CN108193199B - 一种铁件耐腐蚀防锈转化成膜液 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁件耐腐蚀防锈转化成膜液，由锈蚀转化剂和防锈成膜剂复配而成。本发明中的锈蚀转化剂能与底层的锈蚀层中的氧化铁发生化学反应，形成稳定的网状结构型配位化合物，从而使铁锈有效转化为黑色的保护性膜层，可以牢固地与铁基材结合在一起；防锈成膜剂中含极性基团的高分子成膜物质，可以在转化膜的表面再形成一种保护层，与基材表面的附着良好且具有永久的耐化学腐蚀性能。

Description

一种铁件耐腐蚀防锈转化成膜液

技术领域

本发明涉及金属表面处理技术，具体地涉及一种铁件防锈转化成膜液。

背景技术

随着现代工业的飞速发展，钢铁材料的防腐工作越来越引起各方面的重视。为了保护钢铁不受腐蚀，延长其使用寿命，对钢铁进行防腐涂装是一种经济和有效的方法。

为了获得优良的耐腐蚀性能，涂装前必须把钢材上的铁锈清除干净，否则会由于铁锈的不断膨胀导致漆膜的防腐效果很差，因此，钢铁的除锈处理是涂装的重要工艺，对防腐涂装的成败起着决定性作用。钢铁的防锈处理，主要有临时防锈铁、涂铁防锈油脂、直接利用缓蚀剂(如气相缓蚀剂)、添加耐蚀元素(例如不锈钢)、金属保护膜 (电镀、离子镀、热喷涂等)、转化膜层(磷化、发黑等)等方法。

但许多大型钢铁建筑，只能采用手工或电动工具进行除锈，且除锈质量得不到保证、施工困难、费用巨大。还有一些防锈处理后的钢铁件，耐盐雾时间较短，耐化学腐蚀性差，难以做到永久防锈。因此，传统的先除锈再水洗防锈的技术，由于工艺上的复杂性，带来诸多不便。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种永久性成膜的铁件耐腐蚀防锈转化成膜液，将除锈、防锈成膜结合在一起，只需要一道工序即可完成，且形成的膜层与基材表面附着良好，具有永久的耐化学腐蚀性能。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种铁件耐腐蚀防锈转化成膜液，由锈蚀转化剂和防锈成膜剂复配而成；其中，总重量为100份的所述锈蚀转化剂按照重量份数包括以下组分：含多元苯酚羧酸2-8份，羟基酸1-5份，无机酸1-3份，小分子醇2-6份，水余量；总重量为100份的所述防锈成膜剂按照重量份数包括以下组分：水性树脂乳液5-25份、成膜助剂2-8份，硅烷偶联剂1-3份，有机硅助剂0.5-2.0份，水余量。

其中，所述的含多元苯酚羧酸是没食子酸、单宁酸、5-羟基水杨酸、对羟基水杨酸中的至少一种。

优选的，所述的含多元苯酚羧酸是单宁酸。单宁酸是一种天然产物，主要来自植物提取物中，我国研究比较多的是五倍子丹宁与人工合成单宁。五倍子单宁能和铁盐生成黑色或绿色沉淀，能和铁锈中的氧化铁发生反应形成稳定的网状结构的配位化合物，从而使铁锈有效转化为保护性的膜层，并与铁基材牢固结合在一起。

其中，所述的羟基酸是柠檬酸、酒石酸、乳酸、葡萄糖酸、羟基乙酸中的至少一种。羟基酸主要起到酸洗、络合的作用。

其中，所述的无机酸是稀硫酸、磷酸、硝酸、盐酸、氢氟酸中的至少一种。针对铁锈比较厚的样品，用无机酸先除去表面较多的稀松铁锈层，使得锈蚀转化剂能与底层的锈蚀作用，这样可以使锈蚀呈稳定状态有很好的附着，从而达到良好的防锈除锈作用。

其中，所述的小分子醇是甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、2-丁醇、正丁醇、叔丁醇、乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇中的至少一种。

其中，所述的水性树脂乳液是纯丙乳液、苯丙乳液、硅丙乳液、醋丙乳液、氟碳乳液、氟树脂乳液、氯乙烯-丙烯酸酯共聚物乳液(氯丙乳液)、氯醚树脂乳液、聚氨酯丙烯酸乳液、环氧丙烯酸乳液、水性聚氨酯中的至少一种。

优选的，所述的水性树脂乳液是氟碳乳液、氟树脂乳液、氯丙乳液、氯醚树脂乳液中的至少一种。这是根据各种树脂的成膜性能以及附着力等因素考虑。因为该成膜剂中含有极性较强的C-Cl、C-F键，使大分子链间的作用力加强，因此涂层有更优良的耐化学腐蚀性。本发明含Cl、F元素，具有更好的防霉性，还有一定的阻燃效果；含有极性化学键的成膜剂，与铁基材的结合力更强，附着力更好。

其中，所述的成膜助剂是苯甲醇、乙二醇丁醚、乙二醇苯醚、二乙二醇二乙醚、十二碳醇醚(醇酯十二)、十六碳醇醚(醇酯十六)、松油醇、丙二醇苯醚、丙二醇单甲醚、丙二醇单乙醚、丙二醇单正丙醚、丙二醇单正丁醚中的至少一种。

优选的，所述的成膜助剂是十二碳醇醚。

成膜助剂在两相(水相、树脂相)的分配方式是成膜助剂活性的主要因素，亲油性的成膜助剂主要分数在亲油性的聚合物中，只有少量存在于水中；亲水性的成膜助剂主要分数在水相中，只有少量存在于聚合物中。成膜助剂紧密地参与到成膜过程中，因此其对漆膜的光泽、耐擦洗性、腐蚀性、耐水性、及干燥时间都有影响。对于外观要求比较高的样品，可以提高亲水性更好的成膜助剂的含量，使得产品外观半透明甚至透明。由于选用的树脂不同，需要添加与之相容性好且不易造成破乳的成膜助剂；十二碳醇醚(醇酯十二)是乳胶类聚合物的强溶剂，并且水解稳定性非常好，因而其适用范围广(可用于包括高pH值的纯丙、苯丙、醋丙、硅丙、及聚醋酸乙烯等多种乳液当中)、聚结性能高，是一种非常理想的成膜助剂。

其中，所述的硅烷偶联剂是含有两种反应性-无机和有机反应性的硅基化学分子，如用通式YSiX3表示硅烷偶联剂，Y为非水解基团，包括活性氨基或选自胺丙基、环氧基、乙烯基、琉基、2-甲基丙烯酰基中至少一种；X为可水解基团，脂肪基、芳香基或烷氧基的一种或几种。因此，所述的硅烷偶联剂是乙烯基三氯硅烷、γ-氯丙基-三甲氧基硅烷、γ-巯丙基-三甲氧基硅烷、γ-氨丙基-三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷中的一种或两种。

优选的，所述的硅烷偶联剂是γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。

通常，含有氨基的硅烷防锈性能较好，含有环氧基的硅烷附着力较好，而含有巯基的硅烷柔韧性好，因此，可以考虑将不同类型的硅烷偶联剂复配使用。

其中，所述的有机硅助剂是硅树脂乳液、硅蜡乳液、氨基硅油乳液、羟基硅油乳液、聚醚改性的有机硅、有机硅消泡剂、有机硅流平剂中的至少两种。这些长链有机硅类物质主要起到消泡、流平、辅助成膜等作用。

其中，所述的水为去离子水、高纯水、纯净水。

其中，所述铁件耐腐蚀防锈转化成膜液由锈蚀转化剂和防锈成膜剂加水复配而成，锈蚀转化剂、防锈成膜剂和水的重量份数比为： 10～40∶30～60∶0～50。

优选的，所述铁件耐腐蚀防锈转化成膜液，由锈蚀转化剂和防锈成膜剂复配而成；其中，总重量为100份的所述锈蚀转化剂按照重量份数包括以下组分：单宁酸8份，柠檬酸3份，硫酸2份，异丙醇5 份，水余量；总重量为100份的所述防锈成膜剂按照重量份数包括以下组分：苯丙树脂乳液10份、氯乙烯-丙烯酸共聚物树脂乳液15份、醇酯十二5份，硅烷偶联剂KH550 1份，硅树脂乳液1份，水余量；其中，所述锈蚀转化剂、防锈成膜剂和水的重量份数为：35∶45∶20。

优选的，所述铁件耐腐蚀防锈转化成膜液，由锈蚀转化剂和防锈成膜剂复配而成；其中，总重量为100份的所述锈蚀转化剂按照重量份数包括以下组分：单宁酸7份，酒石酸2份，硫酸1.5份，乙醇5 份，水余量；总重量为100份的所述防锈成膜剂按照重量份数包括以下组分：苯丙树脂乳液15份、醇酯十二4份，二乙二醇丁醚2份，硅烷偶联剂KH560 1份，硅树脂乳液2份，水余量；其中，所述锈蚀转化剂、防锈成膜剂的重量份数比为：40∶60。

本发明还提供了一种铁件耐腐蚀防锈转化成膜液的制备方法，包括以下步骤：

1)按照重量份数，将含多元苯酚羧酸2-8份，羟基酸1-5份，无机酸1-3份，小分子醇2-6份，水余量，混合为总重量为100份的锈蚀转化剂，并搅拌均匀，作为A料；

2)按照重量份数，将硅烷偶联剂1-3份加入部份水，并加几滴冰醋酸水解4小时，待大部分偶联剂水解后，再加入水性树脂乳液5-25 份、成膜助剂2-8份，余量水混合均匀，最后加入有机硅助剂0.5-2.0 份得到总重量100份的防锈成膜剂，作为B料；

3)根据所要处理工件锈蚀层的厚度不同，取A料10-40份、B料 30-60份、水0-50份混合均匀后即可得到所述铁件耐腐蚀防锈转化成膜液。

具体使用工艺为：将锈蚀的铁件直接浸泡在所述铁件耐腐蚀防锈转化成膜液中，温度为常温，时间约1-3分钟，在100-120℃条件下烘干，亦可常温晾干。

根据钢铁锈蚀结合方式的不同，分为转化型、稳定型、渗透型3 种，其中转化型带锈涂料由于具有除锈效果好正被越来越多的采用。本发明所采用的技术手段，就是一种转化型的防锈成膜处理技术。本发明的耐腐蚀防锈转化成膜液，先除去锈蚀表面较多的稀松铁锈层，锈蚀转化剂能与底层的锈蚀层中的氧化铁发生化学反应，形成稳定的网状结构型配位化合物，从而使铁锈有效转化为黑色的保护性膜层，可以牢固地与铁基材结合在一起；防锈成膜剂中含极性基团的高分子成膜物质，可以在转化膜的表面再形成一种保护层，与基材表面的附着良好且具有永久的耐化学腐蚀性能。

本发明将除锈、防锈成膜结合在一起，只需要一道工序即可完成，简化了传统的先除锈再水洗防锈的程序，且本发明形成的膜层与基材表面附着良好，具有永久的耐化学腐蚀性能。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

一种铁件耐腐蚀防锈转化成膜液，由锈蚀转化剂和防锈成膜剂复配而成；总重量为100份的所述锈蚀转化剂按照重量份数包括以下组分：含多元苯酚羧酸2-8份，羟基酸1-5份，无机酸1-3份，小分子醇2-6份，水余量；总重量为100份的所述防锈成膜剂按照重量份数包括以下组分：水性树脂乳液5-25份、成膜助剂2-8份，硅烷偶联剂 1-3份，有机硅助剂0.5-2.0份，水余量。

其中，所述的含多元苯酚羧酸是没食子酸、单宁酸、5-羟基水杨酸、对羟基水杨酸中的至少一种。

优选的，所述的含多元苯酚羧酸是单宁酸。

其中，所述的羟基酸是柠檬酸、酒石酸、乳酸、葡萄糖酸、羟基乙酸中的至少一种。

其中，所述的无机酸是稀硫酸、磷酸、硝酸、盐酸、氢氟酸中的至少一种。

其中，所述的小分子醇是甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、2-丁醇、正丁醇、叔丁醇、乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇中的至少一种。

其中，所述的水性树脂乳液是纯丙乳液、苯丙乳液、硅丙乳液、醋丙乳液、氟碳乳液、氟树脂乳液、氯乙烯-丙烯酸酯共聚物乳液(氯丙乳液)、氯醚树脂乳液、聚氨酯丙烯酸乳液、环氧丙烯酸乳液、水性聚氨酯中的至少一种。

优选的，所述的水性树脂乳液是氟碳乳液、氟树脂乳液、氯丙乳液、氯醚树脂乳液中的至少一种。

其中，所述的成膜助剂是苯甲醇、乙二醇丁醚、乙二醇苯醚、二乙二醇二乙醚、十二碳醇醚(醇酯十二)、十六碳醇醚(醇酯十六)、松油醇、丙二醇苯醚、丙二醇单甲醚、丙二醇单乙醚、丙二醇单正丙醚、丙二醇单正丁醚中的至少一种。

优选的，所述的成膜助剂是十二碳醇醚。

所述的硅烷偶联剂是乙烯基三氯硅烷、γ-氯丙基-三甲氧基硅烷、γ-巯丙基-三甲氧基硅烷、γ-氨丙基-三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷中的一种或两种。

优选的，所述的硅烷偶联剂是γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。

其中，所述的有机硅助剂是硅树脂乳液、硅蜡乳液、氨基硅油乳液、羟基硅油乳液、聚醚改性的有机硅、有机硅消泡剂、有机硅流平剂中的至少两种。

其中，所述的水为去离子水、高纯水、纯净水。

本发明还提供了一种铁件耐腐蚀防锈转化成膜液的制备方法，包括以下步骤：

1)按照重量份数，将含多元苯酚羧酸2-8份，羟基酸1-5份，无机酸1-3份，小分子醇2-6份，水余量，混合为总重量为100份的锈蚀转化剂，并搅拌均匀，作为A料；

2)按照重量份数，将硅烷偶联剂1-3份加入5-15份水，并加几滴冰醋酸水解4小时，待大部分偶联剂水解后，再加入水性树脂乳液5-25份、成膜助剂2-8份，水余量混合均匀，最后加入有机硅助剂0.5-2.0份得到总重量100份的防锈成膜剂，作为B料；

3)根据所要处理工件锈蚀层的厚度不同，取A料10-40份、B料 30-60份、水0-50份混合均匀后即可得到所述铁件耐腐蚀防锈转化成膜液。

下面结合实施例对本发明做进一步的阐述。

实施例1：

一种铁件耐腐蚀防锈转化成膜液，按质量比分别配制作为A料的锈蚀转化剂与作为B料的防锈成膜剂：

1)A料：

2)B料

3)取A料40份，B料60份，混合均匀后得到铁件耐腐蚀防锈转化成膜液，将锈蚀的铁件直接浸泡在铁件耐腐蚀防锈转化成膜液，温度为常温，时间约1-3分钟，在100-120℃条件下烘干后测试防锈性能。

实施例2：

铁件耐腐蚀防锈转化成膜液，按质量比分别配制作为A料的锈蚀转化剂与作为B料的防锈成膜剂：

1)A料：

2)B料

其中，将硅烷偶联剂加入部份水后，加几滴冰醋酸水解4小时，待大部分偶联剂水解后，再加入水性树脂乳液、成膜助剂，其余的水混合均匀，最后加入有机硅助剂得到总重量100份的防锈成膜剂，作为B料；

3)取A料40份，B料60份，混合均匀后得到铁件耐腐蚀防锈转化成膜液，将锈蚀的铁件直接浸泡在铁件耐腐蚀防锈转化成膜液中，温度为常温，时间约1-3分钟，在100-120℃条件下烘干后测试防锈性能。

实施例3：

铁件耐腐蚀防锈转化成膜液，按质量比分别配制作为A料的锈蚀转化剂与作为B料的防锈成膜剂：

1)A料：

2)B料

3)取A料35份，B料45份，水20份混合均匀后得到铁件耐腐蚀防锈转化成膜液，将锈蚀的铁件直接浸泡在铁件耐腐蚀防锈转化成膜液，温度为常温，时间约1-3分钟，在100-120℃条件下烘干后测试防锈性能。

实施例4：

铁件耐腐蚀防锈转化成膜液，按质量比分别配制A料与B料：

1)A料：

2)B料

3)取A料45份，B料55份，混合均匀后得到铁件耐腐蚀防锈转化成膜液，将锈蚀的铁件直接浸泡在铁件耐腐蚀防锈转化成膜液，温度为常温，时间约1-3分钟，在100-120℃条件下烘干后测试防锈性能。

此较例

一种市面上常见的铁件水性铁锈转化底漆(含氧化铁黑着色剂)，按照使用说明稀释5倍，将锈蚀的铁件直接浸泡在其中，温度为常温，时间约5分钟，在100-120℃条件下烘干后测试防锈性能。

将实施例1-4与比较例进行实验对照，比较成膜后的样品外观，可以看到，使用本发明的耐腐蚀防锈转化成膜液得到的防锈膜外观更黑、膜层更厚更结实。

防腐能力比较：将处理后的锈蚀铁件，采用GB/T9274的标准放入，浸入3％的氯化钠水溶液中进行耐腐蚀性能测试，结果见表1。

表1耐腐蚀性能测试

从以上数据可以看出，采用本发明的实施例以及对比例按照标准方法进行防腐蚀试验测试，其耐腐蚀时间均大于标准规定的96小时；本发明的耐腐蚀防锈转化成膜液，其防腐性能远高市面上的普通水性铁锈转化漆，耐腐蚀时间最低可达到270小时，大大高于普通水性铁锈转化漆的100小时。

本发明实施例中，使用单宁酸与氯乙烯丙烯酸共聚物树脂乳液或氟碳乳液配制的锈蚀转化剂形成的防锈转化膜，其耐腐蚀性能高于使用普通的丙烯酸树脂乳液成膜，且单宁酸的锈蚀转化能力也高于一般的含多元苯酚羧酸。

本发明提供一种永久性成膜的铁件耐腐蚀防锈转化成膜液，将除锈、防锈成膜结合在一起，只需要一道工序即可完成。本发明的耐腐蚀防锈转化成膜液，可以先除去锈蚀表面较多的稀松铁锈层，锈蚀转化剂能与底层的锈蚀层中的氧化铁发生化学反应，形成稳定的网状结构型配位化合物，从而使铁锈有效转化为黑色的保护性膜层，可以牢固地与铁基材结合在一起；防锈成膜剂中含极性基团的高分子成膜物质，可以在转化膜的表面再形成一种保护层，与基材表面的附着良好且具有永久的耐化学腐蚀性能，因此，本发明具有更加稳固的防腐蚀保护层，更优良更稳定的防腐蚀性能。

同时，本发明提供的耐腐蚀防锈转化成膜剂，环保要求高，可广泛应用于已产生锈蚀的钢铁件的除锈、防腐处理，具有优异的耐腐效果，可与其它类型的各类中涂漆、面漆配合使用。

以上为对本发明实施例的描述，通过对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (1)

1.一种铁件耐腐蚀防锈转化成膜液，其特征在于，所述铁件耐腐蚀防锈转化成膜液由锈蚀转化剂和防锈成膜剂复配而成；其中，总重量为100份的所述锈蚀转化剂按照重量份数包括以下组分：含多元苯酚羧酸2-8份，羟基酸1-5份，无机酸1-3份，小分子醇2-6份，水余量；总重量为100份的所述防锈成膜剂按照重量份数包括以下组分：水性树脂乳液5-25份、成膜助剂2-8份，硅烷偶联剂 1-3份，有机硅助剂0.5-2.0份，水余量；

所述的含多元苯酚羧酸是没食子酸、单宁酸、5-羟基水杨酸、对羟基水杨酸中的至少一种；

所述的羟基酸是柠檬酸、酒石酸、乳酸、葡萄糖酸、羟基乙酸中的至少一种；

所述的无机酸是稀硫酸、磷酸、硝酸、盐酸、氢氟酸中的至少一种；

所述的小分子醇是甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、2-丁醇、正丁醇、叔丁醇、乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇中的至少一种；

所述的水性树脂乳液是氟碳乳液、氟树脂乳液、氯丙乳液、氯醚树脂乳液中的至少一种；

所述的成膜助剂是十二碳醇醚；

所述的硅烷偶联剂是乙烯基三氯硅烷、γ-氯丙基-三甲氧基硅烷、γ-巯丙基-三甲氧基硅烷、γ-氨丙基-三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷中的一种或两种；

所述的有机硅助剂是硅树脂乳液、硅蜡乳液、氨基硅油乳液、羟基硅油乳液、聚醚改性的有机硅、有机硅消泡剂、有机硅流平剂中的至少两种；

所述铁件耐腐蚀防锈转化成膜液由锈蚀转化剂和防锈成膜剂加水复配而成，锈蚀转化剂、防锈成膜剂和水的重量份数比为：10~40：30~60：0~50。