CN109136955A - 一种中性除锈剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种中性除锈剂的制备方法，属于除锈剂技术领域。本发明中利用氨基酸和柠檬酸铵的混合物作为中性除锈剂的基液，添加添加剂、缓蚀剂、渗透剂、润湿剂和乳化剂制备出中性除锈剂，带氨基的氨基酸通过攻击金属氧化物（主要是铁的三价氧化物），将金属氧化物中的金属离子游离开，然后通过氨基结构将其络合，从而将金属氧化物一点点的剥离金属表面，柠檬酸铵中含有羧基，对铁锈具有一定的络合能力，具有良好的络合除锈能力，清洗时不会有沉淀析出，且具有更好的溶解锈垢能力；本发明使得制备的中性除锈剂呈中性、不含磷、不含重金属且不会有酸雾逸出；其对设备和工件不会造成氢脆现象和过腐蚀现象，除锈速度较快，还具有良好的防锈功能。

Description

一种中性除锈剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种中性除锈剂的制备方法，属于除锈剂技术领域。
背景技术
钢铁材料是人类社会综合性能最好的工程结构用材料，但由于其易腐蚀生锈，因此务必得进行表面的处理。表面处理的第一步就是除去钢铁表面的氧化层或者锈层，目的是使被涂物的表面更光滑、更清洁，增大涂料与被涂表面的附着能力，发挥涂料抵抗腐蚀的能力。一般来说，去除锈层的方法主要有三种，分别是机械法、化学法及电化学法。
传统型除锈剂一般使用的是强酸，借助酸与锈层及氧化物发生的化学反应生成可溶性的盐类，从而使锈层剥落，达到除锈的目的。与此同时，酸又可以和金属本体发生化学反应放出氢气，对铁锈层和难溶的氧化皮产生压力促进锈层的剥落，进而加速酸洗的过程。该传统型除锈剂在除锈过程中也存在着一些不足，如除锈处理过程中释放的大量氢气会导致氢脆现象的发生，从而使得金属的某些力学性能严重下降，影响钢铁基体的强度；与此同时除锈过程中极易形成酸雾，影响操作人员的身体健康、腐蚀周围的设备及环境；过程中大量的消耗酸液，增加了其处理成本；不仅如此，除锈后会产生大量的残渣废液，需要经常排放，这样不仅会腐蚀管道，而且会对土壤及周围环境造成巨大污染。
目前为止，在钢材酸洗车间内普遍采用的是硫酸法和普通盐酸法来除锈或者消除氧化皮，但其缺点是废液排放量大和车间酸雾挥发较为严重。为此探索了许多新型的高效金属除锈剂，通过添加各种缓蚀剂，表面活性剂等来改善酸性除锈剂各种弊端，但基本都以酸为主要成分，没有从根本上解决酸腐蚀、氢脆、酸雾及废液污染、环境污染等各种问题。因此，从长远来看，传统型除锈剂已经不能满足要求，急需探索一种新型的环保型除锈剂。
环保型中性除锈剂能克服目前酸洗办法中存在的不足和缺点，以实现良好的除锈效果，并且不会产生氢脆现象，不会对环境造成影响，一些钢铁加工业也有引进中性除锈剂工艺的，但是成本相对较高，全领域工业化还存在很多难题。目前中性除锈剂没有得到广泛应用的主要原因是成本高和除锈速度远远赶不上酸性除锈剂。开发一种对环境污染小，不会产生酸雾，对操作工艺要求低的中性除锈剂是未来除锈剂的主要发展方向。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对现有除锈剂除锈速度慢的问题，提供了一种中性除锈剂的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
（1）按重量份数计，分别称取硅溶胶、质量分数为10%戊二醛水溶液、Span-80、质量分数为1%的PVA水溶液、硫脲，将取硅溶胶、质量分数为10%戊二醛水溶液和Span-80混合，乳化搅拌，得乳液，加入质量分数为1%的PVA水溶液和硫脲，保温搅拌，得共混液，离心分离5～10min，得沉淀，用水和无水乙醇分别洗涤3～5次，冷冻干燥后得改性缓蚀剂；
（2）按重量份数计，分别称取40～60份基液、10～20份添加剂、1～10份缓蚀剂、1～5份渗透剂、20～30份去离子水、1～2份pH调节剂，将基液和去离子水混合，超声分散搅拌处理，得混合液，加入添加剂、缓蚀剂和渗透剂，在转速为100～120r/min下继续搅拌1～2h，并用pH调节剂调节体系pH，即得中性除锈剂。
步骤（1）所述的乳化搅拌为在8000～10000r/min的乳化速率下搅拌30～40min。
步骤（1）所述的保温搅拌为在温度为40～60℃，搅拌速率为600～800r/min下保温搅拌1～2h。
步骤（2）所述的基液为按质量比1∶1将氨基酸和柠檬酸钠混合，在搅拌速度为30～50r/min下常温搅拌10～15min。
步骤（2）所述的添加剂为按摩尔比4∶1将六次甲基四胺和质量分数为0.5%氯化氢溶液混合均匀。
步骤（2）所述的渗透剂为烷基苯磺酸钠、烷基硫酸酯钠、仲烷基磺酸钠、仲烷基硫酸酯钠、烷基萘磺酸钠、琥珀酸烷基酯磺酸钠、氨基磺酸钠和脂肪醇聚氧乙烯醚中的任意一种。
步骤（2）所述的超声并搅拌处理为在功率为300～400W下超声分散3～5min，并在转速为60～100r/min下搅拌5～10min。
步骤（2）所述的搅拌处理为在转速为100～120r/min下继续搅拌1～2h。
步骤（2）所述的调节pH为用pH调节剂质量分数为0.5%氯化氢溶液调节体系pH值为5.5～7.0。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明中利用氨基酸和柠檬酸铵的混合物作为中性除锈剂的基液，添加添加剂、缓蚀剂、渗透剂、润湿剂和乳化剂制备出中性除锈剂，带氨基的氨基酸通过攻击金属氧化物（主要是铁的三价氧化物），将金属氧化物中的金属离子游离开，然后通过氨基结构将其络合，从而将金属氧化物一点点的剥离金属表面，柠檬酸铵中含有羧基，对铁锈具有一定的络合能力，具有良好的络合除锈能力，清洗时不会有沉淀析出，且具有更好的溶解锈垢能力；
（2）本发明中的添加剂是六次甲基四胺和质量分数为0.5%氯化氢溶液的混合液，六次甲级四胺分子中含有四个胺基，溶液碱性较强，结合氯化氢的能力也较强，使得每一个胺基和氯化氢结合时以氢键形式存在；氯化氢水溶液本身是很好的除锈剂，除锈速度快，将氯化氢和有机胺分子结合，分子间是利用氢键作用，在常温下该氢键比较稳定，氯化氢和有机胺复合分子不会挥发，水溶液呈现中性，在加热条件下，该复合物会缓慢的水解，破坏氢键将分子内结合的氯化氢分子释放到溶液中形成弱酸性环境，使得制备的中性除锈剂呈中性、不含磷、不含重金属且不会有酸雾逸出；其对设备和工件不会造成氢脆现象和过腐蚀现象，除锈速度较快，还具有良好的防锈功能。
具体实施方式
按质量比1∶1将氨基酸和柠檬酸钠混合，在搅拌速度为30～50r/min下常温搅拌10～15min，得基液，按摩尔比4∶1将六次甲基四胺和质量分数为0.5%氯化氢溶液混合均匀，得添加剂；按重量份数计，分别称取20～30份硅溶胶、1～5份质量分数为10%戊二醛水溶液、1～3份Span-80、5～8份质量分数为1%的PVA水溶液、10～14份硫脲，将取硅溶胶、质量分数为10%戊二醛水溶液和Span-80混合，在8000～10000r/min的乳化速率下搅拌30～40min，得乳液，加入质量分数为1%的PVA水溶液和硫脲，在温度为40～60℃，搅拌速率为600～800r/min下保温搅拌1～2h，得共混液，离心分离5～10min，得沉淀，用水和无水乙醇分别洗涤3～5次，冷冻干燥后得改性缓蚀剂；按重量份数计，分别称取40～60份基液、10～20份添加剂、1～10份缓蚀剂、1～5份渗透剂、20～30份去离子水、1～2份pH调节剂，将基液和去离子水混合，在功率为300～400W下超声分散3～5min，并在转速为60～100r/min下搅拌5～10min，得混合液，加入添加剂、缓蚀剂和渗透剂，在转速为100～120r/min下继续搅拌1～2h，并用pH调节剂调节体系pH值为5.5～7.0，即得中性除锈剂。
实例1
按质量比1∶1将氨基酸和柠檬酸钠混合，在搅拌速度为30r/min下常温搅拌10min，得基液，按摩尔比4∶1将六次甲基四胺和质量分数为0.5%氯化氢溶液混合均匀，得添加剂；按重量份数计，分别称取20份硅溶胶、1份质量分数为10%戊二醛水溶液、1份Span-80、5份质量分数为1%的PVA水溶液、10份硫脲，将取硅溶胶、质量分数为10%戊二醛水溶液和Span-80混合，在8000r/min的乳化速率下搅拌30min，得乳液，加入质量分数为1%的PVA水溶液和硫脲，在温度为40℃，搅拌速率为600r/min下保温搅拌1h，得共混液，离心分离5min，得沉淀，用水和无水乙醇分别洗涤3次，冷冻干燥后得改性缓蚀剂；按重量份数计，分别称取40份基液、10份添加剂、1份缓蚀剂、1份渗透剂、20份去离子水、1份pH调节剂，将基液和去离子水混合，在功率为300W下超声分散3min，并在转速为60r/min下搅拌5min，得混合液，加入添加剂、缓蚀剂和渗透剂，在转速为100r/min下继续搅拌1h，并用pH调节剂调节体系pH值为5.5，即得中性除锈剂。
实例2
按质量比1∶1将氨基酸和柠檬酸钠混合，在搅拌速度为40r/min下常温搅拌12min，得基液，按摩尔比4∶1将六次甲基四胺和质量分数为0.5%氯化氢溶液混合均匀，得添加剂；按重量份数计，分别称取25份硅溶胶、3份质量分数为10%戊二醛水溶液、2份Span-80、6份质量分数为1%的PVA水溶液、12份硫脲，将取硅溶胶、质量分数为10%戊二醛水溶液和Span-80混合，在9000r/min的乳化速率下搅拌35min，得乳液，加入质量分数为1%的PVA水溶液和硫脲，在温度为50℃，搅拌速率为700r/min下保温搅拌1h，得共混液，离心分离8min，得沉淀，用水和无水乙醇分别洗涤4次，冷冻干燥后得改性缓蚀剂；按重量份数计，分别称取50份基液、15份添加剂、5份缓蚀剂、3份渗透剂、25份去离子水、1份pH调节剂，将基液和去离子水混合，在功率为350W下超声分散4min，并在转速为80r/min下搅拌8min，得混合液，加入添加剂、缓蚀剂和渗透剂，在转速为110r/min下继续搅拌1h，并用pH调节剂调节体系pH值为6.5，即得中性除锈剂。
实例3
按质量比1∶1将氨基酸和柠檬酸钠混合，在搅拌速度为50r/min下常温搅拌15min，得基液，按摩尔比4∶1将六次甲基四胺和质量分数为0.5%氯化氢溶液混合均匀，得添加剂；按重量份数计，分别称取30份硅溶胶、5份质量分数为10%戊二醛水溶液、3份Span-80、8份质量分数为1%的PVA水溶液、14份硫脲，将取硅溶胶、质量分数为10%戊二醛水溶液和Span-80混合，在10000r/min的乳化速率下搅拌40min，得乳液，加入质量分数为1%的PVA水溶液和硫脲，在温度为60℃，搅拌速率为800r/min下保温搅拌2h，得共混液，离心分离10min，得沉淀，用水和无水乙醇分别洗涤5次，冷冻干燥后得改性缓蚀剂；按重量份数计，分别称取60份基液、20份添加剂、10份缓蚀剂、5份渗透剂、30份去离子水、2份pH调节剂，将基液和去离子水混合，在功率为400W下超声分散5min，并在转速为100r/min下搅拌10min，得混合液，加入添加剂、缓蚀剂和渗透剂，在转速为120r/min下继续搅拌2h，并用pH调节剂调节体系pH值为7.0，即得中性除锈剂。
对照例：东莞某公司生产的中性除锈剂。
将实例及对照例制备得到的中性除锈剂进行检测，具体检测如下：
除锈速率：采用失重法计算除锈剂的除锈速率。
腐蚀速率：根据行业标准中腐蚀速率的考察方法，将Q235钢板清洗打磨干净，用乙醇和丙酮清洗后烘干称其质量，取一定浓度的中性除锈剂将烘干的钢板样品浸泡在中性除锈剂中，持续时间和除锈过程浸泡时间一致。将浸泡过的钢板取出清洗烘干，称其质量。选择不同的除锈剂浓度和实验温度重复上述实验，根据公式计算腐蚀速率。
具体测试结果如表1。
表1性能表征对比表
由表1可知，本发明制备的中性除锈剂具有良好的除锈速率和腐蚀速率。

Claims (9)

1.一种中性除锈剂的制备方法，其特征在于具体步骤为：
（1）按重量份数计，分别称取硅溶胶、质量分数为10%戊二醛水溶液、Span-80、质量分数为1%的PVA水溶液、硫脲，将取硅溶胶、质量分数为10%戊二醛水溶液和Span-80混合，乳化搅拌，得乳液，加入质量分数为1%的PVA水溶液和硫脲，保温搅拌，得共混液，离心分离5～10min，得沉淀，用水和无水乙醇分别洗涤3～5次，冷冻干燥后得改性缓蚀剂；
（2）按重量份数计，分别称取40～60份基液、10～20份添加剂、1～10份缓蚀剂、1～5份渗透剂、20～30份去离子水、1～2份pH调节剂，将基液和去离子水混合，超声分散搅拌处理，得混合液，加入添加剂、缓蚀剂和渗透剂，在转速为100～120r/min下继续搅拌1～2h，并用pH调节剂调节体系pH，即得中性除锈剂。
2.根据权利要求1所述的一种中性除锈剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的乳化搅拌为在8000～10000r/min的乳化速率下搅拌30～40min。
3.根据权利要求1所述的一种中性除锈剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的保温搅拌为在温度为40～60℃，搅拌速率为600～800r/min下保温搅拌1～2h。
4.根据权利要求1所述的一种中性除锈剂的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的基液为按质量比1∶1将氨基酸和柠檬酸钠混合，在搅拌速度为30～50r/min下常温搅拌10～15min。
5.根据权利要求1所述的一种中性除锈剂的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的添加剂为按摩尔比4∶1将六次甲基四胺和质量分数为0.5%氯化氢溶液混合均匀。
6.根据权利要求1所述的一种中性除锈剂的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的渗透剂为烷基苯磺酸钠、烷基硫酸酯钠、仲烷基磺酸钠、仲烷基硫酸酯钠、烷基萘磺酸钠、琥珀酸烷基酯磺酸钠、氨基磺酸钠和脂肪醇聚氧乙烯醚中的任意一种。
7.根据权利要求1所述的一种中性除锈剂的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的超声并搅拌处理为在功率为300～400W下超声分散3～5min，并在转速为60～100r/min下搅拌5～10min。
8.根据权利要求1所述的一种中性除锈剂的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的搅拌处理为在转速为100～120r/min下继续搅拌1～2h。
9.根据权利要求1所述的一种中性除锈剂的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的调节pH为用pH调节剂质量分数为0.5%氯化氢溶液调节体系pH值为5.5～7.0。
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