CN115746943B - 一种通用的环保型长效水基防锈剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于金属表面处理的技术领域，公开了一种通用的环保型长效水基防锈剂及其制备方法。防锈剂所用原料质量百分比如下：包括乙醇4‑10％、苯并三氮唑0.5‑1.5％、EDTA四钠盐2‑8％、葡糖糖酸钠2‑10％、三乙醇胺3‑8％、无水偏硅酸钠1‑4％、有机杂环三元羧酸4‑16％、月桂酰基氨酸钠3‑10％、硼酸单乙醇胺3‑8％、石油磺酸钠2‑8％、苯甲酸钠1‑4％、水50‑72％。可同时适用于黑色金属和有色金属表面，并能够使得金属长期防锈。

Description

一种通用的环保型长效水基防锈剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及金属表面处理的技术领域，涉及一种通用的环保型长效水基防锈剂及其制备方法，更具体地说，它涉及一种用于黑色和有色金属表面的环保型长效水基防锈剂及其制备方法。

背景技术

根据世界上宏观的统计和调查，所有材料每年因腐蚀损失约1％的重量，这种损失在热带、海洋的环境中更加严重。从世界上来看，腐蚀带来的经济损失约占国家经济总量的3％-4％。腐蚀来得悄无声息，但破坏力却不亚于大地震和海啸这些震惊世界的灾难。腐蚀危害遍及日常生活和几乎所有的行业，如冶金、化工、能源、矿山、交通、机械、航空航天、信息、农业、食品、医药、海洋开发、基础设施等。金属因腐蚀造成的灾难性事故还严重威胁人的生命安全。因此金属防蚀具有重大的经济和社会意义。

腐蚀虽是自然界中金属的宿命，但随着科学技术的发展，这种腐蚀过程不仅可以延缓甚至可以完全避免。迄今为止，人们已经开发了多种金属防蚀方法，如开发新型耐腐蚀金属材料、金属表面涂膜以及防锈剂等。其中防锈剂因方便工人现场操作，效果高效一直受到研发人员的广泛关注。但目前使用的防锈剂仍存在许多亟待解决的问题，如油基防锈剂使金属表面成膜比较粘稠，容易粘灰，存储安全要求高等。水基防锈剂相比于油性防锈剂成本低，易存储。但目前多数水基防锈剂含有亚硝酸钠、乌洛托品等，严重污染环境，使用和排放受到严格限制，并且防锈时间相对较短，有些防锈水只对某种特定类材质有效，通用性低。因此，开发国产自主研发的具有长效防锈效果的环保型水基防锈剂已成为目前的迫切要求。

发明内容

针对现有技术不足。本发明的目的之一在于开发一种通用的环保型长效水基防锈剂及其制备方法，可同时适用于黑色金属和有色金属表面，并能够使得金属长期防锈。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

一种环保型长效通用水基防锈剂，所用原料质量百分比如下：包括乙醇4-10％、苯并三氮唑0.5-1.5％、EDTA四钠盐2-8％、葡糖糖酸钠2-10％、三乙醇胺3-8％、无水偏硅酸钠1-4％、有机杂环三元羧酸4-16％、月桂酰基氨酸钠3-10％、硼酸单乙醇胺3-8％、石油磺酸钠2-8％、苯甲酸钠1-4％、水50-72％。

上述环保型长效通用水基防锈剂的制备方法，按照如下步骤进行：先将计算称量的水加入到反应釜中，开启搅拌器，控制转速为60转/分钟，然后将计算称量的乙醇、苯并三氮唑、EDTA四钠盐、葡糖糖酸钠、三乙醇胺、无水偏硅酸钠、有机杂环三元羧酸、月桂酰基氨酸钠、硼酸单乙醇胺、石油磺酸钠、苯甲酸钠依次加入到反应釜中，每加一种原料都搅拌至充分溶解，搅拌至溶液呈外观均匀、不分层、淡黄色透明液体。

上述制备方法制备的水基防锈剂在有色金属和黑色金属防锈的具体应用，具体条件为：

选取有色金属或黑色金属样片，将样件浸入制备好的水基防锈剂中，静置30s后取出，自然晾干。模拟仓库存贮环境或在盐雾箱观察其锈蚀情况。

发明中涉及的水基防锈剂对有色金属和黑色金属材质均具有良好的防锈效果。

本发明与现有技术相比的有益效果是：(1)本发明不仅可以对铸铁、碳钢、轻钢、锻铁等黑色金属材质具有良好的防锈效果，对铜及铜合金、铝及铝合金等有色金属也有很好的防锈效果，不仅适用于单一材质的防锈，还适合混合材质的防锈；(2)改善了水基防锈剂防锈时间短的缺陷，经实验验证，本发明原液使用时，经防锈处理的工件在自然条件下可以保持六个月内不生锈；本发明稀释10-20倍时，经防锈处理的工件在自然条件下可以保持7天至一个月内不生锈；满足金属材料生产加工以及贮存过程中的防锈要求；(3)本发明改善了使用防锈油的工件清洗难题，普通水冲洗即可。(4)本发明制备方法简单、原料来源方便、投资低，使用过程可通过多种工艺进行，如喷涂、刷涂、浸泡等；(5)本发明中防锈剂原料避免使用亚硝酸盐、铬酸盐以及乌洛托品等对环境有害物质，减少了对人体健康以及环境的危害。

附图说明

图1是本发明中实施例1中防锈剂zz1001和其它防锈剂作用于样件的盐雾试验前图片；

图2是本发明中实施例1中防锈剂zz1001和其它防锈剂作用于样件的盐雾试验6小时后图片；

图3是本发明中实施例1中防锈剂zz1001和其它防锈剂作用于样件的盐雾试验6小时晾干后图片；

图4是本发明中实施例1中防锈剂zz1001作用于线缆铜芯后照片；

图5是本发明中实施例1中防锈剂zz1001作用于线缆铜芯再进行腐蚀后图片；

具体实施方式

下面通过具体实施例详述本发明，但不限制本发明的保护范围。如无特殊说明，本发明所采用的实验方法均为常规方法，所用实验器材、材料、试剂等均可从商业途径获得。

实施例1水基防锈剂zz1001的制备

所用原料及质量百分比如下：乙醇5％、苯并三氮唑0.5％、EDTA四钠盐4％、葡糖糖酸钠3％、三乙醇胺6％、无水偏硅酸钠2％、有机杂环三元羧酸6％、月桂酰基氨酸钠4％份、硼酸单乙醇胺3％、石油磺酸钠4％、苯甲酸钠2％、水余量。

制备方法是按照如下步骤进行：先将计算称量的水加入到反应釜中，开启搅拌器，控制转速为60转/分钟，然后将计算称量的乙醇、苯并三氮唑、EDTA四钠盐、葡糖糖酸钠、三乙醇胺、无水偏硅酸钠、有机杂环三元羧酸、月桂酰基氨酸钠、硼酸单乙醇胺、石油磺酸钠、苯甲酸钠依次徐徐加入到反应釜中，每加一种原料都搅拌至充分溶解，搅拌至溶液呈外观均匀、不分层、淡黄色透明液体。

实施例2水基防锈剂zz1002制备

原料质量百分比如下：乙醇5％、苯并三氮唑0.5％、EDTA四钠盐6％、葡糖糖酸钠5％、三乙醇胺5％、无水偏硅酸钠1.5％、有机杂环三元羧酸4％、月桂酰基氨酸钠3％份、硼酸单乙醇胺3％、石油磺酸钠2.5％、苯甲酸钠1.5％、水余量。

制备方法同实施例1。

实施例3水基防锈剂zz1003的制备

原料质量百分比如下：乙醇10％、苯并三氮唑1％、EDTA四钠盐3％、葡糖糖酸钠5％、三乙醇胺5％、无水偏硅酸钠1.5％、有机杂环三元羧酸10％、月桂酰基氨酸钠5％份、硼酸单乙醇胺4％、石油磺酸钠2.5％、苯甲酸钠1.5％、水余量。

制备方法同实施例1。

应用对比例1

将本发明实施例1制备的防锈剂zz1001取200mL原液于烧杯中，编号为A。选取市面上三种典型的水基防锈剂，各取200mL原液于烧杯中，编号分别为B、C、D。

选取球墨铸铁样件4片，编号分别为1#、2#、3#、4#，将上述样件分别浸入编号为A、B、C、D的烧杯中，静置30s后取出，照片如附图1所示。将样件放置在盐雾试验机中，按盐雾试验参考标准:GB/T 2423.17，配置(5士0.5)％氯化钠，pH值为6.5～7.2，温度控制在(35±2)℃，降雾量为1～2mL/(h·cm²)，喷嘴压力为90～95kPa，时间为6小时。

如图2所示，浸泡过编号为A的本发明防锈剂的球墨铸铁样件1#，经过6小时盐雾试验取出观察，表面基本无锈迹，无变色情况。2#、3#、4#球墨铸铁样件，表面有轻微变花情况。

如图3所示，经过6小时盐雾试验取出球墨铸铁样件，经自然晾干后，均出现锈渍。但球墨铸铁样件1#锈渍最轻微，且表面无锈渍地方，仍呈现金属光泽。2#、3#、4#球墨铸铁样件不但表面锈渍较多，且表面出现较密集的黑色斑点，不再呈现金属光泽。这表明，编号为A的本发明防锈水原液，相对于其他编号的防锈水产品来讲，对黑色金属的耐盐雾试验效果最好。

分析本发明防锈剂A与市面常用防锈剂的配方。

其中防锈剂B配方：按质量百分比为，草酸3.5％，柠檬酸钠1.5％，十四烷基三甲基氯化铵2.5％，E-51环氧树脂8％，十二烷基硫酸钠1.5％，196不饱和聚酯树脂5.5％，EDTA二钠1.5％，乌洛托品0.5％，硼砂3％，尿素3％，三乙醇胺5％。

与本发明对比，编号为2#的金属防锈剂，主要依靠高分子树脂和螯合剂，在金属表面形成薄膜，隔绝空气，同时黏着除锈剂、防锈剂，防锈效果较好。但防锈剂中含有乌洛托品，尽管含量较低，长期接触，易导致皮炎。且清洗需要高碱度清洗剂，才能彻底清洗掉金属表面树脂薄膜及防锈成分。

其中防锈剂C配方：按质量百分比为，单宁酸20％，柠檬酸钠10％，聚天冬氨酸8％，钼酸钠1％，苯甲酸钠1％，聚乙二醇5，聚乙烯醇8％，凡士林5％，水余量。

与本发明对比，编号为3#的防锈剂，依靠的是单宁酸的鳌合性，与金属形成配合物，在金属表面形成一层致密的单分子保护膜，从而抑制金属被腐蚀。柠檬酸钠、钼酸盐也具有类似效果。但该防锈剂，本质上改变了金属表面结构，不利于需要金属表面回复原装，有可能影响金属的进一步加工，即对金属表面进步加工可能造成潜在影响。

其中防锈剂D配方：按质量百分比为，脂肪醇聚氧乙烯醚1％，乙二胺四乙酸8％，油酰胺基酸钠1％，三聚磷酸钠9％，亚硝酸钠5％，甘油7％，三乙醇胺8％，水余量。

与本发明对比，编号为4#的防锈剂，依靠的是乙二胺四乙酸的鳌合性，亚硝酸钠的氧化性、三聚磷酸钠的鳌合性、分酸性及碱性缓冲作用等。防锈的实质依然是在金属表面形成一层致密的氧化膜及螯合物保护膜。由于该产品含亚硝酸钠，在一定条件下生成的亚硝胺，易形成致癌物质。三聚磷酸钠富含磷，排入水体后容易造成水体的富营养化。因此该产品在实际使用中，对人体和环境友好型欠佳。

本发明提供的防锈剂，在保证防锈适用多材质的特性外，充分考虑了人体的安全性和环境友好性。不仅依靠组分中的鳌合性，软化硬水，去除金属离子，更是采用了有机分子特殊官能团的对金属表面的吸附，非极性基团则远离金属表面作定性排布，形成一层疏水膜，成为腐蚀反应物扩散的屏障，抑制腐蚀反应，实现对金属的防锈。在本发明提供配方中，将多种防锈添加剂复配使用，不仅充分考虑黑色金属的防锈组分，对铝及铝合金，铜及铜合金的防锈组分也进行组织优化，利用添加剂间的正协同作用原理，从而实现多材质高防锈效果。同时，本发明提供的防锈剂在需要去除防锈剂时，进行下一道加工工序时，用水冲洗即可除去防锈成分，易清洗。所使用的原材料，生物降解性好，对环境友好，且对人体刺激性极小。

应用对比例2

将本发明实施例1制备的防锈剂zz1001加水配置10％(质量百分比)防锈水工作液200mL，存放在烧杯中，编号为A。选取市面常用的防锈剂，加水配置10％(质量百分比)防锈水工作液200mL，存放在烧杯中，编号为B。将水200mL，存放在烧杯中，编号为C。

按质量比，配置含5％NaCl、含5％二氯异氰尿酸钠、水为90％的溶液600克，分别存放200克于三个不同的烧杯中，编号分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。

取线缆铜芯试件3根，编号分别为1#、2#、3#，分别浸泡在编号为A、B、C的烧杯中，静置30s后取出，分别放置在烘干箱内烘干，照片如图4所示。取出烘干后的1#、2#、3#铜芯试件，分别浸泡在编号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的烧杯中，静置10s后取出，自然晾干。

线缆铜芯试自然晾干后，观察铜芯表面图5所示，发现编号1#的试片表面略有变色，无明显锈蚀产生，2#的试片表面有深浅不一、无规则的锈蚀产生，3#的试片表面基本全面出现锈蚀。这表明本发明配置的防锈水在试件表面形成了一层致密保护膜，能够有效隔绝空气，避免发生腐蚀。市面普通应用的防锈剂配置的防锈水，虽然有一定的耐腐蚀作用，但面对含盐量高、氧化性强的腐蚀性溶液，耐腐蚀效果较差。本发明提供的防锈剂对铜件的耐腐蚀作用，明显优于市面普通应用的防锈剂。

分析本发明防锈剂A与市面常用防锈剂的配方。

其中编号为B的某铜及铜合金防锈剂配方：按质量百分比为，甲基苯骈三氮唑2％，酒精10％，三乙醇胺8％，余量为水。

与本发明对比，编号为B的铜及铜合金防锈剂，依靠的是甲基苯骈三氮唑吸附在铜金属表面形成一层很薄的膜，保护铜及其合金免受大气及有害介质的腐蚀，三乙醇胺起调节pH值及部分防锈作用。在普通环境中，该产品能对铜及铜合金起到耐腐蚀的防护作用。但在盐雾较重的海边环境(很多工厂建在沿海地带)，对铜的耐腐蚀防护作用就偏差。很多工厂的零部件涉及的材质类型较多，且有的零部件是黑色金属和铜及铜合金的组合，使用该产品就很难满足客户对材质的防锈要求。

本发明提供的防锈剂，不仅能满足铜及铜合金材质的耐腐蚀防护要求，而且利用配方中各组分的协同作用，提升了对及铜合金材质的耐腐蚀防护性能，更能满足工件多材质组合的耐腐蚀防护要求。因此，本发明使用面广，满足客户选用一种防锈产品，达到单一黑色金属材质防护、单一铜及铜合金材质防护、多种材质防护的共同要求。

上述实施例只是用于对本发明的举例和说明，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围内。

Claims (3)

1.一种环保型长效通用水基防锈剂，其特征是，所用原料及质量百分比如下：乙醇5%、苯并三氮唑0.5%、EDTA四钠盐4%、葡糖糖酸钠3%、三乙醇胺6%、无水偏硅酸钠2%、有机杂环三元羧酸6%、月桂酰基氨酸钠4%份、硼酸单乙醇胺3%、石油磺酸钠4%、苯甲酸钠2%、水余量。

2.如权利要求1所述的一种环保型长效通用水基防锈剂的制备方法，其特征是，按照如下步骤进行：先将计算称量的水加入到反应釜中，开启搅拌器，控制转速为60转/分钟，然后将计算称量的乙醇、苯并三氮唑、EDTA四钠盐、葡糖糖酸钠、三乙醇胺、无水偏硅酸钠、有机杂环三元羧酸、月桂酰基氨酸钠、硼酸单乙醇胺、石油磺酸钠、苯甲酸钠依次加入到反应釜中，每加一种原料都搅拌至充分溶解，搅拌至溶液呈外观均匀、不分层、淡黄色透明液体。

3. 如权利要求2所述的制备方法制备的一种环保型长效通用水基防锈剂在有色金属和黑色金属防锈的具体应用，其特征是，具体条件为：选取有色金属或黑色金属样片，将样件浸入制备好的水基防锈剂中，静置 30 s 后取出，自然晾干。