CN117904638A - 一种钢铁产品用气相缓蚀剂及其制备方法和应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢铁产品用气相缓蚀剂及其制备方法和应用方法，属于金属防锈领域。本发明的气相缓蚀剂，其原料按重量百分比计包括以下组分：10％～25％硅酸钠、5％～10％植酸、2％～4％硼砂、5％～10％苯甲酸或苯甲酸盐的至少一种、10％～20％尿素、20％～30％环己胺、5％～10％苯并三氮唑、5％～15％萘酚，硅油2％～15％。环己胺是指磷酸环己胺、碳酸环己胺中的至少一种。将本发明的气相缓蚀剂应用于冷轧钢卷和镀层钢卷，可以提高钢卷的防锈能力，减少钢卷锈蚀的发生。
Description
技术领域
本发明属于金属防锈领域，更具体地说，涉及一种钢铁产品用气相缓蚀剂及其制备方法和应用方法。
背景技术
冷轧钢卷在生产时会在钢卷表面涂防锈油并采用防锈纸密封包装以防止生锈，然而在实际使用过程中，因涂油量储运条件多变，仍有一些钢卷会发生锈蚀问题。随着环保要求越来越严格，部分行业下游用户为使钢卷在使用过程中更易清洗，要求钢卷涂油量的越来越低。钢卷降低涂油量会降低钢卷的防锈能力，在湿度大的环境中储运时，极易产生锈蚀，成为钢厂普遍存在的一个问题。除了冷轧钢卷，镀层钢卷有时也会发生锈蚀问题，比如一些镀锌钢卷在储运时表面产生白锈。目前低涂油钢卷仍无有效方法彻底杜绝锈蚀问题。
经检索，公开号CN104060271A的专利公开了一种气相缓蚀剂，按照质量百分比包括8％至15％的炔胺以及8％至15％的有机溶剂，余量为水，相比于亚硝酸二环己胺、碳酸环己胺等气相缓蚀剂，该设计的气相缓蚀剂毒副作用小，缓蚀效果更为显著；公开号CN111206251A的专利公开了一种水基气相防锈浓缩液，原料为棕榈油酸酰胺化合物防锈剂、气相缓蚀剂、氨基酸基三嗪类防锈剂、硝基苯甲酸醇胺盐、六次甲基四胺、苯甲酸单乙醇胺、特种水性防锈剂、金属络合剂、消泡剂以及成膜剂；公开号CN108034949A的专利公开了一种环保水基气相长效防锈液组合物，其组成原料为油酸衍生物防锈、三嗪类防锈剂、有机羧酸盐类防锈剂、六次甲基四胺、苯三唑类缓蚀剂、苯甲酸单乙醇胺、金属络合剂、消泡剂、水以及pH调节剂。上述设计均可应用于防锈，实践效果各有千秋，行业内对于钢铁防锈问题一直在不断研发中。
发明内容
1、要解决的问题
针对目前低涂油钢铁产品锈蚀问题较为明显的情况，本发明拟提供一种钢铁产品用气相缓蚀剂及其制备方法和应用方法，将本发明的气相缓蚀剂应用于冷轧钢卷和镀层钢卷，可以提高钢卷的防锈能力，减少钢卷锈蚀的发生。
2、技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
本发明提供一种钢铁产品用气相缓蚀剂，其原料按重量百分比计包括以下组分：10％～25％硅酸钠、5％～10％植酸、2％～4％硼砂、5％～10％苯甲酸或苯甲酸盐的至少一种、10％～20％尿素、20％～30％环己胺、5％～10％苯并三氮唑、5％～15％萘酚，2％～15％硅油。其中环己胺是指磷酸环己胺、碳酸环己胺中的至少一种。
本发明中同时提供上述钢铁产品用气相缓蚀剂的制备方法，步骤如下：
S1、将硼砂与水按照1:(1～1.5)的比例混合搅拌3～5分钟，一部分硼砂水解形成硼酸H3BO3和硼酸离子B(OH)4 -，然后加入部分硅酸钠，硅酸钠与硼砂混合比例为(1～1.5):1，搅拌3～5分钟，均匀混合，在80～100℃温度下进行干燥2～4分钟，使部分水蒸发；
实践中硼砂与水可选择按照如1:1、1:1.2、1:1.5等比例进行混合，优选按照1:1的比例混合，硅酸钠与硼砂可选择按照如1:1、1.25:1、1.4:1、1.5:1等比例进行混合，优选按照1.25:1的比例混合，反应充分，效果更好；搅拌时间如3min、4min、5min分钟均可；干燥温度可采用80℃、90℃、95℃、100℃等，干燥时间如2min、3min、4min分钟均可。
S2、将剩余的部分硅酸钠加入到植酸中，硅酸钠与植酸的混合比例为(1.5～2.5):1，温度30～60℃，搅拌1～3分钟，充分混合；实践中温度如30℃、40℃、50℃、60℃等均可，搅拌时间如1min、2min、3min分钟均可；硅酸钠与植酸的混合比例可采用如1.5:1、1.8:1、2:1、2.5:1等，优选按照2:1比例混合；植酸和硅酸钠发生反应，生成植酸钠和硅酸的胶状物质，通过控制硅酸钠与植酸的混合比例以生成更多的硅酸的胶状物质；胶状物质可以更好的包裹环己胺，延长缓蚀效果；
S3、苯甲酸及其盐、苯并三氮唑、尿素和环己胺进行充分混合，然后在避光的环境中加入萘酚，温度要求≤50℃，均匀混合后，采用压力机压制成型，具体可压制为直径0.5mm～1mm的球状或片状；
S4、将S1、S2、S3各自制得的混合物质在容器中进行混合搅拌，加入硅油后，采用压力机压制成型，具体可压制成直径2mm～10mm的球状或圆片状，形成缓释球或缓释片便于使用；然后采用冷冻干燥器在-15～-5℃的温度下进行冷冻干燥2～4小时，实践中干燥温度如-15℃、-10℃、-8℃、-5℃等，干燥时间如2h、3h、4h等。其中S1、S2、S3用于各自制备混合物，其并无先后顺序影响。
本发明的气相缓蚀剂，通过各物质协同配合作用，苯甲酸及其盐对金属有缓蚀作用，在金属表面生成薄的氧化膜，把金属和腐蚀介质隔离开来；尿素容易吸湿，可以吸附钢卷包装内残留的水分子，与植酸缓慢反应释放一些保护气体；环己胺可以产生吸附在金属表面缓蚀剂分子，常见的环己胺有铬酸二环己胺、磷酸环己胺、亚硝酸二环己胺、碳酸环己胺，但铬酸二环己胺、亚硝酸二环己胺对人体有一定毒害，本发明采用磷酸环己胺、碳酸环己胺中的至少一种，有效提高安全性；使用的苯并三氮唑其缓蚀剂分子的极性基可以吸附在金属表面，非极性基紧密排列，形成牢固的吸附膜；尤其本发明使用植酸和硅酸钠，植酸本身对金属没有缓蚀作用，硅酸钠也并非是传统的气相缓蚀剂，不能对钢铁进行缓蚀保护；但发现植酸和硅酸钠协同生成硅酸的胶状物质，形成硅凝胶，该凝胶具有高度多孔结构，包裹环己胺，与环己胺形成协同效应，延长缓蚀效果；另外植酸同金属络合时,易在金属表面形成一层致密的单分子保护膜，可以进一步延缓金属腐蚀，提升气相缓蚀剂的效果。其次，使用硼砂与其余缓蚀组分协同效应缓蚀保护钢卷，硼砂是酸性的，可以与硅酸钠发生反应，生成硅酸酸化钠和硼酸钠，硅酸酸化钠起增稠作用，使最终的缓蚀球成型抗压效果好，不易破碎。硼砂还可以在水中形成硼酸(H3BO3)和硼酸离子(B(OH)4 -)，与尿素反应生产可逆的N-甲基二异脲酰胺，延缓尿素分解速度，提升缓蚀保护时间。萘酚易挥发，挥发后可使压实的缓释球形成一定孔隙，增加缓释球的表面积；硅油的添加可以提高缓蚀剂组分之间的结合力，使其更易成型。
本发明同时提供上述钢铁产品用气相缓蚀剂的应用方法，将压制成型的缓蚀剂采用避光的防尘透气袋包装，钢卷进行密封包装前，将装有缓蚀剂的布袋置于钢卷侧面两边或钢卷内外侧，然后采用包装纸进行密封包装。优选地，将压制成型的缓蚀剂装于蜂窝材料中，缓蚀剂在蜂窝材料中呈单层或多层放置，然后采用避光的防尘透气袋包装。
3、有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明的气相缓蚀剂的制备方法，利用各组分相互配合协同作用，包括如：植酸和硅酸钠协同生成硅酸的胶状物质，形成硅凝胶，该凝胶具有高度多孔结构，包裹环己胺，与环己胺形成协同效应，延长缓蚀效果；另外植酸同金属络合时,易在金属表面形成一层致密的单分子保护膜，可以进一步延缓金属腐蚀，提升气相缓蚀剂的效果等。利用该气相缓蚀剂可以提高钢卷的防锈能力，减少钢卷锈蚀的发生。
附图说明
图1为实施例中所应用的蜂窝材料示意图；
图2为实施例中缓释球在蜂窝材料的分布俯视示意图；
图3为实施例1中产品存储6个月后表面未锈蚀的示意图；
图4为对比例1中产品存储1个月后锈蚀严重的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
实施例1
本实施例的钢铁产品用气相缓蚀剂，如表1所示，即按重量百分比计包括以下组分：19％硅酸钠、6％植酸、4％硼砂、5％苯甲酸、15％尿素、9％磷酸环己胺、20％碳酸环己胺、8％苯并三氮唑、9％萘酚、5％硅油。
其制备过程为：
将硼砂与水按照1:1混合后搅拌3min,加入部分硅酸钠，硅酸钠与硼砂质量比为1:1，搅拌3min,均匀混合在80℃温度下干燥4min；
将剩余的硅酸钠与植酸混合，30℃环境下搅拌3min；
将苯甲酸、苯并三氮唑、尿素和环己胺进行充分混合，在避光的环境中加入萘酚，温度20℃，采用压力机将缓蚀剂制作直径0.5mm的球状；
将上述制得的三种物质在容器中搅拌均匀，加入硅油后，采用压力机将缓蚀剂制作直径3mm的球状，再采用冷冻干燥器-15℃进行冷冻干燥3小时。
实践应用时，将缓蚀剂装入如图1所示的蜂窝材料的孔隙内然后置于布袋中封口，也可将小球直接置于布袋中；将装有缓蚀剂的布袋放置于钢卷两侧，钢卷涂油量为单面100mg/m2，然后将钢卷用包装纸进行包装密封。钢卷存储6个月后，检查表面状况如图3所示，钢卷表面无锈点。
实施例2
本实施例的钢铁产品用气相缓蚀剂，如表1所示，按重量百分比计包括以下组分：16.5％硅酸钠、7％植酸、2％硼砂、2％苯甲酸、7％苯甲酸钠、12％尿素、25.5％碳酸环己胺、7％苯并三氮唑、14％萘酚、7％硅油。
其制备过程为：
将硼砂与水按照1:1.1混合后搅拌5min,加入部分硅酸钠，硅酸钠与硼砂质量比为1.5:1，搅拌4min,均匀混合在100℃温度下干燥2min；
将剩余的硅酸钠与植酸混合，60℃环境下搅拌1min；
将苯甲酸及其盐、苯并三氮唑、尿素和环己胺进行充分混合，在避光的环境中加入萘酚，温度45℃，采用压力机将缓蚀剂制作直径1mm的球状；
将上述制得的三种物质在容器中搅拌均匀，加入硅油后，采用压力机将缓蚀剂制作直径6mm的球状，再采用冷冻干燥器-10℃进行冷冻干燥4小时。
实践应用时，将缓蚀剂装入蜂窝材料中，采用避光的防尘透气袋包装，将装有缓蚀剂的布袋放置于钢卷两侧，钢卷涂油量为单面200mg/m2，然后将钢卷用包装纸进行包装密封。近似地，本实施例的钢卷持续保护时间可达6个月。
实施例3
本实施例的钢铁产品用气相缓蚀剂，如表1所示，按重量百分比计包括以下组分：23.75％硅酸钠、10％植酸、3％硼砂、1％苯甲酸、4％苯甲酸钠、20％尿素、27％磷酸环己胺、5％苯并三氮唑、3％萘酚、3.25％硅油。
其制备过程为：
将硼砂与水按照1:1.5混合后搅拌4min,加入部分硅酸钠，硅酸钠与硼砂质量比为1.25:1，搅拌3min,均匀混合在90℃温度下干燥4min；
将剩余的硅酸钠与植酸混合，40℃环境下搅拌2min；
将苯甲酸及其盐、苯并三氮唑、尿素和环己胺进行充分混合，在避光的环境中加入萘酚，温度0℃，采用压力机将缓蚀剂制作直径0.7mm的球状；
将上述制得的三种物质在容器中搅拌均匀，加入硅油后，采用压力机将缓蚀剂制作直径5mm的球状，再采用冷冻干燥器-10℃进行冷冻干燥4小时。
实践应用时，将缓蚀剂装入蜂窝材料的孔隙内然后置于布袋中封口，也可将小球直接置于布袋中；将装有缓蚀剂的布袋放置于钢卷两侧，钢卷涂油量为单面200mg/m2，然后将钢卷用包装纸进行包装密封。钢卷持续保护时间可达6个月。
实施例4
本实施例的钢铁产品用气相缓蚀剂，如表1所示，按重量百分比计包括以下组分：21％硅酸钠、8％植酸、4％硼砂、3％苯甲酸、3％苯甲酸钠、20％尿素、10％磷酸环己胺、15％碳酸环己胺、5％苯并三氮唑、8％萘酚、硅油3％。
其制备过程为：
将硼砂与水按照1:1混合后搅拌3min,加入部分硅酸钠，硅酸钠与硼砂质量比为1.5:1，搅拌4min,均匀混合在80℃温度下干燥4min；
将剩余的硅酸钠与植酸混合，40℃环境下搅拌2min；
将苯甲酸及其盐、苯并三氮唑、尿素和环己胺进行充分混合，在避光的环境中加入萘酚，温度15℃，采用压力机将缓蚀剂制作直径0.7mm的球状；
将上述制得的三种物质在容器中搅拌均匀，加入硅油后，采用压力机将缓蚀剂制作直径2mm的球状，再采用冷冻干燥器-10℃进行冷冻干燥2小时。
实践应用时，将缓蚀剂装入如图1所示的蜂窝材料的孔隙内然后置于布袋中封口，也可将小球直接置于布袋中；将装有缓蚀剂的布袋放置于钢卷两侧，钢卷涂油量为单面50mg/m2，然后将钢卷用包装纸进行包装密封。钢卷持续保护时间可达6个月。
除钢铁产品外，经实践验证，本发明的气相缓蚀剂对多种金属(铜、铝、锌、镁等)都有保护作用，气相缓蚀剂除放置于钢卷包装中，也可置于密闭容器内保护金属零件防锈。
对比例1
本对比例直接将蜂窝材料采用避光的防尘透气袋包装，无缓蚀剂，将空的布袋置于钢卷两侧，钢卷涂油量为单面200mg/m2，然后将钢卷用包装纸进行包装密封。图4为钢卷存储1个月后的表面情况，钢卷表面有明显锈点。经实践，其钢卷持续保护时间仅有14天左右。
对比例2
本对比例提供的缓蚀剂组分如表1所示，不再赘述，仍采用与本发明类似的制备工艺，包括将硼砂与水为比例1:1混合，搅拌3分钟，加入硅酸钠，搅拌3分钟，均匀混合，在80℃温度下进行干燥4分钟；将剩余硅酸钠加入到植酸中，温度30℃，搅拌3分钟；将苯甲酸及其盐、苯并三氮唑、尿素和环己胺进行充分混合，在避光的环境中加入萘酚，温度20℃，采用压力机将缓蚀剂制作直径0.5mm的球状；将上述制得的几种物质在容器中搅拌均匀，加入硅油后，采用压力机将缓蚀剂制作直径3mm的球状；在采用冷冻干燥器-15℃进行冷冻干燥3小时。
将上述制得的缓释球装于蜂窝材料中，然后采用避光的防尘透气袋包装。将装有缓蚀剂的布袋放置于钢卷两侧，钢卷涂油量为单面100mg/m2，然后将钢卷用包装纸进行包装密封。经实践，其钢卷持续保护时间仅有3个月。
对比例3
本对比例提供的缓蚀剂组分如表1所示，符合本发明要求，但其制备工艺不符合要求，制备工艺过程为：将硼砂与水的比例为1:2混合，搅拌3分钟，加入硅酸钠，搅拌3分钟，均匀混合，在80℃温度下进行干燥4分钟；将硅酸钠加入到植酸中，温度90℃，搅拌3分钟；将苯甲酸及其盐、苯并三氮唑、尿素和环己胺进行充分混合，在避光的环境中加入萘酚，温度70℃，采用压力机将缓蚀剂制作直径3mm的球状；将上述几种物质在容器中搅拌均匀，加入硅油后，采用压力机将缓蚀剂制作直径8mm的球状；再采用冷冻干燥器0℃进行冷冻干燥4小时。
将上述制得的缓蚀剂装入蜂窝材料的孔隙内，然后置于布袋中封口，也可将小球直接置于布袋中，将装有缓蚀剂的布袋放置于钢卷两侧，钢卷涂油量为单面100mg/m2，然后将钢卷用包装纸进行包装密封。经实践，其钢卷持续保护时间仅有2个月。
对比例4
本对比例提供的缓蚀剂组分如表1所示，符合本发明要求，但其制备工艺不符合要求，制备工艺过程为：将硼砂与水的比例约为1:1混合，搅拌3分钟，加入硅酸钠，搅拌3分钟，均匀混合，在150℃温度下进行干燥4分钟；将硅酸钠加入到植酸中，温度90℃，搅拌3分钟；将苯甲酸及其盐、苯并三氮唑、尿素和环己胺进行充分混合，在避光的环境中加入萘酚，温度70℃，采用压力机将缓蚀剂制作直径0.5mm的球状；将上述几种物质在容器中搅拌均匀，加入硅油后，采用压力机将缓蚀剂制作直径3mm的球状；再采用干燥箱100℃进行干燥3小时。
将上述制得的缓蚀剂装入蜂窝材料的孔隙内，然后置于布袋中封口，也可将小球直接置于布袋中，将装有缓蚀剂的布袋放置于钢卷两侧，钢卷涂油量为单面100mg/m2，然后将钢卷用包装纸进行包装密封。经实践，其钢卷持续保护时间仅有1个月。
对比例5
本对比例提供的缓蚀剂组分如表1所示，符合本发明要求，但其制备工艺不符合要求，制备工艺过程为：将缓蚀剂的10种组分按比例添加，在容器中搅拌均匀，加入硅油后，采用压力机将缓蚀剂制作直径8mm的球状；再采用冷冻干燥器0℃进行冷冻干燥4小时。
将上述制得的缓释球装入蜂窝材料的孔隙内，然后置于布袋中封口，也可将小球直接置于布袋中；将装有缓蚀剂的布袋放置于钢卷两侧，钢卷涂油量为单面100mg/m2，然后将钢卷用包装纸进行包装密封。经实践，其钢卷持续保护时间仅有2个月。
表1缓蚀剂组成
表2对钢卷的保护效果
本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种钢铁产品用气相缓蚀剂，其特征在于，其原料按重量百分比计包括以下组分：10％～25％硅酸钠、5％～10％植酸、2％～4％硼砂、5％～10％苯甲酸或苯甲酸盐的至少一种、10％～20％尿素、20％～30％环己胺、5％～10％苯并三氮唑、5％～15％萘酚、2％～15％硅油。
2.根据权利要求1所述的一种钢铁产品用气相缓蚀剂，其特征在于：环己胺是指磷酸环己胺、碳酸环己胺中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的钢铁产品用气相缓蚀剂的制备方法，其特征在于，步骤如下：
S1、将硼砂与水混合并均匀搅拌，一部分硼砂水解形成硼酸H3BO3和硼酸离子B(OH)4 -，然后加入部分硅酸钠，均匀混合搅拌并进行加热干燥，使部分水蒸发；
S2、将部分硅酸钠加入到植酸中，加热并均匀搅拌混合；
S3、苯甲酸及其盐、苯并三氮唑、尿素和环己胺进行充分混合，然后在避光的环境中加入萘酚，均匀混合后，采用压力机压制成型；
S4、将S1、S2、S3各自制得的混合物质进行混合搅拌，加入硅油后，采用压力机压制成型，然后冷冻干燥处理。
4.根据权利要求3所述的一种钢铁产品用气相缓蚀剂的制备方法，其特征在于：S1中所使用的硅酸钠与硼砂的质量比例为(1.0～1.5):1，硼砂与水按照1:(1～1.5)的比例混合搅拌；将硼砂与水混合搅拌3～5分钟后，加入硅酸钠，继续搅拌3～5分钟，然后在80～100℃温度下进行干燥2～4分钟，使部分水蒸发。
5.根据权利要求3所述的一种钢铁产品用气相缓蚀剂的制备方法，其特征在于：S2中所使用的硅酸钠与植酸的混合比例为(1.5～2.5):1，加热温度为30～60℃，搅拌1～3分钟充分混合。
6.根据权利要求3所述的一种钢铁产品用气相缓蚀剂的制备方法，其特征在于：S3中温度要求≤50℃环境下进行充分混合。
7.根据权利要求3所述的一种钢铁产品用气相缓蚀剂的制备方法，其特征在于：S4中采用冷冻干燥器在-15～-5℃的温度下进行冷冻干燥2～4小时。
8.根据权利要求3所述的一种钢铁产品用气相缓蚀剂的制备方法，其特征在于：S3中将混合物压制为直径0.5mm～1mm的球状或片状，S4中将混合物压制为直径2mm～10mm的球状或片状，形成缓释球或缓释片。
9.一种钢铁产品用气相缓蚀剂的应用方法，采用如权利要求3-8任一项所述的方法制备出的缓蚀剂，其特征在于：将压制成型的缓蚀剂采用避光的防尘透气袋包装，钢卷进行密封包装前，将装有缓蚀剂的布袋置于钢卷侧面两边或钢卷内外侧，然后采用包装纸进行密封包装。
10.根据权利要求9所述的一种钢铁产品用气相缓蚀剂的应用方法，其特征在于：将压制成型的缓蚀剂装于蜂窝材料中，缓蚀剂在蜂窝材料中呈单层或多层放置，然后采用避光的防尘透气袋包装。
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