CN111593337B - 一种环保型耐候钢表面锈层稳定化处理剂及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种环保型耐候钢表面锈层稳定化处理剂及制备方法，涉及金属表面防护技术领域；该处理剂各组分的质量百分比为：水性丙烯酸树脂：20％‑40％，硝酸钠：0％‑8％，磷酸钾：0％‑5％，钼酸钠：0％‑6％，羟基氧化铁：0％‑3％，其余为水；由各原料按比例混合搅拌均匀制成；处理后的耐候钢经盐雾加速腐蚀试验后90天，其锈层内的α‑FeOOH/γ‑FeOOH的最大值达到3；既能够满足耐候钢表面快速生成保护性锈层的要求，又同时减轻了环境污染。本发明提供的技术方案适用于耐候钢表面稳定化处理的过程中。

Description

一种环保型耐候钢表面锈层稳定化处理剂及制备方法

【技术领域】

本发明涉及金属表面防护技术领域，尤其涉及一种环保型耐候钢表面锈层稳定化处理剂及制备方法。

【背景技术】

耐候钢在自然环境下常裸露使用，但在形成稳定锈层之前，钢表面会发生锈液流挂、飞散等现象，造成了环境污染等问题，限制其发展。耐候钢表面稳定化处理技术，能够促进锈层由γ-FeOOH向α-FeOOH转变，缩短稳定锈层形成的时间，因而可以很好解决上述问题。

目前国内外常用的耐候钢表面稳定化处理技术包括：耐候性涂膜处理、氧化物涂层处理、带锈涂层N处理，除此之外日本学者还研究开发了一种新型表面稳定化处理技术，是在聚乙烯缩丁醛树脂中加入少量的硫酸铬，制成表面复合处理剂，用于对耐候钢表面进行稳定化处理。

专利CN86103534提供了一种用于耐候钢及普通碳素钢的耐候性防锈膜快速形成方法，该方法的处理剂含有草酸、拷胶、丹宁酸、双氧水、钼酸铵、重铬酸钾、高锰酸钾、亚硝酸钠、亚硫酸钠等。另外，专利CN102618860A提供的一种高效的铁锈转化剂，其组成包括磷酸、重铬酸盐、氧化锌、磷酸盐、缓蚀剂。

以上在耐候钢中使用的表面处理剂大多是基于树脂成分的有机溶剂型涂料，该处理剂含有的挥发性有机化合物(VOC)，容易导致悬浮颗粒物(SPM)和光化学氧化剂等二次污染物的产生，且处理剂中经常使用对环境造成极大损害的重金属化合物如含铬化合物。所以开发新型处理技术要基于原来稳定辅助过程的基本功能，同时避免使用增加环境负担的添加物。

因此，有必要研究一种环保型耐候钢表面锈层稳定化处理剂及制备方法来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

【发明内容】

有鉴于此，本发明提供了一种环保型耐候钢表面锈层稳定化处理剂及制备方法，既能够满足耐候钢表面快速生成保护性锈层，又同时减轻了对环境的污染。

一方面，本发明提供一种环保型耐候钢表面锈层稳定化处理剂，其特征在于，所述处理剂各组分的质量百分比为：

水性丙烯酸树脂：20％-40％，

硝酸钠：0％-8％，

磷酸钾：0％-5％，

钼酸钠：0％-6％，

羟基氧化铁：0％-3％，

其余为水。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述处理剂中各组分的质量百分比具体为：

水性丙烯酸树脂：20％，

硝酸钠：6％，

磷酸钾：2％，

钼酸钠：5％，

羟基氧化铁：2％，

其余为水。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述处理剂中各组分的质量百分比具体为：

水性丙烯酸树脂：20％，

硝酸钠：6％，

磷酸钾：2％，

钼酸钠：5％，

其余为水。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述处理剂中各组分的质量百分比具体为：

水性丙烯酸树脂：20％，

羟基氧化铁：2％，

其余为水。

另一方面，本发明提供一种环保型耐候钢表面锈层稳定化处理剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法的步骤包括：

S1、按比例取水性丙烯酸树脂、硝酸钠、磷酸钾、钼酸钠、羟基氧化铁以及溶剂水；

S2、将水性丙烯酸树脂、硝酸钠、磷酸钾、钼酸钠、羟基氧化铁加入到溶剂水中并搅拌均匀，制成耐候钢表面锈层稳定化处理剂；

水性丙烯酸树脂、硝酸钠、磷酸钾、钼酸钠、羟基氧化铁以及溶剂水的质量占比为：

水性丙烯酸树脂：20％-40％，

硝酸钠：0％-8％，

磷酸钾：0％-5％，

钼酸钠：0％-6％，

羟基氧化铁：0％-3％，

其余为水。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤S2中搅拌均匀后进行静置处理。

再一方面，本发明提供一种耐候钢表面锈层稳定化处理方法，其特征在于，所述方法采用如上任一所述的环保型耐候钢表面锈层稳定化处理剂进行处理。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述方法的步骤包括：

S1、用打磨的方式去除耐候钢表面的氧化层；

S2、对去除氧化层的耐候钢进行除油和清洗；

S3、将稳定化处理剂均匀涂刷到耐候钢钢表面，室温下风干，完成稳定化处理。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，室温下风干的时间为24h。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，对所述稳定化处理剂处理的耐候钢进行盐雾加速腐蚀试验，试验后90天时其锈层中α-FeOOH/γ-FeOOH的最大值达到3。

与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：本发明耐候钢表面锈层稳定化处理剂，既能够满足耐候钢表面快速生成保护性锈层，又同时减轻了环境污染；经过表面稳定化处理后的耐候钢锈层中在盐雾30天时已经趋于稳定化，盐雾90天时，α-FeOOH/γ-FeOOH的最大值更是高达3，保护性锈层转化效果优越。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明一个实施例提供的耐候钢表面锈层稳定化处理剂的组成图；

图2是本发明一个实施例提供的稳定化处理后耐候钢锈层厚度随盐雾试验时间的变化规律；

图3是本发明一个实施例提供的经3个月盐雾试验后稳定化处理耐候钢锈层X-射线衍射图谱。

【具体实施方式】

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

针对现有技术的不足，本发明提供一种环保型耐候钢表面稳定化处理剂，不同于含挥发性有机溶剂和铬化合物的表面处理剂，主要是以水性丙烯酸树脂为成膜主体，水为溶剂，添加硝酸钠、磷酸钾、钼酸钠等腐蚀性化学物质，添加羟基氧化铁粉作为填料的新型耐候钢表面锈层稳定化处理剂。其中，硝酸钠、磷酸钾、钼酸钠等添加剂，可以提高和控制处理以及腐蚀能力，加快耐候钢稳定锈层成分的生成和转化，增加锈层致密性。加入微细羟基氧化铁粉不仅可以加快锈层中α-FeOOH的形核和长大，促进保护性锈层形成，同时能够促进锈层中Cu元素的富集，锈层的保护性增强。若所述三种添加剂和羟基氧化铁粉混合使用，则处理剂对锈层的稳定化效果会更好。如图1所示。

该耐候钢表面稳定化处理剂的各组分质量百分比为：水性丙烯酸树脂：20％-40％，硝酸钠：0％-8％，磷酸钾：0％-5％，钼酸钠：0％-6％，羟基氧化铁：0％-3％，其余为溶剂水。

实施例1：

一种用于耐候钢表面锈层稳定的无铬环保型处理剂，即无铬稳定化处理剂(B-S)，各组分的质量百分比：水性丙烯酸树脂：20％，硝酸钠：6％，磷酸钾：2％，钼酸钠：5％，其余为溶剂水。

实施例2：

一种用于耐候钢表面锈层稳定的无铬环保型处理剂(B-F)，各组分的质量百分比：水性丙烯酸树脂：20％，羟基氧化铁：2％，其余为溶剂水。

实施例3：

一种用于耐候钢表面锈层稳定的无铬环保型处理剂(B-A)，各组分的质量百分比：水性丙烯酸树脂：20％，硝酸钠：6％，磷酸钾：2％，钼酸钠：5％，羟基氧化铁：2％，溶剂水：65％。

本发明的耐候钢表面稳定化处理剂效果是通过在耐候钢表面涂刷锈层稳定剂后，经盐雾加速腐蚀实验进行验证，具体包括如下步骤：

步骤1：将耐候钢加工成50mm×25mm×3mm的试样，先用砂纸打磨钢板表面去除氧化皮，再用丙酮除油和清洗，吹干备用；

步骤2：按比例配制耐候钢表面稳定化处理剂，剪切搅拌60min使之混合均匀，然后静置10min，溶液呈红褐色，得到锈层稳定化处理剂；用毛刷将稳定化处理剂均匀涂刷到耐候钢板表面，室温下风干24h，完成稳定化处理；

步骤3：对裸钢试样和经过表面稳定化处理后的耐候钢进行3个月的盐雾加速实验，对实验后的试样进行锈层厚度和相成分含量分析。

盐雾加速腐蚀试验的参数和试验过程包括：

NaCl溶液：5％±0.5％，25℃时溶液的pH值为6.8～7.2；试验箱温度为35℃，压力桶温度为47℃；喷雾压力：1.2MPa，进气压力：2MPa；喷雾方式：连续盐雾；试样放置：与垂直面呈30°±5°，盐雾周期设为：5天、11天、20天、1个月、3个月。

图2为经过稳定化处理后的耐候钢锈层厚度变化，可见经过表面稳定化处理后的锈层生成前期很快，盐雾30天后趋于平稳。图3经过稳定化处理后的耐候钢盐雾3个月时的锈层相成分，耐候钢锈层主要相成分为Fe₃O₄、γ-FeOOH、α-FeOOH及少量β-FeOOH。表1为不同盐雾试验时间后锈层内三种主要相成分的质量分数以及α-FeOOH/γ-FeOOH的比值，当锈层中α-FeOOH/γ-FeOOH的值大于2时，说明此时耐候钢表面锈层稳定，保护性能好。表1为不同盐雾试验时间后稳定化处理耐候钢锈层相成分半定量分析结果，由表1可知，经过表面稳定化处理后的耐候钢锈层中在盐雾30天时已经趋于稳定化，盐雾90天时，α-FeOOH/γ-FeOOH的最大值更是高达3，保护性锈层转化效果优越。

表1稳定化处理后耐候钢盐雾不同周期的锈层XRD半定量分析

以上对本申请实施例所提供的一种环保型耐候钢表面锈层稳定化处理剂及制备方法，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。

Claims (5)

1.一种耐候钢表面锈层稳定化处理方法，其特征在于，所述方法采用环保型耐候钢表面锈层稳定化处理剂进行处理；所述处理剂各组分的质量百分比为：

水性丙烯酸树脂：20%-40%，

硝酸钠：6%-8%，

磷酸钾：2%-5%，

钼酸钠：5%-6%，

羟基氧化铁：2%-3%，

其余为水；

对所述稳定化处理剂处理的耐候钢进行盐雾加速腐蚀试验，试验后90天时其锈层中α-FeOOH/γ-FeOOH的最大值达到3。

2.根据权利要求1所述的耐候钢表面锈层稳定化处理方法，其特征在于，用所述稳定化处理剂处理耐候钢的步骤包括：

S1、用打磨的方式去除耐候钢表面的氧化皮；

S2、对去除氧化层的耐候钢进行除油和清洗；

S3、将稳定化处理剂均匀涂刷到耐候钢表面，室温下风干，完成稳定化处理。

3.根据权利要求2所述的耐候钢表面锈层稳定化处理方法，其特征在于，室温下风干的时间为24h。

4.一种环保型耐候钢表面锈层稳定化处理剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法用于制备如权利要求1-3任一所述的处理剂；所述制备方法的步骤包括：

S1、按比例取水性丙烯酸树脂、硝酸钠、磷酸钾、钼酸钠、羟基氧化铁以及溶剂水；

S2、将水性丙烯酸树脂、硝酸钠、磷酸钾、钼酸钠、羟基氧化铁加入到溶剂水中并搅拌均匀，制成耐候钢表面锈层稳定化处理剂；

水性丙烯酸树脂、硝酸钠、磷酸钾、钼酸钠、羟基氧化铁以及溶剂水的质量占比为：

水性丙烯酸树脂：20%-40%，

硝酸钠：6%-8%，

磷酸钾：2%-5%，

钼酸钠：5%-6%，

羟基氧化铁：2%-3%，

其余为水。

5.根据权利要求4所述的环保型耐候钢表面锈层稳定化处理剂的制备方法，其特征在于，步骤S2中搅拌均匀后进行静置处理。

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