CN109628939B - 一种环保型金属材料常温除锈的耐腐蚀组合物 - Google Patents

Abstract

本发明属于金属表面处理技术领域，公开了一种环保型金属材料常温除锈的耐腐蚀组合物，可快速去除金属材料表面的锈并在其表面形成双重保护膜，防止再次生锈，包括如下组分及质量分数：酸剂12～20％、还原剂3～8％、促进剂1～5％、渗透剂3～8％、非离子表面活性剂1～2％、纯水余量；其中，所述酸剂为不饱和有机酸及其化合物，所述渗透剂包括如下组分及摩尔比：二丙二醇2～4、二乙二醇乙醚2～4、二乙二醇丁醚3～5。该组合物是一种可同时除油、除锈、防锈钝化的综合组合物，不含无机磷或有机膦及任何有毒重金属，在处理过程中，不需要加热，无酸雾和有害物质产生，对环境无污染，与后续涂层有着优良的附着力。

Description

一种环保型金属材料常温除锈的耐腐蚀组合物

技术领域

本发明涉及金属表面处理技术领域，尤其涉及一种环保型金属材料常温除锈的耐腐蚀组合物。

背景技术

金属材料在在生产加工、储存及运输的过程中，都不可避免的会与环境介质(如空气中的水、氧气、酸碱介质、有机介质等)接触发生电化学腐蚀反应而生成锈。所谓锈是由氧和水作用中金属表面生成氧化物和氢氧化物的混合物，铁锈是红色的，铜锈是绿色的，而铝和锌的锈称白锈。锈会引起金属材料的破坏和性能的变质，从而造成产品的质量隐患。这些隐患的解决，都需要使用可去除金属材料表面的锈并在其表面形成一层薄膜的产品，防止金属发生锈蚀。

金属材料在进行喷漆、喷涂、电镀之前，都需要对表面进行预处理，以提高其与后续涂层的防锈性和附着力。传统的除锈工艺一般分为：酸洗除锈、电解除锈、碱液除锈、手工除锈和机械除锈。酸洗除锈处理费用低、效率高，是最普及的除锈方法。但带来了系列的问题，如产生较多酸雾，对设备损害大，对材料溶解损失大，残留酸易使材料表面产生返锈现象，特别是废酸和铁盐的处理问题，需要较大的投资来建设相应的回收和处理设备，对于一些小型的工厂，往往会出现酸洗废液难以集中进行处理，一旦发生直接排放的情况，将会对环境产生严重污染。电解除锈，可得到平整、光滑的表面，在材料有特殊要求时使用。碱液除锈，成本高、效率低，一般很少使用。手工除锈采用钢丝刷、砂布、电动磨具手工作业，用与清洗少量、局部的表面锈蚀产物，但除锈不彻底，人工成本高。机械除锈采用喷砂、抛丸进行，适合于大批量作业、铸件型砂和重锈的清理，除锈较彻底，但粉尘污染大，费用较高。

随着新的环保法的推行，特别是2018年1月1日起，多部环保法同时推行，中央环保巡视的常态化，企业进行技术升级和转型已迫在眉睫。因此，在保证质量的前提下，尽量缩短工艺流程、提高生产效率、降低生产成本和解决环境污染问题，是目前金属材料表面处理领域中亟待解决的重要问题，也是我国实现经济、社会可持续发展的必然选择。

发明内容

本发明的目的在于克服现有除锈手段成本高、效率低、不环保等诸多问题，提供一种环保型金属材料常温除锈的耐腐蚀组合物。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一种环保型金属材料常温除锈的耐腐蚀组合物，包括如下组分及质量分数：

其中，所述酸剂为不饱和有机酸及其化合物，所述渗透剂包括如下组分及摩尔比：

二丙二醇 2～4

二乙二醇乙醚 2～4

二乙二醇丁醚 3～5。

进一步的，包括如下组分及质量分数：

其中，所述酸剂为不饱和有机酸及其化合物，所述渗透剂包括如下组分及摩尔比：

二丙二醇 3

二乙二醇乙醚 3

二乙二醇丁醚 4。

金属寿命出长短，与其锈蚀的程度息息相关，要想有效地延长金属的使用寿命，除了及时除去金属表面的锈蚀外，更重要的是如何帮助金属抵抗锈蚀的产生。利用不饱和有机酸及其化合物的碳碳双键，容易与组合物中渗透剂中的羟基反应层状或网状结构，附着在金属表面，可以有效地防止金属锈蚀的发生。而当渗透剂以二丙二醇：二乙二醇乙醚：二乙二醇丁醚为2～4:2～4:3～5的摩尔比进行反应时，由二丙二醇提供两个化学位点作复合交联点，形成多层复合层状网。二丙二醇有适宜的碳碳键长和锯齿造型，可以使交联的复合层彼此之间联系紧密，从而构筑致密的多层复合层状网，覆盖在金属表面，从而形成复合有机吸附膜，通过其在金属表面的复合有机吸附膜的极化电阻来阻止金属表面的电化学腐蚀过程，有效地防止锈蚀的产生。

本组合物的作用过程大致为：以促进剂为引导，可以确保在常温下组合物发挥作用；非离子表面活性剂帮助去除油污等表面污物，使金属锈蚀暴露出来的同时不会损伤金属；之后由还原剂除去锈蚀块，再在酸剂和渗透剂的共同作用下在金属表面形成致密的多层复合层状网，多层复合有机吸附膜形成了稳定的极化电阻，阻止了金属表面的电化学腐蚀过程，达到长效耐腐蚀的效果。

进一步的，所述酸剂为山梨酸及其金属化合物。

进一步的，所述酸剂由山梨酸、山梨酸钾、山梨酸钠按照摩尔比1:1:1混合而成。

山梨酸及其金属化合物做为优选的酸剂，其本身的碳碳双键回产生共轭作用，在形成致密的多层复合层状网的同时，还会与还原剂溶解锈蚀块而产生的金属离子以及钾离子、钠离子形成络合物，形成一层保护膜，进一步提升防锈的性能。这样一方面金属表面的多层复合有机吸附膜能提供极化电阻，阻止金属表面的电化学腐蚀；另一方面络合物形成钝化膜，致密地沉积在金属表面，阻止金属腐蚀。在多层复合有机吸附膜和致密沉积钝化膜的双重作用下，金属被很好地保护了起来，难以再发生氧化腐蚀或电化学腐蚀。

进一步的，所述还原剂为柠檬酸、单宁酸中的一种或多种。

柠檬酸、单宁酸或者两者混合物的加入，可有效溶解金属材料表面的锈蚀块，使金属金属基体表面逐步裸露出来，为保护膜的形成提供良好的着床环境。而溶解锈蚀块所产生的金属离子又能与山梨酸及其金属化合物的共轭双键发生络合反应，生成保护膜。

进一步的，所述促进剂为氟化钠、氟化钾中的一种或多种。

氟化钠、氟化钾作为促进剂，具有极强的穿透能力，可快速渗入基体，与金属基体的合金相率先发生电化学反应，可有效促进锈的溶解和保护膜的形成。

进一步的，所述非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、异构醇聚氧乙烯醚中的一种或多种。

进一步的，所述脂肪醇聚氧乙烯醚的碳链长度为C12～14，并具有仲醇结构。

进一步的，异构醇聚氧乙烯醚的碳链长度为C5～7。

非离子表面活性剂可以在不损伤金属的情况下去除表面的油污等污物，使金属锈蚀块暴露出来，C12～14仲醇结构的脂肪醇聚氧乙烯醚和C5～7异构醇聚氧乙烯醚均是非离子表面活性剂的优秀代表。实验证明，C12～14仲醇结构的脂肪醇聚氧乙烯醚，在酸性条件下，表现出良好的乳化性能，可有效去除金属表面的油污，为去除锈和形成保护膜清除反应障碍，是本发明的最优选择。

实施本发明，具有如下有益效果：

本发明组合物是一种可同时除油、除锈、防锈钝化的综合组合物。该耐腐蚀组合物不含无机磷或有机膦及任何有毒重金属，在处理的过程中，不需要加热，无酸雾和有害物质产生，对环境无污染，与后续涂层有着优良的附着力，形成的双重能达到长期防锈除锈的效果。

附图说明

图1为使用本发明后金属表面双重保护膜的微观结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

实施例1

一种环保型金属材料常温除锈的耐腐蚀组合物，包括如下组分及质量分数：

其中，所述酸剂为不饱和有机酸及其化合物，所述渗透剂包括如下组分及摩尔比：

二丙二醇 2

二乙二醇乙醚 2

二乙二醇丁醚 3，

酸剂由山梨酸、山梨酸钾、山梨酸钠按照摩尔比1:1:1混合。

如图1所示，应用本实施例去除金属表面油污、锈蚀的同时，在表面形成双重保护膜，具体反应过程如下：

当金属浸泡在处理溶液中后，处理液中的C5～7异构醇聚氧乙烯醚等物质首先发生反应，乳化工件表面油污、灰尘等，为去除锈和形成保护膜清除反应障碍。随后，氟离子快速渗入基体，与基体表面的合金相形成多个微电池反应，促进还原剂与锈蚀块中的氧化物反应，进而溶解去除表面的锈蚀块等物质，使金属金属基体表面逐步裸露出来，为防锈钝化膜的形成提供良好的着床环境。利用山梨酸及其化合物的碳碳双键，容易与组合物中渗透剂中的羟基反应层状或网状结构，附着在金属表面，可以有效地防止金属锈蚀的发生。渗透剂以二丙二醇：二乙二醇乙醚：二乙二醇丁醚为2:2:3的摩尔比进行反应，由二丙二醇提供两个化学位点作复合交联点，形成多层复合层状网。二丙二醇有适宜的碳碳键长和锯齿造型，可以使交联的复合层彼此之间联系紧密，从而构筑致密的多层复合层状网，覆盖在金属表面，从而形成复合有机吸附膜，通过其在金属表面的复合有机吸附膜的极化电阻来阻止金属表面的电化学腐蚀过程，有效地防止锈蚀的产生。而溶解锈蚀块所产生的金属离子以及钾离子、钠离子又能与山梨酸及其金属化合物的共轭双键发生络合反应，生成防锈钝化膜，致密地沉积在金属表面，阻止金属腐蚀。

值得注意的是，在实际使用中，为了方便存储和运输，可以减少纯水的加入量将本实施例浓缩10倍进行配置；待到要进行除锈防锈处理时，再加入纯水稀释10倍进行使用。

实施例2

一种环保型金属材料常温除锈的耐腐蚀组合物，包括如下组分及质量分数：

其中，所述酸剂为不饱和有机酸及其化合物，所述渗透剂包括如下组分及摩尔比：

二丙二醇 3

二乙二醇乙醚 3

二乙二醇丁醚 4，

酸剂由山梨酸、山梨酸钾、山梨酸钠按照摩尔比1:1:1混合。

应用本实施例去除金属表面油污、锈蚀的同时，在表面形成双重保护膜。此时，渗透剂以二丙二醇：二乙二醇乙醚：二乙二醇丁醚为3:3:4的摩尔比进行反应，二丙二醇提供的复合交联点达到最适宜的含量，形成多层复合有机吸附膜质量达到最优。其余反应过程与实施例1相似，这里不再赘述。

实施例3

一种环保型金属材料常温除锈的耐腐蚀组合物，包括如下组分及质量分数：

其中，所述酸剂为不饱和有机酸及其化合物，所述渗透剂包括如下组分及摩尔比：

二丙二醇 4

二乙二醇乙醚 4

二乙二醇丁醚 5，

酸剂由山梨酸、山梨酸钾、山梨酸钠按照摩尔比1:1:1混合。

应用本实施例去除金属表面油污、锈蚀的同时，在表面形成双重保护膜。此时，渗透剂以二丙二醇：二乙二醇乙醚：二乙二醇丁醚为4:4:5的摩尔比进行反应，二丙二醇提供的复合交联点含量在允许的范围内，形成多层复合有机吸附膜，阻止了金属表面的电化学腐蚀过程。其余反应过程与实施例1相似，这里不再赘述。

实施例4

将通过实施例1～3制得的环保型金属材料常温除锈的耐腐蚀组合物，以及现有水基防锈剂产品，通过下列的实验方法进行检测对比，得到如下数据：

从表中的数据可以看出，在同样的实验条件下，使用过本发明所制备的耐腐蚀组合物处理后的铸铁单片，比起使用现有产品处理过的铸铁单片，防锈性有了显著的提升，至少能提升20天以上的防锈周期，实施例2、实施例3的防锈周期甚至突破了200天。这是由于施用本发明后，可有效去除金属表面油污、锈蚀的同时，在表面形成双重保护膜,提高基材耐腐蚀性能。防锈周期突破200天，使金属工件的长期使用成为可能，减少了更换频率，降低了养护成本。

实施例5

将经过实施例1～3的耐腐蚀组合物处理后的金属构件进行喷涂备用，喷涂后的金属构件性能测试如下：

从表中的数据可以看出，本发明实施例1～3中的各组分配比,在去除金属表面油污、锈蚀的同时，在表面形成的双重保护膜可有效增强后续涂层与基材之间的附着力,同时提高耐腐蚀性能，令金属构件能够在更复杂的环境下使用并长期保持优异的性质。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种环保型金属材料常温除锈的耐腐蚀组合物，其特征在于，包括如下组分及质量分数：

其中，所述酸剂为不饱和有机酸及其化合物，所述渗透剂包括如下组分及摩尔比：

二丙二醇 2～4

二乙二醇乙醚 2～4

二乙二醇丁醚 3～5。

2.根据权利要求1所述环保型金属材料常温除锈的耐腐蚀组合物，其特征在于，包括如下组分及质量分数：

其中，所述酸剂为不饱和有机酸及其化合物，所述渗透剂包括如下组分及摩尔比：

二丙二醇 3

二乙二醇乙醚 3

二乙二醇丁醚 4。

3.根据权利要求1所述环保型金属材料常温除锈的耐腐蚀组合物，其特征在于，所述酸剂为山梨酸及其金属化合物。

4.根据权利要求3所述环保型金属材料常温除锈的耐腐蚀组合物，其特征在于，所述酸剂由山梨酸、山梨酸钾、山梨酸钠按照摩尔比1:1:1混合而成。

5.根据权利要求1所述环保型金属材料常温除锈的耐腐蚀组合物，其特征在于，所述还原剂为柠檬酸、单宁酸中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述环保型金属材料常温除锈的耐腐蚀组合物，其特征在于，所述促进剂为氟化钠、氟化钾中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述环保型金属材料常温除锈的耐腐蚀组合物，其特征在于，所述非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、异构醇聚氧乙烯醚中的一种或多种。

8.据权利要求7所述环保型金属材料常温除锈的耐腐蚀组合物，其特征在于，所述脂肪醇聚氧乙烯醚的碳链长度为C12～14，并具有仲醇结构。

9.据权利要求7所述环保型金属材料常温除锈的耐腐蚀组合物，其特征在于，异构醇聚氧乙烯醚的碳链长度为C5～7。

Images