專利名稱：一種水基中性鋼鐵無鉻強(qiáng)鈍化劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以高分子螯合劑為主要成份的一種水基中性鋼鐵無鉻強(qiáng)鈍化劑。
背景技術(shù)：
鋼鐵材料的腐蝕無時無刻不在發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年約有10％的鋼材因?yàn)楦g而無法回收。為防止腐蝕，減少因鋼鐵材料腐蝕而造成的巨大損失，就必須采取各種各樣的防腐方法，對鋼鐵表面進(jìn)行處理以提高其耐腐蝕性能就是其中一種手段，而傳統(tǒng)的鋼鐵表面處理方法存在著使用有害物質(zhì)而使得環(huán)境負(fù)荷較大的問題。目前采用的方法主要有磷化法、油性防銹劑、水性防銹、水性樹脂清漆，水性樹脂漆，水性緩蝕型防銹、鈍化等方法。
鋼鐵經(jīng)磷化后，雖具有一定的油漆附著力和防腐蝕性，但只能作為涂裝前處理的手段，如單獨(dú)使用仍需要進(jìn)行封閉處理來達(dá)到所需的耐蝕性；它不是一種理想的最終鈍化處理手段。且磷化液中一般含有亞硝酸鹽和Mn2+、Ni2+等有毒有害成份。而近年來國內(nèi)外對廢水中重金屬離子的含量有嚴(yán)格限制，我國目前的排放標(biāo)準(zhǔn)為1mg/L，而德國的排放標(biāo)準(zhǔn)要求不超過0.5ppm。
水性防銹是目前防銹行業(yè)最熱門的話題。其原因是油性防銹劑已難適應(yīng)目前的環(huán)保要求。油性防銹劑通常都含有易揮發(fā)的有機(jī)溶劑，有機(jī)溶劑本身大都有毒易燃，其揮發(fā)物對大氣、水源的污染也是很現(xiàn)實(shí)的環(huán)保問題。有機(jī)溶劑殘留在固化膜中的緩慢釋放過程，造成的對工廠、操作人員造成的健康損害也是不爭的事實(shí)。另外，有機(jī)溶劑本身的高成本，也使油性防銹劑在市場上越來越失去競爭力。
對于水性防銹劑(尤其是全水性防銹劑)而言，目前面臨的問題是需要提高功能劑的防銹能力，以滿足市場對其防銹功能和使用方便性的要求。
水性樹脂清漆，是不加入固料和色料的水性樹脂溶液或乳化液。
水性樹脂漆，是加入固料和色料的水性樹脂懸浮液或乳化懸浮液。
二者的原理都是利用干燥固化后的樹脂膜，覆蓋在鋼鐵/鑄鐵表面，阻隔鋼鐵/鑄鐵表面鐵原子與空氣和水的接觸，達(dá)到相應(yīng)的防銹目的。
水性樹脂清漆和水性樹脂漆的防銹效果一般都較好。其存在的缺陷是通常都能用目視或手感察覺到其存在，無法完整地保持工件原有外觀；成本極高；需二次加工的工件不宜使用，否則面臨除去樹脂膜的問題；防火性能差；通常都有微量有機(jī)溶劑污染。水性緩蝕型防銹劑該緩蝕劑是一種近年來被廣泛使用的防銹功能劑。其原理是利用緩蝕劑對新生成的鋼鐵/鑄鐵表面鐵原子的吸附功能，覆蓋在鋼鐵/鑄鐵表面，阻隔鋼鐵/鑄鐵表面鐵原子與空氣的接觸，從而達(dá)到相應(yīng)的防銹目的。
由于緩蝕劑只是吸附型的，因此其結(jié)合功能弱，易在溶劑存在及潮熱環(huán)境中被破壞。因此，緩蝕型防銹劑一般只能做短期防銹使用。在潮熱環(huán)境下會迅速喪失其防銹功能。最常見的無機(jī)緩蝕型防銹劑主要有亞硝酸鈉與純堿的復(fù)合液。常見的有機(jī)緩蝕型防銹劑是石油磺酸鹽、有機(jī)膦胺類復(fù)合液。
現(xiàn)有鋼鐵的鈍化主要采用鉻酸或鉻酸鹽的稀溶液進(jìn)行封閉，這種方法具有優(yōu)良的耐蝕性、低成本等優(yōu)點(diǎn)。但是，該鈍化劑中均含有對人體有害的六價鉻(Cr6+)，它具有致癌性，廢水處理困難，成本高。目前，我國對含Cr6+廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)要求十分嚴(yán)格，Cr6+不超過0.1mg/m3；另外歐盟委員會和歐洲議會頒布的電子電器設(shè)備廢棄物的指令(WEEE)和電子電器設(shè)備中限制使用某些有害物質(zhì)的指令(RoHS)，都明確規(guī)定了對六價鉻使用的嚴(yán)格限制。因此，無鉻化是鋼鐵表面處理技術(shù)的發(fā)展所面臨的重大挑戰(zhàn)，開發(fā)無鉻鈍化產(chǎn)品顯得尤為重要和必要。近年來，國內(nèi)外對于無鉻鈍化工藝的研究十分活躍，典型的工藝中均采用和鉻同屬VIA族的鉬酸鹽、鎢酸鹽、稀土金屬鹽等，但研究領(lǐng)域主要集于鍍鋅鍍錫件、鋼鐵以及鋁及鋁合金的無鉻鈍化，如英國Loughborough大學(xué)研究了鉬酸鹽鈍化處理過程中的電化學(xué)特性，結(jié)果表明鉬酸鹽鈍化可以提高鋅、錫等金屬耐蝕性，但總體效果不如鉻酸鹽鈍化。
黃可坤發(fā)明的一種無鉻鈍化液(專利申請?zhí)?0040108)，其特征在于游離元素形成的鹽、絡(luò)合劑、氧化還原劑等組成，可解決現(xiàn)有鍍鋅層及鈍化液中含有有害的六價鉻和三價鉻元素問題，實(shí)現(xiàn)對電鍍鋅層和熱鍍鋅層的鈍化，但未解決鋼鐵中長期防腐問題。
劉萬青發(fā)明的銅質(zhì)制冷件無鉻鈍化劑(專利申請?zhí)?00410041702)，其特征在于鈍化液由有機(jī)酸、磷酸鈉、氨基三叉磷酸、丙烯酸銨等組成。主要解決銅質(zhì)制冷管無鉻鈍化問題。
陳錦虹等發(fā)明的用于保護(hù)鍍鋅層的無鉻鈍化及其涂覆方法(專利申請?zhí)?0000404)，其特征在于鈍化液由丙烯酸酯、鉬酸鹽等組成，主要解決電鍍鋅、熱鍍鋅、熱噴涂鋅等表面無鉻鈍化問題。。
楊延檢發(fā)明的一種處理鋼鐵表面的鈍化液(專利申請?zhí)?8109199)，其特征在于由磷酸、酒石酸、N1N-二甲基甲酰胺、苯并三氮唑、銅酸胺等組成，可適用于各種涂裝前上漆、噴漆等工藝要求。(專利申請?zhí)?8109199)。
汪軒義等發(fā)明的不銹鋼表面鈍化膜技術(shù)。其特征在于采用3號氧化性的酸溶液及稀土添加劑組成的鈍化液。解決了不銹鋼表面鈍化問題。
另外，Cowleson DR，Scholefield AR，Passivatio of Tin-Zinc Alloy coated steel.TransIMF.1985，63(2)56等研究了鎢酸鹽鈍化Sn-Zn合金的方法，并得出了其抗?jié)裱h(huán)試驗(yàn)性能差于鉬酸鹽和鉻酸鹽鈍化的結(jié)論。
Deck PD，Reichgott DW.Characterization of chromion-Feee NORinse PrePaint Coatingson Aluminum and Galvanized Steel.Met Fin，1992，90(9)2等發(fā)明一種基于H2ZrF6的可自然干燥的無鉻鈍化液，是作為涂漆的前處理，而不是一種最終鈍化處理。
開發(fā)鋼鐵無鉻表面處理技術(shù)，首先應(yīng)了解鉻酸鹽系鈍化的機(jī)理。當(dāng)含有六價鉻的處理藥品與金屬表面接觸后，部分六價鉻被還原并在金屬表面形成一層三價鉻的水合氧化物的致密皮膜。這層膜可以在很大程度上阻隔環(huán)境中水、氧分、鹽分等腐蝕性物質(zhì)侵入到金屬表面，被還原形成的三價鉻水合氧化物形成新的皮膜能修復(fù)損傷部位。這兩種功能的相互配合作用，使得含鉻皮膜具有較好的耐腐蝕性能。
在尋找鉻酸鹽的替代物過程中，人們尚未發(fā)現(xiàn)某一種無機(jī)或有機(jī)物具有與鉻酸相近的成膜性和自我修復(fù)能力。
研究表明鋼鐵無鉻鈍化劑的開發(fā)，必須走復(fù)合組成型的技術(shù)路線。即由多種具有優(yōu)良的某種單一功能的有機(jī)/無機(jī)物復(fù)配形成在成膜性及自我修復(fù)能力上均有良好性能的無鉻鈍化劑。這種無鉻鈍化劑一般由成膜劑和緩蝕劑兩大類復(fù)配而成。其中成膜劑的主要成分由螯合劑等復(fù)合而成，這樣能使成膜的致密性得到了最大程度的強(qiáng)化。同樣，起到自我修復(fù)作用的緩蝕劑也是由多種金屬化合物及有機(jī)螯合劑復(fù)合而成。這樣做主要是為了發(fā)揮不同緩蝕劑的各自特長，使其總體緩蝕效果達(dá)到或接近六價鉻鈍化劑水平。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種既能使鋼鐵件保持良好防腐蝕性能，又能有利于環(huán)境保護(hù)、簡化操作工藝的一種水基中性鋼鐵無鉻強(qiáng)鈍化劑。
實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的的技術(shù)方案如下一種水基中性鋼鐵無鉻強(qiáng)鈍化劑，由下列重量份的化學(xué)原料復(fù)配而成高分子螯合劑 500g-1000g輕稀土 30g-60g鉬酸鹽 200g-250g三苯環(huán)咪唑啉季銨鹽 40g-50g肌醇六磷酸酯 200g-250g硫酸羥胺(HAS) 300g-400g水 8730g-7990g。
所述鉬酸鹽為鉬酸鈉，或?yàn)殂f酸胺。
所述輕稀土為鑭(La)，或?yàn)殁?Ce)。
所述高分子螯合劑為乙二胺二鄰羥苯基大乙酸鐵鈉。
所述三苯環(huán)咪唑啉季銨鹽與鉬酸鹽的復(fù)配重量比為1∶5。
按上述配方將三苯環(huán)咪唑啉季銨鹽與鉬酸鹽分別加入2400g-3000g水中混合攪拌使其充分反應(yīng)全部溶解得其半成品；然后分別依次按配方比例加入剩余的水、高分子螯合劑、輕稀土、硫酸羥胺(HAS)、肌醇六磷酸酯，充分?jǐn)嚢枞芙庵瞥伤行凿撹F無鉻強(qiáng)鈍化劑成品。
其中高分子螯合劑作為主要功能成膜劑。該高分子螯合劑分子結(jié)構(gòu)式為 所形成高分子金屬螯合物它能與鋼鐵/鑄鐵中的鐵原子形成單分子螯合物，該螯合物具有螯合常數(shù)大，性能穩(wěn)定、導(dǎo)電性好，抗鹽霧、防腐能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。輕稀土作為添加劑可顯著提高鈍化膜的耐蝕性和鈍化速度。肌醇六磷酸酯與金屬原子絡(luò)合時，易形成一層致密的單分子有機(jī)保護(hù)膜，能有效地阻止氧氣等接觸金屬表面，從而抑制金屬的腐蝕。三苯環(huán)咪唑啉季銨鹽由于其分子上多個苯環(huán)的覆蓋作用，而具有較高的緩蝕作用，緩蝕效果良好。鉬酸鹽在一定濃度條件下與其金屬表面能形成一層轉(zhuǎn)化膜，這種轉(zhuǎn)化膜可增強(qiáng)金屬防腐性能。硫酸羥胺(HAS)的加入是更好地增強(qiáng)膜層的保護(hù)性，與以上原料協(xié)同作用以獲得良好耐蝕性能。
將上述配方中的原料混合后，可制成無毒、無害的鈍化液，并采用浸涂或噴涂的方法對鋼鐵進(jìn)行鈍化。
具體的配制方法是按比例將合成好的三苯環(huán)咪唑啉季銨與鉬酸鹽加入其混合重量10倍的水中混合攪拌使其充分反應(yīng)得到半成品。將配方量的水加溫到40℃-50℃然后分別依次按比例加入乙二胺二鄰羥苯基大乙酸鐵鈉、輕稀土、肌醇六磷酸酯、硫酸羥胺(HAS)和已制好的三苯環(huán)咪唑啉季銨與鉬酸鹽混合反應(yīng)得到的半成品、充分溶解即可。
本發(fā)明在使用時按1∶10加水，配制成工作液后使用。經(jīng)10倍稀釋后，在不同的酸度下其分解速度的變化曲線見圖1圖1中工作液在PH 6.0-8.3范圍內(nèi)是很穩(wěn)定的，但在PH 5.7以下的偏酸環(huán)境，和PH 8.3以上的偏堿環(huán)境，分解速度會迅速加快。
以下是本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)比較本發(fā)明與各種水性防銹劑的優(yōu)缺點(diǎn)比較

本發(fā)明與各種化學(xué)轉(zhuǎn)化膜鹽霧實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

上述表列數(shù)據(jù)表明本發(fā)明無毒環(huán)保，使用方便，處理面積大，成本低?？寡趸瘎┑男Ч攘谆ばЧ茫_(dá)到和超過有鉻鈍化。是一種極好的新型強(qiáng)轉(zhuǎn)化膜產(chǎn)品。
本發(fā)明的技術(shù)效果從鋼鐵防銹性能對比中得以充分體現(xiàn)，本發(fā)明中的無鉻強(qiáng)鈍化劑防腐效果好，中性環(huán)保，使用簡單。膜層薄，腐蝕性小，精度高，可用于精密機(jī)械及其它鋼鐵制件的中長期防腐。


圖1為工作液在不同的酸度下分解速度的變化曲線圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，通過實(shí)例對本發(fā)明作進(jìn)一步地描述。
實(shí)施例1分別稱取三苯環(huán)咪唑啉季銨鹽40g，鉬酸鈉200g，放入2400g水容器內(nèi)混合均勻攪拌，至徹底溶解狀制成半成品備用。稱取6330g水放入容器中加熱至40℃，依次加入乙二胺二鄰羥苯基大乙酸鐵鈉500g、輕稀土鑭(La)30g、肌醇六磷酸酯200g、硫酸羥胺(HAS)300g充分?jǐn)嚢锜o顆粒狀即可，即可得到10kg水基中性鋼鐵無鉻強(qiáng)鈍化劑。
實(shí)例2分別稱取三苯環(huán)咪唑啉季銨鹽50g，鉬酸銨250g，放入3000g水容器內(nèi)混合均勻攪拌，至徹底溶解狀制成半成品備用。稱取4990g水放入容器中加熱至40℃，依次加入乙二胺二鄰羥苯基大乙酸鐵鈉1000g、輕稀土鈰(Ce)60g、肌醇六磷酸酯250g、硫酸羥胺(HAS)400g充分?jǐn)嚢锜o顆粒狀即可，即可得到10kg水基中性鋼鐵無鉻強(qiáng)鈍化劑。
權(quán)利要求
1.一種水基中性鋼鐵無鉻強(qiáng)鈍化劑，其特征在于由下列重量份的化學(xué)原料復(fù)配而成高分子螯合劑500g-1000g輕稀土 30g-60g鉬酸鹽 200g-250g三苯環(huán)咪唑啉季銨鹽 40g-50g肌醇六磷酸酯200g-250g硫酸羥胺(HAS) 300g-400g水 7990g-8730g。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水基中性鋼鐵無鉻強(qiáng)鈍化劑，其特征在于所述鉬酸鹽為鉬酸鈉，或?yàn)殂f酸胺。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水基中性鋼鐵無鉻強(qiáng)鈍化劑，其特征在于所述輕稀土為鑭，或?yàn)殁嫛?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水基中性鋼鐵無鉻強(qiáng)鈍化劑，其特征在于所述高分子螯合劑為乙二胺二鄰羥苯基大乙酸鐵鈉。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水基中性鋼鐵無鉻強(qiáng)鈍化劑，其特征在于所述三苯環(huán)咪唑啉季銨鹽與鉬酸鹽的復(fù)配重量比為1∶5。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水基中性鋼鐵無鉻強(qiáng)鈍化劑，其特征在于按配方將三苯環(huán)咪唑啉季銨鹽與鉬酸鹽分別加入2400g-3000g水中混合攪拌使其充分反應(yīng)全部溶解得其半成品；然后分別依次按配方比例加入剩余的水、輕稀土、硫酸羥胺、肌醇六磷酸酯，充分?jǐn)嚢枞芙庵瞥伤行凿撹F無鉻強(qiáng)鈍化劑成品。
全文摘要
本發(fā)明涉及鋼鐵鈍化劑，具體地說是一種水基中性鋼鐵無鉻強(qiáng)鈍化劑。其特征是其由高分子螯合劑、輕稀土、三苯環(huán)咪唑啉季銨鹽、肌醇六磷酸酯、硫酸羥胺(HAS)等組成。將上述配方的原料混合后，可制成無毒、無害的水基中性鋼鐵無鉻強(qiáng)鈍化劑。利用它可采用浸涂或噴涂的方法對鋼鐵進(jìn)行鈍化。本發(fā)明制劑防腐效果好，中性環(huán)保，使用簡單，膜層薄，腐蝕性小，精度高，可用于精密機(jī)械及其它鋼鐵制件的中長期防腐。
文檔編號C23C22/05GK101058874SQ20071002144
公開日2007年10月24日 申請日期2007年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月2日
發(fā)明者劉萬青 申請人:合肥華清金屬表面處理有限責(zé)任公司