CN110066571A - 一种钢丝抗氧化防锈表面处理剂及其制备和应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钢丝抗氧化防锈表面处理剂及其制备和应用方法，属于金属防锈领域。本发明的钢丝抗氧化防锈表面处理剂以水性环氧树脂乳液、Fe‑Zn纳米合金粉末为主要组分，环氧树脂固化时收缩性低，内应力小，对钢丝表面具有很高的粘附力，Fe‑Zn纳米合金粉末可增加涂层的致密性和抗离子渗透性，对钢丝基体有较好的保护作用，三乙醇胺和葡萄糖酸钠均属于水溶性防锈剂，与水性环氧树脂配合使用，起到很好的协同作用，显著提高防锈能力。本发明的钢丝抗氧化防锈表面处理剂的制备方法工艺合理、操作简便，且制备过程中无挥发性有机物（VOC）排放。应用方法施工简单易操作，使用本发明钢丝抗氧化防锈表面处理剂处理过的钢丝具有良好的防锈性能和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种防锈处理剂及其制备和应用方法，具体涉及一种钢丝抗氧化防锈表面处理剂及其制备和应用方法，属于金属防锈领域。
背景技术
金属腐蚀是人们面临的一个十分严重的问题。粗略估计，每年因腐蚀而造成的金属结构、设备及材料的损失量相当于当年金属产量的20%~40%，金属的锈蚀不仅影响金属制品的外观和性能，而且直接影响其使用寿命，给国民经济造成巨大损失，从长远的角度来看是一种资源的浪费。据统计，全世界每年因金属腐蚀而造成的经济损失约为地震、火灾、台风等自然灾害损失总和的6倍。因此防锈剂的研究对金属材料的保护具有重要意义。
目前，钢铁制品的工序间和长时间的封存防锈多采用防锈油，但后续工序需进行除油处理，去除难度相当大，且随着石油资源的日益紧张和环保意识的不断增强，再加上油质不易分解等问题的存在，使得开发水基防锈剂的研究具有非常重要的意义。目前金属或其制品的短期防锈（如工序间防锈）采用的水基防锈剂，大多数水基防锈剂对环境的污染严重，且后期处理困难，从而给使用带来了诸多不便，如以亚硝酸钠为代表的水基防锈剂是目前使用比较广泛的无机盐类金属缓蚀剂。亚硝酸钠因其具有防锈性好、价格低廉、使用方便等优点而风靡一时，但它与有机胺反应能生成致癌的亚硝基胺而严重危害工作人员的健康，因此亚硝酸钠的使用和排放均受到了严格限制。磷酸盐也有一定的防锈性能，但排放到环境中易产生水体富营养化；钼酸钠对铸铁、钢等有一定的防锈效果，但因价格昂贵使其使用受到限制。综合各种原因，研究新型水基防锈剂迫在眉睫。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本文发明了一种钢丝抗氧化防锈表面处理剂及其制备和应用方法，制成的钢丝抗氧化防锈表面处理剂环保无污染，防锈性能优异，附着力好，稳定性好。
本发明的具体技术方案如下：
一种钢丝抗氧化防锈表面处理剂，由以下重量份数的原料制得：
水性环氧树脂乳液 60~70份；
1,4-丁二醇 5~18份；
季戊四醇酯 7~19份；
Fe-Zn纳米合金粉末 0.1~0.2份；
水 15~33份；
三乙醇胺 2~4份；
葡萄糖酸钠 0.5~1.5份。
其中所述的水性环氧树脂乳液由叔碳酸缩水甘油酯、聚乙二醇PEG-3000和环氧乙烷E44制备而成，固含量为50~60%，粘度为5~10Pa·s。
一种上述钢丝抗氧化防锈表面处理剂的制备方法，该方法包括以下步骤：
（1）水性环氧树脂乳液的制备；
（2）将配方量的各组分高速分散30~40min制得混合料；
（3）高速分散后上砂磨机研磨至细度＜20μm，即得到本发明钢丝抗氧化防锈表面处理剂。
其中所述水性环氧树脂乳液的制备包括以下步骤：
（1）称取一定量叔碳酸缩水甘油酯和聚乙二醇PEG-3000，加入到带有搅拌装置的反应釜中，温度逐渐升至90~100℃，加入过硫酸钾引发剂，继续升温到120~150℃时开始计时，反应5~7h，得到改性乳化剂；
（2）将50~60℃水浴加热后的环氧树脂E44，加入到上述体系，体系温度保持60~80℃边搅拌边加入，全部加入后搅拌1~2 h，加入去离子水，得到水性环氧树脂乳液。
优选的，其中所述的叔碳酸缩水甘油酯：聚乙二醇质量比为2:3~5。
优选的，其中所述的叔碳酸缩水甘油酯：过硫酸钾质量比为1:0.01~0.02。
优选的，其中所述的叔碳酸缩水甘油酯：环氧树脂E44质量比为1:5~7。
优选的，其中所述的环氧树脂E44：去离子水质量比为1:1~1.5。
一种上述钢丝抗氧化防锈表面处理剂的应用方法，该方法包括以下步骤：
（1）将钢丝以3~10%的盐酸水溶液进行酸洗，而后用水清洗，风干；
（2）将步骤（1）处理过的钢丝进入防锈处理剂喷涂系统，喷涂之前20~30min，将固化剂加入到钢丝抗氧化防锈表面处理剂并混合均匀，其中所述的固化剂：钢丝抗氧化防锈表面处理剂质量比为1:80~100；
（3）喷涂处理之后的钢丝进入烘干段，在120~160℃温度下连续烘干1~2h，然后卷绕储存。
优选的，其中所述的固化剂为邻苯二甲酸酐。
本发明所具有的有益效果是：
1、本发明的钢丝抗氧化防锈表面处理剂以水性环氧树脂乳液为主要组分，环氧树脂因其分子链中的极性羟基和醚键的存在，固化时收缩性低，内应力小，因此对钢丝表面具有很高的粘附力，使得本发明的防锈处理剂处理过的钢丝具有良好的防锈性和耐腐蚀性。
2、本发明的钢丝抗氧化防锈表面处理剂添加的Fe-Zn纳米合金粉末具有较好的耐蚀性能，对钢丝基体具有较好的保护作用，另外纳米材料表面能很高，易与其它原子相结合，可增加涂层的致密性和抗离子渗透性，故对钢铁还起到物理防锈作用；三乙醇胺和葡萄糖酸钠均属于水溶性防锈剂，二者与水性环氧树脂配合使用，可以起到很好的协同作用，显著提高防锈能力。
3、本发明的钢丝抗氧化防锈表面处理剂的制备方法工艺合理、操作简便，且制备过程中无挥发性有机物（VOC）排放。
4、本发明的钢丝抗氧化防锈表面处理剂的应用方法施工简单易操作，使用本发明钢丝抗氧化防锈表面处理剂处理过的钢丝具有良好的防锈性能和稳定性。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明做进一步说明，具体实施例不限制本发明。
实施例1
本发明的具体技术方案如下：
一种钢丝抗氧化防锈表面处理剂，由以下重量份数的原料制得：
水性环氧树脂乳液 60份；
1,4-丁二醇 5份；
季戊四醇酯 7份；
Fe-Zn纳米合金粉末 0.1份；
水 15份；
三乙醇胺 2份；
葡萄糖酸钠 0.5份。
一种上述钢丝抗氧化防锈表面处理剂的制备方法，该方法包括以下步骤：
（1）称取3kg叔碳酸缩水甘油酯和9kg聚乙二醇PEG-3000，加入到带有搅拌装置的反应釜中，温度逐渐升至90℃，加入30g过硫酸钾引发剂，继续升温到120℃时开始计时，反应5h，得到改性乳化剂；
（2）将50℃水浴加热后的15kg环氧树脂E44，加入到上述体系，体系温度保持60℃边搅拌边加入，全部加入后搅拌1h，加入15kg去离子水，得到水性环氧树脂乳液，固含量为50~60%，粘度为5~10Pa·s；
（3）将配方量的各组分高速分散30min制得混合料；
（4）高速分散后上砂磨机研磨至细度＜20μm，即得到本发明钢丝抗氧化防锈表面处理剂。
一种上述钢丝抗氧化防锈表面处理剂的应用方法，该方法包括以下步骤：
（1）将钢丝以3%的盐酸水溶液进行酸洗，而后用水清洗，风干；
（2）将步骤（1）处理过的钢丝进入防锈处理剂喷涂系统，喷涂之前20min，将邻苯二甲酸酐加入到钢丝抗氧化防锈表面处理剂并混合均匀，其中所述的邻苯二甲酸酐：钢丝抗氧化防锈表面处理剂质量比为1:80；
（3）喷涂处理之后的钢丝进入烘干段，在120℃温度下连续烘干1h，然后卷绕储存。
实施例2
本发明的具体技术方案如下：
一种钢丝抗氧化防锈表面处理剂，由以下重量份数的原料制得：
水性环氧树脂乳液 65份；
1,4-丁二醇 9份；
季戊四醇酯 14份；
Fe-Zn纳米合金粉末 0.15份；
水 26份；
三乙醇胺 3份；
葡萄糖酸钠 0.9份。
一种上述钢丝抗氧化防锈表面处理剂的制备方法，该方法包括以下步骤：
（1）称取3kg叔碳酸缩水甘油酯和12kg聚乙二醇PEG-3000，加入到带有搅拌装置的反应釜中，温度逐渐升至95℃，加入50g过硫酸钾引发剂，继续升温到140℃时开始计时，反应6h，得到改性乳化剂。
（2）将55℃水浴加热后的18kg环氧树脂E44，加入到上述体系，体系温度保持70℃边搅拌边加入，全部加入后搅拌1.5h，加入19kg去离子水，得到水性环氧树脂乳液，得到水性环氧树脂乳液，固含量为50~60%，粘度为5~10Pa·s；
（3）将配方量的各组分高速分散35min制得混合料；
（4）高速分散后上砂磨机研磨至细度＜20μm，即得到本发明钢丝抗氧化防锈表面处理剂。
一种上述钢丝抗氧化防锈表面处理剂的应用方法，该方法包括以下步骤：
（1）将钢丝以7%的盐酸水溶液进行酸洗，而后用水清洗，风干；
（2）将步骤（1）处理过的钢丝进入防锈处理剂喷涂系统，喷涂之前25min，将邻苯二甲酸酐加入到钢丝抗氧化防锈表面处理剂并混合均匀，其中所述的邻苯二甲酸酐：钢丝抗氧化防锈表面处理剂质量比为1:90；
（3）喷涂处理之后的钢丝进入烘干段，在130℃温度下连续烘干1.5h，然后卷绕储存。
实施例3
本发明的具体技术方案如下：
一种钢丝抗氧化防锈表面处理剂，由以下重量份数的原料制得：
水性环氧树脂乳液 70份；
1,4-丁二醇 18份；
季戊四醇酯 19份；
Fe-Zn纳米合金粉末 0.2份；
水 33份；
三乙醇胺 4份；
葡萄糖酸钠 1.5份。
一种上述钢丝抗氧化防锈表面处理剂的制备方法，该方法包括以下步骤：
（1）称取3kg叔碳酸缩水甘油酯和15kg聚乙二醇PEG-3000，加入到带有搅拌装置的反应釜中，温度逐渐升至100℃，加入60g过硫酸钾引发剂，继续升温到150℃时开始计时，反应7h，得到改性乳化剂。
（2）将60℃水浴加热后的21kg环氧树脂E44，加入到上述体系，体系温度保持80℃边搅拌边加入，全部加入后搅拌2 h，加入22.5kg去离子水，得到水性环氧树脂乳液，得到水性环氧树脂乳液，固含量为50~60%，粘度为5~10Pa·s；
（3）将配方量的各组分高速分散40min制得混合料；
（4）高速分散后上砂磨机研磨至细度＜20μm，即得到本发明钢丝抗氧化防锈表面处理剂。
一种上述钢丝抗氧化防锈表面处理剂的应用方法，该方法包括以下步骤：
（1）将钢丝以3~10%的盐酸水溶液进行酸洗，而后用水清洗，风干；
（2）将步骤（1）处理过的钢丝进入防锈处理剂喷涂系统，喷涂之前30min，将邻苯二甲酸酐加入到钢丝抗氧化防锈表面处理剂并混合均匀，其中所述的邻苯二甲酸酐：钢丝抗氧化防锈表面处理剂质量比为1:100；
（3）喷涂处理之后的钢丝进入烘干段，在160℃温度下连续烘干2h，然后卷绕储存。
对比例1
钢丝抗氧化防锈表面处理剂的制备不使用水性环氧树脂乳液和邻苯二甲酸酐，应用方法同实施例1。
对比例2
钢丝抗氧化防锈表面处理剂的制备仅不用1,4-丁二醇，应用方法同实施例1。
对比例3
钢丝抗氧化防锈表面处理剂的制备仅不用Fe-Zn纳米合金粉末，应用方法同实施例1。
对比例4
钢丝抗氧化防锈表面处理剂的制备仅不用三乙醇胺，应用方法同实施例1。
结果对照：
分别对上述实施例1～3和对比例1～4进行测试，测试性能指标如表1。
表1 测试性能指标
| 测试项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 |
| 附着力/级 | 0 | 0 | 0 | 2 | 0 | 1 | 0 |
| 高低温稳定性 | 稳定 | 稳定 | 稳定 | 稳定 | 不稳定 | 稳定 | 稳定 |
| 湿热防锈/天 | 22 | 23 | 24 | 13 | 15 | 9 | 10 |
| 封存防锈/月 | 19~20 | 21~22 | 20~22 | 6~12 | 15~19 | 10~13 | 10~12 |
| 盐水浸泡实验（3%NaCl） | 20h, 无锈 | 20h, 无锈 | 20h, 无锈 | 20h, 微锈 | 20h, 无锈 | 20h, 微锈 | 20h, 微锈 |
结果证明，实施例1-3产品均有非常好的防锈性能、附着力和稳定性。水性环氧树脂具有很高的粘附力，不使用时，附着力较差，防锈性能下降，见对比例1。Fe-Zn纳米合金粉末不仅增加了防锈处理剂的防锈性能，且对增加涂层的致密性有所帮助，不使用时，防锈性能和附着力有所下降，见对比例3。1,4-丁二醇在水性防锈处理剂中，起到稳定剂的作用，不使用时，稳定性较差，见对比例2。三乙醇胺作为配合使用的防锈剂，不使用时，防锈性能明显下降，见对比例4。
Claims (10)
1.一种钢丝抗氧化防锈表面处理剂，其特征在于由以下重量份数的原料制得：
水性环氧树脂乳液 60~70份；
1,4-丁二醇 5~18份；
季戊四醇酯 7~19份；
Fe-Zn纳米合金粉末 0.1~0.2份；
水 15~33份；
三乙醇胺 2~4份；
葡萄糖酸钠 0.5~1.5份；
其中所述的水性环氧树脂乳液由叔碳酸缩水甘油酯、聚乙二醇PEG-3000和环氧乙烷E44制备而成，固含量为50~60%，粘度为5~10Pa·s。
2.一种制备如权利要求1所述的钢丝抗氧化防锈表面处理剂方法，其特征在于包括以下步骤：
1）水性环氧树脂乳液的制备；
2）将配方量的各组分高速分散30~40min制得混合料；
3）高速分散后上砂磨机研磨至细度＜20μm，即得到所述的钢丝抗氧化防锈表面处理剂。
3.一种如权利要求2所述的钢丝抗氧化防锈表面处理剂的制备方法，其特征在于步骤1）中所述的水性环氧树脂乳液的制备方法为：
1）称取一定量叔碳酸缩水甘油酯和聚乙二醇PEG-3000，加入到带有搅拌装置的反应釜中，温度逐渐升至90~100℃，加入过硫酸钾引发剂，继续升温到120~150℃时开始计时，反应5~7h，得到改性乳化剂；
2）将50~60℃水浴加热后的环氧树脂E44，加入到上述体系，体系温度保持60~80℃边搅拌边加入，全部加入后搅拌1~2 h，加入去离子水，得到水性环氧树脂乳液。
4.一种如权利要求3所述的钢丝抗氧化防锈表面处理剂的制备方法，其特征在于：所述的叔碳酸缩水甘油酯：聚乙二醇质量比为2:3~5。
5.一种如权利要求3所述的钢丝抗氧化防锈表面处理剂的制备方法，其特征在于：所述的叔碳酸缩水甘油酯：过硫酸钾质量比为1:0.01~0.02。
6.一种如权利要求3所述的钢丝抗氧化防锈表面处理剂的制备方法，其特征在于：所述的叔碳酸缩水甘油酯：环氧树脂E44质量比为1:5~7。
7.一种如权利要求3所述的钢丝抗氧化防锈表面处理剂的制备方法，其特征在于：所述的环氧树脂E44：去离子水质量比为1:1~1.5。
8.一种如权利要求1所述的钢丝抗氧化防锈表面处理剂的应用方法，其特征在于包括以下步骤：
1）将钢丝以3~10%的盐酸水溶液进行酸洗，而后用水清洗，风干；
2）将步骤1）处理过的钢丝进入防锈处理剂喷涂系统，喷涂之前20~30min，将固化剂加入到钢丝抗氧化防锈表面处理剂并混合均匀，其中所述的固化剂：钢丝抗氧化防锈表面处理剂质量比为1:80~100；
3）喷涂处理之后的钢丝进入烘干段，在120~160℃温度下连续烘干1~2h，然后卷绕储存。
9.一种如权利要求8所述的钢丝抗氧化防锈表面处理剂的应用方法，其特征在于：步骤2）中所述的固化剂为邻苯二甲酸酐。
10.一种如权利要求1所述的钢丝抗氧化防锈表面处理剂，其特征在于由以下重量份数的原料制得：
水性环氧树脂乳液 65份；
1,4-丁二醇 9份；
季戊四醇酯 14份；
Fe-Zn纳米合金粉末 0.15份；
水 26份；
三乙醇胺 3份；
葡萄糖酸钠 0.9份。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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