一种水基环保钢板防锈处理液及其制备与使用方法

1.本发明属于钢板表面防腐蚀处理技术领域，特别涉及一种水基环保钢板防锈处理液及其制备与使用方法。


背景技术：

2.目前为了解决钢板在长期储存和运输过程中可能发生锈蚀的问题，生产企业一般在钢板表面涂布防锈油，但涂布防锈油的钢板会导致一些问题出现，例如经常造成产线上钢卷下卷过程中出现抽芯和打滑现象；同时防锈油生产过程中产生的能耗和环境问题也引起了行业的关注，在钢板涂布防锈油的工艺段的油雾和有机物挥发问题以及钢板加工过程中清洗防锈油产生的含油废水引起的环境问题亟待解决。采用环境友好的水性处理工艺替代涂油防腐的工艺是一种具有发展前景的解决方案。目前专利和文章公布的水性处理技术为了保证成膜覆盖性组分复杂浓度较高消耗较大，某些化学转化成膜为了保证成膜的连续性一般需要一定的浸渍时间，而且一般技术不具有钢板成型需要的润滑能力。


技术实现要素：

3.为了解决上述问题，本发明提供一种水基环保钢板防锈处理液及其制备与使用方法，本发明水溶性的、低浓度的、均匀分散的处理液，能够在冷轧板、热轧板表面快速形成具有一定厚度的、连续的防锈膜，即使在热轧钢板酸洗后粗糙表面也能形成均匀连续的、具有优良耐蚀性的防锈膜，并具有一定的耐指纹性能，处理液制备和处理液成分对环境影响小。
4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种水基环保钢板防锈处理液，以质量百分数计，各组分及含量为：二元有机酸0.3％～0.5％，三乙醇胺0.9％～1.5％，聚乙烯醇0.3％～0.5％，环氧氯丙烷0.1％～0.15％，硅溶胶0.6％～1％，十二烷基硫酸钠0.1％～0.3％，余量为水。
5.进一步地，所述二元有机酸为c5～c12的戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十一碳二酸、十二碳二酸中的一种或几种。
6.进一步地，所述聚乙烯醇醇解度≥98％，分子量70000～170000。
7.进一步地，所述硅溶胶为溶胶颗粒不大于20nm的碱性硅溶胶。
8.本发明另一方面提供了一种基于上述组分的水基环保钢板防锈处理液的制备方法，包括以下步骤：
9.将部分水加热至92℃～98℃，加入聚乙烯醇，待聚乙烯醇溶解至溶液澄清透明，将溶液冷却至40℃～50℃，加入三乙醇胺，三乙醇胺溶解后，再加入环氧氯丙烷，保温7～9小时，然后升温至60℃～70℃，加入二元有机酸，二元有机酸溶解后，将溶液冷却至室温，依次加入十二烷基硫酸钠、硅溶胶，加入另一部分水，混匀后即得钢板防锈处理液。
10.进一步地，制备过程中采用水浴加热并全程搅拌。
11.进一步地，制备方法中先加热部分水的质量为水总质量的80％～85％。
12.本发明另一方面提供了一种基于上述组分的处理液或上述制备方法制备的处理
液的使用方法，使用时将钢板浸入处理液中5s～10s，取出后热风烘干，或将处理液涂布于钢板表面后自然风干。
13.与现有技术相比较，本发明具有如下有益效果：
14.(1)本发明处理液为水性体系，原料易得，组分含量适中，成本低，不含铬，无硝酸盐和亚硝酸盐，且不产生易挥发有机物质，满足绿色化学和wees&rohs指令要求；
15.(2)本发明所述处理液在钢板表面成膜覆盖均匀，具有良好的耐蚀性和缓蚀性，处理液中三乙醇胺能够提高二元有机酸的溶解度，又对钢板具有优异的缓蚀性，三乙醇胺和二元有机酸能与钢板表面发生物理吸附和化学吸附抑制氧气的吸附，提高钢板表面的阳极氧化超电势，抑制吸氧腐蚀电化学反应，起到缓蚀作用；
16.(3)本发明所述处理液在成膜过程中聚乙烯醇在钢板表面形成交联网络，网络空间的限制使得缓蚀组分均匀分布，聚乙烯醇和硅溶胶颗粒之间的氢键缔合以及溶胶颗粒之间的静电排斥作用使得硅溶胶颗粒分散在聚乙烯醇的成膜中，使得粗糙的钢板表面也能形成足够覆盖力的防锈膜。经过环氧氯丙烷预交联处理的聚乙烯醇，不仅成膜速率较快，而且成膜交联度高，成膜更致密、具有弹性、耐蚀性强，成膜过程中二元有机酸与聚乙烯醇都羟基反应提高交联网络的交联速率和交联度，随着水分的逐渐挥发钢板表面碱性进一步提高，聚乙烯醇交联速率对应加快，会加速水的排出，形成正反馈的成膜加速机制，提高成膜速度；
17.(4)本发明所述处理液的表面活性剂十二烷基硫酸钠是碱性环境高稳定性的分散剂与处理液体系相容性好，有助于提高处理液以及处理液成膜过程的稳定性。处理膜中均匀分散的硅溶胶颗粒有助于提高耐指纹性能。
具体实施方式
18.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
19.本发明实施例中采用的二元有机酸、三乙醇胺、聚乙烯醇、环氧氯丙烷、硅溶胶、十二烷基硫酸钠均为工业级产品；其中，硅溶胶为溶胶颗粒平均粒径15nm的碱性硅溶胶，聚乙烯醇醇解度为99％，分子量170000。
20.本发明实施例中采用的钢板为工业常规生产的冷轧板和酸洗板。
21.本发明实施例中的恒定湿热试验为gbt 2361-1992防锈油脂湿热试验法。
22.本发明实施例中的恒定湿热试验后的钢板样品采用gbt 6461-2002金属基体上金属和其他无机覆盖层经腐蚀试验后的试样和试件的评级方法评价。
23.本发明实施例中的附着力试验为gb/t 9286—1998色漆和清漆漆膜的划格试验和gb/t1720-2020漆膜划圈试验的方法测试。
24.实施例1
25.一种水基环保钢板防锈处理液，各组分及含量为：十二碳二酸4g；三乙醇胺12g；聚乙烯醇4g；环氧氯丙烷1.2g；硅溶胶8g；十二烷基硫酸钠2g；水968.8g。
26.上述组分的水基环保钢板防锈处理液的制备方法为：
27.将800g水水浴加热至98℃，加入聚乙烯醇，待聚乙烯醇溶解至溶液澄清透明，将溶
液冷却至50℃，加入三乙醇胺溶解后，三乙醇胺溶解后，再加入环氧氯丙烷，保温8小时，然后升温至70℃，加入十二碳二酸，十二碳二酸溶解后，将溶液冷却至室温，依次加入十二烷基硫酸钠、硅溶胶，补足剩余水量，混匀后即得钢板防锈处理液；制备过程中全程搅拌。
28.将热轧酸洗板浸入本实施例的处理液中5s后取出热风吹干。
29.实施例2
30.一种水基环保钢板防锈处理液，各组分及含量为：戊二酸2g、十一碳二酸1g；三乙醇胺9g；聚乙烯醇5g；环氧氯丙烷1.5g；硅溶胶7g；十二烷基硫酸钠1g；水973.5g。
31.上述组分的水基环保钢板防锈处理液的制备方法为：
32.将800g水水浴加热至92℃，加入聚乙烯醇，待聚乙烯醇溶解至溶液澄清透明，将溶液冷却至40℃，加入三乙醇胺，三乙醇胺溶解后，再加入环氧氯丙烷，保温7小时，然后升温至70℃，加入戊二酸、十一碳二酸，戊二酸、十一碳二酸溶解后，将溶液冷却至室温，依次加入十二烷基硫酸钠、硅溶胶，补足剩余水量，混匀后即得钢板防锈处理液；制备过程中全程搅拌。
33.将冷轧板浸入本实施例的处理液中5s后取出晾干。
34.实施例3
35.一种水基环保钢板防锈处理液，各组分及含量为：己二酸3g、壬二酸2g；三乙醇胺15g；聚乙烯醇5g；环氧氯丙烷1.5g；硅溶胶10g；十二烷基硫酸钠3g；水960.5g。
36.将800g水水浴加热至96℃，加入聚乙烯醇，待聚乙烯醇溶解至溶液澄清透明，将溶液冷却至50℃，加入三乙醇胺溶解，三乙醇胺溶解后，再加入环氧氯丙烷，保温8小时，然后升温至60℃，加入己二酸、壬二酸，己二酸、壬二酸溶解后，将溶液冷却至室温，依次加入十二烷基硫酸钠、硅溶胶，补足剩余水量，混匀后即得钢板防锈处理液；制备过程中全程搅拌。
37.用rds 4#涂膜棒涂布于冷轧板后自然风吹干。
38.实施例4
39.一种水基环保钢板防锈处理液，各组分及含量为：庚二酸2g、辛二酸1.5g；三乙醇胺 10g；聚乙烯醇3g；环氧氯丙烷1g；硅溶胶6g；十二烷基硫酸钠3g；水973.5g。
40.将800g水水浴加热至95℃，加入聚乙烯醇，待聚乙烯醇溶解至溶液澄清透明，将溶液冷却至50℃，加入三乙醇胺，三乙醇胺溶解后，再加入环氧氯丙烷，保温7小时，然后升温至60℃，加入庚二酸、辛二酸，庚二酸、辛二酸溶解后，将溶液冷却至室温，依次加入十二烷基硫酸钠、硅溶胶，补足剩余水量，混匀后即得钢板防锈处理液；制备过程中全程搅拌。
41.将冷轧板浸入本实施例的处理液中6s后取出热风吹干。
42.实施例5
43.一种水基环保钢板防锈处理液，各组分及含量为：十二碳二酸4.5g；三乙醇胺14g；聚乙烯醇4g；环氧氯丙烷1.2g；硅溶胶9g；十二烷基硫酸钠2.5g；水964.8g。
44.将800g水水浴加热至92℃，加入聚乙烯醇，待聚乙烯醇溶解至溶液澄清透明，将溶液冷却至50℃，加入三乙醇胺，三乙醇胺溶解后，再加入环氧氯丙烷，保温7小时，然后升温至70℃，加入十二碳二酸，十二碳二酸溶解后，将溶液冷却至室温，依次加入十二烷基硫酸钠、硅溶胶，补足剩余水量，混匀后即得钢板防锈处理液；制备过程中全程搅拌。
45.将酸洗板浸入本实施例的处理液中6s后取出热风吹干。
46.实施例的试验方法
47.1、按照gbt 2361-1992防锈油脂湿热试验法进行恒定湿热实验，按照gbt 6461-2002 金属基体上金属和其他无机覆盖层经腐蚀试验后的试样和试件的评级方法评价，试验结果列于表1。
48.表1实施例恒定湿热试验结果
[0049][0050]
根据gbt 6461-2002的评级方法，根据试片表面锈蚀程度由无腐蚀到大于50％面积腐蚀分为10级直到0级。上述五个实施例制备的试样经24h恒定湿热实验后表面均无变化评级为 10级，经48h恒定湿热实验后表面出现轻微腐蚀，实施例1、实施例3、实施例4、实施例5 表面腐蚀面积大于1％并小于2.5％评级为5级，实施例2表面腐蚀面积大于2.5％并小于5％评级为4级。
[0051]
2、取上述实施例涂装环氧树脂漆，按照gb/t 9286-1998色漆和清漆漆膜的划格试验、 gb/t 1720-2020漆膜划圈试验方法操作，试验结果列于表2。
[0052]
表2实施例涂装后试验结果
[0053]
实施例编号划格附着力(级别)划圈附着力(级别)实施例111实施例211实施例311实施例411实施例511
[0054]
按照gb/t 9286-1998的划格试验并用3m胶带粘附撕开后上述五个实施例的毫米格内涂层的破损面积均小于5％评定级别为1级。按照gb/t 1720-2020漆膜划圈试验后，按圆滚线划痕范围内漆膜完整程度评定上述五个实施例的附着力级别均为1级。
[0055]
3、取上述实施例制备的钢板测试涂布凡士林前后的色差值
⊿
e，试验结果列于表3。
[0056]
表3实施例耐指纹试验结果
[0057]
实施例编号
⊿
e实施例10.28实施例20.63实施例30.85实施例40.68实施例50.35
[0058]
一般色差值
⊿
e＜2为具有耐指纹性能，δе＜1表明涂层具有优良的耐指纹性；δe《0.25 为非常小或没有色差的理想匹配范围，耐指纹性能优秀。从表3的数据可以看到，上述五个实施例的色差值均大于0.25并小于1，所述实施例的处理膜具有优良的耐指纹性能。
[0059]
以上技术方案阐述了本发明的技术思路，不能以此限定本发明的保护范围，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上技术方案所作的任何改动及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

技术特征：
1.一种水基环保钢板防锈处理液，其特征在于，以质量百分数计，各组分及含量为：二元有机酸0.3％～0.5％，三乙醇胺0.9％～1.5％，聚乙烯醇0.3％～0.5％，环氧氯丙烷0.1％～0.15％，硅溶胶0.6％～1％，十二烷基硫酸钠0.1％～0.3％，余量为水。2.根据权利要求1所述的一种水基环保钢板防锈处理液，其特征在于，所述二元有机酸为c5～c12的戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十一碳二酸、十二碳二酸中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的一种水基环保钢板防锈处理液，其特征在于，所述聚乙烯醇醇解度≥98％，分子量70000～170000。4.根据权利要求1所述的一种水基环保钢板防锈处理液，其特征在于，所述硅溶胶为溶胶颗粒不大于20nm的碱性硅溶胶。5.一种基于权利要求1～4其中任意一项所述的水基环保钢板防锈处理液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将部分水加热至92℃～98℃，加入聚乙烯醇，待聚乙烯醇溶解至溶液澄清透明，将溶液冷却至40℃～50℃，加入三乙醇胺，三乙醇胺溶解后，再加入环氧氯丙烷，保温7～9小时，然后升温至60℃～70℃，加入二元有机酸，二元有机酸溶解后，将溶液冷却至室温，依次加入十二烷基硫酸钠、硅溶胶，加入另一部分水，混匀后即得钢板防锈处理液。6.根据权利要求5所述的一种水基环保钢板防锈处理液的制备方法，其特征在于，制备过程中采用水浴加热并全程搅拌。7.根据权利要求5所述的一种水基环保钢板防锈处理液的制备方法，其特征在于，制备方法中先加热部分水的质量为水总质量的80％～85％。8.一种水基环保钢板防锈处理液的使用方法，其特征在于：基于权利要求1所述处理液或权利要求5所述制备方法制备的处理液使用时，将钢板浸入处理液中5s～10s，取出后热风烘干；或将处理液涂布于钢板表面后自然风干。

技术总结
本发明公开一种水基环保钢板防锈处理液及其制备与使用方法，以质量百分数计，各组分及含量为：二元有机酸0.3％～0.5％，三乙醇胺0.9％～1.5％，聚乙烯醇0.3％～0.5％，环氧氯丙烷0.1％～0.15％，硅溶胶0.6％～1％，十二烷基硫酸钠0.1％～0.3％，余量为水。本发明水溶性的、低浓度的、均匀分散的处理液，能够在冷轧板、热轧板表面快速形成具有一定厚度的、连续的防锈膜具有优良耐蚀性的防锈膜，并具有一定的耐指纹性能，处理液制备和处理液成分对环境影响小。影响小。


技术研发人员：王雷
受保护的技术使用者：沈阳理工大学
技术研发日：2021.11.29
技术公布日：2022/3/8