环保除锈剂及其制备方法和应用

技术领域

本申请涉及除锈剂技术领域，尤其涉及一种环保除锈剂及其制备方法和应用。

背景技术

钢铁材料广泛应用在生产生活的各个领域，然而钢铁材料的腐蚀问题比比皆是，每年因腐蚀造成的经济损失不可估量，因而除锈在金属行业中至关重要。除锈剂也称为松锈剂，主要作用是松解生锈紧固件，润滑不能拆卸的紧固件，便于拆卸生锈的紧固件，它能在裸露的金属表面形成持久的防腐蚀保护，防止新的锈蚀形成，广泛应用于制造业、建筑业、修理业、交通、能源、电力、石油及矿山开采等多种行业。

无机酸除锈剂因其除锈效率高、成本较低是目前通用的除锈方式，然而其暴漏出许多缺点，如无机酸洗会腐蚀金属基底，甚至造成金属氢脆，并且酸性废液对环境污染严重，因此，亟需一种温和、高效的环保除锈剂解决传统除锈剂酸洗过程带来的弊端。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提出一种环保除锈剂及其制备方法和应用。

基于上述目的，本申请第一方面提供了一种环保除锈剂，包括以下组分：单宁酸、羟基乙叉二膦酸、乙二醇、2-巯基苯并噻唑、钼酸钠、乙二胺四乙酸钠和脂肪醇聚氧乙烯醚。

进一步地，各组分在所述环保除锈剂中的浓度为：单宁酸80g/L-120g/L、羟基乙叉二膦酸100g/L-150g/L、乙二醇10g/-30g/L、2-巯基苯并噻唑3g/L、钼酸钠5g/L-15g/L、乙二胺四乙酸钠4.5g/L和脂肪醇聚氧乙烯醚1g/L。

进一步地，各组分在所述环保除锈剂中的浓度为：单宁酸100g/L、羟基乙叉二膦酸100g/L、乙二醇20g/L、2-巯基苯并噻唑3g/L、钼酸钠10g/L、乙二胺四乙酸钠4.5g/L和脂肪醇聚氧乙烯醚1g/L。

进一步地，所述环保除锈剂的pH值为6.0-6.5。

本申请第二方面提供了一种环保除锈剂的制备方法，所述环保除锈剂为如上第一方面所述的环保除锈剂，所述制备方法包括：将单宁酸、羟基乙叉二膦酸和乙二醇加入水中形成第一溶液；将2-巯基苯并噻唑、钼酸钠、乙二胺四乙酸钠和脂肪醇聚氧乙烯醚加入水中形成第二溶液；将所述第一溶液和所述第二溶液混合超声形成第三溶液；调节所述第三溶液的pH值至预设值得到所述环保除锈剂。

进一步地，所述将所述第一溶液和所述第二溶液混合超声形成第三溶液，包括：在25℃的温度下，将所述第一溶液和所述第二溶液混合超声10min得到所述第三溶液。

进一步地，所述调节所述第三溶液的pH值至预设值得到所述环保除锈剂，包括：向所述第三溶液中加入氢氧化钠溶液至所述第三溶液的pH值为6.0-6.5后，得到所述环保除锈剂。

本申请第三方面提供了如上第一方面所述的环保除锈剂在钢铁制品表面除锈中的应用。

从上面所述可以看出，本申请提供的环保除锈剂及其制备方法和应用，环保除锈剂的组分来源广泛，对环境友好，该环保除锈剂是水基型产品，没有重金属离子，绿色无毒，反应过程温和，pH值为6.0-6.5，可以在近中性的环境与钢铁表面的锈蚀物反应；该环保除锈剂除锈效果好，通过组分之间的协同效应除锈，除锈速率为280g/(cm

附图说明

为了更清楚地说明本申请或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例中通过对组分分组后混合的方法制备的环保除锈剂的产品状态示意图；

图2为本申请实施例中通过对组分分组后混合的方法制备的环保除锈剂静置6个月后的产品状态示意图；

图3为本申请实施例中通过对组分直接混合的方法制备的环保除锈剂的产品状态示意图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本公开进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

钢铁材料广泛应用在生产生活的各个领域，然而钢铁材料的腐蚀问题比比皆是，每年因腐蚀造成的经济损失不可估量，因而除锈在金属行业中至关重要。除锈剂也称为松锈剂，主要作用是松解生锈紧固件，润滑不能拆卸的紧固件，便于拆卸生锈的紧固件，它能在裸露的金属表面形成持久的防腐蚀保护，防止新的锈蚀形成，广泛应用于制造业、建筑业、修理业、交通、能源、电力、石油及矿山开采等多种行业。

无机酸除锈剂因其除锈效率高、成本较低是目前通用的除锈方式，然而其暴漏出许多缺点，如无机酸洗会腐蚀金属基底，甚至造成金属氢脆，并且酸性废液对环境污染严重，因此，亟需一种温和、高效的环保除锈剂解决传统除锈剂酸洗过程带来的弊端。

以下，通过具体的实施例并结合图1至图3来详细说明本申请的技术方案。

本申请的一些实施例中，提供了一种环保除锈剂，包括以下组分：单宁酸、羟基乙叉二膦酸、乙二醇、2-巯基苯并噻唑、钼酸钠、乙二胺四乙酸钠和脂肪醇聚氧乙烯醚。

通过正交实验对近中性的除锈剂组分配方进行筛选，选择单宁酸，是一种有机酸，溶于水，其含有羟基和酯基，可以与锈层发生螯合反应，除锈的同时可以生成单宁酸铁钝化层；选择羟基乙叉二膦酸，也是一种有机酸，易溶于水，其含有羟基和磷酸基，可以发生螯合反应，溶解金属表面氧化物，两种有机酸都曾作为食品添加剂使用，所以对环境较为友好；选择乙二醇，其含有羟基，与水互溶，具有渗透作用，可以帮助除锈剂中有效成分例如有机酸等与铁锈成分充分接触，增加反应速率；选择脂肪醇聚氧乙烯醚，其含有羟基和醚键，水溶性较好，是一种表面活性剂，起到增溶的作用；选择2-巯基苯并噻唑，是两性混合型缓蚀剂，其含有巯基、氮杂原子和硫杂原子，可以抗氧化，抗腐蚀，但其微溶于热水，而氮杂原子和硫杂原子会与前述两种有机酸的极性基团有很强的分子间作用力，继而在非离子表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚的作用下，可以在水溶液里充分溶解并稳定存在；选择钼酸钠，微溶于水，作为腐蚀抑制剂对碳钢具有良好的缓蚀效果；选择乙二胺四乙酸钠，溶于水，其含有羧基，作为金属螯合剂可以与金属离子的产生强结合作用，将金属离子包合到螯合剂内部，变成稳定的且分子量更大的化合物，实现阻垢的效果。

该环保除锈剂的组分来源广泛，对环境友好，是水基型产品，没有重金属离子，绿色无毒，反应过程温和，可以在近中性的环境与钢铁表面的锈蚀物反应；除锈效果好，通过组分之间的协同效应除锈，并且对钢铁基体腐蚀程度轻，相比于无机酸的腐蚀程度大为减轻，对环境的破坏大大降低；该环保除锈剂与钢铁表面作用后可以生成Fe-O-C、Fe-O-P和Fe-O-S等螯合物保护膜层，使除锈剂具有除锈能力的同时兼具防腐蚀能力，在一定程度阻碍电解质在膜层中的扩散，起到防锈作用，本除锈剂可代替各种设备的酸洗处理，有效避免了对钢铁材质的二次腐蚀，同时除锈效果良好，为工业金属清洗与防护提供了一种环境友好的方案。

在一些实施例中，提供了一种环保除锈剂的制备方法，包括以下步骤：

S1、将单宁酸、羟基乙叉二膦酸和乙二醇加入水中形成第一溶液。

例如将100g单宁酸、100g羟基乙叉二膦酸和20g乙二醇溶解在500mL的去离子水中形成第一溶液，具体不做限定；单宁酸、羟基乙叉二膦酸和乙二醇都含有羟基，容易溶于水，基于相似相溶的原理将该类组分一起溶解形成第一溶液，为后续混合提供基础。

S2、将2-巯基苯并噻唑、钼酸钠、乙二胺四乙酸钠和脂肪醇聚氧乙烯醚加入水中形成第二溶液。

例如将3g 2-巯基苯并噻唑、10g钼酸钠、4.5g乙二胺四乙酸钠和1g脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-3)溶解在480mL的去离子水中形成第二溶液，具体不做限定；乙二胺四乙酸钠和脂肪醇聚氧乙烯醚易溶于水，而钼酸钠微溶于水，2-巯基苯并噻唑微溶于热水，但在表面活性剂的作用下可以增大溶解度，并且基于相似相溶的原理可以将该类组分一起溶解形成第二溶液，为后续混合提供基础。

S3、将所述第一溶液和所述第二溶液混合超声形成第三溶液。

例如在25℃的温度下，将所述第一溶液和所述第二溶液混合超声10min得到所述第三溶液，具体不做限定，超声混合可以使组分充分扩散溶解，并达到协同作用，例如单宁酸中包含有极性的酯基和酚羟基，羟基乙叉二膦酸中也同样包括极性的磷酸基和羟基，能与水溶剂形成良好的氢键，从而溶解性较好，而单独的缓蚀剂2-巯基苯并噻唑是很难溶于水的，但其中的氮杂原子和硫杂原子与前述两种有机酸的极性基团有很强的分子间作用力，继而在非离子表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚的作用下，在水溶液里充分溶解并稳定存在。

通过对组分分组溶解再超声混合的方式使组分溶解效果更好，得到的产品稳定性极佳，在室温条件下静置6个月无沉淀产生，适合长期存储。

S4、调节所述第三溶液的pH值至预设值得到所述环保除锈剂。

例如向所述第三溶液中加入氢氧化钠溶液至所述第三溶液的pH值为6.0-6.5，提供除锈的环境条件，具体不做限定，然后用去离子水定容到1L，得到所述环保除锈剂，最后密封储存备用。

通过该方法制备的环保除锈剂稳定性好，反应温和，除锈高效。

对环保除锈剂的除锈效果检测过程包括：

S01、制备生锈试样。

将Q235碳钢试样表面打磨干净后，放在型号为LYY-030的盐雾箱内进行生锈操作，雾化溶液为模拟海洋环境的溶液，例如pH值为6-6.5的5wt％的NaCl溶液，盐雾箱内温度设置为30℃，压缩机温度设置为42℃，生锈后的试样取出烘干静置，等待后续测试。

S02、除锈效果检测。

将烘干后的生锈试样称重，质量为m

通过测量除锈效果，可以优化组分的配比。

例如在一些实施例中，各组分在所述环保除锈剂中的浓度为：单宁酸80g/L-120g/L、羟基乙叉二膦酸100g/L-150g/L、乙二醇10g/-30g/L、2-巯基苯并噻唑3g/L、钼酸钠5g/L-15g/L、乙二胺四乙酸钠4.5g/L和脂肪醇聚氧乙烯醚1g/L。

通过前述检测过程，可以测得该环保除锈剂除锈速率在270g/(cm

通过控制变量法，可以进一步优化组分的配比，得到除锈效果和性价比更好的环保除锈剂。

例如在一些实施例中，各组分在所述环保除锈剂中的浓度为：单宁酸100g/L、羟基乙叉二膦酸100g/L、乙二醇20g/L、2-巯基苯并噻唑3g/L、钼酸钠10g/L、乙二胺四乙酸钠4.5g/L和脂肪醇聚氧乙烯醚1g/L。

该环保除锈剂通过组分之间的协同效应除锈，除锈速率为280g/(cm

在一些实施例中，提供了一种环保除锈剂在钢铁制品表面除锈中的应用。

该环保除锈剂在除锈时反应温和，除锈高效，对钢铁基体腐蚀程度轻，绿色环保。

实施例1

通过前述制备方法制备组分浓度为单宁酸80g/L、羟基乙叉二膦酸150g/L、乙二醇10g/L、2-巯基苯并噻唑3g/L、钼酸钠10g/L、乙二胺四乙酸钠4.5g/L和脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-3)1g/L的环保除锈剂，其pH值为6.0。

实施例2

通过前述制备方法制备组分浓度为单宁酸100g/L、羟基乙叉二膦酸150g/L、乙二醇10g/L、2-巯基苯并噻唑3g/L、钼酸钠10g/L、乙二胺四乙酸钠4.5g/L和脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-3)1g/L的环保除锈剂，其pH值为6.0。

实施例3

通过前述制备方法制备组分浓度为单宁酸120g/L、羟基乙叉二膦酸150g/L、乙二醇10g/L、2-巯基苯并噻唑3g/L、钼酸钠10g/L、乙二胺四乙酸钠4.5g/L和脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-3)1g/L的环保除锈剂，其pH值为6.0。

实施例4

通过前述制备方法制备组分浓度为单宁酸100g/L、羟基乙叉二膦酸100g/L、乙二醇10g/L、2-巯基苯并噻唑3g/L、钼酸钠10g/L、乙二胺四乙酸钠4.5g/L和脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-3)1g/L的环保除锈剂，其pH值为6.0。

实施例5

通过前述制备方法制备组分浓度为单宁酸100g/L、羟基乙叉二膦酸120g/L、乙二醇10g/L、2-巯基苯并噻唑3g/L、钼酸钠10g/L、乙二胺四乙酸钠4.5g/L和脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-3)1g/L的环保除锈剂，其pH值为6.0。

实施例6

通过前述制备方法制备组分浓度为单宁酸100g/L、羟基乙叉二膦酸140g/L、乙二醇10g/L、2-巯基苯并噻唑3g/L、钼酸钠10g/L、乙二胺四乙酸钠4.5g/L和脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-3)1g/L的环保除锈剂，其pH值为6.0。

实施例7

通过前述制备方法制备组分浓度为单宁酸100g/L、羟基乙叉二膦酸100g/L、乙二醇20g/L、2-巯基苯并噻唑3g/L、钼酸钠10g/L、乙二胺四乙酸钠4.5g/L和脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-3)1g/L的环保除锈剂，其pH值为6.0。

实施例8

通过前述制备方法制备组分浓度为单宁酸100g/L、羟基乙叉二膦酸100g/L、乙二醇25g/L、2-巯基苯并噻唑3g/L、钼酸钠10g/L、乙二胺四乙酸钠4.5g/L和脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-3)1g/L的环保除锈剂，其pH值为6.0。

实施例9

通过前述制备方法制备组分浓度为单宁酸100g/L、羟基乙叉二膦酸100g/L、乙二醇30g/L、2-巯基苯并噻唑3g/L、钼酸钠10g/L、乙二胺四乙酸钠4.5g/L和脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-3)1g/L的环保除锈剂，其pH值为6.0。

实施例10

通过前述制备方法制备组分浓度为单宁酸100g/L、羟基乙叉二膦酸140g/L、乙二醇10g/L、2-巯基苯并噻唑3g/L、钼酸钠5g/L、乙二胺四乙酸钠4.5g/L和脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-3)1g/L的环保除锈剂，其pH值为6.0。

实施例11

通过前述制备方法制备组分浓度为单宁酸100g/L、羟基乙叉二膦酸140g/L、乙二醇10g/L、2-巯基苯并噻唑3g/L、钼酸钠10g/L、乙二胺四乙酸钠4.5g/L和脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-3)1g/L的环保除锈剂，其pH值为6.0。

实施例12

通过前述制备方法制备组分浓度为单宁酸100g/L、羟基乙叉二膦酸140g/L、乙二醇10g/L、2-巯基苯并噻唑3g/L、钼酸钠15g/L、乙二胺四乙酸钠4.5g/L和脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-3)1g/L的环保除锈剂，其pH值为6.0。

对实施例1至实施例12的环保除锈剂分别进行多次除锈效果检测，每个实施例测得的除锈速率α的平均值如表1所示。

表1不同组分浓度环保除锈剂除锈效果示意表

实施例1至实施例12中环保除锈剂的缓蚀剂2-巯基苯并噻唑、辅助螯合剂乙二胺四乙酸钠和表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-3)，作为辅助添加剂含量较低，故在每组测试中含量始终保持不变，而对于单宁酸、羟基乙叉二膦酸、乙二醇和钼酸钠含量相对较高，对除锈效果更为重要，不同添加量的效果差别较大，因此对于这四种组分进行控制变量法的测试，优化浓度配比，以获得除锈效果和性价比更高的环保除锈剂。

如表1所示，对于单宁酸，浓度在80g/L-120g/L时，除锈速率逐渐升高，但上升趋势逐渐减缓，在确保除锈效果的前提下，同时减少组分用量，降低成本，优选浓度为100g/L的单宁酸；对于羟基乙叉二膦酸，浓度在100g/L-140g/L时，除锈速率先上升后降低，但整体差别不大，在确保除锈效果的前提下，同时减少组分用量，优选浓度为100g/L的羟基乙叉二膦酸；对于乙二醇，浓度在20g/L-30g/L时，除锈速率先降低后上升，但整体差别不大，在确保除锈效果的前提下，同时减少组分用量，优选浓度为20g/L的乙二醇；对于钼酸钠，浓度在5g/L-15g/L时，除锈速率逐渐升高，但上升趋势逐渐减缓，在确保除锈效果的前提下，同时减少组分用量，优选浓度为10g/L的钼酸钠。

通过实施例1至实施例12可以得到环保除锈剂的优选配比，即包括以下浓度的组分：单宁酸100g/L、羟基乙叉二膦酸100g/L、乙二醇20g/L、2-巯基苯并噻唑3g/L、钼酸钠10g/L、乙二胺四乙酸钠4.5g/L和脂肪醇聚氧乙烯醚1g/L，成本低，除锈效果更好。

实施例13

通过前述制备方法制备组分浓度为单宁酸100g/L、羟基乙叉二膦酸100g/L、乙二醇20g/L、2-巯基苯并噻唑3g/L、钼酸钠10g/L、乙二胺四乙酸钠4.5g/L和脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-3)1g/L的环保除锈剂，其pH值为1.5。

实施例14

通过前述制备方法制备组分浓度为单宁酸100g/L、羟基乙叉二膦酸100g/L、乙二醇20g/L、2-巯基苯并噻唑3g/L、钼酸钠10g/L、乙二胺四乙酸钠4.5g/L和脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-3)1g/L的环保除锈剂，其pH值为3.0。

实施例15

通过前述制备方法制备组分浓度为单宁酸100g/L、羟基乙叉二膦酸100g/L、乙二醇20g/L、2-巯基苯并噻唑3g/L、钼酸钠10g/L、乙二胺四乙酸钠4.5g/L和脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-3)1g/L的环保除锈剂，其pH值为4.5。

实施例16

通过前述制备方法制备组分浓度为单宁酸100g/L、羟基乙叉二膦酸100g/L、乙二醇20g/L、2-巯基苯并噻唑3g/L、钼酸钠10g/L、乙二胺四乙酸钠4.5g/L和脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-3)1g/L的环保除锈剂，其pH值为6.0。

对实施例13至实施例16的环保除锈剂分别进行多次除锈效果检测，每个实施例测得的除锈速率α的平均值以及15min除锈效率β的平均值如表2所示。

表2不同pH值环保除锈剂除锈效果示意表

溶液pH值是影响除锈速率的重要因素之一，一般来讲在较低pH值环境下，酸性溶液会加剧损坏金属基质，溶液H

如表2所示，随着环保除锈剂pH值的降低，除锈速率和15min除锈效率均有所提升，但实施例16环保除锈剂的pH值为6.0，其除锈速率α的平均值达到了285g/(cm

实施例17

将100g单宁酸、100g羟基乙叉二膦酸、20g乙二醇、3g 2-巯基苯并噻唑、10g钼酸钠、4.5g乙二胺四乙酸钠和1g脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-3)共同混合在980mL去离子水中超声10min，并通过氢氧化钠溶液调节pH值，然后用去离子水定容到1L，得到组分浓度为单宁酸100g/L、羟基乙叉二膦酸100g/L、乙二醇20g/L、2-巯基苯并噻唑3g/L、钼酸钠10g/L、乙二胺四乙酸钠4.5g/L和脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-3)1g/L的环保除锈剂，其pH值为6.0。

实施例16和实施例17的环保除锈剂的配方相同，区别在于实施例16通过将组分分组溶解再混合的方式制备环保除锈剂，其产品状态示意图如图1所示，可以看出环保除锈剂颜色透明、组分混合均匀，将实施例16的环保除锈剂在室温条件下静置6个月后，其产品状态示意图如图2所示，环保除锈剂依然颜色透明，性状稳定无沉淀产生，说明该环保除锈剂稳定性极强，适合长期存储；而实施例17通过将所有组分直接一起混合的方式制备环保除锈剂，其产品状态示意图如图3所示，环保除锈剂底部产生了大量沉淀物质，说明组分溶解较差，并且放置一段时间后还会有新的沉淀产生，不适合长期存储。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本公开实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

本公开实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本公开实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。