CN108754501B - 一种环保型双功能金属表面保护剂及其制备方法 - Google Patents

一种环保型双功能金属表面保护剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种环保型双功能金属表面保护剂及其制备方法，其包括，疏水剂、缓蚀剂、成膜剂、防腐剂、分散剂、消泡剂，其中，以质量份数计，所述疏水剂含量为5～25份、所述成膜剂含量为0.1～5份、所述缓蚀剂含量为10～50份、所述分散剂含量为6～30份、所述消泡剂含量为0.02～5份。本发明的水性防锈保护剂在金属表面形成的薄膜达到超疏水效果，接触角达到156°。外部疏水膜层的使用寿命较长，经过流水冲洗3h后，接触角仍能达到152°；经过流水冲洗8h后，接触角仍能达到149°。本发明的水性金属表面保护剂防锈时间长，耐中性盐雾达到180小时，理论上实际应用可防锈三到五年。

Description

一种环保型双功能金属表面保护剂及其制备方法
技术领域
本发明属于金属表面防锈剂技术领域，具体涉及一种环保型双功能金属表面保护剂及其制备方法。
背景技术
金属在与周围介质接触中，常发生化学的或电化学的作用，如在大气中由于氧、水分及其它杂质的作用，从而引起金属的破坏，即金属锈蚀。金属锈蚀所带来的直接和间接经济损失是巨大的。为了减少这些损失，人们采取了各类金属防腐措施，最常见的是防锈剂。
由于防锈期长的防锈油或乳液等在运用到金属工件或器材上后，若器件需再次使用，则要进行除油工序，加之本身成本较高，故考虑到经济效益和生产需求的不同，很大部分企业和个人习惯于使用中短期防锈且价格经济、清洗便利的水性防锈剂。现有的水性防锈剂多为醇胺盐、多元醇酯或某些天然提取物复配而成，使其在金属表面形成致密络合物膜；或通过金属表面自组装修饰、硅烷偶联剂等形成簇合物膜、硅烷薄膜，使之阻止氧、水分子与金属表面接触以达到防锈目的。但面对液态水或其他恶劣环境因素，这些薄膜易被溶解或冲掉，所以应用场合有较大限制。
本专利提出的一种环保疏水型双功能水性金属表面保护剂，所用原料均环保无毒，以天然提取物为主。防锈原理以疏水改性为主、隔绝成膜为辅，即在防锈薄膜被破坏前，外界水(气态或液态)被疏水膜排斥，从而很难对内部金属造成侵蚀。故在不含树脂等硬膜性物质的情况下，其防锈性能与一般水性防锈剂相比也可大大提升(本水性防锈剂原液中性盐雾测试时间超过180小时)，同时扩大了应用范围，在某些易有液态水生成的恶劣场合也有良好的防锈效果。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述的技术缺陷，提出了本发明。
因此，作为本发明其中一个方面，本发明克服现有技术中存在的不足，提供一种金属表面保护剂。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种金属表面保护剂，其包括，疏水剂、缓蚀剂、成膜剂、防腐剂、分散剂、消泡剂，其中，以质量份数计，所述疏水剂含量为5～25份、所述成膜剂含量为0.1～5份、所述缓蚀剂含量为10～50份、所述分散剂含量为6～30份、所述消泡剂含量为0.02-5份。
作为本发明所述的金属表面保护剂的一种优选方案：其还包括溶剂，所述溶剂包括水、乙醇、二甲基亚砜、二甲基乙酰胺中的一种或几种，以质量份数计，所述溶剂含量为870～984份。
作为本发明所述的金属表面保护剂的一种优选方案：所述疏水剂包括聚乙烯蜡、棕榈蜡、气相纳米二氧化硅、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯，所述缓蚀剂包括油酸三乙醇胺、单乙醇胺、二乙醇胺、柠檬酸、蓖麻油酸，所述成膜剂包括海藻酸钠、琼脂、羧甲基纤维素，所述防腐剂包括麝香草酚、没食子酸丙酯、对羟基苯甲酸乙酯，所述分散剂包括肉豆蔻油酸、油酸、三聚磷酸钠、油酸钠，所述消泡剂包括有机硅消泡剂、磷酸三丁酯。
作为本发明所述的金属表面保护剂的一种优选方案：以质量份数计，所述聚乙烯蜡含量为0.5份、所述棕榈蜡含量为0.25份、所述气相纳米二氧化硅含量为1.25份、所述聚四氟乙烯含量为1.75份、所述聚偏氟乙烯含量为2份、所述聚丙烯含量为0.5份、所述油酸三乙醇胺含量为15份、所述单乙醇胺含量为5份、所述二乙醇胺含量为8份、所述柠檬酸含量为4.5份、所述蓖麻油酸含量为7.5份、所述海藻酸钠含量为1.25份、所述琼脂含量为0.5份、所述羧甲基纤维素含量为2份、所述麝香草酚含量为0.25份、所述没食子酸丙酯含量为0.15份、所述对羟基苯甲酸乙酯含量为2.6份、所述肉豆蔻油酸含量为4份、所述油酸含量为6份、所述三聚磷酸钠含量为7份、所述油酸钠含量为8份、所述有机硅消泡剂含量为1.2份、所述磷酸三丁酯含量为0.8份、所述去离子水含量为590份、所述乙醇含量为285份、所述二甲基乙酰胺含量为25份、所述二甲基亚砜含量为20份。
作为本发明的另一个方面，本发明克服现有技术中存在的不足，提供金属表面保护剂的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：金属表面保护剂的制备方法，其包括，
第一步配制：将5～25份的疏水剂与0.1～5份的成膜剂混合，加入170～200份的溶剂，加热、均质；
第二步配制：将10～50份的缓蚀剂与6～30份的分散剂混合，加入420～484份的溶剂，均质后，加入第一步配制所得溶液；
第三步配制：第二步配置后，继续加入0.1～15份的防腐剂、280～300份的溶剂，均质；
第四步配制：第三步配制后，继续加入0.02～5份的消泡剂，均质后超声处理，得到所述金属表面保护剂。
作为本发明所述的金属表面保护剂的制备方法的一种优选方案：所述疏水剂包括聚乙烯蜡0.5份、棕榈蜡0.25份、气相纳米二氧化硅1.25份、聚四氟乙烯1.75份、聚偏氟乙烯2份、聚丙烯0.5份。
作为本发明所述的金属表面保护剂的制备方法的一种优选方案：所述缓蚀剂包括油酸三乙醇胺15份、单乙醇胺5份、二乙醇胺8份、柠檬酸4.5份、蓖麻油酸7.5份；所述成膜剂包括海藻酸钠1.25份、琼脂0.5份、羧甲基纤维素2份。
作为本发明所述的金属表面保护剂的制备方法的一种优选方案：所述防腐剂包括麝香草酚0.25份、没食子酸丙酯0.15份、对羟基苯甲酸乙酯2.6份；所述分散剂包括肉豆蔻油酸4份、油酸6份、三聚磷酸钠7份、油酸钠8份。
作为本发明所述的金属表面保护剂的制备方法的一种优选方案：所述消泡剂包括有机硅消泡剂1.2份、磷酸三丁酯0.8份；所述溶剂包括去离子水590份、乙醇285份、二甲基乙酰胺25份、二甲基亚砜20份。
作为本发明所述的金属表面保护剂的制备方法的一种优选方案：所述第一步配制，其中，所述加热，加热至温度为85℃，所述均质包括用用均质仪以11000rpm的转速均质5～15min；所述第二步配制，其中，所述均质，包括用均质仪以11000rpm的转速均质3～5min；所述第三步配制，其中，所述均质，包括并用均质仪以11000rpm的转速均质5～8min；所述第四步配制，其中所述均质，包括用均质仪以6600rpm的转速均质0.5～1min，所述超声处理，功率为1000W、时间为5～15min。
本发明的有益效果：本发明的水性防锈剂在金属表面干燥后，由于有效物质的比重和对金属的吸引结合力不同，会形成双层双效薄膜，最外面膜层起疏水作用，内部膜层起防腐防锈作用。
本发明的水性防锈保护剂在金属表面形成的薄膜达到超疏水效果，接触角达到156°。外部疏水膜层的使用寿命较长，经过流水冲洗3h后，接触角仍能达到152°；经过流水冲洗8h后，接触角仍能达到149°。本发明的水性金属表面保护剂防锈时间长，耐中性盐雾达到180小时，在没有硬膜成分的情况下达到了与防锈油、水性硬膜防锈剂等相当甚至更长的防锈时间，理论上实际应用可防锈三到五年。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1：
1、先在一容器中加入0.5份聚乙烯蜡、0.25份棕榈蜡、1.25份气相纳米二氧化硅、1.75份聚四氟乙烯(PTFE)、2份聚偏氟乙烯(PVDF)、0.5份PP即疏水剂，加入1.25份海藻酸钠、0.5份琼脂、2份羧甲基纤维素即成膜剂，再向其中加入145份去离子水、25份二甲基乙酰胺(DMAc)、20份二甲基亚砜(DMSO)，加热至85℃并用均质仪以11000rpm的转速均质12min，从而配制成稀溶液，保鲜膜密封待用；
2、在另一容器中加入15份油酸三乙醇胺、5份单乙醇胺、8份二乙醇胺、4.5份柠檬酸、7.5份蓖麻油酸即缓蚀剂，加入4份肉豆蔻油酸、6份油酸、7份三聚磷酸钠、8份油酸钠即分散剂，再加150份水、285份乙醇，用均质仪以11000rpm的转速均质5min使其大体溶解后，倒入步骤1所得冷却后的稀溶液；
3、继续加入0.25份麝香草酚、0.15份没食子酸丙酯、2.6份对羟基苯甲酸乙酯即防腐剂，再加295份的去离子水，并用均质仪以11000rpm的转速均质6min使其完全均匀溶解；
4、继续加入1.2份有机硅消泡剂、0.8份磷酸三丁酯，并用均质仪以6600rpm的转速均质1min，最后再用1000W超声分散仪超声12min后即可得疏水型水性金属表面保护剂溶液。
测试：
水性金属表面保护剂原液处理经砂纸打磨过的光亮无锈痕刀片，测试得耐中性盐雾时间为180h，刀片表面接触角为156°；
按照1:5稀释，测试得耐中性盐雾时间为120h，刀片表面接触角为138°；
按照1:10稀释，测试得中性盐雾时间为75h，刀片表面接触角为112°。
实施例2：
1、先在一容器中加入0.5份聚乙烯蜡、0.5份棕榈蜡、1.75份气相纳米二氧化硅、1.5份PTFE、2份PVDF、0.25份PP即疏水剂，加入1.5份海藻酸钠、0.5份琼脂、1.5份羧甲基纤维素即成膜剂，再向其中加入145份去离子水、30份DMAc、15份DMSO，加热至85℃并用均质仪以11000rpm的转速均质12min，从而配制成稀溶液，保鲜膜密封待用；
2、在另一容器中加入13份油酸三乙醇胺、7份单乙醇胺、4份二乙醇胺、5份柠檬酸、11份蓖麻油酸即缓蚀剂，加入8.5份肉豆蔻油酸、3份油酸、9.5份三聚磷酸钠、4份油酸钠即分散剂，再加140份水、295份乙醇，用均质仪以11000rpm的转速均质5min使其大体溶解后，倒入步骤1所得冷却后的稀溶液；
3、继续加入0.55份麝香草酚、0.45份没食子酸丙酯、2份对羟基苯甲酸乙酯即防腐剂，再加295份的去离子水，并用均质仪以11000rpm的转速均质6min使其完全均匀溶解；
4、继续加入1.2份有机硅消泡剂、0.8份磷酸三丁酯，并用均质仪以6600rpm的转速均质1min，最后再用1000W超声分散仪超声12min后即可得疏水型水性金属表面保护剂溶液。
测试：
水性金属表面保护剂原液处理经砂纸打磨过的光亮无锈痕刀片，测试得耐中性盐雾时间为175h，刀片表面接触角为154°；
按照1:5稀释，测试得耐中性盐雾时间为112h，刀片表面接触角为136°；
按照1:10稀释，测试得中性盐雾时间为68h，刀片表面接触角为110°。
对照例1：
1、先在一容器中加入1.75份气相纳米二氧化硅、5份PTFE、0.75份PP即疏水剂，加入3.5份海藻酸钠即成膜剂，再向其中加入144份去离子水、30份DMAc、15份DMSO，加热至85℃并用均质仪以11000rpm的转速均质12min，从而配制成稀溶液，保鲜膜密封待用；
2、在另一容器中加入17份油酸三乙醇胺、9份单乙醇胺、14份蓖麻油酸即缓蚀剂，加入12份肉豆蔻油酸、13份三聚磷酸钠即分散剂，再加140份水、295份乙醇，用均质仪以11000rpm的转速均质5min使其大体溶解后，倒入步骤1所得冷却后的稀溶液；
3、继续加入1.5份没食子酸丙酯、2份对羟基苯甲酸乙酯即防腐剂，再加295份的去离子水，并用均质仪以11000rpm的转速均质6min使其完全均匀溶解；
4、继续加入1.5份有机硅消泡剂，并用均质仪以6600rpm的转速均质1min，最后再用1000W超声分散仪超声12min后即可得疏水型水性金属表面保护剂溶液。
测试：
水性金属表面保护剂原液处理经砂纸打磨过的光亮无锈痕刀片，测试得耐中性盐雾时间为72h，刀片表面接触角为112°；
按照1:5稀释，测试得耐中性盐雾时间为54h，刀片表面接触角为96°；
按照1:10稀释，测试得中性盐雾时间为36h，刀片表面接触角为75°。
对照例2～22成分及含量如下表：
表1实施例1～2、对照例1～2的成分、含量及实验结果
Figure BDA0001667199480000061
Figure BDA0001667199480000071
表2对照例3～6的成分、含量及实验结果
Figure BDA0001667199480000072
Figure BDA0001667199480000081
表3对照例7～22的成分、含量及实验结果
Figure BDA0001667199480000082
Figure BDA0001667199480000091
Figure BDA0001667199480000101
Figure BDA0001667199480000111
Figure BDA0001667199480000121
盐雾测试标准：国家标准GB6458-86中性盐雾试验中性：5％氯化钠溶液。
接触角仪器型号：德国KRUSS卓越型接触角仪DSA100。
综上，本发明的水性防锈剂在金属表面干燥后，由于有效物质的比重和对金属的吸引结合力不同，会形成双层双效薄膜，最外面膜层起疏水作用，内部膜层起防腐防锈作用。
本发明的水性防锈保护剂在金属表面形成的薄膜达到超疏水效果，接触角达到156°。外部疏水膜层的使用寿命较长，经过流水冲洗3h后，接触角仍能达到152°；经过流水冲洗8h后，接触角仍能达到149°。
本发明的水性防锈保护剂在金属表面形成的膜层极薄且附着力适中，使其在保证发挥疏水防锈作用的同时，能够比水性硬膜类防锈剂更便于清洁处理。由于膜层薄而光滑，几乎不影响金属器件正常使用；如想去掉膜层，只需用砂纸刮擦数次即可清除，处理应用很方便。
本发明的水性金属表面保护剂防锈时间长，耐中性盐雾达到180小时，在没有硬膜成分的情况下达到了与防锈油、水性硬膜防锈剂等相当甚至更长的防锈时间，理论上实际应用可防锈三到五年。
本发明的水性金属表面保护剂在使用时推荐以喷涂或刷涂的方式覆盖在金属表面，这样形成的膜更薄更均匀，并减少流挂现象。由于具有疏水的性质，本产品不仅可以应用在金属防腐领域，在稀释5-10倍之后还可以应用于门窗玻璃、大理石茶几等家具上，使其隔水防污，产生类似与荷叶自清洁的效果。经实际应用验证本产品可防水防污一星期以上。
本发明的水性金属表面保护剂中的疏水剂成分分为蜡类、气相纳米SiO2、塑料三类，经试验证明三类疏水剂有着良好的协同增效作用，且按照最佳配比制得的水性金属表面保护剂，不仅防锈效果显著，成本也比单独用某类疏水剂的更低。
在本发明的水性金属表面保护剂的制备过程中，由于各类成分有的为亲水性，有的为疏水性，故需要不同种类、不同定量的溶剂分次添加。经试验证明这种方式比一次性地添加溶剂得到的水性金属表面保护剂的分散效果更好、更稳定。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种金属表面保护剂，其特征在于：包括，疏水剂、缓蚀剂、成膜剂、 防腐剂、分散剂、消泡剂；
还包括溶剂，所述溶剂包括去离子水、乙醇、二甲基亚砜、二甲基乙酰胺中的一种或几种；
所述疏水剂由聚乙烯蜡、棕榈蜡、气相纳米二氧化硅、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯组成，所述缓蚀剂由油酸三乙醇胺、单乙醇胺、二乙醇胺、柠檬酸、蓖麻油酸组成，所述成膜剂由海藻酸钠、琼脂、羧甲基纤维素组成，所述防腐剂由麝香草酚、没食子酸丙酯、对羟基苯甲酸乙酯组成，所述分散剂由肉豆蔻油酸、油酸、三聚磷酸钠、油酸钠组成，所述消泡剂由有机硅消泡剂、磷酸三丁酯组成；
以质量份数计，所述聚乙烯蜡含量为0.5份、所述棕榈蜡含量为0.25份、所述气相纳米二氧化硅含量为1.25份、所述聚四氟乙烯含量为 1.75 份、所述聚偏氟乙烯含量为2份、所述聚丙烯含量为0.5份、所述油酸三乙醇胺含量为15份、所述单乙醇胺含量为5份、所述二乙醇胺含量为8份、所述柠檬酸含量为4.5份、所述蓖麻油酸含量为7.5份、所述海藻酸钠含量为1.25份、所述琼脂含量为0.5份、所述羧甲基纤维素含量为2份、所述麝香草酚含量为0.25份、所述没食子酸丙酯含量为0.15份、所述对羟基苯甲酸乙酯含量为2.6份、所述肉豆蔻油酸含 量为4份、所述油酸含量为6份、所述三聚磷酸钠含量为7份、所述油酸钠含量为8份、所述有机硅消泡剂含量为1.2份、所述磷酸三丁酯含量为0.8份、所述去离子水含量为590份、所述乙醇含量为285份、所述二甲基乙酰胺含量为25份、所述二甲基亚砜含量为20份。
2.权利要求1所述的金属表面保护剂的制备方法，其特征在于：
第一步配制：将6.25份的疏水剂与3.75份的成膜剂混合，加入190份的溶剂，加热、均质；
第二步配制：将40份的缓蚀剂与25份的分散剂混合，加入435份的溶剂，均质后，加入第一步配制所得溶液；
第三步配制：第二步配置后，继续加入3份的防腐剂、295份的溶剂，均质；
第四步配制：第三步配制后，继续加入2份的消泡剂，均质后超声处理，得到所述金属表面保护剂。
3.如权利要求2所述的金属表面保护剂的制备方法，其特征在于：所述第一步配制，其中，所述加热，加热至温度为85℃，所述均质包括用均质仪以 11000rpm的转速均质12min；所述第二步配制，其中，所述均质，包括用均质仪以 11000rpm的转速均质5 min；所述第三步配制，其中，所述均质，包括并用均质仪以11000rpm的转速均质6 min；所述第四步配制，其中所述均质，包括用均质仪以6600rpm的转速均质1min，所述超声处理，功率为1000 W、时间为12min。
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