CN111087877A - 免浸油型防锈发黑剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

免浸油型防锈发黑剂及其制备方法和应用，涉及金属表面处理技术领域，其中，前述免浸油型防锈发黑剂包括以下组分：氯化铜1‑20重量份、钨酸钾2‑30重量份、硫代硫酸铵1‑15重量份、水性环氧改性丙烯酸树脂分散体50‑300重量份、水性聚苯胺分散体5‑50重量份、柠檬酸5‑50重量份、草酸2‑50重量份、羟基乙叉二膦酸二钠0.5‑10重量份以及适量去离子水。使用该免浸油型防锈发黑剂作发黑处理后，即便不进行浸油处理也可满足大多数情况下的防锈性能要求。

Description

免浸油型防锈发黑剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及金属表面处理技术领域，特别涉及一种免浸油型防锈发黑剂及其制备方法和应用。

背景技术

发黑处理是一种表面处理技术，用来提高材料表面的耐腐蚀性能，发黑剂是实现钢铁发黑处理的化学制剂。

钢铁表面的常温发黑是在不改变被处理件尺寸精度的情况下形成黑色氧化膜，但大多发黑剂中含磷、硒、亚硝酸盐等污染性物质或工序复杂、成本较高。常规发黑处理施工流程：脱脂处理→水冲洗→漂洗→常温钢铁发黑剂处理→稳定→水冲洗→浸防锈油→吹干。由上述流程可知在对铸铁件进行发黑后，为防止制件表面生锈，还需要再浸入另一种溶剂中进行防锈处理，也就是说，现有的发黑剂并不能在发黑之后完全满足防锈要求，从而增加了操作的复杂性。如果能够让发黑剂在发黑处理之后就能满足防锈要求，那么就可以省略浸防锈油的工序，简化施工步骤，如此一来，将会对企业生产效率的提高带来非常明显的帮助。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种发黑不作浸油处理亦具备良好防锈性的发黑剂。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：免浸油型防锈发黑剂，包括氯化铜1-20重量份、钨酸钾2-30重量份、硫代硫酸铵1-15重量份、水性环氧改性丙烯酸树脂分散体50-300重量份、水性聚苯胺分散体5-50重量份、柠檬酸5-50重量份、草酸2-50重量份、羟基乙叉二膦酸二钠0.5-10重量份以及适量去离子水。

优选地，所述氯化铜为4-10重量份，所述钨酸钾为5-15重量份，所述硫代硫酸铵为4-10重量份，所述水性环氧改性丙烯酸树脂分散体为80-200重量份，所述水性聚苯胺分散体为10-30重量份，所述柠檬酸为10-30重量份，所述草酸为5-15重量份，所述羟基乙叉二膦酸二钠为2-8重量份。

进一步地，所述氯化铜为8重量份，所述钨酸钾为10重量份，所述硫代硫酸铵为6重量份，所述水性环氧改性丙烯酸树脂分散体为120重量份，所述水性聚苯胺分散体为20重量份，所述柠檬酸为15重量份，所述草酸为10重量份，所述羟基乙叉二膦酸二钠为4重量份。

优选地，所述氯化铜和钨酸钾的重量比为4:5。

其中，所述水性环氧改性丙烯酸树脂分散体的固含量为45％。

其中，所述水性聚苯胺分散体中聚苯胺有效含量为30％。

作为本发明的另一方面，制备上述免浸油型防锈发黑剂的方法，包括以下步骤：

一、将氯化铜、钨酸钾、硫代硫酸铵和柠檬酸加入适量去离子水中，配制成A液；

二、将水性环氧改性丙烯酸树脂分散体、水性聚苯胺分散体、羟基乙叉二膦酸二钠和草酸加入到适量去离子水中，搅拌均匀，配制成B液；

三、将B液与A液混合，搅拌均匀后静置，制得所述免浸油型防锈发黑剂。

作为本发明的另一方面，上述免浸油型防锈发黑剂在钢铁制件表面防锈处理中的应用。

上述免浸油高效防锈发黑剂具有无硒、无磷的环保特性，其中，水性环氧改性丙烯酸树脂分散体既有丙烯酸树脂的耐候性和成膜稳定性，又有环氧树脂优异的抗腐蚀性能，作为整个体系中的有机成膜物，其能有效减少发黑膜孔隙率、极大的提高发黑膜后期耐腐蚀性能。水性聚苯胺分散体具有良好的分散稳定性、导电性和耐蚀性，水性聚苯胺分散体中的聚苯胺能在金属和膜界面处形成一层致密的过度层，切断金属与氧的直接联系，同时该过度层能够与氧发生反应，从而更好地保证了防锈性能。羟基乙叉二膦酸二钠是一种有机膦酸类缓蚀剂，能与铁、铜、锌等多种金属离子形成稳定的络合物，能溶解金属表面的氧化物，其在250℃下仍能起到良好的缓蚀阻垢作用，能降低料液对包装材料和试件的腐蚀。本发明的组分中采用水性环氧改性丙烯酸树脂分散体作为有机成膜物，采用水性聚苯胺分散体作为防锈剂，其最终形成的发黑膜均匀细密孔隙率少，同时在发黑膜与金属表面形成有一层致密的过度层，由此使得防腐蚀效果提升明显，发黑处理后无需再作浸油处理亦可满足防锈要求。

具体实施方式

为了让本领域技术人员更清楚地了解本发明相对现有技术的改进之处，下面结合实施例对本发明所涉免浸油型防锈发黑剂作进一步的说明。

实施例1：

组分名称	重量份数
		氯化铜	1
钨酸钾	2
		硫代硫酸铵	1
水性环氧改性丙烯酸树脂分散体	80
		水性聚苯胺分散体	20
柠檬酸	5
		草酸	2
羟基乙叉二膦酸二钠	0.5

在上述用到的组分中，水性环氧改性丙烯酸树脂分散体可以是市购原料，优选固含量为45％。水性聚苯胺分散体也可以选择市购原料，优选聚苯胺有效含量为30％，其余组分为分散剂和水。

实施例2：

实施例2跟实施例1相比，只是各组分的配比有所改变，实施例2中各组分的配比如下：

实施例3：

实施例3跟实施例1和2相比，只是各组分的质量百分配比有所改变，实施例3中各组分的配比如下：

组分名称	重量份数
		氯化铜	10
钨酸钾	20
		硫代硫酸铵	8
水性环氧改性丙烯酸树脂分散体	50
		水性聚苯胺分散体	5
柠檬酸	20
		草酸	25
羟基乙叉二膦酸二钠	5

实施例4：

实施例4跟实施例1-3相比，只是各组分的质量百分配比有所改变，实施例4中各组分的配比如下：

组分名称	重量份数
		氯化铜	15
钨酸钾	25
		硫代硫酸铵	10
水性环氧改性丙烯酸树脂分散体	300
		水性聚苯胺分散体	40
柠檬酸	30
		草酸	50
羟基乙叉二膦酸二钠	8

实施例5：

实施例5跟上述实施例相比，只是各组分的质量百分配比有所改变，实施例5中各组分的配比如下：

组分名称	重量份数
		氯化铜	4
钨酸钾	5
		硫代硫酸铵	4
水性环氧改性丙烯酸树脂分散体	80
		水性聚苯胺分散体	10
柠檬酸	10
		草酸	5
羟基乙叉二膦酸二钠	2

实施例6：

实施例6跟上述实施例相比，只是各组分的质量百分配比有所改变，实施例6中各组分的配比如下：

组分名称	重量份数
		氯化铜	10
钨酸钾	15
		硫代硫酸铵	10
水性环氧改性丙烯酸树脂分散体	200
		水性聚苯胺分散体	30
柠檬酸	30
		草酸	15
羟基乙叉二膦酸二钠	8

实施例7：

实施例7跟上述实施例相比，只是各组分的质量百分配比有所改变，实施例7中各组分的配比如下：

上述实施例1-7中免浸油型防锈发黑剂的制备方法为：一、将氯化铜、钨酸钾、硫代硫酸铵和柠檬酸加入适量去离子水中，配制成A液。二、将水性环氧改性丙烯酸树脂分散体、水性聚苯胺分散体、羟基乙叉二膦酸二钠和草酸加入到适量去离子水中，搅拌均匀，配制成B液。三、将B液与A液混合，搅拌均匀后静置，制得所述免浸油型防锈发黑剂。配制得到的免浸油防锈发黑剂为墨绿色乳液，最佳储存温度为20-35℃。

在上述用于制备免浸油防锈发黑剂的组分中，作为主要成膜物的有氯化铜、钨酸钾和水性环氧改性丙烯酸树脂分散体，水性环氧改性丙烯酸树脂分散体为有机成膜物，硫代硫酸铵作为成膜助剂，水性聚苯胺分散体具有良好的导电性，其分布在体系中能够在金属基体与膜层界面件形成过度层，起到防锈剂的作用，羟基乙叉二膦酸二钠作为缓蚀螯合剂，起到缓蚀阻垢作用。应当指出的是，在制备自修复型常温发黑剂的过程中，申请人发现氯化铜和钨酸钾的比例会对发黑剂的成膜效果及膜的附着力会有比较明显的影响，当二者比例为4:5时，发黑膜的成膜效果非常好，膜层的附着力及耐腐蚀性有明显提高。

将经过脱脂和水洗处理后的普通碳钢放在上述免油浸型防锈发黑剂中处理后，不作油浸处理，并按照如下标准检测发黑膜的性能。发黑膜层测试项目包括：1、成膜外观，参照QB/T2505-2000《缝纫机零件发黑技术条件》。2、膜层耐磨性，参照QB/T3820-1999《轻工产品金属镀层和化学处理层的耐磨试验方法》，进行摩擦实验，记录露出基体时的摩擦次数。3、膜层致密性，参照QB/T3824-1999《轻工产品黑色金属化学保护层的测试方法浸渍点滴法》，以3％硫酸铜点滴于膜层上，观察表面变化并记录时间(以秒计时)。4、膜层耐蚀性测试，参照QB/T2505-2000《缝纫机零件发黑技术条件》，以3％氯化钠溶液浸泡，记录无腐蚀斑的持续时间。5、乙酸盐雾试验(GB/1771)。测试结果见下表所示。

从上表的测试结果可以看出，在未作浸油处理的前提下，所有实施例用3％硫酸铜点滴膜层表面不变色的持续时间均达到了65s以上，说明形成的发黑膜致密性较高(检测合格标准为大于30s)，所有实施例摩擦次数都在130次以上，说明形成的发黑膜与基体间的结合力良好，尤其值得一提的是，所有实施例用3％氯化钠溶液浸泡所测得的结果均达到了55h以上，乙酸盐雾试验均达到了20h无可见锈蚀斑点，由此可确定所形成的发黑膜具有极好的耐腐蚀性，无需浸油也能满足大多数情况下的防锈要求。

上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。为了让本领域普通技术人员更方便地理解本发明相对于现有技术的改进之处，本发明的一些描述已经被简化，并且为了清楚起见，本申请文件还省略了一些其它元素，本领域普通技术人员应该意识到这些省略的元素也可构成本发明的内容。

Claims (8)

1.免浸油型防锈发黑剂，其特在在于，包括以下组分：氯化铜1-20重量份、钨酸钾2-30重量份、硫代硫酸铵1-15重量份、水性环氧改性丙烯酸树脂分散体50-300重量份、水性聚苯胺分散体5-50重量份、柠檬酸5-50重量份、草酸2-50重量份、羟基乙叉二膦酸二钠0.5-10重量份以及适量去离子水。

2.根据权利要求1所述的免浸油型防锈发黑剂，其特征在于：所述氯化铜为4-10重量份，所述钨酸钾为5-15重量份，所述硫代硫酸铵为4-10重量份，所述水性环氧改性丙烯酸树脂分散体为80-200重量份，所述水性聚苯胺分散体为10-30重量份，所述柠檬酸为10-30重量份，所述草酸为5-15重量份，所述羟基乙叉二膦酸二钠为2-8重量份。

3.根据权利要求2所述的免浸油型防锈发黑剂，其特征在于：所述氯化铜为8重量份，所述钨酸钾为10重量份，所述硫代硫酸铵为6重量份，所述水性环氧改性丙烯酸树脂分散体为120重量份，所述水性聚苯胺分散体为20重量份，所述柠檬酸为15重量份，所述草酸为10重量份，所述羟基乙叉二膦酸二钠为4重量份。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的免浸油型防锈发黑剂，其特征在于：所述氯化铜和钨酸钾的重量比为4:5。

5.根据权利要求1-3中任意一项所述的免浸油型防锈发黑剂，其特征在于：所述水性环氧改性丙烯酸树脂分散体的固含量为45％。

6.根据权利要求1-3中任意一项所述的免浸油型防锈发黑剂，其特征在于：所述水性聚苯胺分散体中聚苯胺有效含量为30％。

7.制备权利要求1-6中任意一项所述免浸油型防锈发黑剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：

一、将氯化铜、钨酸钾、硫代硫酸铵和柠檬酸加入适量去离子水中，配制成A液；

二、将水性环氧改性丙烯酸树脂分散体、水性聚苯胺分散体、羟基乙叉二膦酸二钠和草酸加入到适量去离子水中，搅拌均匀，配制成B液；

三、将B液与A液混合，搅拌均匀后静置，制得所述免浸油型防锈发黑剂。

8.权利要求1-7中任意一项所述免浸油型防锈发黑剂在钢铁制件表面防锈处理中的应用。