CN110592598B - 一种新型冷轧带钢酸洗缓蚀剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型冷轧带钢酸洗缓蚀剂及其制备方法，缓蚀剂的成分为烟酰胺咪唑啉季铵盐，其制备方法包括以下步骤：在反应容器中将脂肪酸和有机胺的醇溶液均匀混合，加入催化剂后，高温反应2‑4小时，形成咪唑啉中间体；加入维生素B3与上述咪唑啉中间体发生酰胺化反应，再加入氯化苄进行季铵化反应，得到相应的烟酰胺咪唑啉季铵盐，即冷轧带钢酸洗缓蚀剂。本发明以维生素B3和咪唑啉类化合物合成烟酰胺咪唑啉季铵盐类缓蚀剂，原料来源广泛、成本低、环保无毒，且制备方法简单；该缓蚀剂的使用量低，缓蚀效果好，缓蚀率可达98％以上，用其酸洗后的钢板表面质量提高，无黑斑和发暗等质量缺陷。

Description

一种新型冷轧带钢酸洗缓蚀剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属表面处理技术领域，尤其涉及一种新型冷轧带钢酸洗缓蚀剂及其制备方法和应用。
背景技术
一般大型钢铁集团冷轧带钢生产线采用盐酸浅槽连续酸洗技术来除去冷轧带钢表面的氧化铁皮，调整卷重，给轧机提供合格的坯料，以保证冷轧机能顺利地生产出合格的带钢产品。在此酸洗技术中使用的酸液浓度一般为15％左右，使用温度为80±5℃。而且在酸洗过程中按常规酸洗工艺进行酸洗时，表面会出现黑斑和发暗等质量缺陷，为了避免酸洗过程中金属或酸的过度消耗以及防止有害腐蚀的发生，在酸中加入缓蚀剂是有效的手段。缓蚀剂是一种在腐蚀介质中加入量非常少又能大大降低金属腐蚀速率的化学物质。但是传统的缓蚀剂普遍存在加入量大，水溶性差、原料不环保、成本高等缺点，因此迫切需要研制一种添加量少，缓蚀效率高的冷轧酸洗缓蚀剂。中国发明专利(申请号201510064954.3，申请日2015.02.08)公开了一种新型松香基咪唑啉类缓蚀剂，缓蚀率能达到90％，松香基咪唑啉具有更好的缓蚀效率，主要用于油、气井生产，管道运输过程中的金属防腐。
发明内容
基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种新型冷轧带钢酸洗缓蚀剂及其制备方法和应用。本发明所述缓蚀剂，在酸洗线酸液槽中的添加量低，水溶性好，缓蚀效率高，成本低，用以防止冷轧带钢及其制品在酸洗过程中不必要的腐蚀。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种新型冷轧带钢酸洗缓蚀剂，成分是烟酰胺咪唑啉季铵盐，其结构为：
Figure BDA0002223112350000021
本发明所述的另一种技术方案，一种上述新型冷轧带钢酸洗缓蚀剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：在反应容器中将脂肪酸和有机胺的醇溶液均匀混合，加入催化剂后，在160-180℃下反应2-4小时，形成咪唑啉中间体；
S2：加入维生素B3与上述咪唑啉中间体发生酰胺化反应，其中维生素B3和咪唑啉中间体的摩尔比为1：0.8～1：1.2，再加入氯化苄进行季铵化反应，得到相应的烟酰胺咪唑啉季铵盐，即冷轧带钢酸洗缓蚀剂。
作为上述技术方案的改进，所述脂肪酸为油酸、亚油酸、月桂酸、环烷酸中的一种，有机胺为二乙烯乙二胺、二乙烯三胺和马来酸二胺中的一种。
作为上述技术方案的改进，所述脂肪酸、有机胺的摩尔比为1：1～1：1.5。
本发明所述的另一种技术方案，一种上述新型冷轧带钢酸洗缓蚀剂的应用，所述新型冷轧酸洗缓蚀剂在冷轧带钢中使用，冷轧酸洗线常用盐酸溶液，酸洗温度为70-80℃，酸洗速度为75m/min，所述缓蚀剂的添加量50mg/L～500mg/L。
作为上述技术方案的改进，所述缓蚀剂的添加量为50-100mg/L。
本发明原理在于：咪唑啉以负电性O、S、N等原子为中心的极性基团和C、N为中心的非极性基团，维生素B3分子是具有杂环的化合物，结构中吡啶环上的氮原子在酸液中形成了氮正离子活性基团，当金属与酸性介质接触时，季铵阳离子能被带负电荷的金属表面吸附，可以在金属表面形成单分子吸附膜，改变氢离子的氧化还原电位，氢离子就难于靠近金属表面，也可以络合溶液中的某些氧化剂，降低其电位来达到缓蚀的目的。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下有益效果：
(1)本发明以维生素B3和咪唑啉类化合物合成烟酰胺咪唑啉季铵盐类缓蚀剂，原料来源广泛、成本低、环保无毒，主要成分维生素B3市场价为50-100元/kg，成本较低；
(2)所述缓蚀剂的制备方法简单，工艺条件容易实现，易于工业化；
(3)所述缓蚀剂的使用量低，缓蚀效果好，缓蚀率可达98％以上；
(4)所述缓蚀剂酸洗后的钢板表面质量提高，无黑斑和发暗等质量缺陷，有利于后续工艺加工和使用。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。
图1是本发明优选实施例所述不同浓度缓蚀剂的缓蚀率图。
具体实施方式
下面详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。
实施例1
在三口烧瓶中加入脂肪酸月桂酸和有机胺二乙烯三胺，均匀混合，加入二甲苯作为携水剂，反应时间2小时，加入维生素B3发生酰胺化反应，加入氯化苄反应4小时，所述脂肪酸、有机胺的摩尔比为1：1.2，维生素B3和咪唑啉中间体的摩尔比为1：1.2，蒸馏去除溶剂后得到缓蚀剂。
实施例2
在三口烧瓶中加入脂肪酸月桂酸和有机胺二乙烯三胺，均匀混合，加入二甲苯作为携水剂，反应时间3小时，加入维生素B3发生酰胺化反应，加入氯化苄反应4小时，所述脂肪酸、有机胺的摩尔比为1：1，维生素B3和咪唑啉中间体的摩尔比为1：1.05，蒸馏去除溶剂后得到缓蚀剂。
实施例3
在三口烧瓶中加入脂肪酸月桂酸和有机胺二乙烯三胺，均匀混合，加入二甲苯作为携水剂，反应时间4小时，加入维生素B3发生酰胺化反应，加入氯化苄反应4小时，所述脂肪酸、有机胺的摩尔比为1：1.5，维生素B3和咪唑啉中间体的摩尔比为1：1.2，蒸馏去除溶剂后得到缓蚀剂。
实施例4
在三口烧瓶中加入脂肪酸月桂酸和有机胺二乙烯三胺，均匀混合，加入二甲苯作为携水剂，反应时间2小时，加入维生素B3发生酰胺化反应，加入氯化苄反应4小时，所述脂肪酸、有机胺的摩尔比为1：1.05，维生素B3和咪唑啉中间体的摩尔比为1：1.05，蒸馏去除溶剂后得到缓蚀剂。
实施例5
在三口烧瓶中加入脂肪酸月桂酸和有机胺二乙烯三胺，均匀混合，加入二甲苯作为携水剂，反应时间2小时，加入维生素B3发生酰胺化反应，加入氯化苄反应4小时，所述脂肪酸、有机胺的摩尔比为1：1.2，维生素B3和咪唑啉中间体的摩尔比为1：0.8，蒸馏去除溶剂后得到缓蚀剂。
采用失重法对本发明所制得的冷轧酸洗缓蚀剂的缓蚀性能进行评价。按照《酸化用缓蚀剂性能试验方法及评价指标》(SY/T5405-1996)进行静态挂片实验。试验钢片为Q235钢片，腐蚀介质为6mol/L的HCl溶液，试验温度为70℃、80℃，试验时间4小时，分别测定试样在未添加缓蚀剂和添加缓蚀剂后的腐蚀介质中的腐蚀失重，从而确定其腐蚀速率，计算缓蚀率。其结果见表1。
表1：不同条件下各缓蚀剂的失重法试验数据：
Figure BDA0002223112350000051
腐蚀速率计算公式为：
Figure BDA0002223112350000052
式中：V为腐蚀速率，g/(m2h)；W0和Wt分别为试样失重前后的质量，g；s为试片面积，m2；t为试片腐蚀时间，h。
Figure BDA0002223112350000053
式中：η为缓蚀剂的缓蚀效率；V0为未加缓蚀剂时试片的腐蚀速率，g/(m2h)；Vt为添加缓蚀剂时试片的腐蚀速率，g/(m2h)
图1为不同浓度缓蚀剂的缓蚀率图，由表1和图1可知，本发明所提供的新型冷轧带钢酸洗缓蚀剂添加量较小，在70-80℃下，浓度为50mg/L时，缓蚀率均能达到95％以上，当缓蚀剂添加量大于100mg/L时，缓蚀率大于98％。
本发明所列举的各原料，以及本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数(如温度、时间等)的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。
以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种新型冷轧带钢酸洗缓蚀剂，其特征在于：所述缓蚀剂的成分为烟酰胺咪唑啉季铵盐，其结构为：
Figure FDA0003265051330000011
其制备方法包括以下步骤：
S1：在反应容器中将脂肪酸和有机胺的醇溶液均匀混合，加入催化剂后，在160-180℃下反应2-4小时，形成咪唑啉中间体；
S2：加入维生素B3与上述咪唑啉中间体发生酰胺化反应，其中维生素B3和咪唑啉中间体的摩尔比为1：0.8～1：1.2，再加入氯化苄进行季铵化反应，得到相应的烟酰胺咪唑啉季铵盐，即冷轧带钢酸洗缓蚀剂；
所述新型冷轧酸洗缓蚀剂的性能测试，用6mol/L的盐酸溶液，70-80℃下，试验4小时，所述缓蚀剂的添加量为50mg/L，结果显示缓蚀率均能达到95％以上。
2.如权利要求1所述的新型冷轧带钢酸洗缓蚀剂的制备方法，其特征在于：所述脂肪酸为油酸、亚油酸、月桂酸、环烷酸中的一种，有机胺为二乙烯乙二胺、二乙烯三胺和马来酸二胺中的一种。
3.如权利要求1所述的新型冷轧带钢酸洗缓蚀剂的制备方法，其特征在于：所述脂肪酸、有机胺的摩尔比为1：1～1：1.5。
4.一种如权利要求1所述的新型冷轧带钢酸洗缓蚀剂的应用，其特征在于：所述新型冷轧酸洗缓蚀剂在冷轧带钢中使用，冷轧酸洗线常用盐酸溶液，酸洗温度为70-80℃，酸洗速度为75m/min，所述缓蚀剂的添加量为50mg/L～500mg/L。
5.如权利要求4所述的新型冷轧带钢酸洗缓蚀剂的应用，其特征在于：所述缓蚀剂的添加量为50-100mg/L。
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