CN115926512B - 一种带锈涂料用离子液体缓蚀剂、带锈涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于有机材料技术领域，具体涉及一种带锈涂料用离子液体缓蚀剂、带锈涂料及其制备方法。其中离子液体缓蚀剂，组成包括离子液体、碘化物和去离子水，所述离子液体、碘化物和去离子水的质量配比为1‑100:1‑50:1000。本发明制备的带锈涂料不干扰有机酸对铁锈的完全转化，却能有效抑制有机酸对钢铁自身的腐蚀，明显降低钢铁表面的腐蚀速率，提高带锈涂料在钢铁表面的附着力；制备方法合成过程简单，生产成本低，有利于其工业推广。
Description
技术领域
本发明属于有机材料技术领域，具体涉及一种带锈涂料用离子液体缓蚀剂、带锈涂料及其制备方法。
背景技术
据统计，每年由于金属腐蚀造成的钢铁损失约占当年钢产量的10～20％，金属腐蚀事故引起的停产、停电等间接损失就更无法计算。对于直接暴露在腐蚀介质中的钢材，在腐蚀过程中表面会产生铁锈，会加速金属的腐蚀，从而造成更大的经济损失。相较于传统锈处理的方式，在涂装前必须将钢铁表面的铁锈清除干净，否则铁锈疏松的结构会影响涂层的形成，起不到良好的防腐效果，且在处理涂层的过程中会产生额外的成本与污染，带锈涂料能够直接刷涂于铁锈表面，与铁锈反应形成保护性的钝化膜层，从而达到不必除锈，就能够在钢铁表面直接涂覆起到最为经济有效的作用。这种涂料对带锈钢铁进行表面处理，可降低劳动强度，提高劳动生产率，施工方便、高效且环保。
带锈涂料关键成分为有机酸(单宁酸、没食子酸、多聚磷酸等)，通过有机酸与铁锈反应形成钝化膜，起到除锈且防止钢铁表面腐蚀的双重作用。然而，带锈涂料中的有机酸腐蚀性能太强，除了能去除铁锈外，还能与钢铁自身反应，造成二次腐蚀。因此，在带锈涂料中添加离子液体缓蚀剂，是解决有机酸对钢铁自身腐蚀的重要方法。
现有技术主要是使用重铬酸盐作为带锈涂料中的缓蚀剂，尽管具有一定的缓蚀效果，但重铬酸钾属于高毒致癌的管制物质，不满足环境友好型涂料的发展趋势，在欧美国家已被明确限制加入到某些品种的涂料中。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种带锈涂料用离子液体缓蚀剂、带锈涂料及其制备方法。
为了实现以上目的，本发明的技术方案之一为：一种带锈涂料用离子液体缓蚀剂，其组成包括离子液体、碘化物和去离子水，所述离子液体、碘化物和去离子水的质量配比为1-100:1-50:1000。
在本发明的一个优选实施方案中，所述离子液体为[LSA][Cl]、[LSB][Cl]、[LSC][Cl]中的至少一种，[LSA][Cl]、[LSB][Cl]、[LSC][Cl]的结构式分别如下：
在本发明的一个优选实施方案中，所述碘化物为碘化钠和/或碘化钾。
在本发明的一个优选实施方案中，所述离子液体、碘化物和去离子水的质量配比为50-60:20-25:1000。
为了实现以上目的，本发明的技术方案之二为：一种带锈涂料用离子液体缓蚀剂的制备方法，具体包括如下步骤：将离子液体和碘化物依次加入到去离子水中，于0-100℃下搅拌0.1-8h，即成。
为了实现以上目的，本发明的技术方案之三为：一种含有上述离子液体缓蚀剂的带锈涂料组合物，包括离子液体缓蚀剂、有机酸和涂料基体。
在本发明的一个优选实施方案中，所述带锈涂料用离子液体缓蚀剂、有机酸和涂料基体的质量配比为1-10:50-100:100。
在本发明的一个优选实施方案中，所述有机酸为单宁酸、没食子酸中的至少一种。
在本发明的一个优选实施方案中，所述涂料基体为丙烯酸涂料、环氧树脂涂料、醇酸涂料和聚氨酯涂料中的至少一种。
为了实现以上目的，本发明的技术方案之四为：一种带锈涂料组合物的制备方法，具体包括：将有机酸和带锈涂料用离子液体缓蚀剂依次加入到涂料基体中，于0-100℃下搅拌0.1-8h，即成。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明通过将无毒无公害的离子液体与其他特定助剂进行复配，能够克服传统离子液体缓蚀剂毒性大、对环境和人体有害的缺点，达到绿色环保的要求。
2、本发明应用于带锈涂料中，不干扰有机酸对铁锈的完全转化，却能有效抑制有机酸对钢铁自身的腐蚀，明显降低钢铁表面的腐蚀速率，提高带锈涂料在钢铁表面的附着力。
3、本发明的制备方法合成过程简单，生产成本低，有利于其工业推广。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例对本发明进行更详细地描述，但本发明的保护范围并不受限于这些实施例。
一种带锈涂料用离子液体缓蚀剂，其组成包括离子液体、碘化物和去离子水，所述离子液体、碘化物和去离子水的质量配比为1-100:1-50:1000。
所述离子液体为[LSA][Cl]、[LSB][Cl]、[LSC][Cl]中的至少一种，[LSA][Cl]、[LSB][Cl]、[LSC][Cl]的结构式分别如下：
所述碘化物为碘化钠和/或碘化钾。
所述离子液体、碘化物和去离子水的质量配比为50-60:20-25:1000。
一种带锈涂料用离子液体缓蚀剂的制备方法，具体包括如下步骤：将离子液体和碘化物依次加入到去离子水中，于0-100℃下搅拌0.1-8h，即成。
一种含有上述离子液体缓蚀剂的带锈涂料组合物，包括离子液体缓蚀剂、有机酸和涂料基体。
所述带锈涂料用离子液体缓蚀剂、有机酸和涂料基体的质量配比为1-10:50-100:100。
所述有机酸为单宁酸、没食子酸中的至少一种。
所述涂料基体为丙烯酸涂料、环氧树脂涂料、醇酸涂料和聚氨酯涂料中的至少一种。
一种带锈涂料组合物的制备方法，具体包括：将有机酸和带锈涂料用离子液体缓蚀剂依次加入到涂料基体中，于0-100℃下搅拌0.1-8h，即成。
实施例1
制备一种带锈涂料用离子液体缓蚀剂：将100g的[LSA][Cl]与50g的碘化钠依次加入到1L的去离子水中，于25℃下搅拌8h，即得带锈涂料用离子液体缓蚀剂。
实施例2
制备一种带锈涂料用离子液体缓蚀剂：将80g的[LSB][Cl]与40g的碘化钠依次加入到1L的去离子水中，于35℃下搅拌4h，即得带锈涂料用离子液体缓蚀剂。
实施例3
制备一种带锈涂料用离子液体缓蚀剂：将60g的[LSC][Cl]与30g的碘化钠依次加入到1L的去离子水中，于45℃下搅拌6h，即得带锈涂料用离子液体缓蚀剂。
实施例4
制备一种带锈涂料用离子液体缓蚀剂：将50g的[LSA][Cl]与20g的碘化钠依次加入到1L的去离子水中，于55℃下搅拌5h，即得带锈涂料用离子液体缓蚀剂。
实施例5
制备一种带锈涂料用离子液体缓蚀剂：将70g的[LSB][Cl]与25g的碘化钠依次加入到1L的去离子水中，于65℃下搅拌3h，即得带锈涂料用离子液体缓蚀剂。
实施例6
制备一种带锈涂料用离子液体缓蚀剂：将55g的[LSC][Cl]与24g的碘化钠依次加入到1L的去离子水中，于75℃下搅拌2h，即得带锈涂料用离子液体缓蚀剂。
实施例7
制备一种带锈涂料用离子液体缓蚀剂：将10g的[LSA][Cl]与15g的碘化钠依次加入到1L的去离子水中，于100℃下搅拌1h，即得带锈涂料用离子液体缓蚀剂。
实施例8
制备一种带锈涂料用离子液体缓蚀剂：将8g的[LSB][Cl]与10g的碘化钠依次加入到1L的去离子水中，于90℃下搅拌0.5h，即得带锈涂料用离子液体缓蚀剂。
实施例9
制备一种带锈涂料用离子液体缓蚀剂：将6g的[LSC][Cl]与8g的碘化钠依次加入到1L的去离子水中，于80℃下搅拌1.5h，即得带锈涂料用离子液体缓蚀剂。
实施例10
制备一种带锈涂料用离子液体缓蚀剂：将5g的[LSA][Cl]与6g的碘化钠依次加入到1L的去离子水中，于60℃下搅拌2.5h，即得带锈涂料用离子液体缓蚀剂。
实施例11
制备一种带锈涂料用离子液体缓蚀剂：将3g的[LSB][Cl]与4g的碘化钠依次加入到1L的去离子水中，于40℃下搅拌4.5h，即得带锈涂料用离子液体缓蚀剂。
实施例12
制备一种带锈涂料用离子液体缓蚀剂：将1g的[LSC][Cl]与1g的碘化钠依次加入到1L的去离子水中，于20℃下搅拌5.5h，即得带锈涂料用离子液体缓蚀剂。
实施例13
制备一种含有离子液体缓蚀剂的带锈涂料：向100g丙烯酸乳液中加入10g实施例1-12所得的带锈涂料用离子液体缓蚀剂和60g的单宁酸，80℃下搅拌4h，得到带锈涂料，作为测试组。
对比例1
制备一种未加入离子液体缓蚀剂的带锈涂料：向100g丙烯酸乳液中加入60g的单宁酸，80℃下搅拌4h，得到带锈涂料，作为对照组。
性能测试：准备铁锈厚度为60μm的普通碳钢，碳钢规格为10cm(长)×8cm(宽)，在碳钢表面分别均匀涂覆一层实施例13和对比例1中制得的带锈涂料，涂覆后水平放置24h自然干燥。使用LK3200A电化学工作站测量计算碳钢表面的腐蚀速率。使用Elcometer F106附着力测试仪测量计算涂覆剂在碳钢表面的附着力。
测试结果如下表：
| 离子液体缓蚀剂来源 | 腐蚀速率，g/(m2·h) | 附着力，MPa |
| 实施例1 | 1.02×10-3 | 3.8 |
| 实施例2 | 1.68×10-3 | 3.8 |
| 实施例3 | 2.13×10-3 | 3.7 |
| 实施例4 | 2.57×10-3 | 3.5 |
| 实施例5 | 2.89×10-3 | 3.4 |
| 实施例6 | 3.17×10-3 | 3.3 |
| 实施例7 | 8.86 | 1.8 |
| 实施例8 | 12.27 | 1.5 |
| 实施例9 | 32.18 | 1.2 |
| 实施例10 | 59.72 | 0.9 |
| 实施例11 | 100.62 | 0.8 |
| 实施例12 | 179.85 | 0.6 |
| 对比例1 | 238.25 | 0.5 |
从本发明实施例和对比例的测定结果可看出：在实施例1至6中加入有大量的离子液体缓蚀剂，在性能测试中碳钢表面的腐蚀速率极低，涂覆剂在碳钢表面的附着力超过3MPa；在实施例7-12中加入有少量的离子液体缓蚀剂，在性能测试中碳钢表面的腐蚀速率急剧增加，涂覆剂在碳钢表面的附着力小于2MPa；在对照组中未加入离子液体缓蚀剂，在性能测试中碳钢表面的腐蚀速率高达238.25g/(m2·h)，涂覆剂在碳钢表面的附着力仅为0.5MPa。测试结果说明加入的离子液体缓蚀剂起到了降低腐蚀速率和提高附着力的作用，解决了带锈涂料使用过程中有机酸对碳钢自身腐蚀的问题。本发明的带锈涂料用离子液体缓蚀剂用于带锈涂料中具有良好的防腐效果。
上述实施例仅是本发明的优化实施方法，用以例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。应当指出，对于任何熟习此项技艺的人士在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修改，这些修改也应视为本发明的保护范畴。
Claims (7)
1.一种适用于碳钢的带锈涂料用离子液体缓蚀剂，其特征在于，其组成包括离子液体、碘化物和去离子水；
所述离子液体为[LSA][Cl]、[LSB][Cl]、[LSC][Cl]中的至少一种，[LSA][Cl]、[LSB][Cl]、[LSC][Cl]的结构式分别如下：
所述碘化物为碘化钠和/或碘化钾；所述离子液体、碘化物和去离子水的质量配比为50-60:20-25:1000。
2.如权利要求1所述的离子液体缓蚀剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将离子液体和碘化物依次加入到去离子水中，于0-100℃下搅拌0.1-8h即得。
3.一种含有如权利要求1所述的离子液体缓蚀剂的带锈涂料组合物，其特征在于，包括离子液体缓蚀剂、有机酸和涂料基体。
4.如权利要求3所述的带锈涂料组合物，其特征在于，所述带锈涂料用离子液体缓蚀剂、有机酸和涂料基体的质量配比为1-10:50-100:100。
5.如权利要求3所述的带锈涂料组合物，其特征在于，所述有机酸为单宁酸、没食子酸中的至少一种。
6.如权利要求3所述的带锈涂料组合物，其特征在于，所述涂料基体为丙烯酸涂料、环氧树脂涂料、醇酸涂料和聚氨酯涂料中的至少一种。
7.如权利要求3-6任一项所述的带锈涂料组合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将有机酸和带锈涂料用离子液体缓蚀剂依次加入到涂料基体中，于0-100℃下搅拌0.1-8h即得。
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