力，防锈性，消泡性和稳定性是主要指标，其中除蜡能力是关键。而除蜡能力又是由表面活性剂的种类，数量和复配等来决定的。一般而言，采用单一的表面活性剂其除蜡能力和消泡性往往不理想。现有的除蜡剂通常采用两种或两种以上的活性剂复配，从而提高去除油污的能力，并且复配后的产品消泡性好，易于漂洗。

单一的表面活性剂对蜡的清除效果并不好，对蜡的清除效果从大到小依次为脂肪酸甲酯乙氧基化物磺酸盐、烷基聚葡萄糖苷、N-酰基氨基羧酸钠、椰油脂肪酸二乙醇酰胺、椰油酰胺丙基甜菜碱、琥珀酸酯磺酸钠、脂肪酸甲酯乙氧基化物、脂肪醇聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烷醚硫酸钠。在相同的条件下，脂肪酸甲酯乙氧基化物磺酸盐的蜡清除率接近80％，十二烷基苯磺酸钠的蜡清除率为40％左右。这样的蜡清除率都达不到提高生产效率的要求。

现有的溶蜡除蜡用金属表面处理剂采用非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂复配。通常认为加入非离子表面活性剂后，会使阴离子表面活性剂浊点有较宽的范围，能形成混合胶团。非离子表面活性剂的分子插入胶团中，使阴离子表面活性剂离子间斥力减小。再加上两类活性剂之间疏水链之间的相互作用，更易生成胶团，从而使金属表面处理剂能够将蜡垢除去。选取简单的表面活性剂做为洗涤剂，其洗涤能力和泡沫性一般都并不理想，应用两种或两种以上的表面活性剂进行复配，不但可以促进去除污垢的性能，并且复配后制品的泡沫性能好，方便漂洗，并且其防锈性及耐蚀性都得到了提高。

使用的较多的非离子表面活性剂是聚氧乙烯醚系列表面活性剂，但是聚氧乙烯醚系列表面活性剂尤其是壬基酚聚氧乙烯醚类非离子表面活性剂存在着生物降解性差，亲脂性强、易在污泥和生物体内积累，并且可能通过食物链以慢性作用危及所有物种的生存的缺点。

醇胺在金属表面处理剂中也有重要作用。蜡中有较多的硬脂酸和油酸，根据相似相容原理，现有的除蜡剂中添加有油酸和醇胺。油酸的醇胺化合物的油酸基可以吸附溶解在蜡里，而醇胺基团为亲水基团，在高温65-75℃及超声波震荡下，蜡垢中的油团被快速包裹，分散成小油团而从基材中剥离出来。油酸与二乙醇胺的摩尔比为1∶2的化合物除蜡性能最好，其除蜡能力接近90％。但是除蜡能力还是较低，不能满足快速生产的需求。

现有的金属表面处理剂中通常还会添加渗透剂、无机盐等。

渗透剂为小分子的表面活性剂，容易接近基体，吸附在基体和污垢间，协同非离子和阴离子表面活性剂，达到润湿、渗透、乳化、卷离污垢的效果。但是渗透剂只是辅助作用，最终的除蜡能力还是由阴离子和非离子表面活性剂复配决定的。

无机盐是添加在金属表面处理剂中的无机助剂，用于缓蚀或者提高除蜡能力。通常选用的无机盐为聚磷酸盐或硅酸钠。

聚磷酸盐对金属表面处理剂中的表面活性剂有协同作用，缩合磷酸盐在水溶液中都倾向于回复成正磷酸盐，焦磷酸盐在温度不太高的情况下，逆反应很慢，在配制时多用焦磷酸盐。

聚磷酸盐对蜡垢中的脂肪酸类物质起到促进作用，对固体粒子有分散作用，还具有碱缓冲作用，使金属表面处理剂保持一定的碱度，并能促进蜡垢粒子的分散，通过皂化作用使蜡垢中的硬脂酸类化合物污垢分解、胶化，进而有利于蜡垢的去除。

硅酸钠与一定的表面活性剂一起使用时有良好的助洗作用，同时一定的硅酸钠是铝及铝合金的缓蚀剂，与聚磷酸盐复合使用的作用是十分显著的。

但是磷酸盐容易引发水体富营养化，对环境造成污染，威胁生态环境。并且无机盐难以溶解到以表面活性剂为主的除蜡剂中，或者溶解后不稳定而易析出。

吗啉乙醇又称为N-羟乙基吗啉、4-羟乙基吗啉、N(2-羟乙基)吗啉，CAS号为622-40-2。

本发明提供的金属表面处理剂中加入吗啉乙醇，将十二烷基苯磺酸和三乙醇胺反应得到十二烷基苯磺酸三乙醇胺盐作为单一的表面活性剂，不需要添加其它的渗透剂、无机盐，也不需要加入非离子表面活性剂形成复配体系就能有非常好的除蜡效果。本发明提供的金属表面处理剂不仅除蜡效果非常好，加入氢氧化钾之后的稳定性也非常好，长时间放置不会出现浑浊和沉淀。在不加入无机盐或者有机羧酸盐的情况下不会损伤金属表面。也不含聚氧乙烯醚类表面活性剂及含磷物质，对环境有利。同时，采用单一的表面活性剂成本低廉，相对于表面活性剂复配体系而言，在使用过程中的维护成本也降到最低。发明人认为吗啉乙醇和十二烷基苯磺酸三乙醇胺盐产生了协同作用，吗啉乙醇具有醇羟基、醚键和胺基，吗啉乙醇的加入能够降低表面张力，提高了十二烷基苯磺酸三乙醇胺盐对蜡垢的渗透作用，使蜡垢在金属表面更容易松动，从而更容易清除。克服了单一表面活性剂，特别是十二烷基苯磺酸盐除蜡效果不好的技术阻力，取得了预料不到的技术效果。三乙醇胺和异丙醇胺的重量比为60：7时，能够实现较好的防止蜡垢再沉积的现象。

(3)在搅拌下，加入氢氧化钾0.5份，即得。

十二烷基苯磺酸与三乙醇胺的反应是放热反应，本发明的制备方法中，先将十二烷基苯磺酸与三乙醇胺混合，加入水后，随着反应的进行，温度会升高。吗啉乙醇、异丙醇胺和三乙醇胺在混合物恢复到室温之后再加入。将有机物都混合完毕后，最后再加入氢氧化钾。

下面结合具体实施例进一步阐述本发明。

说明书附图中，图1为实施例1烘干后的红外光谱图。

实施例1

金属表面处理剂，以重量份计，其组成包括：十二烷基苯磺酸31份、三乙醇胺60份、异丙醇胺7份、氢氧化钾0.5份、吗啉乙醇10份、水2份。

其制备方法，包括如下步骤：

(3)在搅拌下，加入氢氧化钾0.5份，即得。

实施例2

金属表面处理剂，以重量份计，其组成包括：十二烷基苯磺酸34份、三乙醇胺18份、异丙醇胺52份、氢氧化钾0.4份、吗啉乙醇12份、水1份。

其制备方法，包括如下步骤：

(1)在室温下，将34重量份十二烷基苯磺酸与18重量份三乙醇胺在反应釜中混合，再加入1重量份水，持续搅拌；

(2)待温度恢复到室温，加入吗啉乙醇12份后，再加入52重量份异丙醇胺；

(3)在搅拌下，加入氢氧化钾0.4份，即得。

实施例3

金属表面处理剂，以重量份计，其组成包括：十二烷基苯磺酸28份、三乙醇胺35份、异丙醇胺35份、氢氧化钾0.5份、吗啉乙醇10份、水2份。

其制备方法，包括如下步骤：

(1)在室温下，将28重量份十二烷基苯磺酸与18重量份三乙醇胺在反应釜中混合，再加入2重量份水，持续搅拌；

(2)待温度恢复到室温，加入吗啉乙醇10份后，再加入35重量份异丙醇胺和17重量份三乙醇胺；

(3)在搅拌下，加入氢氧化钾0.5份，即得。

实施例4

金属表面处理剂，以重量份计，其组成包括：十二烷基苯磺酸31份、单乙醇胺60份、异丙醇胺7份、氢氧化钾0.5份、吗啉乙醇10份、水2份。

其制备方法，包括如下步骤：

(1)在室温下，将31重量份十二烷基苯磺酸与18重量份单乙醇胺在反应釜中混合，再加入2重量份水，持续搅拌；

(2)待温度恢复到室温，加入吗啉乙醇10份后，再加入7重量份异丙醇胺和42重量份单乙醇胺；

(3)在搅拌下，加入氢氧化钾0.5份，即得。

实施例5

金属表面处理剂，以重量份计，其组成包括：十二烷基苯磺酸31份、三乙醇胺64份、氢氧化钾0.5份、吗啉乙醇10份、水2份。

其制备方法，包括如下步骤：

(2)待温度恢复到室温，加入吗啉乙醇10份后，再加入46重量份三乙醇胺；

(3)在搅拌下，加入氢氧化钾0.5份，即得。

实施例6

金属表面处理剂，以重量份计，其组成包括：十二烷基苯磺酸31份、异丙醇胺67份、氢氧化钾0.5份、吗啉乙醇10份、水2份。

其制备方法，包括如下步骤：

(1)在室温下，将31重量份十二烷基苯磺酸与18重量份异丙醇胺在反应釜中混合，再加入2重量份水，持续搅拌；

(2)待温度恢复到室温，加入吗啉乙醇10份后，再加入49重量份异丙醇胺；

(3)在搅拌下，加入氢氧化钾0.5份，即得。

实施例7

金属表面处理剂，以重量份计，其组成包括：十二烷基苯磺酸31份、单乙醇胺67份、氢氧化钾0.5份、吗啉乙醇10份、水2份。

其制备方法，包括如下步骤：

(2)待温度恢复到室温，加入吗啉乙醇10份后，再加入49重量份单乙醇胺；

(3)在搅拌下，加入氢氧化钾0.5份，即得。

实施例8

金属表面处理剂，以重量份计，其组成包括：十二烷基苯磺酸31份、三乙醇胺60份、异丙醇胺7份、氢氧化钾0.5份、水2份。

其制备方法，包括如下步骤：

(2)待温度恢复到室温，加入7重量份异丙醇胺和42重量份三乙醇胺；

(3)在搅拌下，加入氢氧化钾0.5份，即得。

实施例9

金属表面处理剂，以重量份计，其组成包括：AEO-9 31份、三乙醇胺60份、异丙醇胺7份、氢氧化钾0.5份、吗啉乙醇10份、水2份。

其制备方法，包括如下步骤：

(1)在室温下，将31重量份AEO-9与18重量份三乙醇胺在反应釜中混合，再加入2重量份水，持续搅拌；

(3)在搅拌下，加入氢氧化钾0.5份，即得。

实施例10

金属表面处理剂，以重量份计，其组成包括：十二烷基苯磺酸15份、AEO-915份、三乙醇胺60份、异丙醇胺7份、氢氧化钾0.5份、水2份。

其制备方法，包括如下步骤：

(1)在室温下，将15重量份十二烷基苯磺酸、15重量份AEO-9与18重量份三乙醇胺在反应釜中混合，再加入2重量份水，持续搅拌；

(3)在搅拌下，加入氢氧化钾0.5份，即得。

性能测试

1.除蜡效率

取100mm×25mm×1.5mm的不锈钢试片，用无水乙醇将不锈钢试片清洗干净，用电吹风吹干，用天平称重得m₁。将涂有抛光蜡的不锈钢试片用电吹风吹干，用天平称重得m₂。将试片垂直悬挂于由实施例1-10分别配制成质量浓度为3％的水溶液中，然后置于恒温器中，在35℃下浸泡10min后取出。用自来水冲洗，然后用电吹风吹干后称重得m₃。除蜡效率＝[(m₂-m₃)/(m₂-m₁)]×100％，分别重复5次，取平均值。

2.光亮性

将涂有抛光蜡的不锈钢试片垂直悬挂于由实施例1-10分别配制成质量浓度为3％的水溶液中，然后置于恒温器中，在55℃下浸泡5min后取出。观察试片表面，记录为：光亮、较光亮、蜡残留、腐蚀。

3.稳定性

将实施例1-10分别配制成质量浓度为3％的水溶液，在70℃下密封存放24h，观察稳定性，记录为：均匀、出现絮状物、出现沉淀。

测试结果列于下表中。

	除蜡效率(％)	光亮性	稳定性
				例1	98.6	光亮	均匀
例2	96.8	较光亮	均匀
				例3	97.4	光亮	均匀
例4	86.3	蜡残留	均匀
				例5	96.1	较光亮	均匀
例6	85.2	蜡残留	均匀
				例7	84.3	蜡残留	均匀
例8	74.5	腐蚀	出现絮状物
				例9	67.2	蜡残留	出现沉淀
例10	68.3	蜡残留	出现絮状物

前述的实例仅是说明性的，用于解释本发明的一些特征。所附的权利要求旨在要求可以设想的尽可能广的范围，且本文所呈现的实施例仅是根据所有可能的实施例的组合的选择的实施方式的说明。因此，申请人的用意是所附的权利要求不被说明本发明的特征的示例的选择限制。而且在科技上的进步将形成由于语言表达的不准确的原因而未被目前考虑的可能的等同物或子替换，且这些变化也应在可能的情况下被解释为被所附的权利要求覆盖。

Claims

1.金属表面处理剂，其特征在于，以重量份计，其组成至少包括：十二烷基苯磺酸28-34份、醇胺64-70份、金属氢氧化物0.4-0.5份、吗啉乙醇10-12份、水1-2份。

2.如权利要求1所述的金属表面处理剂，其特征在于，所述金属氢氧化物选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡中的一种。

3.如权利要求2所述的金属表面处理剂，其特征在于，所述醇胺选自单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、异丙醇胺中的至少一种。

4.如权利要求3所述的金属表面处理剂，其特征在于，所述醇胺选自三乙醇胺与异丙醇胺的混合物。

5.如权利要求4所述的金属表面处理剂，其特征在于，所述三乙醇胺与异丙醇胺的重量比为60：7。

6.如权利要求5所述的金属表面处理剂，其特征在于，以重量份计，其组成至少包括：十二烷基苯磺酸31份、三乙醇胺60份、异丙醇胺7份、氢氧化钾0.5份、吗啉乙醇10份、水2份。

7.如权利要求6所述的金属表面处理剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(3)在搅拌下，加入氢氧化钾0.5份，即得。

8.如权利要求1-6中任一项权利要求所述的金属表面处理剂在金属表面除蜡中的应用。

9.如权利要求8所述的应用，其特征在于，所述金属选自不锈钢、铜、铝、铝合金、锌合金、镁合金中的一种。

10.如权利要求8所述的应用，其特征在于，所述金属表面处理剂在使用时配成水溶液，所述水溶液的质量浓度为3-5％。