CN112962042B - 一种热镀锌防爆剂及其制备方法 - Google Patents

一种热镀锌防爆剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种热镀锌防爆剂及其制备方法，热镀锌防爆剂包括以下重量百分比的原料：20～35％离子液体，1～20％非离子表面活性剂，1～3.5％二酰胺化合物，35～50％有机溶剂和1～10％去离子。在热镀锌过程中将该防爆剂直接添加到助镀剂溶液中，搅拌均匀，在60～75℃下使用。该防爆剂适用于热镀锌、热镀锌铝合金、热镀铝等多种工艺的助镀处理，能有效降低助镀剂与制件之间的表面张力，改善助镀效果；提高镀锌层表面质量，缩短浸锌时间，增加镀层表面光泽度；防止工件表面残留液体引起浸镀过程液态金属瀑溅；降低助镀剂的使用量，工件表面助镀剂附着量降低，减少锌渣产生；减少溶剂烟，减少溶剂灰渣，改善环境。

Description

一种热镀锌防爆剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及热镀锌技术领域，特别是涉及一种热镀锌防爆剂及其制备方法。
背景技术
热浸镀锌是延缓钢铁材料腐蚀的最有效手段之一，与其他金属防护方法相比，热浸镀锌工艺在镀层的物理屏障与电化学保护相结合的保护特性上，镀层与基体的结合强度上、镀层的致密性、耐久性、免维护性和经济性及其对制品形状与尺寸的适应性上，具有无可比拟的优势。溶剂助镀是热浸镀前处理中一道重要处理工序，不仅可以弥补前几道工序中存在的不足，还可以进一步活化钢铁表面，提高镀锌质量。这是其他钢铁防腐工艺无法比拟的。
传统助镀液的温度宜控制在60-80℃。温度低于60℃时，提出助镀池后的制件表面助镀盐膜不容易干透，易引起爆锌；温度过低时还会引起溶液没有足够的活性，不能彻底清洁制件表面，同时沉积在制件表面的盐膜也不充分，助镀液的效果变差，需要增加助镀液的质量浓度。温度高于80℃时，会造成助镀液在制件表面过度沉积而产生双层盐膜结构，会造成爆锌，镀层增厚及锌灰增多，更高的温度还将消耗更多的热能。助镀剂添加剂是在不改变原有镀锌工艺的前提下，直接加入，该添加剂能更好的改善镀层质量，减少镀锌成本。在助镀液中加入助镀剂添加剂后能明显降低烘干温度，缩短烘干时间，减少工件表面盐膜的沉积，降低爆锌量，缩短镀锌工艺时间。中国专利CN101597732B(防止钢丝热镀锌漏镀的助镀剂添加剂)、CN101126142A(热镀锌助镀剂用添加剂)、CN101328568A(热浸镀金属工艺用多功能助镀添加剂及其制备和使用方法)这三项专利均对助镀剂添加剂溶液提出了改进，在提高助镀剂的润湿、浸润性的同时，还具有减少锌液飞溅、减少干燥时间等效果。但仍存在工人作业环境不安全、添加剂稳定性不好、绿色环保无法保证、不可重复利用、应用范围不广等问题。离子液体是一种由阴阳离子构成的在室温(或稍高于室温的温度)下呈液态的离子体系，其具有浸润性好、化学性质稳定、绿色无污染、可重复使用等优点，能克服上述已有技术的缺陷，但目前还未将其应用于热镀锌行业。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种热镀锌防爆剂及其制备方法。本发明的防爆剂除了使助镀剂与工件之间具有更好界面润湿性和相容性，还能够大大缩短干燥时间，提高生产效率，防止工件表面残留液体引起浸镀过程液态金属瀑溅，阻止迸溅烫伤等事故风险，改善工人作业环境，并降低材料消耗；用料环保，性质稳定，热镀时不分解，对人体无害；在使用过程中能加快形成均匀连续的盐膜，极大提高助镀剂附着均匀性、连续性，防止漏镀；助镀过程中无烟雾，镀层减薄，节约助镀剂等。
本发明是通过如下技术方案实现的：
本发明的第一方面，提供一种热镀锌防爆剂，包括以下重量百分比的原料：
20～35％离子液体，1～20％非离子表面活性剂，1～3.5％二酰胺类化合物，35～50％有机溶剂和1～10％去离子水。
优选的，所述离子液体选自下述化合物中的一种或多种：
1)咪唑盐类化合物，其分子结构通式为：
Figure BDA0002926921340000021
其中：R1、R3为碳数1～20的烷基、烯烃基、醇基、卤代烷基，R2为碳数0～20的烷基、烯烃基、醇基、卤代烷基；X-为Cl-、Br-、BF4 -、PF6 -、ROSO3 -、OH-、CO3 2-、HCO3 -、FeCl4 -、AlCl4 -、ZnCl2 -或CuCl2 -；
2)季铵盐类化合物，其分子结构通式为：
Figure BDA0002926921340000022
其中：R1、R2、R3、R4为碳数1～20的烷基、烯烃基、醇基、卤代烷基；X-为Cl-、Br-、BF4 -、PF6 -、ROSO3 -、OH-、CO3 2-、HCO3 -、FeCl4 -、AlCl4 -、ZnCl2 -或CuCl2 -；
3)季磷盐类化合物，其分子结构通式为：
Figure BDA0002926921340000023
其中：R1、R2、R3、R4为碳数1～20的烷基、烯烃基、醇基、卤代烷基；X-为Cl-、Br-、BF4 -、PF6 -、ROSO3 -、OH-、CO3 2-、HCO3 -、FeCl4 -、AlCl4 -、ZnCl2 -或CuCl2 -；
4)吡啶盐类化合物，其分子结构通式为：
Figure BDA0002926921340000024
其中：R为碳数1～20的烷基、烯烃基、醇基、卤代烷基；X-为Cl-、Br-、BF4 -、PF6 -、ROSO3 -、OH-、CO3 2-、HCO3 -、FeCl4 -、AlCl4 -、ZnCl2 -或CuCl2 -；
5)六氢吡啶类化合物，其分子结构通式为：
Figure BDA0002926921340000025
其中：R1、R2为碳数1～20的烷基、烯烃基、醇基、卤代烷基；X-为Cl-、Br-、BF4 -、PF6 -、ROSO3 -、OH-、CO3 2-、HCO3 -、FeCl4 -、AlCl4 -、ZnCl2 -或CuCl2 -；
6)四氢吡咯类化合物，其分子结构通式为：
Figure BDA0002926921340000031
其中：R1、R2为碳数1～20的烷基、烯烃基、醇基、卤代烷基；X-为Cl-、Br-、BF4 -、PF6 -、ROSO3 -、OH-、CO3 2-、HCO3 -、FeCl4 -、AlCl4 -、ZnCl2 -或CuCl2 -；
7)烷基锍类化合物，其分子结构通式为：
Figure BDA0002926921340000032
其中：R1、R2、R3为碳数1～20的烷基；X-为Cl-、Br-、BF4 -、PF6 -、ROSO3 -、OH-、CO3 2-、HCO3 -、FeCl4 -、AlCl4 -、ZnCl2 -或CuCl2 -；
8)吗啉类化合物，其分子结构通式为：
Figure BDA0002926921340000033
其中：R1、R2为碳数1～20的烷基、烯烃基、醇基、卤代烷基；X-为Cl-、Br-、BF4 -、PF6 -、ROSO3 -、OH-、CO3 2-、HCO3 -、FeCl4 -、AlCl4 -、ZnCl2 -或CuCl2 -。
优选的，所述非离子表面活性剂选自具有下述通式的化合物中的一种或几种：
1)
Figure BDA0002926921340000034
其中：R为C1～C20为烷基酚，n的取值为2～80；
2)
Figure BDA0002926921340000035
其中：R为C1～C20长链烷基，n的取值为2～80。
更为优选的，所述非离子表面活性剂选自C8～C20烷基酚聚氧乙烯醚或C8～C20烷基酰胺聚氧乙烯醚。
优选的，所述二酰胺类化合物选自己二酰二胺、琥珀酰胺、苯基双胍、草酰二胺、缩二脲或尿素中一种或多种。
优选的，所述有机溶剂选自乙醇、异丙醇、乙二醇、丙酮、二甲基亚砜或N,N-二甲基甲酰胺中的一种或多种。
本发明的第二方面，提供上述热镀锌防爆剂的制备方法，所述方法为：
称取所需原料，将有机溶剂加热至25～35℃，保持温度恒定；加入离子液体和非离子表面活性剂，搅拌均匀；加入二酰胺类化合物并搅拌均匀；加入去离子水并搅拌均匀，静置3h，排出灌装，制备完成。
本发明的第三方面，提供上述热镀锌防爆剂在镀锌中的应用，将热镀锌防爆剂直接加入到助镀液中，搅拌均匀；于60～75℃下使用。
本发明的有益效果为：
1.本发明中加入的表面活性剂具有增溶、乳化、分散、渗透、润湿、发泡、杀菌、分散和洗净等多重作用。能显著降低助镀剂的表面张力，提高助镀剂的覆盖性，防止助镀后的镀件在空气中二次氧化，防止漏镀；能明显降低烘干温度，缩短烘干时间，减少工件表面盐膜的沉积，防止锌液爆溅，改善工作环境。
2.本发明中加入的离子液体作为润滑剂、增溶剂，能够提高助镀剂与工件之间的界面湿润性和相容性；且用料环保，性质稳定，热镀时不分解，对人体无害。离子液体和非离子表面活性剂的混合使用获得更高的协同增效作用，具有多重功效，适用范围更广，适合热镀锌、热镀锌铝、热镀铝等工艺热镀过程。
3.本发明的防爆剂可直接加入到助镀剂中，搅拌均匀，于60～75℃下使用即可发挥作用，使用方便；可彻底清除镀件表面残氧，隔绝空气，杜绝工件表面氧化；改善残渣形态，沉淀助镀液中的铁离子，减少锌灰、锌渣产生，出灰速率提高，降低生产成本；分解产生还原性气体，保护镀件，驱散工件表面赃物；镀件表面镀层更均匀、更致密、更光亮、更平滑、附着性更强，镀件更耐腐蚀；形貌优良，能长时间放置；能满足热镀锌、热镀锌铝合金、热镀铝等多种工艺需求。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。如果实施例中未注明的实验具体条件，通常按照常规条件，或者按照试剂公司所推荐的条件；下述实施例中所用的试剂、耗材等，如无特殊说明，均可通过商业途径获得。
实施例1
称取所需原料，将40kg乙醇加热至25℃，保持温度恒定；加入15kg 1-丁基-3-甲基咪唑溴盐、15kg溴化-1-乙基吡啶和20kg壬基酚聚氧乙烯醚，搅拌均匀；加入2kg草酰二胺并搅拌均匀；加入8kg去离子水并搅拌均匀，静置3h，得到本发明防爆剂。
实施例2
称取所需原料，将38kg乙醇加热至26℃，保持温度恒定；加入17kg 1-丁基-3-甲基咪唑溴盐、13kg溴化-1-乙基吡啶和15kg壬基酚聚氧乙烯醚，搅拌均匀；加入1.7kg草酰二胺并搅拌均匀；加入15.3kg去离子水并搅拌均匀，静置3h，得到本发明防爆剂。
实施例3
称取所需原料，将35kg乙醇加热至27℃，保持温度恒定；加入18kg 1-丁基-3-甲基咪唑溴盐、17kg溴化-1-乙基吡啶和17kg壬基酚聚氧乙烯醚，搅拌均匀；加入1kg草酰二胺并搅拌均匀；加入12kg去离子水并搅拌均匀，静置3h，得到本发明防爆剂。
实施例4
称取所需原料，将39kg乙醇加热至28℃，保持温度恒定；加入14kg 1-丁基-3-甲基咪唑溴盐、16kg溴化-1-乙基吡啶和18kg壬基酚聚氧乙烯醚，搅拌均匀；加入1.5kg草酰二胺并搅拌均匀；加入11.5kg去离子水并搅拌均匀，静置3h，得到本发明防爆剂。
实施例5
称取所需原料，将42kg乙醇加热至29℃，保持温度恒定；加入17kg 1-丁基-3-甲基咪唑溴盐、15kg溴化-1-乙基吡啶和20kg壬基酚聚氧乙烯醚，搅拌均匀；加入1kg草酰二胺并搅拌均匀；加入5kg去离子水并搅拌均匀，静置3h，得到本发明防爆剂。
实施例6
称取所需原料，将38kg乙醇加热至30℃，保持温度恒定；加入20kg 1-丁基-3-甲基咪唑溴盐、14kg溴化-1-乙基吡啶和15kg壬基酚聚氧乙烯醚，搅拌均匀；加入1.8kg草酰二胺并搅拌均匀；加入11.2kg去离子水并搅拌均匀，静置3h，得到本发明防爆剂。
实施例7
称取所需原料，将40kg乙醇加热至31℃，保持温度恒定；加入19kg 1-丁基-3-甲基咪唑溴盐、12kg溴化-1-乙基吡啶和20kg壬基酚聚氧乙烯醚，搅拌均匀；加入1.5kg草酰二胺并搅拌均匀；加入7.5kg去离子水并搅拌均匀，静置3h，得到本发明防爆剂。
实施例8
称取所需原料，将42kg乙醇加热至32℃，保持温度恒定；加入18kg 1-丁基-3-甲基咪唑溴盐、16kg溴化-1-乙基吡啶和20kg壬基酚聚氧乙烯醚，搅拌均匀；加入1kg草酰二胺并搅拌均匀；加入3kg去离子水并搅拌均匀，静置3h，得到本发明防爆剂。
实施例9
称取所需原料，将40kg乙醇加热至33℃，保持温度恒定；加入16kg 1-丁基-3-甲基咪唑溴盐、14kg溴化-1-乙基吡啶和19kg壬基酚聚氧乙烯醚，搅拌均匀；加入2kg草酰二胺并搅拌均匀；加入9kg去离子水并搅拌均匀，静置3h，得到本发明防爆剂。
实施例10
称取所需原料，将39kg乙醇加热至34℃，保持温度恒定；加入14kg 1-丁基-3-甲基咪唑溴盐、16kg溴化-1-乙基吡啶和18kg壬基酚聚氧乙烯醚，搅拌均匀；加入1.5kg草酰二胺并搅拌均匀；加入11.5kg去离子水并搅拌均匀，静置3h，得到本发明防爆剂。
实施例11
称取所需原料，将40kg乙醇加热至5℃，保持温度恒定；加入19kg 1-丁基-3-甲基咪唑溴盐、13kg溴化-1-乙基吡啶和20kg壬基酚聚氧乙烯醚，搅拌均匀；加入2.5kg草酰二胺并搅拌均匀；加入5.5kg去离子水并搅拌均匀，静置3h，得到本发明防爆剂。
实施例12
称取所需原料，将41kg乙醇加热至30℃，保持温度恒定；加入18kg 1-丁基-3-甲基咪唑溴盐、17kg溴化-1-乙基吡啶和19kg壬基酚聚氧乙烯醚，搅拌均匀；加入2.5kg草酰二胺并搅拌均匀；加入2.5kg去离子水并搅拌均匀，静置3h，得到本发明防爆剂。
对比例1
按照专利CN101597732A中的方法制备助镀剂添加剂：称取24kg脂肪醇聚氧乙烯醚，24kg十二烷基酚聚氧乙烯醚，12kg辛基酚聚氧乙烯醚谜，5kg三乙醇胺，1kg尿素和34kg甲醇，将称取的各种原料混合，搅拌均匀即可制成助镀剂添加剂。
对比例2
按照专利CN101126142A中的方法制备助镀剂添加剂：称取50kg十二烷基三甲基溴化铵、10kg异丙醇、35kg去离子水置于带有加温装置的反应容器中，在50℃下保温搅拌二小时，降至室温用去离子水定容至1升，搅拌均匀即为助镀剂添加剂。
对比例3
按照专利CN101328568A中的方法制备助镀剂添加剂：称取适量的去离子水，加热升温至50～90℃，保持温度恒定；将所需量的(C8H17)2N(CH3)2Br和C18H37O(C2H4O)7H加入，搅拌5～180分钟，至混合均匀；加去离子水至设定体积，再次搅拌5～30分钟；冷却水冷却或空冷，静置10～180分钟，即可制成助镀剂添加剂。
试验例
上述实施例和对比例所用助镀剂成分均为含40wt％氯化铵，30wt％氯化锌的水溶液，共计1000kg，分别添加实施例1～12和对比例1～3制备的防爆剂10kg。以上实施例和对比例均经热镀锌现场实验，助镀剂温度为60～65℃，添加实施例1～12和对比例1～3制备的防爆剂形成的镀锌层表面质量良好，未出现漏镀和爆锌现象。添加本发明的防爆剂与对比例1～3对比数据如下表(每个实施例进行了5次实验)，以未添加防爆剂作为对照例，有无热镀锌防爆剂助镀情况见表1(表1所给数据为测量值的平均值)。
表1.有无热镀锌防爆剂助镀情况对照表
Figure BDA0002926921340000071
通过表1数据可以判定，本发明涉及的防爆剂达到了以下功能：明显减小工件与助镀剂之间接触角，显著降低表面张力；减少助镀干燥时间；缩短浸锌时间；明显减少烟雾，保护环境；降低镀锌层厚度，增加锌的利用率；工件表面未发现漏镀现象且表面光滑有光泽。本发明涉及的防爆剂的制备和使用方法非常简单，不会对环境和相关作业人员造成损害，适合热镀锌、热镀锌铝合金、热镀铝等工艺。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围。

Claims (1)

1.一种热镀锌防爆剂，其特征在于，由以下方法制备：
将40kg乙醇加热至25℃，保持温度恒定；加入15kg 1-丁基-3-甲基咪唑溴盐、15kg溴化-1-乙基吡啶和20kg壬基酚聚氧乙烯醚，搅拌均匀；加入2kg草酰二胺并搅拌均匀；加入8kg去离子水并搅拌均匀，静置3h，得到热镀锌防爆剂。
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