一种多功能金属表面处理剂及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种多功能金属表面处理剂及其制备方法，金属表面处理剂包括以下组分：碳酸氢钠，硫酸钠，十八烷基二甲基叔胺丙酸钠，十二烷基硫酸钠，硬脂酸钠，丙烯酸，卵磷脂，二氧化硅，顺丁烯二酸酐，环烷酸，聚乙二醇，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，溶剂。制备方法为将碳酸氢钠，硫酸钠，十八烷基二甲基叔胺丙酸钠，十二烷基硫酸钠，硬脂酸钠和二氧化硅加入到溶剂中，混合均匀后加入卵磷脂，顺丁烯二酸酐，聚乙二醇和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，加热回流溶剂，最后加入丙烯酸和环烷酸在一定温度真空度和惰性气体保护下搅拌反应后降至室温。本发明提供的多功能金属表面处理剂具有良好的去污除锈及防护作用，同时可作为抛光剂使用。
【专利说明】一种多功能金属表面处理剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于金属表面处理领域，具体涉及一种多功能金属表面处理剂及其制备方 法。
【背景技术】
[0002] 金属材料受周围介质的作用而损坏，称为金属腐蚀。金属的锈蚀是最常见的腐蚀 形态。腐蚀时，在金属的界面上发生了化学或电化学多相反应，使金属转入氧化（离子）状 态。这会显著降低金属材料的强度、塑性、韧性等力学性能，破坏金属构件的几何形状，增加 零件间的磨损，恶化电学和光学等物理性能，缩短设备的使用寿命，甚至造成火灾、爆炸等 灾难性事故。美国1975年因金属腐蚀造成的经济损失为700亿美元，占当年国民经济生产 总值的4. 2%。据统计，每年由于金属腐蚀造成的钢铁损失约占当年钢产量的10-20%。金 属腐蚀事故引起的停产、停电等间接损失就更无法计算。金属的腐蚀现象非常普遍。如铁 制品生锈，铝制品表面出现白斑，铜制品表面产生铜绿，银器表面变黑等都属于金属腐蚀， 其中用量最大的金属为铁制品的腐蚀。
[0003] 目前，对于金属材料和金属制品表面除油除锈的方法基本有两种，传统的方法是 人工除锈，具体是利用人工进行油污的洗涤以及用金属刷刮刷的方式进行除锈，不仅劳动 强度大，还需要大量人力物力，同时效率低下，而且除锈造成的锈尘到处飞扬，对环境造成 了污染。另外一种方法是化学除锈，主要是利用酸等化学物质的溶液与金属表面的氧化物 发生化学反应，生成可溶或不可溶的金属盐，从而溶解在水性溶液中，达到除锈的目的，通 常使用强酸强碱除锈除油，该方法需要专用的场地，同时清洗麻烦，速度较慢，效率低，在清 洗时需要注意保护人员安全，同时在清洗过程中会产生酸雾，影响环境以及人员健康，而且 处理后的金属表面在大气中停留一段时间后既可以产生二次氧化锈蚀，因此，只能起到暂 时性的缓蚀作用。申请号为201210518540. X的中国专利公开了一种金属清洗剂，包括如下 质量份数的原料：烷基苯磺酸钠50-60份，氢氧化钠20-34份，焦磷酸钾12-18份，乙二胺四 乙酸钠38-42份，乙二醇10-14份，脂肪醇聚氧乙烯醚10-20份，异丙醇8-16份，硼砂8-16 份，去离子水40-60份。本发明所述的金属清洗剂，清洗除锈效果好，对环境危害小，且制备 工艺简单，成本低。申请号为201110312681. 1的中国专利公开了了一种按重量份计的下述 组分制备的金属清洗液，所述组分包括磷酸18-30、草酸15-20、苹果酸15-25、柠檬酸9-15、 十二烷基苯磺酸钠7-10和水70-100。本发明提供的金属清洗液具有强力渗透，剥离氧化皮 和锈蚀的特性，除锈、去除氧化皮速度快，温度低，稳定性好，经处理的工件表面具有优异的 防锈功能。然而随着工业的不断发展，对金属表面处理剂的要求也越来越高。以上公开的 现有技术中虽然不同程度的解决了金属表面防锈及去污的问题，但是还远远达不到去污或 除锈以后能够达到长期防护的问题；同时现有技术中的金属处理剂性能比较单一，已经满 足不了不断发展的需要。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于为了克服以上现有技术的不足而提供一种多功能金属表面处 理剂及其制备方法，使得提供的多功能金属表面处理剂可以用于各种金属污染物的去除， 同时去污时间短，去污效果好，去污后可以在金属表面形成保护膜，长时间保护金属免受二 次污染。
[0005] 本发明是采用以下技术手段实现的：
[0006] 一种多功能金属表面处理剂，以重量组分计包括：碳酸氢钠4-8份，硫酸钠3-6份， 十八烷基二甲基叔胺丙酸钠2-7份，十二烷基硫酸钠0. 6-1. 5份，硬脂酸钠0. 8-3份，丙烯 酸0. 5-1份，卵磷脂1-5份，二氧化硅1-4份，顺丁烯二酸酐1-4份，环烷酸5-10份，聚乙二 醇3-8份，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸1-5份，溶剂30-40份。
[0007] 所述的多功能金属表面处理剂，可以优选为以重量组分计包括：碳酸氢钠5-7份， 硫酸钠4-6份，十八烷基二甲基叔胺丙酸钠4-6份，十二烷基硫酸钠0. 8-1. 3份，硬脂酸钠 1. 6-2. 3份，丙烯酸0. 6-0. 8份，卵磷脂2-4份，二氧化硅2-4份，顺丁烯二酸酐2-4份，环烷 酸7-9份，聚乙二醇5-7份，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸3-5份，溶剂34-38份。
[0008] 所述的多功能金属表面处理剂，所述聚乙二醇可以为聚乙二醇600。
[0009] 所述的多功能金属表面处理剂，所述二氧化硅的粒径可以为400-600nm。
[0010] 所述的多功能金属表面处理剂，溶剂可以为乙醇与水的混合物，其中乙醇与水的 质量比为7:3。
[0011] 一种以上任一项所述的多功能金属表面处理剂的制备方法，按照以下步骤进行：
[0012] 步骤一，按照重量份称取各组分；
[0013] 步骤二，将碳酸氢钠，硫酸钠，十八烷基二甲基叔胺丙酸钠，十二烷基硫酸钠，硬脂 酸钠和二氧化硅加入到溶剂中，搅拌混合均匀，得到混合物一；
[0014] 步骤三，将卵磷脂，顺丁烯二酸酐，聚乙二醇和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸加入 到混合物一中，加热回流溶剂，回流30-50分钟，得到混合物二；
[0015] 步骤四，将丙烯酸和环烷酸加入到混合物二中，加热至40-50°C，在真空度为 0. 04-0. 08MPa，惰性气体保护的条件下搅拌50-100分钟，降至室温，得到多功能金属表面 处理剂。
[0016] 所述的多功能金属表面处理剂的制备方法，步骤二中搅拌混合的条件可以为搅拌 速度80-100转/分钟，搅拌温度为30-40°C，搅拌时间20-30分钟。
[0017] 所述的多功能金属表面处理剂的制备方法，步骤三中加热回流可以在搅拌的状态 下进行，搅拌速度可以为50-60转/分钟。
[0018] 所述的多功能金属表面处理剂的制备方法，步骤四中惰性气体可以为氮气或氩 气。
[0019] 所述的多功能金属表面处理剂的制备方法，步骤四中搅拌速度可以为70-80转/ 分钟。
[0020] 本发明提供的多功能金属表面处理剂中，经过特殊的组分间的相互组合及相互作 用，提升了产品的去污防污以及除锈防锈的作用，并且能够长时间发挥预防效果。在制备过 程中，经过溶剂的回流反应，使得2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和顺丁烯二酸酐发生互侵， 能够在除油除锈过程中迅速侵入油污或锈蚀中，加速油污或锈蚀脱离金属，而卵磷脂可以 起到润饰成膜作用，丙烯酸和环烷酸相互作用起到除锈作用，十二烷基硫酸钠与硬脂酸钠 很好的起到了溶解分散油污和锈蚀物的作用；各组分间通过前期制备过程产生相互协同作 用，使得能够迅速渗透瓦解油污与锈蚀，同时能够起到抛光剂的作用，达到优异的效果。
[0021] 本发明与现有技术相比，优势如下：
[0022] (1)本发明提供的多功能金属表面处理剂可以快速地去除金属表面的油污以及锈 迹，不需要通过外加条件，只需要将金属工件进入配好的处理液中；其中锈迹完全去除时间 达到了 12分钟以内，油污完全去除时间达到了 5分钟以内，除油除锈效果持续时间达到了 152天以上，可以有效防止金属被二次污染，起到了很好的防锈与防污作用。
[0023] (2)本发明提供的多功能金属表面处理剂可以作为金属抛光剂使用，对金属表面 进行抛光后，抛光后反射率达到了 89%以上，抛光后在抛光面表面镀上了一层光亮的保护 膜，经检测膜厚度为4-8 μ m，可以增强金属表面的光泽度，同时保护金属免受锈蚀以及污 染。抛光后表面平滑，无划痕，可以达到非常好的抛光效果。
【具体实施方式】：
[0024] 实施例1
[0025] -种多功能金属表面处理剂，以重量组分计包括：碳酸氢钠4份，硫酸钠3份，十八 烷基二甲基叔胺丙酸钠2份，十二烷基硫酸钠0. 6份，硬脂酸钠0. 8份，丙烯酸0. 5份，卵 磷脂1份，二氧化硅1份，顺丁烯二酸酐1份，环烷酸5份，聚乙二醇6003份，2-丙烯酰胺 基-2-甲基丙磺酸1份，溶剂30份。
[0026] 以上所述二氧化硅的粒径为400nm ;所述溶剂为乙醇与水的混合物，其中乙醇与 水的质量比为7:3。
[0027] 以上所述的多功能金属表面处理剂的制备方法，按照以下步骤进行：
[0028] 步骤一，按照重量份称取各组分；
[0029] 步骤二，将碳酸氢钠，硫酸钠，十八烷基二甲基叔胺丙酸钠，十二烷基硫酸钠，硬脂 酸钠和二氧化硅加入到溶剂中，搅拌混合均匀，其中搅拌混合的条件为搅拌速度80转/分 钟，搅拌温度为30°C，搅拌时间20分钟，得到混合物一；
[0030] 步骤三，将卵磷脂，顺丁烯二酸酐，聚乙二醇和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸加入 到混合物一中，加热搅拌回流溶剂，搅拌速度为50转/分钟，回流30分钟，得到混合物二；
[0031] 步骤四，将丙烯酸和环烷酸加入到混合物二中，加热至40°C，在真空度为 0. 04MPa，氮气或氩气保护的条件下搅拌50分钟，搅拌速度为70转/分钟，降至室温，得到 多功能金属表面处理剂。
[0032] 实施例2
[0033] -种多功能金属表面处理剂，以重量组分计包括：碳酸氢钠5份，硫酸钠4份，十八 烷基二甲基叔胺丙酸钠4份，十二烷基硫酸钠0. 8份，硬脂酸钠1. 6份，丙烯酸0. 6份，卵磷 脂2份，二氧化硅2份，顺丁烯二酸酐2份，环烷酸7份，聚乙二醇5份，2-丙烯酰胺基-2-甲 基丙磺酸3份，溶剂34份。
[0034] 以上所述二氧化硅的粒径为450nm ;所述溶剂为乙醇与水的混合物，其中乙醇与 水的质量比为7:3。
[0035] 以上所述的多功能金属表面处理剂的制备方法，按照以下步骤进行：
[0036] 步骤一，按照重量份称取各组分；
[0037] 步骤二，将碳酸氢钠，硫酸钠，十八烷基二甲基叔胺丙酸钠，十二烷基硫酸钠，硬脂 酸钠和二氧化娃加入到溶剂中，搅拌混合均勻，其中搅拌混合的条件为搅拌速度85转/分 钟，搅拌温度为32°C，搅拌时间25分钟，得到混合物一；
[0038] 步骤三，将卵磷脂，顺丁烯二酸酐，聚乙二醇和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸加入 到混合物一中，加热搅拌回流溶剂，搅拌速度为55转/分钟，回流38分钟，得到混合物二；
[0039] 步骤四，将丙烯酸和环烷酸加入到混合物二中，加热至42 °C，在真空度为 0. 05MPa，氮气或氩气保护的条件下搅拌60分钟，搅拌速度为72转/分钟，降至室温，得到 多功能金属表面处理剂。
[0040] 实施例3
[0041] 一种多功能金属表面处理剂，以重量组分计包括：碳酸氢钠6份，硫酸钠5份，十八 烷基二甲基叔胺丙酸钠5份，十二烷基硫酸钠1份，硬脂酸钠1. 8份，丙烯酸0. 7份，卵磷脂 3份，二氧化硅3份，顺丁烯二酸酐3份，环烷酸8份，聚乙二醇6份，2-丙烯酰胺基-2-甲 基丙磺酸4份，溶剂36份。
[0042] 以上所述二氧化硅的粒径为500nm ;所述溶剂为乙醇与水的混合物，其中乙醇与 水的质量比为7:3。
[0043] 以上所述的多功能金属表面处理剂的制备方法，按照以下步骤进行：
[0044] 步骤一，按照重量份称取各组分；
[0045] 步骤二，将碳酸氢钠，硫酸钠，十八烷基二甲基叔胺丙酸钠，十二烷基硫酸钠，硬脂 酸钠和二氧化硅加入到溶剂中，搅拌混合均匀，其中搅拌混合的条件为搅拌速度90转/分 钟，搅拌温度为36°C，搅拌时间25分钟，得到混合物一；
[0046] 步骤三，将卵磷脂，顺丁烯二酸酐，聚乙二醇和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸加入 到混合物一中，加热搅拌回流溶剂，搅拌速度为55转/分钟，回流40分钟，得到混合物二；
[0047] 步骤四，将丙烯酸和环烷酸加入到混合物二中，加热至43 °C，在真空度为 0. 06MPa，氮气或氩气保护的条件下搅拌70分钟，搅拌速度为75转/分钟，降至室温，得到 多功能金属表面处理剂。
[0048] 实施例4
[0049] 一种多功能金属表面处理剂，以重量组分计包括：碳酸氢钠 7份，硫酸钠 6份，十八 烷基二甲基叔胺丙酸钠6份，十二烷基硫酸钠1. 3份，硬脂酸钠2. 3份，丙烯酸0. 8份，卵磷 脂4份，二氧化硅4份，顺丁烯二酸酐4份，环烷酸9份，聚乙二醇7份，2-丙烯酰胺基-2-甲 基丙磺酸5份，溶剂38份。
[0050] 以上所述二氧化硅的粒径为550nm ;所述溶剂为乙醇与水的混合物，其中乙醇与 水的质量比为7:3。
[0051] 以上所述的多功能金属表面处理剂的制备方法，按照以下步骤进行：
[0052] 步骤一，按照重量份称取各组分；
[0053] 步骤二，将碳酸氢钠，硫酸钠，十八烷基二甲基叔胺丙酸钠，十二烷基硫酸钠，硬脂 酸钠和二氧化硅加入到溶剂中，搅拌混合均匀，其中搅拌混合的条件为搅拌速度90转/分 钟，搅拌温度为40°C，搅拌时间30分钟，得到混合物一；
[0054] 步骤三，将卵磷脂，顺丁烯二酸酐，聚乙二醇和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸加入 到混合物一中，加热搅拌回流溶剂，搅拌速度为60转/分钟，回流45分钟，得到混合物二；
[0055] 步骤四，将丙烯酸和环烷酸加入到混合物二中，加热至48°C，在真空度为 0. 07MPa，氮气或氩气保护的条件下搅拌90分钟，搅拌速度为80转/分钟，降至室温，得到 多功能金属表面处理剂。
[0056] 实施例5
[0057] -种多功能金属表面处理剂，以重量组分计包括：碳酸氢钠 8份，硫酸钠 6份，十八 烷基二甲基叔胺丙酸钠7份，十二烷基硫酸钠1. 5份，硬脂酸钠3份，丙烯酸1份，卵磷脂5 份，二氧化硅4份，顺丁烯二酸酐4份，环烷酸10份，聚乙二醇6008份，2-丙烯酰胺基-2-甲 基丙磺酸5份，溶剂40份。
[0058] 以上所述二氧化硅的粒径为600nm ;所述溶剂为乙醇与水的混合物，其中乙醇与 水的质量比为7:3。
[0059] 以上所述的多功能金属表面处理剂的制备方法，按照以下步骤进行：
[0060] 步骤一，按照重量份称取各组分；
[0061] 步骤二，将碳酸氢钠，硫酸钠，十八烷基二甲基叔胺丙酸钠，十二烷基硫酸钠，硬脂 酸钠和二氧化硅加入到溶剂中，搅拌混合均匀，其中搅拌混合的条件为搅拌速度100转/分 钟，搅拌温度为40°c，搅拌时间30分钟，得到混合物一；
[0062] 步骤三，将卵磷脂，顺丁烯二酸酐，聚乙二醇和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸加入 到混合物一中，加热搅拌回流溶剂，搅拌速度为60转/分钟，回流50分钟，得到混合物二；
[0063] 步骤四，将丙烯酸和环烷酸加入到混合物二中，加热至50°C，在真空度为 0. 08MPa，氮气或氩气保护的条件下搅拌100分钟，搅拌速度为80转/分钟，降至室温，得到 多功能金属表面处理剂。
[0064] 本发明提供的多功能金属表面处理剂具有除锈、防锈、除油的作用，能够迅速地去 除金属表面的油污、锈迹，并且可以很好的防治锈迹再生，同时本发明提供的多功能金属表 面处理剂可以作为抛光液使用，通过抛光工序提高金属表面的光泽。
[0065] 对以上实施例制备得到的多功能金属表面处理剂进行性能测试，首先进行除油除 锈试验，将实施例制备得到的多功能金属表面处理剂溶于15倍重量份的去离子水中，常温 下将表面带有锈迹与油污的铝合金工件进入多功能金属表面处理剂溶液中，铝合金工件中 有二分之一以上的面积受到锈蚀，三分之一以上的面积受到油污污染，各实施例制备得到 的多功能金属表面处理剂除油除锈情况见表1。
[0066] 表1实施例1-5制备得到的多功能金属表面处理剂除油除锈性能测试
[0067]
【权利要求】
1. 一种多功能金属表面处理剂，其特征在于，以重量组分计包括：碳酸氢钠4-8份， 硫酸钠3-6份，十八烷基二甲基叔胺丙酸钠2-7份，十二烷基硫酸钠0. 6-1. 5份，硬脂酸钠 〇. 8-3份，丙烯酸0. 5-1份，卵磷脂1-5份，二氧化硅1-4份，顺丁烯二酸酐1-4份，环烷酸 5-10份，聚乙二醇3-8份，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸1-5份，溶剂30-40份。
2. 根据权利要求1所述的多功能金属表面处理剂，其特征在于，以重量组分计包 括：碳酸氢钠5-7份，硫酸钠4-6份，十八烷基二甲基叔胺丙酸钠4-6份，十二烷基硫酸钠 0. 8-1. 3份，硬脂酸钠1. 6-2. 3份，丙烯酸0. 6-0. 8份，卵磷脂2-4份，二氧化硅2-4份，顺丁 烯二酸酐2-4份，环烷酸7-9份，聚乙二醇5-7份，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸3-5份，溶 齐[J 34-38 份。
3. 根据权利要求1所述的多功能金属表面处理剂，其特征在于，所述聚乙二醇为聚乙 二醇 600。
4. 根据权利要求1所述的多功能金属表面处理剂，其特征在于，所述二氧化硅的粒径 为 400-600nm。
5. 根据权利要求1所述的多功能金属表面处理剂，其特征在于，溶剂为乙醇与水的混 合物，其中乙醇与水的质量比为7:3。
6. -种权利要求1-5任一项所述的多功能金属表面处理剂的制备方法，其特征在于， 按照以下步骤进行： 步骤一，按照重量份称取各组分； 步骤二，将碳酸氢钠，硫酸钠，十八烷基二甲基叔胺丙酸钠，十二烷基硫酸钠，硬脂酸钠 和二氧化硅加入到溶剂中，搅拌混合均匀，得到混合物一； 步骤三，将卵磷脂，顺丁烯二酸酐，聚乙二醇和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸加入到混 合物一中，加热回流溶剂，回流30-50分钟，得到混合物二； 步骤四，将丙烯酸和环烷酸加入到混合物二中，加热至40-50°C，在真空度为 0. 04-0. 08MPa，惰性气体保护的条件下搅拌50-100分钟，降至室温，得到多功能金属表面 处理剂。
7. 根据权利要求6所述的多功能金属表面处理剂的制备方法，其特征在于，步骤二中 搅拌混合的条件为搅拌速度80-100转/分钟，搅拌温度为30-40°C，搅拌时间20-30分钟。
8. 根据权利要求6所述的多功能金属表面处理剂的制备方法，其特征在于，步骤三中 加热回流在搅拌的状态下进行，搅拌速度为50-60转/分钟。
9. 根据权利要求6所述的多功能金属表面处理剂的制备方法，其特征在于，步骤四中 惰性气体为氮气或氩气。
10. 根据权利要求6所述的多功能金属表面处理剂的制备方法，其特征在于，步骤四 中搅拌速度为70-80转/分钟。
【文档编号】C23G5/036GK104372366SQ201410522592
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】张学平, 朱忠海 申请人:苏州长盛机电有限公司