用于预应力钢绞线涂装前的环保型纳米植化剂及使用工艺

技术领域

本发明涉及环保节能型金属表面处理剂技术领域，尤其涉及预应力钢绞线细分领域的涂装前表面处理剂，具体为用于预应力钢绞线涂装前的环保型纳米植化剂及使用工艺。

背景技术

预应力钢绞线采用高碳钢盘条，经过表面处理后冷拔成钢丝，然后按钢绞线结构将一定数量的钢丝绞合成股，再经过消除应力的稳定化处理过程而成。在此过程中线材经过酸洗、拉丝、合股、回火和水冷却，钢绞线表面早已形成蓝色或亮黑色氧化层，此氧化层多孔疏松，极易在潮湿环境产生锈蚀。为延长其耐久性，增加其美观性，厂家都会对钢绞线表面进行涂装处理，常用的是涂覆环氧涂层或镀锌处理。涂覆环氧涂层或镀锌处理前需要提供洁净的线材表面，此时必须要除去多孔疏松的蓝色或亮黑色氧化层，且形成与环氧涂层有牢固附着力的膜层，有利于环氧涂层与线材的结合力。

由于钢绞线线材的特殊性，表面处工艺一般采用快速流水线的形式开展。对表面前处理的处理时间提出了更高的要求，一般在60-90秒的快速流水线下，要快速清洗完线材表面的蓝黑色氧化层，且在表面形成致密的膜层，达到与环氧涂层良好的结合力。一般厂家为满足这一生产和质量要求：采用强酸清洗，更多采用磷酸清洗。

近年在节能高效能的要求下，预应力钢绞线行业对涂装工艺进行了改进，快速成膜型环氧涂料市场应用得到大力推广，固化时间大大缩短，涂装线速随之大大提升，各厂家希望涂装前处理的时间由原来的60-90秒缩短为10-20秒，采用强酸或磷酸处理已不能满足生产和质量要求。且近些年随着各地湖泊因磷氮含量超标，封闭系统水域严重富营养，造成多地淡水资源的污染，国家正在逐渐限制强酸及磷酸的使用。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了用于预应力钢绞线涂装前的环保型纳米植化剂及使用工艺，解决了现有预应力钢绞线细涂装前处理细分行业生产过程低效和废水排放污染环境的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：用于预应力钢绞线涂装前的环保型纳米植化剂，每1Kg的所述环保型纳米植化剂是由下述重量配比的原料制得：植物酸混合液28-65g、螯合分散剂2-8g、螯合成膜剂3-10g、成膜缓蚀剂1-5g、PH调整剂4-12g、孔隙封闭剂0.3-1.5g、复配型低泡表面活性剂4-18g和去离子水余量；

优选的，每1Kg的所述环保型纳米植化剂是由下述重量配比的原料制得：植物酸混合液28g、螯合分散剂2g、螯合成膜剂3g、成膜缓蚀剂1g、PH调整剂4g、孔隙封闭剂0.3g、复配型低泡表面活性剂4g和去离子水余量。

优选的，每1Kg的所述环保型纳米植化剂是由下述重量配比的原料制得：植物酸混合液45g、螯合分散剂5g、螯合成膜剂6g、成膜缓蚀剂3g、PH调整剂8g、孔隙封闭剂0.8g、复配型低泡表面活性剂12g和去离子水余量。

优选的，每1Kg的所述环保型纳米植化剂是由下述重量配比的原料制得：植物酸混合液65g、螯合分散剂8g、螯合成膜剂8g、成膜缓蚀剂5g、PH调整剂12g、孔隙封闭剂1.5g、复配型低泡表面活性剂18g和去离子水余量。

优选的，所述植物酸混合液为葡萄糖酸、乳酸、柠檬酸、苹果酸、果糖酸或丁二酸中的两种或两种以上的组合物。

优选的，所述植物酸混合液是由15-30g葡萄糖酸、8-20g柠檬酸和5-15g丁二酸组成。

优选的，所述混合植物酸为葡萄糖，原因在于：其分子中含有羟基和羧基，在低酸度环境下，螯合金属离子的能力强，对铁的氧化物有较好的溶解力，且对金属基材腐蚀较为缓和，不伤基材。

优选的，所述混合植物酸为柠檬酸，原因在于：其为弱有机酸，对金属离子螯合能力强，对金属腐蚀小，与葡萄糖酸和丁二酸协同作用于金属表面，快速与金属表面的氧化物产生螯合渗透反应。

优选的，所述混合植物酸为丁二酸，原因在于：其虽为弱有机酸，但对铁的氧化物溶解量达到0.12g/g，与葡萄糖酸与柠檬酸复合后具有协同增效作用，可达到铁的氧化物溶解量达到0.28g/g，大大提高了反应速率和反应效果。

优选的，所述螯合分散剂为聚天冬氨，其原因在于：其为新型水溶性聚合物，不但对离子有极强的螯合能力，而且具有良好的阻垢分散作用。无磷，无公害，可完全生物降，可替代含磷产品，避免水体的富营养化和排放二次污染。

优选的，所述螯合成膜剂为月桂酸肌氨酸，原因在于：其是金属离子的螯合剂，能和金属离子发生螯合吸附，在金属表面形成单分子层的螯合被膜，致密，稳定，定向排列在金属表面，从而使金属得到保护。并且其原料无毒，易生物降解，不会引起环境污染，适用于各种硬度的水质，PH适用范围宽。

优选的，所述成膜缓蚀剂为聚环氧琥珀酸，其原因在于：其是一种无磷、非氮的绿色环保型多元阻垢缓蚀剂，生物降解性好。且缓蚀性能好，适用于高硬水，高PH值条件下。

优选的，所述PH调整剂为醇胺类，更优选单异丙醇胺，原因在于：其碱储备优于醇胺，相比醇胺类更加温和、环保，有更优秀的清洗性能。

优选的，所述孔隙封闭剂为水分散性氧化石墨稀溶液，优选10层以内，含氧量大于40％，含尽可能多羟基或羧基的石墨稀溶液，更优选PH＝4-7,具有良好分散性和稳定性，放置30-60天以上不会发生团聚或析出的，表面无过度氧化孔洞的氧化石墨稀溶液。具有很好的渗透覆膜性能，可以渗透到微孔内部，堵塞金属表面空隙、针眼等，起到封孔作用。

优选的，所述复配型低泡表面活性剂是由1-10g烷基多糖苷和3-8g无规聚醚组成。

优选的，所述复配型低泡表面活性剂为烷基糖苷和无规聚醚的复配剂，优选烷基碳数在8-16的烷基糖苷与十二醇无规聚醚复合，更优选烷基碳数为10的烷基糖苷、分子量为1500的十二醇无规聚醚复合。原因在于：烷基糖苷是一种源自可再生植物原料的绿色环保表面活性剂，无毒、温和、生物降解迅速彻底。且表面张力低、无浊点，湿润力、去污力、配伍性强。尤其烷基碳数为10的烷基糖苷不但清洗力强，润湿迅速，而且耐酸碱，增溶力强。十二醇无规聚醚属于高分子表面活性剂，无毒性，起泡力低，分散力好，清洗性好，且具有低温流动性。

优选的，所述去离子水为电导率≤5μS/cm的去离子水。

第二方面，本发明还提供了用于预应力钢绞线涂装前的环保型纳米植化剂的制备方法，具体包括以下步骤：

S1、制备植物酸混合液：按重量配比，加入适量去离子水于立式反应釜内，开启搅拌，再按重量配比分别取植物酸混合液的各原料，以100-150r/min转速，常温状态下搅拌0.5-1小时，静置，即得植物酸混合液备用；

S2、制备低泡复合表面活性剂：在锥型放料口的立式搅拌机内加入适量去离子水，开启加温设备加温至40℃开启搅拌，按重量配比取低泡表面活性剂原料放入反应，以200-300r/min转速，搅拌1-1.5小时后，即得低泡复合表面活性剂备用；

S3、制备植化液，具体包括以下步骤：

a.向带高速剪切分散机的立式反应釜中加入适量去离子水，升温到至60℃，以150-200r/min转速开启搅拌，依次按重量配比加入步骤S1所制植物酸混合液、螯合分散剂、螯合成膜剂和成膜缓蚀剂，搅拌1小时至透明液体；

b.缓慢以滴加形式加入PH调整剂，搅拌1小时至透明液体；

c.缓慢加入孔隙封闭剂；

d.加入步骤S2所制低泡复合表面活性剂，混合搅拌2小时后即得。

第三方面，本发明还本提供了用于预应力钢绞线涂装前的环保型纳米植化剂的使用工艺，具体包括以下步骤：

T1、将制成的植化剂依次按照开卷、热水洗、植化剂处理、自来水洗、纯水漂洗、烘干、开股喷环氧涂料、烘烤合股冷却和盘装的工艺流程分别涂覆于预应力钢绞线表面；

T2、对经步骤T1流程处理后的钢绞线依次进行外观、膜厚、柔韧性、耐腐蚀性、耐候性和涂装附着力的性能评估，然后对经过步骤T1流程处理的钢绞线和用磷酸处理的钢绞线各工序节能提效进行比对分析。

(三)有益效果

本发明提供了用于预应力钢绞线涂装前的环保型纳米植化剂及使用工艺。与现有技术相比具备以下有益效果：

(1)、该用于预应力钢绞线涂装前的环保型纳米植化剂及使用工艺，通过在药剂中添加环保型混合植物弱酸、螯合分散剂，在分散剂的分散性能下，利用各植物酸对金属表面高温蓝色氧化层的弱浸蚀性和不同的络和常数，快速全面的与金属表面氧化层进行络和浸蚀，从而渗入基材表面。

(2)、该用于预应力钢绞线涂装前的环保型纳米植化剂及使用工艺，分别通过在药剂中添加的螯合成膜剂和缓蚀剂、在混合植物酸和分散剂形成的成膜环境下以及在基材表面快速定向排列，形成与基材互为嵌入的纳米级的吸附膜层。

(3)、该用于预应力钢绞线涂装前的环保型纳米植化剂及使用工艺，通过在药剂中添加水分散性氧化石墨稀溶液和在纳米膜层的基础上，提高了膜层的致密性和耐蚀性。

附图说明

图1为本发明纳米植化剂制备方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例提供三种技术方案：用于预应力钢绞线涂装前的环保型纳米植化剂及使用工艺，具体包括以下实施例：

实施例1

用于预应力钢绞线涂装前的环保型纳米植化剂，每1Kg的环保型纳米植化剂是由下述重量配比的原料制得：植物酸混合液28g、螯合分散剂2g、螯合成膜剂3g、成膜缓蚀剂1g、PH调整剂4g、孔隙封闭剂0.3g、复配型低泡表面活性剂4g和去离子水余量。

本发明实施例中，植物酸混合液是由15g葡萄糖酸、8g柠檬酸和5g丁二酸组成，复配型低泡表面活性剂是由1g烷基多糖苷和3g无规聚醚组成，去离子水为电导率≤5μS/cm的去离子水。

本发明实施例还提供了用于预应力钢绞线涂装前的环保型纳米植化剂的制备方法，具体包括以下步骤：

S1、制备植物酸混合液：按重量配比，加入适量去离子水于立式反应釜内，开启搅拌，再按重量配比分别取葡萄糖酸、柠檬酸和丁二酸，以100r/min转速，常温状态下搅拌0.5小时，静置，即得植物酸混合液备用；

S2、制备低泡复合表面活性剂：在锥型放料口的立式搅拌机内加入适量去离子水，开启加温设备加温至40℃开启搅拌，按重量配比取烷基多糖苷和无规聚醚放入反应，以200r/min转速，搅拌1小时后，即得低泡复合表面活性剂备用；

S3、制备植化液，具体包括以下步骤：

a.向带高速剪切分散机的立式反应釜中加入适量去离子水，升温到至60℃，以150r/min转速开启搅拌，依次按重量配比加入步骤S1所制植物酸混合液、螯合分散剂：聚天冬氨酸、螯合成膜剂：月桂酸肌氨酸和成膜缓蚀剂：聚环氧琥珀酸，搅拌1小时至透明液体；

b.缓慢以滴加形式加入单异丙醇胺PH调整剂，搅拌1小时至透明液体；

c.缓慢加入孔隙封闭剂：水分散性氧化石墨稀溶液；

d.加入步骤S2所制低泡复合表面活性剂，混合搅拌2小时后即得。

本发明实施例还提供了用于预应力钢绞线涂装前的环保型纳米植化剂的使用工艺，具体包括以下步骤：

T1、将制成的植化剂依次按照开卷、热水洗、植化剂处理、自来水洗、纯水漂洗、烘干、开股喷环氧涂料、烘烤合股冷却和盘装的工艺流程分别涂覆于预应力钢绞线表面，涂液的PH为6.5-7.2；

T2、对经步骤T1流程处理后的钢绞线依次进行外观、膜厚、柔韧性、耐腐蚀性、耐候性和涂装附着力的性能评估，然后对经过步骤T1流程处理的钢绞线和用磷酸处理的钢绞线各工序节能提效进行比对分析。

实施例2

用于预应力钢绞线涂装前的环保型纳米植化剂，每1Kg的环保型纳米植化剂是由下述重量配比的原料制得：植物酸混合液45g、螯合分散剂5g、螯合成膜剂6g、成膜缓蚀剂3g、PH调整剂8g、孔隙封闭剂0.8g、复配型低泡表面活性剂12g和去离子水余量。

本发明实施例中，植物酸混合液是由20g葡萄糖酸、15g柠檬酸和10g丁二酸组成，复配型低泡表面活性剂是由6g烷基多糖苷和6g无规聚醚组成，去离子水为电导率≤5μS/cm的去离子水。

本发明实施例还提供了用于预应力钢绞线涂装前的环保型纳米植化剂的制备方法，具体包括以下步骤：

S1、制备植物酸混合液：按重量配比，加入适量去离子水于立式反应釜内，开启搅拌，再按重量配比分别取葡萄糖酸、柠檬酸和丁二酸，以120/min转速，常温状态下搅拌0.7小时，静置，即得植物酸混合液备用；

S2、制备低泡复合表面活性剂：在锥型放料口的立式搅拌机内加入适量去离子水，开启加温设备加温至40℃开启搅拌，按重量配比取烷基多糖苷和无规聚醚放入反应，以250r/min转速，搅拌1.25小时后，即得低泡复合表面活性剂备用；

S3、制备植化液，具体包括以下步骤：

a.向带高速剪切分散机的立式反应釜中加入适量去离子水，升温到至60℃，以170r/min转速开启搅拌，依次按重量配比加入步骤S1所制植物酸混合液、螯合分散剂：聚天冬氨酸、螯合成膜剂：月桂酸肌氨酸和成膜缓蚀剂：聚环氧琥珀酸，搅拌1小时至透明液体；

b.缓慢以滴加形式加入单异丙醇胺PH调整剂，搅拌1小时至透明液体；

c.缓慢加入孔隙封闭剂：水分散性氧化石墨稀溶液；

d.加入步骤S2所制低泡复合表面活性剂，混合搅拌2小时后即得。

本发明实施例还提供了用于预应力钢绞线涂装前的环保型纳米植化剂的使用工艺，具体包括以下步骤：

T1、将制成的植化剂依次按照开卷、热水洗、植化剂处理、自来水洗、纯水漂洗、烘干、开股喷环氧涂料、烘烤合股冷却和盘装的工艺流程分别涂覆于预应力钢绞线表面，涂液的PH为6.0-6.8；

T2、对经步骤T1流程处理后的钢绞线依次进行外观、膜厚、柔韧性、耐腐蚀性、耐候性和涂装附着力的性能评估，然后对经过步骤T1流程处理的钢绞线和用磷酸处理的钢绞线各工序节能提效进行比对分析。

实施例3

用于预应力钢绞线涂装前的环保型纳米植化剂，每1Kg的环保型纳米植化剂是由下述重量配比的原料制得：植物酸混合液65g、螯合分散剂8g、螯合成膜剂8g、成膜缓蚀剂5g、PH调整剂12g、孔隙封闭剂1.5g、复配型低泡表面活性剂18g和去离子水余量。

本发明实施例中，植物酸混合液是由30g葡萄糖酸、20g柠檬酸和15g丁二酸组成，复配型低泡表面活性剂是由10g烷基多糖苷和8g无规聚醚组成，去离子水为电导率≤5μS/cm的去离子水。

本发明实施例还提供了用于预应力钢绞线涂装前的环保型纳米植化剂的制备方法，具体包括以下步骤：

S1、制备植物酸混合液：按重量配比，加入适量去离子水于立式反应釜内，开启搅拌，再按重量配比分别取葡萄糖酸、柠檬酸和丁二酸，以150r/min转速，常温状态下搅拌1小时，静置，即得植物酸混合液备用；

S2、制备低泡复合表面活性剂：在锥型放料口的立式搅拌机内加入适量去离子水，开启加温设备加温至40℃开启搅拌，按重量配比取烷基多糖苷和无规聚醚放入反应，以300r/min转速，搅拌1.5小时后，即得低泡复合表面活性剂备用；

S3、制备植化液，具体包括以下步骤：

a.向带高速剪切分散机的立式反应釜中加入适量去离子水，升温到至60℃，以200r/min转速开启搅拌，依次按重量配比加入步骤S1所制植物酸混合液、螯合分散剂：聚天冬氨酸、螯合成膜剂：月桂酸肌氨酸和成膜缓蚀剂：聚环氧琥珀酸，搅拌1小时至透明液体；

b.缓慢以滴加形式加入单异丙醇胺PH调整剂，搅拌1小时至透明液体；

c.缓慢加入孔隙封闭剂：水分散性氧化石墨稀溶液；

d.加入步骤S2所制低泡复合表面活性剂，混合搅拌2小时后即得。

本发明实施例还提供了用于预应力钢绞线涂装前的环保型纳米植化剂的使用工艺，具体包括以下步骤：

T1、将制成的植化剂依次按照开卷、热水洗、植化剂处理、自来水洗、纯水漂洗、烘干、开股喷环氧涂料、烘烤合股冷却和盘装的工艺流程分别涂覆于预应力钢绞线表面，涂液的PH为5.5-6.0；

T2、对经步骤T1流程处理后的钢绞线依次进行外观、膜厚、柔韧性、耐腐蚀性、耐候性和涂装附着力的性能评估，然后对经过步骤T1流程处理的钢绞线和用磷酸处理的钢绞线各工序节能提效进行比对分析。

对比实验

按上述实施例1-3制备方法制备的植化液用电导率≤5μs/cm的去离子水配制，各组份不同用量情况下所制植化剂如表1。

表1

将上述实施例1-3制成的植化剂按如下表2的工艺流程分别涂覆于预应力钢绞线表面。

表2

对经过表2流程处理后的钢绞线进行如下表3必要性能评估。

表3

按如上评估项目，经过实施例1、2、3处理后的基板评估结果如下表4所示。

表4

对经过表2流程处理的钢绞线和用磷酸处理的钢绞线各工序节能提效进行比对如下表5。

表5

注：●需要 ○不需要

综上，本发明通过在药剂中添加环保型混合植物弱酸、螯合分散剂，在分散剂的分散性能下，利用各植物酸对金属表面高温蓝色氧化层的弱浸蚀性和不同的络和常数，快速全面的与金属表面氧化层进行络和浸蚀，从而渗入基材表面，分别通过在药剂中添加的螯合成膜剂和缓蚀剂、在混合植物酸和分散剂形成的成膜环境下以及在基材表面快速定向排列，形成与基材互为嵌入的纳米级的吸附膜层，同时通过在药剂中添加水分散性氧化石墨稀溶液和在纳米膜层的基础上，提高了膜层的致密性和耐蚀性。

同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。