CN108774574A - 一种全合成水基防锈复合剂及其评价方法和应用 - Google Patents

一种全合成水基防锈复合剂及其评价方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种全合成水基防锈复合剂及其评价方法和应用，其中，全合成水基防锈复合剂，包括以下重量份的各组分：有机防锈剂5‑20份、无机防锈剂0.2‑8份、有机碱5‑25份、润滑防锈助剂0.005‑5份、水余量。本发明所述的一种全合成水基防锈复合剂，绿色环保，具有优异的防锈性能，可用于黑色金属的工序间防锈；同时，其具备一定的润滑抗磨性能，可用于黑色金属的磨削加工。

Description

一种全合成水基防锈复合剂及其评价方法和应用
技术领域
本发明属于防锈剂领域，尤其是涉及一种全合成水基防锈复合剂及其评价方法和应用。
背景技术
防锈剂作为一种暂时性防锈方法已广泛应用于机械、冶金、化工等行业，主要用于机加工工艺的后处理，电镀及涂装等表面处理的前处理，对金属起暂时性的保护作用。
黑色金属工序间防锈用防锈剂类型主要包括三种：防锈油、防锈漆和水基防锈剂。防锈油和防锈漆具有防锈效果好、使用方便、防锈期长等优点，但成本高，对环境污染较为严重，后处理困难，并且防锈漆在零部件组装运行时会产生剥落、造成二次污染，给使用带来了诸多不便。水基防锈剂具有不能燃烧，清洗方便甚至无需清洗等优点，但大部分水基防锈剂含有亚硝酸盐，虽然价格便宜、防锈性能优异，但对人体具有致癌性；而不含亚硝酸盐的水基防锈剂防锈性能不理想，且添加剂成本较高。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种全合成水基防锈复合剂，以克服现有技术的缺陷，配制简单、价格低廉、不含盐硝酸盐、防锈性能优异。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种全合成水基防锈复合剂，包括以下重量份的各组分：有机防锈剂5-20份、无机防锈剂0.2-8份、有机碱5-25份、润滑防锈助剂0.005-5份、水余量；所述各组分的总重量份之和为100份。
优选的，所述有机防锈剂为三氨基己酸基三嗪、硬脂酸、油酸、植酸、正辛酸、异辛酸、异壬酸、新癸酸、十六烯基丁二酸、癸二酸、十一碳二元酸、十二碳二元酸、格尔伯特酸、苯甲酸、烷基苯甲酸、硼酸、单乙醇胺硼酸酯、二乙醇胺硼酸酯、三乙醇胺硼酸酯、己二酸二辛酯、苯甲酸单乙醇胺、苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑、肌醇六磷酸酯、聚天冬氨酸、磷酸酯和氨基酸酯中的一种或两种以上；进一步优选的，有机防锈剂为三氨基己酸基三嗪、正辛酸、异壬酸、新癸酸、癸二酸、十一碳二元酸、十二碳二元酸、格尔伯特酸、苯甲酸、烷基苯甲酸、硼酸、单乙醇胺硼酸酯、二乙醇胺硼酸酯、三乙醇胺硼酸酯、苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑、氨基酸酯和磷酸酯中的一种或两种以上。
优选的，所述无机防锈剂为碳酸钠、硅酸钠、磺酸钠、钼酸钠、磺酸钙、钡盐、四硼酸钾、硫酸锌、亚硫酸钠、磷酸盐和三氧化二锑中的一种或两种以上；进一步优选的，所述无机防锈剂为磺酸钠、钼酸钠、钡盐、四硼酸钾、硫酸锌、亚硫酸钠和磷酸盐中的一种或两种以上。
优选的，所述的有机碱为单乙醇胺、二乙醇胺、二甘醇胺、三乙醇胺、N-甲基乙醇胺、N-甲基二乙醇胺、丁基乙醇胺、丁基二乙醇胺、N-氨丙基一甲基乙醇胺、2-氨基-2-乙基-1,3-丙二醇、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、正丙醇胺、异丙醇胺中的一种或两种以上；进一步优选的，所述的有机碱为单乙醇胺、二甘醇胺、三乙醇胺、N-甲基乙醇胺、N-甲基二乙醇胺、丁基乙醇胺、丁基二乙醇胺、N-氨丙基一甲基乙醇胺和2-氨基-2-甲基-1-丙醇中的一种或两种以上。
优选的，所述的润滑防锈助剂为甘油、聚醚、聚乙二醇、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸钠、水溶性环氧树脂、聚马来酸酐中的一种或两种以上；进一步优选的，所述的润滑防锈助剂为甘油、聚醚、聚乙二醇、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠和聚丙烯酰胺的一种或两种以上。
优选的，所述全合成水基防锈复合剂的5％去离子水稀释液的pH值在8.0-10.0之间。
上述全合成水基防锈复合剂的制备方法包括以下步骤：
①将部分去离子水放入反应釜内，加入有机碱、有机防锈剂和无机防锈剂，加热升温到60℃后，恒温搅拌至形成透明澄清溶液，移去热源；
②将剩余去离子水放入反应釜内，加入润滑防锈助剂，加热搅拌至溶液均匀；
③将①和②混合并搅拌至体系澄清，即得全合成水基防锈复合剂。
本发明的另一目的在于提出一种用于全合成水基防锈复合剂的模拟昼夜气候的防锈性能评价方法，以对全合成水基防锈复合剂的防锈性能进行评价。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种用于全合成水基防锈复合剂的模拟昼夜气候的防锈性能评价方法，包括以下步骤：
S1：将金属测试件打磨后使其表面全覆盖上所述全合成水基防锈复合剂的测试液，之后确保其表面膜干燥；
S2：将步骤S1中干燥的金属测试件先在温度60-80℃、湿度10-30％的环境下放置8-10h，再将其于温度0-10℃，湿度90-99％下放置14-16h，并以此为周期连续实验到规定的时间；
S3：根据步骤S2处理后金属测试件的腐蚀状况进行评级：无锈点出现为A级，轻微生锈为B级，中度生锈为C级，重度生锈为D级。
优选的，步骤S1中，金属测试件为长、宽、高分别为50mm、25mm和2mm的45#钢，打磨方法为使用240目的砂纸进行打磨，金属测试件表面全覆盖上全合成水基防锈复合剂的测试液的方法为全浸渍或喷涂，浸渍或喷涂时间为10min，使金属测试件表面膜干燥的方法为室内挂放晾干。
优选的，步骤S2中，将步骤S1中干燥的金属测试件先在温度70℃、湿度20％的环境下放置9h，再将其于温度5℃，湿度99％下放置15h；
优选的，步骤S3中，根据腐蚀面积占总测试面积的比例，对金属测试片的锈蚀状况进行评级：当腐蚀面积占总测试面积的0％时定义为A级，当腐蚀面积占总测试面积的0-20％时定义为B级，当腐蚀面积占总测试面积的20-50％时定义为C级，当腐蚀面积占总测试面积的50-100％时定义为D级。
本发明的第三个目的在于提出一种全合成水基防锈复合剂在金属加工液中作为磨削液的应用，以将本全合成水基防锈复合剂当做金属加工液的磨削液使用。
一种如上所述的全合成水基防锈复合剂在金属加工液中作为磨削液的应用。
相对于现有技术，本发明所述的一种全合成水基防锈复合剂具有以下优势：
(1)配制简单、价格低廉、不含盐硝酸盐、防锈性能优异；
(2)不仅可以用于黑色金属的工序间防锈，还可作为防锈添加剂包用于金属加工液的配方设计中；
(3)含有润滑防锈助剂，起防锈作用的同时还具备一定的润滑效果，防锈复合剂采用去离子水稀释到3-5％后可以代替磨削液进行黑色金属的磨削加工，拓展了全合成水基防锈复合剂的使用范围；
本发明所述的一种用于全合成水基防锈复合剂的模拟昼夜气候的防锈性能评价方法具有以下优势：
本发明所述的一种用于全合成水基防锈复合剂的模拟昼夜气候的防锈性能评价方法，操作简单，切合冷凝水导致锈蚀的实际工况，可对水基防锈剂的防锈性能进行有效评价。
本发明所述的一种全合成水基防锈复合剂在金属加工液中作为磨削液的应用，由于全合成水基防锈复合剂含有润滑防锈助剂，起防锈作用的同时还具备一定的润滑效果，防锈复合剂采用去离子水稀释到3-5％后可以代替磨削液进行黑色金属的磨削加工，拓展了全合成水基防锈复合剂的使用范围。
附图说明
图1为对比例3模拟昼夜气候的防锈性能测试进行13d后测试片的腐蚀形貌；
图2为本发明实施例1模拟昼夜气候的防锈性能测试进行13d后测试片的腐蚀形貌；
图3为本发明实施例2模拟昼夜气候的防锈性能测试进行13d后测试片的腐蚀形貌；
图4为本发明实施例3模拟昼夜气候的防锈性能测试进行13d后测试片的腐蚀形貌。
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下面结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
一种全合成水基防锈复合剂，由包括如下重量份数的各组分组成：十一碳二元酸3份、三氨基己酸基三嗪5份、苯并三氮唑1份、二乙醇胺硼酸酯6份、钼酸钠2份、磺酸钡2份、聚醚5份、三乙醇胺13份、二甘醇胺2份、乙醇胺3份、水58份。水为去离子水。
上述全合成水基防锈复合剂的制备方法为：
①将部分去离子水放入反应釜内，加入有机碱、有机防锈剂和无机防锈剂，加热升温到60℃后，恒温搅拌至形成透明澄清溶液，移去热源；
②将剩余去离子水放入反应釜内，加入润滑防锈助剂，加热搅拌至溶液均匀；
③将①和②混合并搅拌至体系澄清，即得全合成水基防锈复合剂。
实施例2
一种全合成水基防锈复合剂，由包括如下重量份数的各组分组成：癸二酸1.2份、十一碳二元酸3.5份、单乙醇胺硼酸酯6份、十二碳二元酸1份、磷酸氢钠3份、三乙醇胺13份、2-氨基-2-甲基-1-丙醇4份、聚乙二醇0.005份、聚乙烯醇0.05份、水68.245份。水为去离子水。
上述全合成水基防锈复合剂的制备方法为：
①将部分去离子水放入反应釜内，加入有机碱、有机防锈剂和无机防锈剂，加热升温到60℃后，恒温搅拌至形成透明澄清溶液，移去热源；
②将剩余去离子水放入反应釜内，加入润滑防锈助剂，加热搅拌至溶液均匀；
③将①和②混合并搅拌至体系澄清，即得全合成水基防锈复合剂。
实施例3
一种全合成水基防锈复合剂，由包括如下重量份数的各组分组成：苯甲酸2份、十二碳二元酸2份、三氨基己酸基三嗪5份、氨基酸乙酯2份、四硼酸钾1份、磷酸氢钠2份、三乙醇胺15份、N-甲基乙醇胺3份、聚乙二醇0.005份、聚丙烯酰胺0.05份、水67.945份。水为去离子水。
上述全合成水基防锈复合剂的制备方法为：
①将部分去离子水放入反应釜内，加入有机碱、有机防锈剂和无机防锈剂，加热升温到60℃后，恒温搅拌至形成透明澄清溶液，移去热源；
②将剩余去离子水放入反应釜内，加入润滑防锈助剂，加热搅拌至溶液均匀；
③将①和②混合并搅拌至体系澄清，即得全合成水基防锈复合剂。
对比例1
一种具有全合成水基防锈复合剂，由包括如下重量份数的各组分组成：苯甲酸2份、十二碳二元酸2份、三氨基己酸基三嗪5份、氨基酸乙酯2份、四硼酸钾1份、磷酸氢钠2份、三乙醇胺15份、N-甲基乙醇胺3份、水68份。水为去离子水。
上述全合成水基防锈复合剂按照如下步骤配制：
将去离子水放入反应釜内，加入有机碱、有机防锈剂和无机防锈剂，加热升温到60℃后，恒温搅拌至形成透明澄清溶液，移去热源，搅拌冷却至室温，即得全合成水基防锈复合剂。
对比例2
一种具有全合成水基防锈复合剂，由包括如下重量份数的各组分组成：苯甲酸2份、十二碳二元酸2份、三氨基己酸基三嗪5份、氨基酸乙酯2份、三乙醇胺15份、N-甲基乙醇胺3份、水71份。水为去离子水。
上述全合成水基防锈复合剂按照如下步骤配制：
将去离子水放入反应釜内，加入有机碱、有机防锈剂，加热升温到60℃后，恒温搅拌至形成透明澄清溶液，移去热源，搅拌冷却至室温，即得全合成水基防锈复合剂。
对比例3
将商用黑色金属水溶性防锈剂嘉实多Rustilo 4175作为水基防锈剂对照液。
对比例4
将商用磨削液巴索Grindex 10CO作为水基磨削液对照液。
将实施例1-3、对比例1和2中的全合成水剂防锈复合剂、对比例3中的水基防锈剂、对比例4中的水基磨削液分别采用去离子水稀释至5％作为测试液使用。其中，实施例1-3中的全合成水基防锈复合剂的5％去离子水稀释液(测试液)的pH分别为9.0、8.9和9.1。将对比例1-4和实施例1-3得到的测试液进行模拟昼夜气候的防锈性能评价和摩擦磨损性能评价。具体的评价方法如下：
1.防锈性能评价实验
(1)将尺寸为50mm*25mm*2mm的45#钢用240目砂纸打磨后，全浸于测试液中，10min后取出，室内挂放，待膜干后，置于一定环境中，先温度70℃，湿度20％下进行9h，后温度5℃，湿度99％下进行15h，以此为一个周期，连续实验到规定时间；
(2)取出测试片，根据测试片的锈蚀状况进行评级，无锈点出现为A级(腐蚀面积占总测试面积的0％)，轻微生锈为B级(腐蚀面积占总测试面积的0-20％)，中度生锈为C级(腐蚀面积占总测试面积的20-50％)，重度生锈为D级(腐蚀面积占总测试面积的50-100％)。
2.摩擦磨损性能评价实验
(1)将轴承钢盘用1200目砂纸均匀打磨表面后，用酒精将其擦拭干净，然后同GCr15钢球固定在SRV摩擦磨损试验机上，用滴管将待测液(5％的去离子水稀释液)涂布到轴承钢盘表面并保持接触区浸润，进行摩擦磨损实验测试，实验参数为：负载100N；行程1mm；频率20Hz；温度30℃；实验时间5min。
(2)实验结束后，用无水乙醇浸泡轴承钢并超声清洗10min，使用金相显微镜观察磨痕宽度，对测试液的摩擦磨损性能进行评价。
表1对比例和实施例的防锈性能测试和摩擦磨损性能测试结果
在大陆地区，随昼夜温差的变化，空气湿度也随之变化。白天气温较高，空气相对湿度较低，到了晚上，气温下降剧烈，空气的相对湿度大大升高，这时空气中水分在金属表面凝结成露水，形成了生锈的条件，从而加剧了锈蚀现象的产生，金属表面涂覆的工序间防锈剂对机加工后的金属材质的防锈起着至关重要的作用。相对于对比例1-3，实施例1-3均具有相对较好的防锈等级，在模拟昼夜温差气候的防锈性能测试中表现更加优异。
根据实施例3与对比例1-2可以看出，无机防锈剂和润滑防锈助剂对体系防锈性能均具有一定的提升作用，有机防锈剂、无机防锈剂和润滑防锈助剂复配使用，可以明显提升其模拟昼夜温差气候测试中的防锈性能。
对比例1是实施例3去除润滑防锈助剂(聚乙二醇和聚丙烯酰胺)的防锈配方，可以看出，同比例的去离子水稀释液(5％)，对比例1的磨斑明显大于实施例3，说明对比例1的润滑性能明显弱于实施例3。根据对比例3、4和实施例3的5％去离子水稀释液的磨斑也可以看出：相对于对比例3(外购不具润滑性能的水基防锈剂)，实施例3与对比例4(外购商用进口高端磨削液)的磨斑更为接近，即实施例3具有与商用磨削液相同的润滑效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种全合成水基防锈复合剂，其特征在于：包括以下重量份的各组分：有机防锈剂5-20份、无机防锈剂0.2-8份、有机碱5-25份、润滑防锈助剂0.005-5份、水余量。
2.根据权利要求1所述的全合成水基防锈复合剂，其特征在于：所述有机防锈剂为三氨基己酸基三嗪、硬脂酸、油酸、植酸、正辛酸、异辛酸、异壬酸、新癸酸、十六烯基丁二酸、癸二酸、十一碳二元酸、十二碳二元酸、格尔伯特酸、苯甲酸、烷基苯甲酸、硼酸、单乙醇胺硼酸酯、二乙醇胺硼酸酯、三乙醇胺硼酸酯、己二酸二辛酯、苯甲酸单乙醇胺、苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑、肌醇六磷酸酯、聚天冬氨酸、磷酸酯和氨基酸酯中的一种或两种以上；优选的，有机防锈剂为三氨基己酸基三嗪、正辛酸、异壬酸、新癸酸、癸二酸、十一碳二元酸、十二碳二元酸、格尔伯特酸、苯甲酸、烷基苯甲酸、硼酸、单乙醇胺硼酸酯、二乙醇胺硼酸酯、三乙醇胺硼酸酯、苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑、氨基酸酯和磷酸酯中的一种或两种以上。
3.根据权利要求1所述的全合成水基防锈复合剂，其特征在于：所述无机防锈剂为碳酸钠、硅酸钠、磺酸钠、钼酸钠、磺酸钙、钡盐、四硼酸钾、硫酸锌、亚硫酸钠、磷酸盐和三氧化二锑中的一种或两种以上；优选的，所述无机防锈剂为磺酸钠、钼酸钠、钡盐、四硼酸钾、硫酸锌、亚硫酸钠和磷酸盐中的一种或两种以上。
4.根据权利要求1所述的全合成水基防锈复合剂，其特征在于：所述的有机碱为单乙醇胺、二乙醇胺、二甘醇胺、三乙醇胺、N-甲基乙醇胺、N-甲基二乙醇胺、丁基乙醇胺、丁基二乙醇胺、N-氨丙基一甲基乙醇胺、2-氨基-2-乙基-1,3-丙二醇、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、正丙醇胺、异丙醇胺中的一种或两种以上；优选的，所述的有机碱为单乙醇胺、二甘醇胺、三乙醇胺、N-甲基乙醇胺、N-甲基二乙醇胺、丁基乙醇胺、丁基二乙醇胺、N-氨丙基一甲基乙醇胺和2-氨基-2-甲基-1-丙醇中的一种或两种以上。
5.根据权利要求1所述的全合成水基防锈复合剂，其特征在于：所述的润滑防锈助剂为甘油、聚醚、聚乙二醇、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸钠、水溶性环氧树脂、聚马来酸酐中的一种或两种以上；优选的，所述的润滑防锈助剂为甘油、聚醚、聚乙二醇、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠和聚丙烯酰胺的一种或两种以上。
6.根据权利要求1所述的全合成水基防锈复合剂，其特征在于：所述全合成水基防锈复合剂的5％去离子水稀释液的pH值在8.0-10.0之间。
7.一种用于如权利要求1至6任意一项所述的全合成水基防锈复合剂的模拟昼夜气候的防锈性能评价方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将金属测试件打磨后使其表面全覆盖上所述全合成水基防锈复合剂的测试液，之后确保其表面膜干燥；
S2：将步骤S1中干燥的金属测试件先在温度60-80℃、湿度10-30％的环境下放置8-10h，再将其于温度0-10℃，湿度90-99％下放置14-16h，并以此为周期连续实验到规定的时间；
S3：根据步骤S2处理后金属测试件的腐蚀状况进行评级：无锈点出现为A级，轻微生锈为B级，中度生锈为C级，重度生锈为D级。
8.根据权利要求7所述的模拟昼夜气候的防锈性能评价方法，其特征在于：步骤S1中，金属测试件为长、宽、高分别为50mm、25mm和2mm的45#钢，打磨方法为使用240目的砂纸进行打磨，金属测试件表面全覆盖上全合成水基防锈复合剂的测试液的方法为全浸渍或喷涂，浸渍或喷涂时间为10min，使金属测试件表面膜干燥的方法为室内挂放晾干。
9.根据权利要求7所述的模拟昼夜气候的防锈性能评价方法，其特征在于：步骤S2中，将步骤S1中干燥的金属测试件先在温度70℃、湿度20％的环境下放置9h，再将其于温度5℃，湿度99％下放置15h；步骤S3中，根据腐蚀面积占总测试面积的比例，对金属测试片的锈蚀状况进行评级：当腐蚀面积占总测试面积的0％时定义为A级，当腐蚀面积占总测试面积的0-20％时定义为B级，当腐蚀面积占总测试面积的20-50％时定义为C级，当腐蚀面积占总测试面积的50-100％时定义为D级。
10.一种如权利要求1至9任意一项所述的全合成水基防锈复合剂在金属加工液中作为磨削液的应用。
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