CN112680735B - 一种离子液复配缓蚀抑雾剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于碳钢酸洗技术领域，具体涉及一种离子液复配缓蚀抑雾剂及其制备方法和应用，其中缓蚀抑雾剂，按质量份计，包括：离子液10～40份，络合剂1～10份，起泡剂0.1～1份，稳泡剂0.1～1份，湿润剂0.05～0.1份，溶剂60～88份。与现有技术相比，本发明提供的离子液复配缓蚀抑雾剂，可在盐酸酸洗过程中减少对钢的过度腐蚀，使用量要少，节约酸洗的药剂成本；酸洗后的钢再生锈时间长、酸洗表面美观；同时又可作为抑雾剂大大减少酸雾的产生，降低对环境的污染，可广泛用盐酸酸洗领域。
Description
技术领域
本发明属于碳钢酸洗技术领域，具体涉及一种离子液复配缓蚀抑雾剂及其制备方法和应用。
背景技术
盐酸作为去除铁表面氧化物和污染物的酸洗液，已经具有广泛的应用，其作用效果主要是通过溶解氧化铁来实现。但在这一作用过程中酸液不仅会溶解氧化铁，而且还会腐蚀金属基体，同时产生的氢气还可能会使基体材料产生氢脆。因此，在酸洗过程中需要加入缓蚀抑雾剂，使酸液对基体材料的腐蚀得到有效的抑制。但这些缓蚀剂往往缓蚀效果差，铁损失大，造成大量的经济损失，还存在酸洗后铁表观质量差，容易再生锈造成放置时间短而带来后续加工生产等问题，同时酸洗过程还会产生大量酸雾，造成环境的污染，可广泛用盐酸酸洗领域。
因此，提供一种用量少、费用低、再生锈时间长、抑雾效果好的缓蚀抑雾剂成为本领域亟待解决的问题之一。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种离子液复配缓蚀抑雾剂及其制备方法和应用。本发明提供的离子液复配缓蚀抑雾剂具有用量少、作用高效、再生锈时间长、制备方法简单等一系列优点，能够非常有效地抑制盐酸溶液中碳钢的腐蚀和酸雾的产生。
本发明的技术方案如下：
一种离子液复配缓蚀抑雾剂，原料包括：按质量份计，
离子液10～40份；络合剂1～10份；起泡剂0.1～1份；稳泡剂0.1～1份；湿润剂0.05～0.1份；溶剂60～88份；所述离子液为硫代酸与季铵碱类化合物反应所得，其分子量为100-500，具体反应如下：
其中：R为四个相同或不相同的脂烃基或芳烃基，R1为脂烃基或芳烃基。
优选地，所述代硫代酸与季铵碱类化合物的摩尔比为0.5-1:1。
优选地，离子液的具体制备过程为：称取适量季铵碱，分3-5批次缓慢加入硫代酸，控制低温0-10℃不断搅拌反应，搅拌过程中检测产物的pH值，随着反应的进行pH逐渐降低，保持范围4-5内后不变，即反应达到终点，得到目标化合物。
优选地，季铵碱为氢氧化四甲铵、氢氧化三甲基乙基铵、三甲基苯基氢氧化铵、十六烷基三甲基氢氧化铵中的一种或任意比例多种。
优选地，硫代酸为硫代苯甲酸、硫代乙酸、2,2-二甲硫基丁酸、2-呋喃硫代羧酸中的一种或任意比例多种。
优选地，络合剂选自柠檬酸钠、酒石酸钠、羟基醋酸、没食子酸；氨三乙酸钠、EDTA二钠或四钠、二乙烯三胺五羧酸盐(DTPA)、焦磷酸钠中的一种或多种。
优选的，起泡剂选自甘苄油、新松醇油、丁醚油甲基戊醇、邻苯二甲酸二乙酯、甲基戊醇中的一种或多种。
优选地，稳泡剂为烷基醇酰胺、氧化胺、十二烷基二甲基氧化胺、硅树脂聚醚乳液(MPS)中的一种或多种。
优选的，润湿剂选自磺酸钠、羧酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚-10(OP-10)、司盘20、吐温20中的一种或多种。
优选的，溶剂选自去离子水、甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇中的一种或多种。
上述的络合剂、稳泡剂、起泡剂、溶剂、润湿剂可以根据实际需求选择的常规的药剂。
本发明的离子液中含有大量的氮、硫等原子，可以在金属表面形成保护膜：能与金属表面电荷产生静电吸引力和范德华力，快速的在金属表面形成物理吸附膜；同时跟金属表面形成单分子层吸附的配位键，而形成的配位键可产生一种更牢靠的螯合膜，有效地抑制碳钢材料与酸洗液接触时所发生的腐蚀反应从而起到缓蚀防锈作用，进一步延长钢铁再次腐蚀的时间。本发明中合成的离子液具有液态范围宽，从低于或接近室温到300℃以上，有较高的热稳定性和化学稳定性，可更好的适用于不同的酸洗温度；合成的离子液原料价格低廉、符合绿色化学理念，实现原子100％转化，具有可设计性、具有较大极性、可调控性，离子液的粘度度，利于取用，且能快速的溶解到酸液中，如果粘度大溶解时间长或存在搅拌不均匀的问题，给使用带来极大的不便。
一种离子液复配缓蚀抑雾剂的制备方法：
先将溶剂投入到容器中，水浴加热至40-60℃，再加入离子液，搅拌溶解，再加入络合剂、起泡剂、润湿剂、稳泡剂，充分搅拌溶解混匀即可得缓蚀抑雾剂。
本发明的缓蚀抑雾剂的制备方法，步骤及工艺简单。
一种离子液复配缓蚀抑雾剂的应用，将缓蚀抑雾剂直接加入酸洗液中，用于碳钢酸洗。
优选地，酸洗液为盐酸溶液。
优选地，盐酸溶液浓度为6.5mol/L，离子液在酸洗液中的浓度为200-2000mg/L。
本发明中，离子液本身是一种螯合能力极强的有机酸性物质，不仅能增强酸洗液的酸性，还能螯合部分铁锈，在进行酸洗时，酸洗液中铁离子的浓度越来越大，影响酸洗效果，但是本发明通过离子液螯合部分铁离子，使得酸洗液中铁离子浓度降低，提升酸洗效果，延长酸洗液的使用时间，铁锈以锈渣的形式从金属表面脱落，将锈渣从酸洗液中过滤除去以后，滤液可以再次用于除锈，有利于降低成本。
本发明提供的缓蚀抑雾剂，具有无味、无恶臭、无污染、不易燃、易回收、可反复多次循环使用、使用方便等优点，它有效地避免了传统有机物的使用所造成严重的环境、健康、安全以及设备腐蚀等问题，为名副其实的、环境友好的绿色药剂，适合于当前所倡导的清洁技术和可持续发展的要求，已经越来越被人们广泛认可和接受。具有作用高效、用量少、再生锈时间长、制备方法简单、绿色环保等一系列优点，能够非常有效地抑制盐酸酸洗液中碳钢的腐蚀。与现有技术相比，本发明制备缓蚀抑雾剂，可在盐酸酸洗过程中减少对钢的过度腐蚀，使用量要少，节约酸洗的药剂成本；酸洗后的钢酸洗表面美观，再生锈时间长；同时又可作为抑雾剂大大减少酸雾的产生，降低对环境的污染，可广泛用盐酸酸洗领域。
附图说明
图1为利用对比例2制备的缓蚀抑雾剂清洗碳钢效果图；
图2为利用本发明实施例3制备的缓蚀抑雾剂清洗碳钢效果图；
图3为利用对比例2制备的缓蚀抑雾剂清洗碳钢后放置4天再生锈效果图；
图4为利用本发明实施例3制备的缓蚀抑雾剂清洗碳钢后放置4天再生锈效果图；
图5为测定缓蚀率和抑雾率的装置图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
一种离子液复配缓蚀抑雾剂的制备方法：
离子液的制备：称取氢氧化四甲铵41g，分4批次加入硫代苯甲酸59g，控制低温5℃不断搅拌反应1h，当pH值为4.5时，得到目标化合物；
缓蚀抑雾剂制备：向容器中加入74.2g的去离子水，水浴加热至45℃，在搅拌的条件下向水中依次加入上述制备的20g离子液混合均匀，后加入5g柠檬酸钠、0.2g丁醚油甲基戊醇、0.5g烷基醇酰胺、0.1g磺酸钠并使它们依次溶解，最终得到缓蚀抑雾剂100g。
实施例2
一种离子液复配缓蚀抑雾剂的制备方法：
离子液的制备：称取氢氧化四甲铵50g，分4批次加入硫代苯甲酸50g，控制低温5℃不断搅拌反应1.5h，当pH值为4.0时，得到目标化合物；
缓蚀抑雾剂制备：向容器中加入79.6g的去离子水，水浴加热至45℃，在搅拌的条件下向水中依次加入14g离子液、6g柠檬酸钠、0.2g甘苄油、0.1g十二烷基二甲基氧化胺、0.1g羧酸钠，并使它们依次溶解，最终得到缓蚀抑雾剂100g。
实施例3
一种离子液复配缓蚀抑雾剂的制备方法：
离子液的制备：称取三甲基苯基氢氧化铵60g，分5批次加入2-呋喃硫代羧酸40g，控制低温10℃不断搅拌反应1.5h，当pH值为4.3时，得到目标化合物；缓蚀抑雾剂制备：向容器中加入67.42g的去离子水，水浴加热至50℃，在搅拌的条件下向水中依次加入30g离子液、2gEDTA二钠、0.1g甲基戊醇、0.4g氧化铵、0.08g OP-10并使它们依次溶解，最终得到缓蚀抑雾剂100g。
实施例4
一种离子液复配缓蚀抑雾剂的制备方法：
离子液的制备：称取氢氧化四甲铵55g，分4批次加入硫代乙酸45g，控制低温2℃不断搅拌反应1h，当pH值为4.1时，得到目标化合物；
缓蚀抑雾剂制备：向容器中加入66.3g甲醇，水浴加热至50℃，在搅拌的条件下向甲醇中依次加入31g离子液、2gEDTA二钠、0.1g甘苄油、0.5g氧化铵、0.1g磺酸钠，并使它们依次溶解，最终得到缓蚀抑雾剂100g。
实施例5
一种离子液复配缓蚀抑雾剂的制备方法：
离子液的制备：称取十六烷基三甲基氢氧化铵79.21g，分4批次加入硫代乙酸20.89g，控制低温8℃不断搅拌反应1.5h，当pH值为4.6时，得到目标化合物；缓蚀抑雾剂制备：向容器中加入62.1g乙醇，水浴加热至55℃，在搅拌的条件下向乙醇中依次加入35g离子液、2gEDTA二钠、0.1g甘苄油、0.7g十二烷基二甲基氧化胺、0.1g吐温-20，并使它们依次溶解，最终得到缓蚀抑雾剂100g。
实施例6
一种离子液复配缓蚀抑雾剂的制备方法：
离子液的制备：称取十六烷基三甲基氢氧化铵70.16g，分3批次加入2-呋喃硫代羧酸29.84g，控制低温8℃不断搅拌反应1h，当pH值为5时，得到目标化合物100g；
缓蚀抑雾剂制备：向容器中加入65.5g的去离子水，水浴加热60℃，在搅拌的条件下向水中依次加入32g离子液、2gEDTA二钠、0.1g甘苄油、0.3g烷基醇酰胺、0.1g磺酸钠并使它们依次溶解，最终得到缓蚀抑雾剂100g。
对比例1
缓蚀抑雾剂制备：向容器中加入87.9g去离子水，在搅拌的条件下向水中依次10g二乙烯三胺五羧酸盐(DTPA)、1g丁醚油甲基戊醇、1g氧化铵、0.1g磺酸钠并使它们依次溶解，最终得到缓蚀抑雾剂的水溶液100g。
对比例2(参考专利CN202010745869制备化合物A)
一种半胱胺衍生物(化合物A)的制备方法，具体为：在圆底烧瓶中加入半胱胺(77g)和乙二醇二缩水甘油醚(87g)，加入150mL甲醇作为溶剂，控制反应温度为20℃，搅拌反应3h。反应结束后减压蒸出溶剂，用丙酮洗涤后得到131.5g棕色固体，即为半胱胺衍生物。
缓蚀抑雾剂的制备：向容器中加入65.6g乙醇，水浴加热至40-60℃，在搅拌的条件下向乙醇中依次加入32g上述化合物A、2gEDTA二钠、0.1g甘苄油、0.2g氧化铵、0.1g磺酸钠并使它们依次溶解，最终得到缓蚀抑雾剂100g。
试验
(1)缓蚀率的测定：
用Q195碳钢洗净烘干无锈后称重m1，水浴70℃的条件下放入缓蚀抑雾剂的100g、6.5mol/L盐酸酸洗液中，清洗60s，用水洗净，吹干，称重m2。用失重法求出腐蚀速率：
腐蚀速率＝(m1-m2)/(s*t)
式中：m1为放入除锈剂前钢板的质量，g；m2为放入除锈剂后钢板的质量，g；S为试片的面积，cm；t为腐蚀时间，s；
缓蚀率＝(v0-v1)/v0*100％
式中：v0为未加复配离子液缓蚀抑雾剂时的腐蚀速率，g/(cm·s)；v1为加复配离子液缓蚀抑雾剂时的腐蚀速率，g/(cm·s)。
(2)抑雾率测定
第一个锥形瓶中装入加有复配离子液缓蚀抑雾剂200ml、6.5mol/L的酸洗液控制水浴温度70℃，并将干净无锈的Q195钢片置于其中，中间锥形瓶中装入200mL、0.01mol/L的NaOH溶液吸收酸雾。用0.01mol/L的标准盐酸滴定酸洗后锥形瓶中的0.01mol/L的NaOH溶液，记录消耗标准盐酸的体积，计算空白试样和添加抑雾剂的酸雾量。
酸雾量＝[(V0-V1)*C*36.5]/t
式中：V0为滴定酸洗前吸收液所消耗盐酸的体积，mL；V1为滴定酸洗后吸收液所消耗盐酸的体积，mL；c为滴定盐酸的浓度mol/L；t为吸收酸雾的时间，h。
抑雾率＝(w0-w)/w0*100％
式中：w0为无复配离子液缓蚀抑雾剂时酸洗碳钢后产生的酸雾量，mg/h；w为加复配离子液缓蚀抑雾剂时酸洗碳钢后产生的酸雾量，mg/h。
(3)再生锈时间测定：常温25℃、湿度80％条件下放置一段时间后观察表面生锈情况，参考GB/T-8923.1-2011《未涂覆过的钢材表面的锈蚀等级和处理等级》中的方法确定。
(4)酸液使用时间测定：在70℃条件下，当使用后的酸洗液盐酸浓度含量降为5-6％或者Fe离子浓度达到130mg/L时，酸液便不能在使用。
上述实施例1-6和对比例1的测量结果如表所示：
通过上表，可以明显看出，在缓蚀抑雾剂加量相同的情况下，本发明的实施例1-6的缓蚀率和抑雾率明显高于对比例1和2，同时再生锈时间和酸洗使用时间也明显高于对比例1和2；通过图1可以看出，利用对比例2缓释抑雾剂清洗后表面度粗糙、表面略灰暗，通过图2可以看出，利用实施例3缓蚀抑雾剂清洗后表面平整光滑、呈现银白亮色；通过图3和图4可以明显看出，放置4天后利用对比例2的产品的酸洗后碳钢的表面生锈严重，利用实施例3复配缓蚀抑雾剂酸洗后的表面光泽度降低，但无生锈。本发明的离子液中含有大量的氮、硫等原子，可以在金属表面形成保护膜：能与金属表面电荷产生静电吸引力和范德华力，快速的在金属表面形成物理吸附膜；同时跟金属表面形成单分子层吸附的配位键，而形成的配位键可产生一种更牢靠的螯合膜，有效地抑制碳钢材料与酸洗液接触时所发生的腐蚀反应从而起到缓蚀防锈作用，进一步延长钢铁再次腐蚀的时间；本发明中，离子液本身是一种螯合能力极强的有机酸性物质，不仅能增强酸洗液的酸性，还能螯合部分铁锈，在进行酸洗时，酸洗液中铁离子的浓度越来越大，影响酸洗效果，但是本发明通过离子液螯合部分铁离子，使得酸洗液中铁离子浓度降低，提升酸洗效果，延长酸洗液的使用时间，铁锈以锈渣的形式从金属表面脱落，将锈渣从酸洗液中过滤除去以后，滤液可以再次用于除锈，有利于降低成本。
Claims (5)
1.一种离子液复配缓蚀抑雾剂，其特征在于，原料包括：按质量份计，
离子液10 ~40份，络合剂1 ~10份，起泡剂0.1 ~1份，稳泡剂0.1 ~1份，湿润剂0.05 ~0.1份，溶剂60 ~88份；
所述离子液为硫代酸与季铵碱类化合物反应所得，其分子量为100-500，反应如下：
其中： R为四个相同或不相同的脂烃基或芳烃基，R1为脂烃基或芳烃基；
离子液的具体制备过程为：称取适量季铵碱，分3-5批次缓慢加入硫代酸，控制低温0-10℃不断搅拌反应0.5-2h，搅拌反应过程中检测产物的pH值，随着反应的进行pH逐渐降低，保持范围4-5内后不变，即反应达到终点，得到目标化合物；
所述硫代酸与季铵碱类化合物的摩尔比为0.5-1:1；所述季铵碱为氢氧化四甲铵、氢氧化三甲基乙基铵、三甲基苯基氢氧化铵、十六烷基三甲基氢氧化铵中的一种或任意比例多种；所述硫代酸为硫代苯甲酸、硫代乙酸、2,2-二甲硫基丁酸、2-呋喃硫代羧酸中的一种或任意比例多种。
2.权利要求1所述的一种离子液复配缓蚀抑雾剂的制备方法，其特征在于，先将溶剂投入到容器中，水浴加热至40-60℃，再加入离子液，搅拌溶解，再加入络合剂、起泡剂、润湿剂、稳泡剂，充分搅拌溶解混匀即可得缓蚀抑雾剂。
3.权利要求1所述的一种离子液复配缓蚀抑雾剂的应用，其特征在于，将缓蚀抑雾剂直接加入酸洗液中，用于碳钢酸洗。
4.根据权利要求3所述的一种离子液复配缓蚀抑雾剂的应用，其特征在于，所述酸洗液为盐酸溶液。
5.根据权利要求4所述的一种离子液复配缓蚀抑雾剂的应用，其特征在于，所述盐酸溶液浓度为6.5mol/L，离子液在酸洗液中的浓度为200-2000mg/L。
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