一种多功能环保酸洗添加剂及其制备方法
阅读说明：本技术 一种多功能环保酸洗添加剂及其制备方法 (Multifunctional environment-friendly acid pickling additive and preparation method thereof ) 是由 卢宝阳 谢孝文 吴荣方 郅西敬 徐景坤 于 2021-08-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种多功能环保酸洗添加剂及其制备方法,是将阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂溶解后,再加入缓蚀剂、促进剂,混合而成。本发明制备的多功能环保酸洗添加剂,可以抑制传统酸洗工艺中酸雾的大量产生,同时可以实现清除金属表面油脂、减少酸洗用量、加快酸洗速度和高效缓蚀的目的。本发明适用于制备多功能环保酸洗添加剂,所制产品进一步用作酸洗工艺的添加剂。(The invention discloses a multifunctional environment-friendly acid pickling additive and a preparation method thereof. The multifunctional environment-friendly pickling additive prepared by the invention can inhibit a large amount of acid mist generated in the traditional pickling process, and can simultaneously realize the purposes of removing grease on the surface of metal, reducing the pickling dosage, accelerating the pickling speed and efficiently inhibiting corrosion. The invention is suitable for preparing the multifunctional environment-friendly acid pickling additive, and the prepared product is further used as the additive of the acid pickling process.)
技术领域
本发明属于金属表面处理技术领域，涉及金属除锈，具体地说是一种多功能环保酸洗添加剂及其制备方法。
背景技术
随着社会经济的不断进步，我国全面进入机械化时代，钢铁需求量逐年增大，而随着环境的变化，钢铁腐蚀现象也越发严重，大量的钢铁被腐蚀直接导致了我国经济上的重大损失。
传统工艺中钢铁防腐主要分为两方面：1、改变钢铁所处环境，然而就现阶段的技术来说，实现环境适应钢铁的保护条件这一目的并不现实，而且会带来更多的经济消耗；2、对钢铁进行表面处理保护，这是目前延缓钢铁材料腐蚀的最有效手段之一。而酸洗除锈是金属加工、机械制造等行业最重要的表面处理工艺，为此，每年要消耗大量的硫酸、盐酸等无机酸，以及柠檬酸、酒石酸等有机酸。但是在传统的酸洗工艺中需要对酸洗液进行加热，同时，酸洗过程中金属及金属氧化物会与酸洗液发生剧烈的化学反应，产生大量酸性气体，这些酸性气体在上升过程中会形成酸雾，不仅严重污染了周围环境、侵蚀厂房的钢结构、腐蚀机械设备及仪器仪表，还会威胁到操作工人的身体健康。此外，为达到对金属表面的彻底清洗的目的，酸洗时间一般会较长，不仅会导致“氢脆”及“过腐蚀”现象的产生，影响钢铁的机械强度，还会增加工人劳动强度和生产成本，与此同时，钢铁酸洗处理后表面残留油污也会对后续工艺产生影响，影响防腐效果。
为解决上述问题，市面上一些酸雾抑制剂相继出现，中国专利CN101818352A(强酸酸雾抑制剂及其制备方法)、CN103628077A(一种环保型钢铁酸洗酸雾抑制剂)、CN102286750A(酸雾抑制剂)等传统专利均对酸雾抑制效果提出改进，能有效抑制酸雾产生，但是对酸洗速度、酸洗用量、金属缓蚀等方面关注度不够高，导致成本高、工作效率低，同时影响金属材料的性能。
发明内容
本发明的目的，旨在提供一种多功能环保酸洗添加剂，以抑制传统金属酸洗工艺中酸雾的产生，同时实现减少酸洗液用量、加快酸洗速度、高效缓蚀以及清除金属表面油脂的目的；
本发明的另一个目的，旨在提供上述多功能环保酸洗添加剂的一种制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种多功能环保酸洗添加剂，制成它的有效成分的原料，以重量份数计包括：2-15份阴离子表面活性剂、1-10份非离子表面活性剂、3-8份缓蚀剂、2-8份促进剂和63-82份水。
作为一种限定，所述多功能环保酸洗添加剂还包括2-7份辅料；
所述辅料为尿素、氯化钠、碘化钾或酒石酸钠。
作为另一种限定，所述阴离子表面活性剂为羧酸盐、磺酸盐、硫酸盐和磷酸盐中的至少一种。
作为进一步限定，所述羧酸盐为符合Ⅰ-Ⅲ中任意一个通式的化合物：
R11COOM――――――――――――――(Ⅰ)
R12-CONH(CONHR12')nCOOM――――――(Ⅱ)
R13-(OC2H4)nOCH2COOM――――――――(Ⅲ)
其中,R11、R12、R13分别为含1-30个碳原子的烷基；R12'为含1-30个碳原子的烷基；n为1-20的正整数；M为钠离子、钾离子、镁离子或铵根离子。
作为进一步限定，所述磺酸盐为符合Ⅳ-Ⅵ中任意一个通式的化合物：
R22SO3M――――――――――――――(Ⅴ)
R23HC＝CHCH2SO3M――――――――――(Ⅵ)
其中,R21、R22、R23分别为含1-40个碳原子的烷基；M为钠离子、钾离子、镁离子或铵根离子。
作为进一步限定，所述硫酸盐为脂肪醇硫酸酯盐、硫酸化烯烃和硫酸化油中的至少一种；
所述脂肪醇硫酸酯盐的结构通式为R3OSO3M；
其中，R3为含1-30个碳原子的烷基；M为钠离子、钾离子、镁离子或铵根离子。
作为进一步限定，所述磷酸盐为符合通式Ⅶ-Ⅻ中任意一个通式的化合物：
其中，R41、R42、R43、R44、R45、R46分别为含1-30个碳原子的烷基；M为钠离子、钾离子、镁离子或铵根离子。
作为第三种限定，所述非离子表面活性剂为符合通式ⅰ、ⅱ的化合物：
其中，R51、R52分别为含1-20个碳原子的烷基；n为2-80的正整数；
所述缓蚀剂为乙炔醇、丁炔二醇、丙炔醇、己炔醇、辛炔醇、氯化苄基吡啶、溴化十二烷基吡啶、十二烷基硫醇、十四烷基硫醇、十六烷基硫醇、十八烷基硫醇、二苯基硫脲、二苄基亚砜、2-巯基苯并三唑和1-氯-3-(β羟基-乙氧基)-3-甲基-1-丁炔中的至少一种；
所述促进剂为三乙胺、苄基二甲胺、吡啶、三甲胺、三乙醇胺、N,N-二甲基苯胺、N,N-二甲基乙醇胺、二甲基乙醇胺、乙烯三胺、三乙烯四胺、多乙烯多胺、氯脲、二甲基咪唑脲、苄基三乙基氯化铵、苯酚、邻甲酚、间甲酚、间苯二酚、王基酚、双酚A、硫脲、四甲基胍、过氧化物、2-琉基苯并噻唑和三苯基膦中的至少一种。
本发明还提供了上述多功能环保酸洗添加剂的一种制备方法，该制备方法包括依次进行的以下步骤：
S1.将阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂和水，得溶液X；
S2.向溶液X中加入缓蚀剂和促进剂，混合，即得所述多功能环保酸洗添加剂Y。
本发明还提供了上述多功能环保酸洗添加剂的另一种制备方法，该制备方法包括依次进行的以下步骤：
S1'.将阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂和水，得溶液X；
S2'.向溶液X中加入缓蚀剂、促进剂和辅料，混合均匀，即得所述多功能环保酸洗添加剂Y'。
由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，所取得的技术进步在于：
①本发明加入的阴离子表面活性剂，可以在酸洗液表面迅速产生一层细密的气泡，从而抑制酸雾的逸出，改善操作环境、降低酸洗液的消耗、减少了对人体的伤害，同时可以在酸洗过程中去除表面残留的油污，提高钢铁的酸洗质量；
②本发明加入的非离子表面活性剂，可以使酸洗液快速到达钢铁基本氧化膜的表面，除掉基本氧化膜的同时发生析氢反应，利用氢气的剥离作用，达到进一步去除氧化膜的目的，增加酸洗速度，而非离子表面活性剂的和阴离子表面活性剂的联合使用，更进一步加快酸洗速度，提高酸洗效果；
③本发明加入的缓蚀剂，具有选择性吸附的作用，在酸洗过程中，不会吸附在氧化膜的表面，只吸附在已经去除氧化皮的金属基体表面上，从而形成一层保护膜，使金属基体与酸液隔离开来，在加快酸洗速度的同时，能够有效减轻金属的过腐蚀和氢脆现象，同时减少了酸洗液的消耗；
④本发明加入的促进剂，能够加快氧化皮的脱落，进一步加快酸洗速度，而酒石酸钠的加入，可以中和酸洗过程中产生的铁离子；
⑤本发明提供的多功能环保酸洗添加剂，为绿色环保型产品，不含有毒、有害物质，酸洗过程中也不产生有毒、有害物质，酸洗后的酸洗废液可循环使用，减少废液排放对环境的污染问题；
⑥本发明提供的多功能环保酸洗添加剂加入酸洗液中后，在常温下使用即可发挥作用，降低了酸洗液的使用条件，降低了工人的劳动强度，节省了人工成本；
⑦本发明提供的多功能环保酸洗添加剂的制备方法，对设备无特殊要求、操作简单，将离子表面活性剂与缓蚀剂和促进剂分批次加入，避免了缓蚀剂和促进剂的加入对离子表面活性剂溶解速率的影响。
本发明适用于制备多功能环保酸洗添加剂,所制产品进一步用作酸洗工艺的添加剂。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，所描述的实施例仅用于解释本发明，并不限定本发明。
实施例1一种多功能环保酸洗添加剂的制备方法
本实施例包括依次进行的以下步骤：
S1.分别称取十八烷基硫酸钠20kg作为阴离子表面活性剂、月桂醇聚氧乙烯醚50kg作为非离子表面活性剂，并称取水200kg，将三者混合均匀，得溶液X1；
S2.向溶液X1中加入丁炔二醇70kg作为缓释剂、三乙胺80kg作为促进剂，再加入580kg水，混合均匀，即得多功能环保酸洗添加剂Y1。
上述制备方法中：
十八烷基硫酸钠为硫酸盐，作为阴离子表面活性剂，其结构通式为R3OSO3M，属于脂肪醇硫酸酯盐，其中R3为(CH2)17CH3；
月桂醇聚氧乙烯醚为非离子表面活性剂，其结构式为符合通式ⅰ，其中R51为(CH2)11CH3，n为12；
丁炔二醇为缓释剂；
三乙胺为促进剂；
阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、缓释剂、促进剂和水的重量比为2:5:7:8:78。
实施例2-5多功能环保酸洗添加剂的制备方法
实施例2-5分别为一种多功能环保酸洗添加剂的制备方法，它们的步骤与实施例1基本相同，不同之处仅在于各原料的用量、所有原料进行混合的时间的不同，具体详见表1：
表1实施例2-5中各项参数一览表
实施例6一种多功能环保酸洗添加剂的制备方法本实施例包括依次进行的以下步骤：
S1.分别称取十二烷基单磷酸酯钾150kg作为阴离子表面活性剂、月桂醇聚氧乙烯醚70kg作为非离子表面活性剂，并称取水200kg，将三者混合均匀，得溶液X6；
S2.向溶液X6中加入丁炔二醇60kg作为缓释剂、三乙胺60kg作为促进剂，再加入580kg水，混合均匀，得溶液X6'；
S2.向溶液X6'中加入尿素30kg作为辅料，再加入430kg水，混合均匀，即得多功能环保酸洗添加剂Y6；
上述制备方法中：
十二烷基单磷酸酯钾为磷酸盐，作为阴离子表面活性剂，其结构通式为属于脂肪醇磷酸酯盐，其中R3为(CH2)11CH3；
月桂醇聚氧乙烯醚为非离子表面活性剂，其结构式为符合通式ⅰ，其中R51为(CH2)11CH3，n为12；
丁炔二醇为缓释剂；
三乙胺为促进剂；
尿素作为辅料；
阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、缓释剂、促进剂、辅料和水的重量比为15:7:6:6:3:63。
实施例7多功能环保酸洗添加剂的性能测试
对照组一：按照专利CN101818352A中的方法制备酸洗添加剂W：称取1kg硫脲在45℃下溶解，得硫脲溶液；称取2kg若丁在30℃下溶解，得苦丁溶液；称取2kg尿素在35℃下溶解，得尿素溶液；称取3kg三乙醇胺在60℃下溶解，得三乙醇胺溶液；称取3kg AEO-9乳化剂在60℃下溶解，得AEO-9乳化剂溶液；称取2kg草酸在30℃下溶解，得草酸溶液；称取3kgDX渗透剂在30℃下溶解，得DX渗透剂溶液；称取1kg十二烷基苯磺酸钠在30℃下溶解，得十二烷基苯磺酸钠溶液；将制成的各溶液混合均匀，即可制得酸洗添加剂W；
对照组二：按照专利CN103628077A中的方法制备酸洗添加剂V：称取甘油单硬酯酸酯2kg、水稻秸杆的固体提取物3kg、甘油500g、4-磺基邻苯二酸400g、十七烷基羟乙基羧甲基咪唑啉100g和水4kg混合均匀，即可制得酸洗添加剂V；
对照组三：按照专利CN102286750A中的方法制备酸洗添加剂U：称取腐蚀抑制剂1kg、抑雾剂800g、表面活性剂2kg和水6.2kg混合均匀，即可制得酸洗添加剂U；
酸洗方法：分别取700g对照组酸洗添加剂W、V、U和实施例1-6制备的酸洗添加剂Y1-Y6，分别加入到由10kg盐酸、5kg硫酸、1kg氢氟酸和84kg水组成的酸洗液中混合均匀，制备出多功能酸洗液T1-T9，另外取10kg水添加至由10kg盐酸、5kg硫酸、1kg氢氟酸和84kg水组成的酸洗液中混合均匀，制备出多功能酸洗液T10，作为空白组；
在25℃条件下，用多功能酸洗液T1-T10分别处理处于相同环境下钢结构的不同部位，处理结果如表1所示：
表1多功能酸洗液T1-T10酸洗结果
多功能酸洗液
表面情况
酸洗时间
缓蚀率
烟雾大小
酸节约量
处理后表面情况
T1
光滑
7min
85％
较小
15.5％
光滑
T2
光滑
10min
90％
较小
22.0％
光滑
T3
光滑
11min
87％
较小
19.5％
略粗糙
T4
光滑
6min
95％
基本无
34.5％
光滑
T5
光滑
8min
98％
基本无
34.0％
光滑
T6
光滑
6min
97％
基本无
35.0％
光滑
T7
光滑
8min
98％
基本无
33.5％
光滑
T8
光滑
7min
96％
基本无
35.5.0％
光滑
T9
光滑
7min
97％
基本无
36.0％
光滑
T10
粗糙
8min
——
较大
——
粗糙
由表1可知，本发明制备的酸洗添加剂Y1-Y6，能够加快氧化皮或铁锈的剥离和溶解速度，提高清洗速度；减少工件酸洗后发暗的现象，形成光亮的酸洗表面；抑制酸液对钢铁基体的腐蚀，有效避免过腐蚀现象，降低酸液中铁离子浓度，减少基体腐蚀；减少因基体腐蚀而产生多余的酸耗，节约酸液可达35％左右；抑雾率达90％，从而减少生产过程中酸雾对周围设备的腐蚀以及防止因酸雾产生而伤害作业人员。
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