专利名称：一种工业酸洗助剂及其应用的制作方法
技术领域：
本发明属于表面处理、环境化工、材料保护等技术领域，具体涉及一种工业酸洗助剂及其应用。
背景技术：
钢铁材料是工业生产及社会生活最为常用的材料，但由于其具有较高的化学活性，在生产、运输及储存过程中常产生表面锈蚀，而该锈蚀层结构松散，并不能防止空气中的氧向内渗透，反而因为有较大的吸湿作用而导致内部材料进一步锈蚀。为实现钢铁制品及材料表面防腐及装饰，必须对表面锈蚀层进行清洗，以获得较为清洁的表面而便于后续处理。钢铁材料的表面清洗常用强酸作为清洗液，以溶解表面的锈蚀及含钙、镁之类的污垢。由于酸性清洗液腐蚀性较强，锈蚀清洗完毕后，强酸清洗液则与金属基质发生反应，浪费大量材料及过量消耗清洗液，产生的氢向金属基体内部渗透产生“氢脆”现象而影响材料的性能，同时也因酸雾逸出导致车间空气质量受到影响。为避免上述无效酸洗的现象，酸洗过程常用采用添加酸洗缓蚀剂的方法实现减缓酸洗腐蚀的效果。目前常用的酸洗缓蚀剂包括有机缓蚀剂以及金属盐类缓蚀剂。有机缓蚀剂基本上是利用分子结构中氮、磷、硫等为中心原子的极性基团与金属表面原子形成配位键而发生吸附作用，在金属表面形成一层连续或不连续的吸附膜，从而达到缓蚀的目的；金属盐类物质缓蚀剂主要的作用原理是主要利用高价金属的氧化性在金属表面形成钝化膜或是利用某些金属离子在表面吸附产生空间位阻，以阻止H+接近金属表面，或减少电极反应活性位置，或改变双电层结构而影响电化学反应的动力学过程，从而使腐蚀速率降低。目前所使用的有机及金属盐类酸洗缓蚀剂虽可达到比较理想的缓蚀效率，但工程应用过程中普遍存在着以下不足:1)仅仅具有缓蚀能力，在材料表面形成稳定的保护膜之后，同样也将保护着污垢层或锈蚀 层，减缓了酸洗速度，影响了工作效率；2)部分组分具有一定的毒性，残留的物质存在着安全性问题，同时还需要后续处理方能达到环境保护的要求；3)清洗完毕后表层金属完全裸露，不具备防锈的能力，在两个工段输送或停留期间很容易在空气中被氧化而再次产生锈蚀，不利于后续表面处理；4)适应面较为狭窄，只能在单一的酸洗体系中使用。
发明内容
在生产、加工、运输及存储过程中，钢铁材料因具有较高的活性而在表面生产了氧化锈蚀层或因其它物质的沉积而生产污垢层，其成分十分复杂，不仅包括有Fe的各种氧化物(Fe0、Fe203、Fe304)，Ca、Mg盐类及SiO2等，还含有矿物油之类的污垢。上述物质的存在，导致钢铁材料的表层形成了混合的锈蚀及污垢层，锈蚀及污垢层结构松散，且具有吸湿、溶氧的作用，可与底层的活性金属基质形成微小的化学原电池，可加速底层金属基质的腐蚀。酸洗的目的在于采用强酸作为清洗液与表层锈蚀中的金属发生溶解反应，使Fe、Ca、Mg的各种氧化物生产溶于水的物质，破坏锈蚀层及污垢层的稳定结构，从而达到清洁表面的目的。酸洗液具有较强的腐蚀性，一旦锈蚀层清洁完毕，露出的活性金属基质则与酸性清洗液发生反应从而消耗金属材料及清洗液，并产生了大量酸洗废液。在酸洗液中加入缓蚀剂是减轻清洗液对金属基质腐蚀的常用方法，但现有的缓蚀剂存在着清洗速度慢、功能单一以及存在着环境安全的问题，为解决现有酸洗缓蚀剂所存在的不足，并增加酸洗添加剂多样化的功能，本发明目的在于提供一种利用安全可靠的工业酸洗助剂，适合于常用工业强酸作为清洗液的需要，即提供的一种适合于多酸种(包括硫酸、盐酸)工业酸洗的辅助药剂。本发明是利用了聚天冬氨酸(PASP)、聚氧乙烯醚类表面活性剂以及络合剂的协同作用，实现工业酸洗过程的缓蚀、促进渗透、抑雾、临时防锈要求，达到快速、高效清洁钢铁材料表面锈蚀及污垢层的目的。具体的技术原理是利用了聚天冬氨酸与聚氧乙烯醚类表面活性剂的协同吸附作用，在金属基体表面发生物理-化学混合吸附而形成稳定的保护膜，阻止酸洗液中的氢离子与金属基体接触，减少氢气的产生并达到缓蚀、促进渗透、抑雾、临时防锈的目的。聚天冬氨酸(PASP)为高分子聚合物，其分子结构中带有多个氨基、羰基和羧基，分别为亲水和疏水的基团，这些基团依据其亲水与疏水的特性可在钢铁材料表面实现定向吸附，特别是氨基和氧原子，它们与单质金属铁具有良好的亲和作用，可在基质金属表面形成稳定的吸附层，而对金属氧化物的亲和力则较弱，可对单质金属起到保护作用而不对金属氧化物产生保护。PASP分子的两亲结构具有很好的润湿、起泡、渗透作用，与锈蚀的金属接触后能够迅速渗透到锈蚀层下的金属基体表面，并对金属表面起到润湿的作用，但由于PASP分子是高分子聚合物，分子结构复杂，在金属表面吸附时由于空间位阻作用，形成的吸附层空隙较大，吸附层并不致密，而小分子的表面活性剂加入后，可在PASP分子吸附层的间隙插入，弥补大分子吸附层之间存在的缺陷，促进金属基体表面吸附层的完善，从而产生明显的协同吸附作用，由此阻止金属与氢离子接触。另外，助剂中的络合剂与锈蚀层及污垢层的Fe2+、Fe3+、Ca2+、Mg2+形成溶解性良好的络合物，可加快锈蚀层及污垢层的溶解，提高清洗速度。本发明提供的一·种工业酸洗助剂，由聚天冬氨酸、聚氧乙烯醚类表面活性剂、络合剂和水按以下重量百分比组成:
聚天冬氨酸:15.(Γ25.0%
聚氧乙烯醚类表面活性剂:2.(Γ5.0%
络合剂:5.0 15.0%
水:余量。上述聚天冬氨酸具有如下的分子结构:
COOHCOOH
^COOH OO
I 丄 I Il11 L I
H2M——CH ——CH2-CNH—CH—CH2-C---NH—CH—CNH—CH—CH2
,W II
CH2COOH
COOH上述聚氧乙烯醚类表面活性剂是指与环氧乙烷加成数在扩15的聚氧乙烯烷基酚醚(Rlf~V O-(CH2CH2O)ttH )。上述络合剂为柠檬酸。本发明还提供一种所述的工业酸洗助剂的应用，将上述的工业酸洗助剂与If 25wt %的工业硫酸或工业盐酸按重量比1:100 150的比例混合配成清洗液。
与现有酸洗缓蚀剂相比，本发明具有如下优点和特点:
1、作为工业酸洗助剂，功能齐全，不仅具有普通酸洗缓蚀剂的缓蚀作用，还能通过促进渗透与络合的作用加快锈蚀及污垢层的溶解，提高酸洗效率，抑制酸雾产生，并满足临时防锈的要求；
2、适应面广，受酸种的限制小，可广泛地与盐酸、硫酸配合使用，并同时具有较好的使用效果；
3、产品配方中的各种组分环境安全性良好，使用完毕后，容易实现生物降解，不产生毒害性的残余物质；
4、利用了聚天冬氨酸与聚氧乙烯醚类表面活性剂的协同吸附作用，在金属基体表面发生化学吸附而形成稳定的保护层，阻止酸洗液中的氢离子与金属基体接触，减缓强酸的腐蚀，达到缓蚀、抑雾的目的，同时利用络合剂与Fe、Ca、Mg的离子形成稳定络合物促进锈蚀和污垢的快速溶解。
5.本产品同时具有缓蚀、抑雾、促进溶解及临时防锈的功能，且可与硫酸、盐酸等常用工业酸种配合使用。
具体实施例方式本发明以下结合实施案例做进一步的描述，但并不限制本发明。(注:以下比例均为重量百分比)
实施例1:
聚天冬氨酸=16.0%
聚氧乙烯仲辛酚醚-9:2.0%
梓檬酸-J.0%
水:余量
使用时取上述配方的产品与25%的工业硫酸配成1:150的清洗液，清洗普通碳钢产品，经过试用，缓蚀率为98.7%，抑雾率81.6%，提高清洗速度19%，清洗出来的普通碳钢产品放置10小时未产生锈斑。实施例2:
聚天冬氨酸=20.0%
聚氧乙烯仲辛酚醚-12:4.0%
柠檬酸:10.0%
水:余量
使用时取上述配方的产品与22%的工业硫酸配成1:130的清洗液，清洗中碳钢构件，经过试用，缓蚀率达到96.7%，抑雾率84.2%，提高清洗速度23%，清洗出来的中碳钢构件放置10小时未产生锈斑。实施例3:
聚天冬氨酸:25.0%
聚氧乙烯仲辛酚醚-15:5.0%
梓檬酸:15.0%
水:余量
使用时取上述配方的产品与20%的工业硫酸配成1:120的清洗液，清洗钢铁五金件产品，经过试用，缓蚀率为98.1%，抑雾率83.3%，提高清洗速度16%，清洗出来的钢铁五金件产品放置11小时不产生锈斑。
实施例4:
聚天冬氨酸=17.0%
聚氧乙烯仲辛酚醚-9:3%
梓檬酸:6.0%
水:余量
使用时取上述配方的产品与20%的工业盐酸配成1:100的清洗液，清洗带钢条，经过试用，缓蚀率达到97.1%，抑雾率93.6%，提高清洗速度24%，清洗出来的带钢条放置4小时不产生锈斑。实施例5:
聚天冬氨酸=21.0%
聚氧乙烯仲辛酚醚-12:4.0%
柠檬酸:11.0%
水:余量
使用时取上述配方的产品与18%的工业盐酸配成1:130的清洗液，清洗角钢产品，经过试用，缓蚀率为99.2%，抑雾率93.4%，提高清洗速度22%，清洗出来的角钢放置6小时不产生锈斑。实施例6:
聚天冬氨酸=24.0%
聚氧乙烯仲辛酚醚-15:5.0%
柠檬酸:14.0%
水:余量
使用时取上述配方的产品与20%的工业盐酸配成1:150的清洗液，清洗低碳钢构件，经过试用，缓蚀率达到96.5%，抑雾率95.4%，提高清洗速度22%，清洗出来的低碳钢构件放置8小时不产生锈斑。
权利要求
1.一种工业酸洗助剂，其特征在于:由聚天冬氨酸、聚氧乙烯醚类表面活性剂、络合剂和水按以下重量百分比组成: 聚天冬氨酸:15.(Γ25.0% 聚氧乙烯醚类表面活性剂:2.(Γ5.0% 络合剂:5.0 15.0% 水:余量。
2.如权利要求1所述的工业酸洗助剂，其特征在于:上述聚天冬氨酸具有如下的分子结构:
3.如权利要求1所述的工业酸洗助剂，其特征在于:上述聚氧乙烯醚类表面活性剂是指与环氧乙烷加成数在扩15的聚氧乙烯烷基酚醚(
4.如权利要求1所述的工业酸洗助剂，其特征在于:上述络合剂为柠檬酸。
5.一种权利要求1所述的工业酸洗助剂的应用，其特征在于:将上述的工业酸洗助剂与18 25 wt.%的工业硫酸或工业盐酸按重量比1:100 150的比例混合配成清洗液。
全文摘要
本发明公开了一种工业酸洗助剂及其应用，该工业酸洗助剂由聚天冬氨酸、聚氧乙烯醚类表面活性剂、络合剂和水混合组成，将所述工业酸洗助剂与18~25wt.%的工业硫酸或盐酸按重量比1:100～150的比例混合配成清洗液；本发明的产品利用聚天冬氨酸与聚氧乙烯醚类表面活性剂的协同吸附作用，在金属基体表面能够形成稳定的吸附层，达到缓蚀和防锈的作用；利用表面活性剂在的渗透和润湿作用降低锈蚀层及污垢层与金属基质的结合力并促使其快速脱落；利用络合剂与Fe、Ca、Mg形成金属络离子，减少游离金属离子达到促进钢铁制品或材料表面锈蚀的溶解；其组分低毒及且可生物降解，使用之后无不良环境后果产生。
文档编号C23G1/08GK103233235SQ20131018168
公开日2013年8月7日 申请日期2013年5月16日 优先权日2013年5月16日
发明者汤兵, 许奕春, 苏文, 李丹妮, 陈雅玲 申请人:广东工业大学