CN112175689A - 一种防锈剂组合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种防锈剂组合物，其特征在于,由果葡糖浆、癸二酸、尿素、硼酸制备而成；所述果葡糖浆和癸二酸摩尔比为1：1‑1.2；尿素和硼酸摩尔比为1：1‑1.5；果葡糖浆和硼酸摩尔比为1：1‑1.5。所述防锈剂组合物的制备方法为：步骤一：将尿素、硼酸分别加入反应器中，在170‑180℃温度下搅拌反应1～1.5小时，得反应产物A；步骤二：将果葡糖浆、癸二酸分别加入到反应釜内，加入催化剂；在氮气保护的情况下，于180～220℃的反应温度反应3～5小时；减压排除水分；加入步骤一中的反应产物A，继续搅拌0.5～1小时；过滤不溶物；即为防锈剂组合物。

Description

一种防锈剂组合物及其制备方法
技术领域
本发明属于防锈技术领域，具体地，涉及一种防锈剂组合物及其制备方法。
背景技术
据统计，世界上每年因腐蚀、生锈原因而不能使用的钢铁制品重量大约相当于金属年产量的15％。金属腐蚀能够造成机器设备的维修和提前更换，金属制品的锈蚀则降低了设备的精度和灵敏度，影响设备的使用，甚至造成设备的报废。随着经济全球化进程的日益加快，中国企业面临国内国外两个市场的巨大商机，给我国制造装备业带来了空前的发展机遇，但金属锈蚀问题却一直困扰着制造业的产品加工、运输、储藏等。腐蚀带来的经济损失相当可观。据资料显示，我国的机械行业在锈蚀方面的损失金额占机械工业总产值的7.2％左右。金属锈蚀带来的直接、间接损失不可忽视。
所谓的锈是由于氧和水作用在金属表面生成氧化物和氢氧化物的混合物。机械在运行和贮存中很难不与空气中的氧、水或其他腐蚀性介质接触，这些物质在金属表面将发生电化学腐蚀而生锈，要防止锈蚀就得阻止以上物质与金属接触。
为了避免锈蚀，减少损失，工程师和科学家们试验和提供了多种多样的方法，其中选用防锈剂是保护金属制品最常见的方法之一。
果葡糖浆是由植物淀粉水解和异构化制成的淀粉糖晶，无色黏稠状液体，常温下流动性好，无臭，是一种重要的甜味剂。因为它的组成主要是果糖和葡萄糖；故称为"果葡糖浆"。
由于果葡糖浆来源广泛，其化学结构中含有多个-OH，如将其通过化学反应制备新型防锈剂技术并应用于生产生活中，是一项比例有意义的课题。
发明内容
鉴于以上缺陷，本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种防锈剂组合物。
为实现上述目的，本发明提供的一种防锈剂组合物，其特征在于,由果葡糖浆、癸二酸、尿素、硼酸制备而成；所述果葡糖浆和癸二酸摩尔比为1：1-1.2。(由于果葡糖浆的主要成分果糖和葡萄糖，其中果糖和葡萄糖是同分异构体，分子量均为180.16，为了实验和生产的计算方便，特设定果葡糖浆1mo l为180.16g)；尿素和硼酸摩尔比为1：1-1.5；果葡糖浆和硼酸摩尔比为1：1-1.5。
果葡糖浆可以和癸二酸进行酯化反应生成可生物降解的多元醇酯，含有多个空位-OH基，可以快速吸附金属表面的水分，防止电离腐蚀，可以和硼酸反应生成硼酸酯，硼酸酯具有良好的防锈性能。
癸二酸可以和果葡糖浆反应生成可生物降解多元醇酯，防锈性能佳，和尿素反应可以生成酰胺类防锈化合物，有良好的防锈性。
尿素可以和癸二酸反应可以生成酰胺类含氮防锈化合物，和硼酸反应可以生成硼氮防锈化合物。
硼酸可以和果葡糖浆反应生成硼酸酯，具有优良的防锈性；可以和尿素反应可以生成硼氮防锈化合物。
所述果葡糖浆选择果糖含量42-60％中的一种或几种；优选商量型号：F42、F55、F60中的一种或几种混合物。
所述防锈剂组合物的制备方法为：
步骤一：将尿素、硼酸分别加入反应器中，在170-180℃温度下搅拌反应1～1.5小时，得反应产物A；
步骤二：将果葡糖浆、癸二酸分别加入到反应釜内，加入催化剂；在氮气保护的情况下，于180～220℃的反应温度反应3～5小时；减压排除水分；加入步骤一中的反应产物A，继续搅拌0.5～1小时；过滤不溶物；即为防锈剂组合物。
所述催化剂可以选用Lewis酸、金属盐或阳离子交换树脂。
所述的催化剂优选过硼酸盐，所述的过硼酸盐为过硼酸钠或过硼酸钾；所述的过硼酸盐用量为果葡糖浆+癸二酸总重量的0.1-0.3％。选择过硼酸盐的好处是具有很高的催化活性，还可和果葡糖浆/癸二酸形成硼酯类防锈组合物，反应后催化剂无需进行分离，可以节省因去除催化剂所需的水、电、化学试剂等，节能环保效益显著。
另外，本发明还提供了一种含上述防锈剂组合物的环保防锈润滑剂，其特征在于，由以下重量百分比的组分制备而成：
Figure BDA0002720069230000031
所述的聚蔗糖丙烯酸脂肪酸酯由蔗糖与丙烯酸、脂肪酸进行先酯化反应，然后进行加成聚合反应制备而成，其中蔗糖与丙烯酸的摩尔比为1:1-1.2；蔗糖与脂肪酸的摩尔比为1:4-6，优选摩尔比为1:5。
上述脂肪酸选碳链10-20的饱和或不饱和脂肪酸；优选癸酸、月桂酸、豆蔻酸、椰油酸、油酸、硬脂酸中的一种或几种的混合物。
上述聚蔗糖丙烯酸脂肪酸酯的具体工艺步骤如下所示：
步骤一：将蔗糖与丙烯酸、脂肪酸、催化剂加入反应釜内，于180-220℃的反应温度下反应4～5小时；反应后减压排出水分，即为蔗糖丙烯酸脂肪酸酯；
步骤二、往反应釜内加入引发剂搅拌，反应温度为100-120℃，聚合反应5～8小时后，将反应釜内的聚合物排出，在80℃以上的温度过滤去除杂质，即为聚蔗糖丙烯酸脂肪酸酯。
上述催化剂可以选择Lewis酸、分子筛、阳离子交换树脂、稀土氧化物中的一种或几种混合物。
所述的催化剂优选过硼酸盐，所述的过硼酸盐为过硼酸钠或过硼酸钾；所述的过硼酸盐用量为反应物总重量的0.1-0.3％。选择过硼酸盐的好处是具有很高的催化活性，还可和聚蔗糖丙烯酸脂肪酸酯形成硼酯类防锈组合物，反应后催化剂无需进行分离，可以节省因去除催化剂所需的水、电、化学试剂等，节能环保效益显著。
上述引发剂选自过氧化二苯甲酰、过氧化月桂酰、异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢、过氧化二叔丁基、过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化叔戊酸叔丁基酯、过氧化甲乙酮、过氧化环己酮、过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化二碳酸二环己酯、过氧化二碳酸二乙基己酯、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中的一种；上述引发剂的使用量优选为丙烯酸重量的0.5～1％。
本发明还提供了一种防锈润滑剂的制备方法，其特征在于：称取防锈剂组合物、癸二酸二异辛酯、乙酰化羊毛脂、聚蔗糖硼酸脂肪酸酯在40-50℃温度下混合搅拌至透明时即为一种防锈润滑剂。
发明的作用与效果
采用本发明制备的防锈剂组合物,是一种富含多个空位-OH基酯，又含B-N的防锈剂化合物，可多方位起到防锈效果。
在本发明中癸二酸二异辛酯良好的可生物降解润滑剂，润滑性好，运动粘度较低，可有效降低防锈润滑剂组合的运动粘度，便于使用。
在本发明中乙酰化羊毛脂是良好的防锈剂，润滑剂，生物分解性能好，有较好的防锈性能。
在本发明中的聚蔗糖丙烯酸脂肪酸酯良好的润滑性和优异的生物降解性，分子结构中富含多个空位-OH基，起到比较好的防锈作用，同时具有良好的抗摩擦性，可以全部或部分取代对环境有不良影响的S、Cl极压抗磨剂的使用。
在本发明的配方中，上述各组分混合后，基于其各自的结构特点，可发生分子间弱键作用力，经相溶后，提高和激发彼此的防锈性、润滑性、溶解性和极压抗磨性等性质。
具体实施方式
实施例一
步骤一：称取尿素60.06g(1mol)、硼酸61.83g(1mol)分别加入反应器中，在180℃温度下搅拌反应1小时，得反应产物A；
步骤二：称取F42果葡糖浆180.16g(1mol)、癸二酸202.25g(1mol)分别加入到反应釜内，加入催化剂过硼酸钠0.4g；在氮气保护的情况下，于220℃的反应温度反应3小时；减压排除水分；加入步骤一中的反应产物A，继续搅拌1小时；过滤不溶物；即为防锈剂组合物。
上述防锈剂组合物按SH/T0081-91试验方法进行盐雾实验：15天，0级。
称取防锈剂组合物300g、癸二酸二异辛酯500g、乙酰化羊毛脂100g、聚蔗糖丙烯酸正癸酸酯100g在50℃温度下混合搅拌至透明时即为一种环保防锈润滑剂。
上述聚蔗糖丙烯酸正癸酸酯的制备方法：
步骤一：将蔗糖342.3g(1mol)与丙烯酸86.47g(1.2mol)、正癸酸1033.56g(6mol)、催化剂(10％稀硫酸)10g加入反应釜内，于220℃的反应温度下反应4小时；反应后减压排出水分，即为蔗糖丙烯酸正癸酸酯；
步骤二、待反应釜内温度下降至120℃以下时，往反应釜内加入引发剂过氧化环己酮1g搅拌，反应温度为120℃，聚合反应5小时后，将反应釜内的聚合物排出，在80℃以上的温度过滤去除杂质，即为聚蔗糖丙烯酸正癸酸酯。
实施例二
步骤一：称取尿素60.06g(1mol)、硼酸92.75g(1.5mol)分别加入反应器中，在170℃温度下搅拌反应1.5小时，得反应产物A；
步骤二：称取果葡糖浆180.16g(1mol)、癸二酸242.7g(1.2mol)分别加入到反应釜内，加入催化剂过硼酸钾1g；在氮气保护的情况下，于180℃的反应温度反应5小时；减压排除水分；加入步骤一中的反应产物A，继续搅拌0.5小时；过滤不溶物；即为防锈剂组合物。
称取防锈剂组合物300g、癸二酸二异辛酯400g、乙酰化羊毛脂100g、、聚蔗糖丙烯酸月桂酸酯200g在40℃温度下混合搅拌至透明时即为一种环保防锈润滑剂。
上述聚蔗糖丙烯酸月桂酸酯的制备方法：
步骤一：将蔗糖342.3g(1mol)与丙烯酸79.27g(1.1mol)、月桂酸801.32g(4mol)、过硼酸钾3g加入反应釜内，于220℃的反应温度下反应4小时；反应后减压排出水分，即为蔗糖丙烯酸月桂酸酯；
步骤二、待反应釜内温度下降至100℃以下时，往反应釜内加入引发剂过氧化月桂酰0.7g搅拌，反应温度为100℃，聚合反应8小时后，将反应釜内的聚合物排出，在80℃以上的温度过滤去除杂质，即为聚蔗糖丙烯酸月桂酸酯。
实施例三
步骤一：称取尿素72.07g(1.2mol)、硼酸86.56g(1.4mol)分别加入反应器中，在180℃温度下搅拌反应1小时，得反应产物A；
步骤二：称取F60果葡糖浆180.16g(1mol)、癸二酸222.48g(1.1mol)分别加入到反应釜内，加入催化剂过硼酸钾0.6g；在氮气保护的情况下，于200℃的反应温度反应4小时；减压排除水分；加入步骤一中的反应产物A，继续搅拌1小时；过滤不溶物；即为防锈剂组合物。
称取防锈剂组合物250g、癸二酸二异辛酯450g、乙酰化羊毛脂150g、聚蔗糖丙烯酸硬脂酸酯150g在45℃温度下混合搅拌至透明时即为一种环保防锈润滑剂。
上述聚蔗糖丙烯酸硬脂酸酯的制备方法：
步骤一：将蔗糖342.3g(1mol)与丙烯酸79.27g(1.1mol)、硬脂酸1137.92g(4mol)、过硼酸钾2g加入反应釜内，于200℃的反应温度下反应4.5小时；反应后减压排出水分，即为蔗糖丙烯酸硬脂酸酯；
步骤二、待反应釜内温度下降至110℃以下时，往反应釜内加入引发剂偶氮二异丁腈0.6g搅拌，反应温度为110℃，聚合反应6小时后，将反应釜内的聚合物排出，在80℃以上的温度过滤去除杂质，即为聚蔗糖丙烯酸硬脂酸酯。
实施例四
步骤一：称取尿素60.06g(1mol)、硼酸80.38g(1.3mol)分别加入反应器中，在175℃温度下搅拌反应1小时，得反应产物A；
步骤二：称取果葡糖浆180.16g(1mol)、癸二酸202.25g(1mol)分别加入到反应釜内，加入催化剂过硼酸钠0.7g；在氮气保护的情况下，于200℃的反应温度反应4小时；减压排除水分；加入步骤一中的反应产物A，继续搅拌40分钟；过滤不溶物；即为防锈剂组合物。
称取防锈剂组合物220g、癸二酸二异辛酯460g、乙酰化羊毛脂200g、聚蔗糖丙烯酸豆蔻酸酯120g在40℃温度下混合搅拌至透明时即为一种环保防锈润滑剂。
上述聚蔗糖丙烯酸豆蔻酸酯的制备方法：
步骤一：将蔗糖342.3g(1mol)与丙烯酸86.47g(1.2mol)、豆蔻酸913.48g(4mol)、过硼酸钠2.5g加入反应釜内，于200℃的反应温度下反应4.5小时；反应后减压排出水分，即为蔗糖丙烯酸豆蔻酸酯；
步骤二、待反应釜内温度下降至120℃以下时，往反应釜内加入引发剂叔丁基过氧化氢0.6g搅拌，反应温度为120℃，聚合反应5小时后，将反应釜内的聚合物排出，在80℃以上的温度过滤去除杂质，即为聚蔗糖丙烯酸豆蔻酸酯。
实施例五
步骤一：称取尿素60.06g(1mol)、硼酸74.20g(1.2mol)分别加入反应器中，在180℃温度下搅拌反应1小时，得反应产物A；
步骤二：称取F55果葡糖浆180.16g(1mol)、癸二酸242.7g(1.2mol)分别加入到反应釜内，加入催化剂过硼酸钠0.5g；在氮气保护的情况下，于200℃的反应温度反应4小时；减压排除水分；加入步骤一中的反应产物A，继续搅拌50分钟；过滤不溶物；即为防锈剂组合物。
称取防锈剂组合物260g、癸二酸二异辛酯430g、乙酰化羊毛脂130g、聚蔗糖丙烯酸油酸酯180g在45℃温度下混合搅拌至透明时即为一种环保防锈润滑剂。
上述聚蔗糖丙烯酸油酸酯的制备方法：
步骤一：将蔗糖342.3g(1mol)与丙烯酸72.06g(1mol)、油酸1342.4g(5mol)、过硼酸钠4g加入反应釜内，于200℃的反应温度下反应4.5小时；反应后减压排出水分，即为蔗糖丙烯酸油酸酯；
步骤二、待反应釜内温度下降至120℃以下时，往反应釜内加入引发剂过氧甲乙酮0.5g搅拌，反应温度为110℃，聚合反应6小时后，将反应釜内的聚合物排出，在80℃以上的温度过滤去除杂质，即为聚蔗糖丙烯酸油酸酯。
将上述制备的环保防锈润滑剂按GB/T5096-2017进行铜片腐蚀实验(100℃，3h)，结果：1a。
将上述制备的环保防锈润滑剂按GB/T2361-1992进行防锈湿热试验，结果：15天，0级。

Claims (10)

1.一种防锈剂组合物，其特征在于,由果葡糖浆、癸二酸、尿素、硼酸制备而成；所述果葡糖浆和癸二酸摩尔比为1：1-1.2；尿素和硼酸摩尔比为1：1-1.5；果葡糖浆和硼酸摩尔比为1：1-1.5。
2.如权利要求1所述的一种防锈剂组合物，其特征在于：
所述果葡糖浆选择果糖含量42-60％中的一种或几种；优选商量型号：F42、F55、F60中的一种或几种混合物。
3.如权利要求1或2所述的一种防锈剂组合物，其特征在于：
所述防锈剂组合物的制备方法为：
步骤一：将尿素、硼酸分别加入反应器中，在170-180℃温度下搅拌反应1～1.5小时，得反应产物A；
步骤二：将果葡糖浆、癸二酸分别加入到反应釜内，加入催化剂；在氮气保护的情况下，于180～220℃的反应温度反应3～5小时；减压排除水分；加入步骤一中的反应产物A，继续搅拌0.5～1小时；过滤不溶物；即为防锈剂组合物。
4.如权利要求3所述的一种防锈剂组合物，其特征在于：
所述催化剂可以选用Lewis酸、金属盐或阳离子交换树脂；所述的催化剂优选过硼酸盐，所述的过硼酸盐优选过硼酸钠或过硼酸钾。
5.一种含如权利要求1-4任一项所述的防锈剂组合物的环保防锈润滑剂，由以下重量百分比的组分制备而成：
Figure FDA0002720069220000021
6.如权利要求5所述的一种环保防锈润滑剂，其特征在于：
所述的聚蔗糖丙烯酸脂肪酸酯由蔗糖与丙烯酸、脂肪酸进行先酯化反应，然后进行加成聚合反应制备而成，其中蔗糖与丙烯酸的摩尔比为1:1-1.2；蔗糖与脂肪酸的摩尔比为1:4-6，优选摩尔比为1:5。
7.如权利要求6所述的一种环保防锈润滑剂，其特征在于：
所述脂肪酸选碳链10-20的饱和或不饱和脂肪酸；优选癸酸、月桂酸、豆蔻酸、椰油酸、油酸、硬脂酸中的一种或几种的混合物。
8.如权利要求5所述的一种环保防锈润滑剂，其特征在于：
所述聚蔗糖丙烯酸脂肪酸酯的具体工艺步骤如下所示：
步骤一：将蔗糖与丙烯酸、脂肪酸、催化剂加入反应釜内，于180-220℃的反应温度下反应4～5小时；反应后减压排出水分，即为蔗糖丙烯酸脂肪酸酯；
步骤二、往反应釜内加入引发剂搅拌，反应温度为100-120℃，聚合反应5～8小时后，将反应釜内的聚合物排出，在80℃以上的温度过滤去除杂质，即为聚蔗糖丙烯酸脂肪酸酯。
9.如权利要求8所述的一种环保防锈润滑剂，其特征在于：
所述催化剂可以选择Lewis酸、分子筛、阳离子交换树脂、稀土氧化物中的一种或几种混合物；
所述的催化剂优选过硼酸盐，所述的过硼酸盐优选为过硼酸钠或过硼酸钾；
所述引发剂优选自过氧化二苯甲酰、过氧化月桂酰、异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢、过氧化二叔丁基、过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化叔戊酸叔丁基酯、过氧化甲乙酮、过氧化环己酮、过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化二碳酸二环己酯、过氧化二碳酸二乙基己酯、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中的一种。
10.如权利要求5-9任一所述的一种环保防锈润滑剂，其特征在于：
所述环保防锈润滑剂的制备方法：
称取防锈剂组合物、癸二酸二异辛酯、乙酰化羊毛脂、聚蔗糖硼酸脂肪酸酯在40-50℃温度下混合搅拌至透明时即为一种防锈润滑剂。
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