一种铁锈水性转化剂组合物及其制备方法与流程

1.本技术涉及铁锈处理技术领域，更具体地说，涉及一种铁锈水性转化剂组合物及其制备方法。


背景技术：

2.针对钢铁表面的锈铁的处理，已开发出水性的铁锈转化剂，在除去铁锈的同时在钢铁表面形成致密的钝化膜，既提高了钢铁的耐腐蚀性，也可以作为底涂提高油漆等涂层在钢铁表面的附着性。
3.但现有的水性铁锈钝化剂在钢铁表面形成的钝化膜的防蚀性能还需加强。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术的上述技术问题，本技术提供一种铁锈水性转化剂组合物及其制备方法。
5.本技术采用如下的技术方案：一种铁锈水性转化剂组合物，按100％重量，原料组分包括：20-35％酸，10-16％水溶性磷酸基盐，1-5％硅烷偶联剂，0.1-1.5％表面活性剂，0.5-5％鞣酸，0.1-2％中等分子量海藻酸钠，0.1-0.5％消泡剂，余量为水。
6.优选的，所述原料组分还包含5-12％有机膦酸。
7.优选的，所述原料组分还包含0.1-1％硫脲缓蚀剂。
8.优选的，所述酸由无机酸和有机酸按重量比20:1-4:1组成。
9.更优选的，所述无机酸选自磷酸。
10.更优选的，所述有机酸选自苹果酸、柠檬酸和酒石酸中的一种或几种组合。
11.优选的，所述表面活性剂选自非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂中的一种或几种组合。
12.优选的，所述中等分子量海藻酸钠的平均分子量为5000-20000。
13.优选的，所述中等分子量海藻酸钠与所述鞣酸的重量比为0.05-0.5:1。
14.一种上述任一实施方案所述的铁锈水性转化剂组合物的制备方法，包括：在容器中依次加入所述水、所述酸和所述磷酸碱金属盐，搅拌均匀，再依次加入所述鞣酸和所述中等分子量海藻酸钠，搅拌均匀，接着依次加入所述硅烷偶联剂、所述表面活性剂、所述消泡剂，搅拌均匀，即得。
15.综上所述，本技术具有以下有益效果：1、发明人在现有的钢铁铁锈水性转化剂基础上，进一步深入研究发现，鞣酸和中等分子量海藻酸钠具有协同作用，两者共用时，相比单一的鞣酸或海藻酸钠作为保护膜，形成的保护膜具有更好的防腐蚀性能。
16.2、本技术的铁锈水性转化剂中进一步加入有机膦酸和/或硫脲缓蚀剂，可以进一步提高形成的保护膜的防腐蚀性能。
17.3、本技术的铁锈水性转化剂组合物处理后的钢材表面涂覆涂层后，能明显提高涂层对钢材底材的腐蚀防护性能。
18.4、本技术的铁锈水性转化剂组合物处理后的钢材表面存在多种防腐蚀保护层，各种防腐蚀保护层之间存在相互作用，提高了整体的防腐蚀效果。
具体实施方式
19.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细描述。
20.在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
21.本技术一方面提出一种铁锈水性转化剂组合物，按100％重量，原料组分包括：20-35％酸，10-16％水溶性磷酸基盐，1-5％硅烷偶联剂，0.1-1.5％表面活性剂，0.5-5％鞣酸，0.1-2％中等分子量海藻酸钠，0.1-0.5％消泡剂，余量为水。
22.本技术的铁锈水性转化剂组合物中，(1)酸可以与铁锈反应，除去铁锈；(2)水溶性磷酸基盐(比如磷酸钠、磷酸二氢锌等)可以与铁离子等金属离子形成磷酸盐沉淀，覆盖在金属材料的表面；(3)鞣酸是一种多元的酚羧酸，可以与金属材料表面反应形成一层保护膜，防止腐蚀物质侵入金属材料；(4)海藻酸钠可以与铁离子、亚铁离子等金属离子交联并沉淀，形成另外的保护层。本技术中，鞣酸形成的保护层与海藻酸钠形成的保护层具有协同效果，提高了铁锈水性转化剂组合物对铁锈处理后的防腐蚀性能。另外，发明人发现，海藻酸钠的平均分子量对于铁锈水性转化剂组合物处理后的防腐蚀性能也有影响，平均分子量太低，比如低分子量海藻酸钠(一般分子量不超过5000)可能是由于成膜性较差，处理后的防腐蚀性能较差，高分子量海藻酸钠(分子量一般超过20000)可能由于分子量太大，形成的保护层不够致密，而且会导致水性转化剂组合物的粘度较大，降低对铁锈的润湿渗透能力，处理后的防腐蚀性能也较差。
23.本技术中，硅烷偶联剂无特别的限制，可以是环氧类硅烷偶联剂，比如2-(3,4-环氧环己烷基)乙基三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己烷基)乙基三乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己烷基)乙基甲基二甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己烷基)乙基甲基二乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基甲基二乙氧基硅烷等。本技术中，消泡剂无特别的限制，比如可以是二甲基硅油、聚醚硅油、负载白炭黑的二甲基硅油等。本技术中，水溶性磷酸基盐包括磷酸一氢盐、磷酸二氢盐和磷酸盐，比如磷酸二氢钠、磷酸一氢钠、磷酸钠等。
24.本技术一个优选的实施例中，原料组分还包含5-12％有机膦酸。有机膦酸能与金属发生螯合作用，在金属表面形成一层稳定的有机磷酸盐膜，提高防腐蚀性能和金属表面与涂料的附着力，举例的，有机膦酸可以选自羟基亚乙基二膦酸(hedp)、氨基三甲基次磷酸(atmp)、双1,6-亚己基三胺五甲叉膦酸(bhmtpmpa)、二乙烯三胺五甲叉膦酸(dtpmpa)、乙二胺四甲叉膦酸钠(edtmps)、2-羟基膦酰基乙酸(hpaa)、多元醇磷酸酯(pape)等。
25.本技术一个优选的实施例中，原料组分还包含0.1-1％硫脲缓蚀剂。硫脲及其衍生
物能在处理后的钢铁表面产生吸附行为，形成缓释层。举例的，硫脲及其衍生物包括但不限于：甲基硫脲、二甲基硫脲、四甲基硫脲、乙基硫脲、二乙基硫脲、正丙基硫脲、二异丙基硫脲、烯丙基硫脲、苯基硫脲、甲苯基硫脲、氯苯基硫脲、硫代乙酰胺等。
26.本技术一个优选的实施例中，酸由无机酸和有机酸按重量比20:1-4:1组成。举例的，重量比可以是20:1、19:1、18:1、17:1、16:1、15:1、14:1、13:1、12:1、11:1、10:1、9:1、8:1、7:1、6:1、5:1、4:1等。更优选的，无机酸选自磷酸。更优选的，有机酸选自苹果酸、柠檬酸和酒石酸中的一种或几种组合，不包括鞣酸。
27.本技术一个优选的实施例中，表面活性剂选自非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂中的一种或几种组合。表面活性剂可以提高转化剂组合物对铁锈的润湿性，提高酸性速率和处理效果。举例的，非离子表面活性剂可以选自aeo-9、aeo-12、aeo-15、吐温80、吐温60、peo-ppo共聚物、tx-10、op-10等。举例的，阴离子表面活性剂可以选自十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、烷基甘油醚磺酸盐等。
28.本技术一个优选的实施例中，中等分子量海藻酸钠的平均分子量为5000-20000。虽然海藻酸钠都可以与铁离子、钙离子、亚铁离子等金属离子形成交联产物，但是发明人发现，中等分子量海藻酸钠的效果比较好，与鞣酸能协同发挥防腐蚀的效果。较低分子量的海藻酸钠可以通过对常规海藻酸钠(比如从海带或马尾藻中提取的海藻酸钠)通过质子催化水解、氧化降解等方式获得。
29.本技术一个优选的实施例中，中等分子量海藻酸钠与鞣酸的重量比为0.05-0.5:1。中等分子量海藻酸钠与鞣酸的重量比在上述范围内，铁锈水性转化剂组合物处理后的钢铁的防腐蚀性能更好。举例的，重量比可以是0.05:1、0.07:1、0.1:1、0.12:1、0.13:1、0.15:1、0.16:1、0.18:1、0.2:1、0.22:1、0.24:1、0.25:1、0.27:1、0.28:1、0.3:1、0.33:1、0.35:1、0.37:1、0.39:1、0.4:1、0.41:1、0.42:1、0.43:1、0.44:1、0.45:1、0.46:1、0.47:1、0.48:1、0.49:1、0.5:1等。
30.本技术另一方面提出一种上述任一实施方案所述的铁锈水性转化剂组合物的制备方法，包括：在容器中依次加入水、酸和磷酸碱金属盐，搅拌均匀，再依次加入鞣酸和中等分子量海藻酸钠，搅拌均匀，接着依次加入硅烷偶联剂、表面活性剂、消泡剂，搅拌均匀，即得。
31.下面结合实施例、对比例对本技术的技术方案进行详细说明。
32.实施例1铁锈水性转化剂组合物，按100％重量，原料组分包括：24％磷酸，4％酒石酸，12％磷酸二氢钠，1.2％ kh-560，0.9％ aeo-9，2％鞣酸，0.4％海藻酸钠(平均分子量12000)，0.4％二甲基硅油，余量为水；在容器中依次加入水、磷酸、酒石酸和磷酸二氢锌，搅拌均匀，再依次加入鞣酸和海藻酸钠，搅拌均匀，接着依次加入kh-560、aeo-9和二甲基硅油，搅拌均匀，即得铁锈水性转化剂组合物。
33.实施例2实施例1中，海藻酸钠的重量百分含量调整为0.2％，水的重量含量相应增加0.2％，其余步骤保持不变。
34.实施例3实施例1中，海藻酸钠的重量百分含量调整为0.9％，水的重量含量相应减少
0.5％，其余步骤保持不变。
35.对比例1实施例1中，不加入海藻酸钠，水的重量含量相应增加0.4％，其余步骤保持不变。
36.实施例4铁锈水性转化剂组合物，按100％重量，原料组分包括：27％磷酸，3％苹果酸，13％磷酸二氢钠，1.0％ kh-560，1.0％ aeo-12，4％鞣酸，0.6％海藻酸钠(平均分子量8000)，0.3％二甲基硅油消泡剂，余量为水；在容器中依次加入水、磷酸、苹果酸和磷酸二氢锌，搅拌均匀，再依次加入鞣酸和海藻酸钠，搅拌均匀，接着依次加入kh-560、aeo-12和二甲基硅油消泡剂，搅拌均匀，即得铁锈水性转化剂组合物。
37.实施例5实施例4中，海藻酸钠的重量百分含量调整为1.8％，水的重量含量相应减少1.2％，其余步骤保持不变。
38.实施例6实施例4的原料组分中增加8％羟基亚乙基二膦酸，与磷酸、苹果酸同时加入，水的重量含量相应减少8％，其余步骤保护不变。
39.实施例7实施例4的原料组分中增加0.5％甲基硫脲，与磷酸、苹果酸同时加入，水的重量含量相应减少0.5％，其余步骤保护不变。
40.对比例2实施例4中，不加入海藻酸钠，水的重量含量相应增加0.6％，其余步骤保持不变。
41.对比例3实施例4中，海藻酸钠替换为等重量含量的平均分子量3000的低分子量海藻酸钠。
42.对比例4实施例5中，海藻酸钠替换为等重量含量的平均分子量50000的高分子量海藻酸钠。
43.对比例5实施例4中，不加入鞣酸，水的重量含量相应增加4％，其余步骤保持不变。
44.性能测试锈蚀钢材：尺寸20cm
×
10cm
×
0.5cm的q235b h型钢，表面中度锈蚀，带有红色至黑色氧化皮。
45.锈蚀钢材处理方法：室温下，将待测锈蚀钢材分别浸泡于实施例1-7和对比例1-4的铁锈水性转化剂组合物中2min，取出，晾干5小时。
46.(一)喷涂油漆：在上述处理后锈蚀钢材表面喷涂一层平均厚度为60μm的环氧底漆(双狮ed200)，室温下干燥24h，再喷涂一层平均厚度40μm的聚氨酯面漆(双狮pucm200)。
47.附着力测试：采用百格法进行测试。5-1级，5级最佳，1级最差。
48.中性盐雾测试：将喷涂油漆后的钢材用透明胶带包边，中间位置划75
°
角的交叉线，划透至底材，进行5％氯化钠的中性盐雾测试，37℃测试500h。交叉线单侧的最大腐蚀宽度不超过2mm为合格，超过2mm为不合格。
49.(二)2道转化处理：室温下，将待测锈蚀钢材分别浸泡于实施例1-7和对比例1-4的铁锈水性转化剂组合物中2min，取出，晾干1小时后继续浸泡入相同的铁锈水性转化剂组合
物中2min，取出，晾干5小时。
50.中性盐雾测试：将处理后的钢材进行5％氯化钠的中性盐雾测试，37℃测试72小时，观察是否有锈点产生。
51.结果如下表1所示。
52.表1由上述表1的数据可知，本技术的铁锈水性转化剂组合物中鞣酸和中等分子量海藻酸钠协同发挥效果，能明显提高生锈钢材的防腐蚀性能，而且对于提高钢材表面涂覆涂层后的防腐性能也有利。
53.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。

技术特征：
1.一种铁锈水性转化剂组合物，其特征在于，按100%重量，原料组分包括：20-35%酸，1-5%硅烷偶联剂，0.1-1.5%表面活性剂，0.5-5%鞣酸，0.1-2%中等分子量海藻酸钠，0.1-0.5%消泡剂，余量为水。2.根据权利要求1所述的铁锈水性转化剂组合物，其特征在于，所述原料组分还包含5-12%有机膦酸。3.根据权利要求1所述的铁锈水性转化剂组合物，其特征在于，所述原料组分还包含0.1-1%硫脲缓蚀剂。4.根据权利要求1所述的铁锈水性转化剂组合物，其特征在于，所述酸由无机酸和有机酸按重量比20:1-4:1组成。5.根据权利要求4所述的铁锈水性转化剂组合物，其特征在于，所述无机酸选自磷酸。6.根据权利要求4所述的铁锈水性转化剂组合物，其特征在于，所述有机酸选自苹果酸、柠檬酸和酒石酸中的一种或几种组合。7.根据权利要求1所述的铁锈水性转化剂组合物，其特征在于，所述表面活性剂选自非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂中的一种或几种组合。8.根据权利要求1所述的铁锈水性转化剂组合物，其特征在于，所述中等分子量海藻酸钠的平均分子量为5000-20000。9.根据权利要求1所述的铁锈水性转化剂组合物，其特征在于，所述中等分子量海藻酸钠与所述鞣酸的重量比为0.05-0.5:1。10.一种权利要求1所述的铁锈水性转化剂组合物的制备方法，其特征在于，包括：在容器中依次加入所述水、所述酸和所述磷酸碱金属盐，搅拌均匀，再依次加入所述鞣酸和所述中等分子量海藻酸钠，搅拌均匀，接着依次加入所述硅烷偶联剂、所述表面活性剂、所述消泡剂，搅拌均匀，即得。

技术总结
本申请涉及铁锈处理技术领域，具体提供一种铁锈水性转化剂组合物及其制备方法。本申请的铁锈水性转化剂组合物，按100%重量，原料组分包括：20-35%酸，1-5%硅烷偶联剂，0.1-1.5%表面活性剂，0.5-5%鞣酸，0.1-2%中等分子量海藻酸钠，0.1-0.5%消泡剂，余量为水。本申请中，鞣酸和中等分子量海藻酸钠协同发挥防腐作用，提高了转化剂处理后的钢材的腐蚀效果。高了转化剂处理后的钢材的腐蚀效果。


技术研发人员：郭少超
受保护的技术使用者：厦门斯福泽瑞科技有限公司
技术研发日：2023.04.22
技术公布日：2023/7/20