耐鹽霧型水基防銹乳液的研制

摘要：研制了一種非樹(shù)脂、耐鹽霧型水基防銹乳液，為水基產(chǎn)品，油性物質(zhì)成膜，成膜均勻穩(wěn)定，防銹性好等特點(diǎn)。文章對(duì)水基防銹乳液防銹機(jī)理進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析，該防銹乳液應(yīng)用到黑色金屬上有著優(yōu)秀的防銹性和可清洗性，尤其在耐鹽霧性能上有著良好的表現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用SPCC材質(zhì)冷軋板進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，耐鹽霧性能達(dá)到24 h無(wú)銹，濕熱30 d以上無(wú)銹蝕。

關(guān)鍵詞：水基； 防銹乳液；非樹(shù)脂；耐鹽霧

中圖分類號(hào)：TG174.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)： 1004-0935（2025）02-0280-04

防銹產(chǎn)品按照應(yīng)用場(chǎng)景的不同來(lái)劃分，可以分為工序間防銹產(chǎn)品與工序后防銹產(chǎn)品兩大類。一般工序間的防銹處理經(jīng)常使用含有亞硝酸鹽類等氧化型緩蝕劑的水基溶液或溶劑揮發(fā)型防銹油類的有機(jī)溶液。使用含有大濃度亞硝酸鹽類水基防銹劑雖然成本低，但具有毒，危害操作者身體健康，而且防銹周期較短。防銹油一般多為室內(nèi)涂油機(jī)噴涂或刷涂使用，操作方便較簡(jiǎn)單，但因其含大量有機(jī)溶劑存在，會(huì)導(dǎo)致操作空間VOC含量較高、易燃，而且使用成本較高、產(chǎn)生廢油難處理等缺點(diǎn)[1]。

目前市場(chǎng)上無(wú)論是工序間還是工序后防銹處理仍然以油性防銹產(chǎn)品-防銹油為主，主要原因?yàn)樗苑冷P產(chǎn)品在防銹時(shí)長(zhǎng)及耐鹽霧性能方面遠(yuǎn)不如防銹油類產(chǎn)品，而防銹性較好的水性樹(shù)脂類防銹產(chǎn)品一般應(yīng)用于涂料行業(yè)較多，可清洗性較難。在使用及存放安全方面油性防銹產(chǎn)品因閃點(diǎn)問(wèn)題在某些環(huán)境中無(wú)法應(yīng)用，不得不選用防銹性較差的水性產(chǎn)品，而可清洗性好的、具有耐鹽霧性能的水基防銹乳液可填補(bǔ)兩種防銹產(chǎn)品的不足。

1防銹原理

一般金屬因?yàn)槭艿酵饨绛h(huán)境中一些介質(zhì)的影響而產(chǎn)生的變質(zhì)稱其為腐蝕，其中黑色金屬在大氣中的腐蝕稱為銹蝕。這種銹蝕會(huì)使金屬材料的外觀、內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及機(jī)械性能等方面受到破壞，會(huì)對(duì)加工工件精度、質(zhì)量等方面造成降低，甚至報(bào)廢，所以如何防止黑色金屬銹蝕尤為重要[2]。

目前市場(chǎng)上防銹產(chǎn)品，主要有水性、油性、乳化型和氣相型等防銹劑，主要防銹原理為防銹劑與金屬表層生成不易溶解而致密的氧化薄膜物質(zhì)，使金屬表面與腐蝕介質(zhì)隔絕，進(jìn)而抑制了金屬的進(jìn)一步腐蝕，典型代表產(chǎn)品為鈍化劑、磷化液產(chǎn)品[3-4]。

防銹乳液即為一種是油的微粒在水中的懸浮液，水包油型乳白色液體，在與金屬表面接觸后能夠均勻鋪展開(kāi)成膜，乳液中油性成分能夠在金屬表面之間吸附形成一層油性保護(hù)膜，使其與水分隔開(kāi)來(lái)，待水分揮發(fā)后在金屬表面可形成致密油膜，能夠隔絕外界腐蝕性介質(zhì)干擾，進(jìn)而達(dá)到防腐蝕目的。

2防銹乳液添加劑篩選及配方確定2.1基礎(chǔ)油選擇

基礎(chǔ)油作為各類添加劑的載體，首先不僅要選擇相溶性好，成膜性好，還要有著良好的化學(xué)穩(wěn)定性，保證使用的添加劑能更好在油中充分分散并均勻地吸附于金屬表面，成膜更加連續(xù)和致密，能夠充分發(fā)揮其防銹效果，同時(shí)還要能夠滿足防銹乳液的外觀、乳化穩(wěn)定性等物理指標(biāo)要求[5]。

礦物油基礎(chǔ)油根據(jù)碳?xì)浣Y(jié)構(gòu)分類主要分為石蠟基、環(huán)烷基、芳烴和多環(huán)芳烴類基礎(chǔ)油，每種結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)油有著不同的黏度和極性，石蠟基礎(chǔ)油乳化能力弱，乳化后不穩(wěn)定，芳烴類雖然乳化性能好，可黏度受限，環(huán)保要求受限，而環(huán)烷基類基礎(chǔ)油兼顧乳化性好，低溫性能也好，黏度可選擇范圍廣，所以選用40 ℃運(yùn)動(dòng)黏度為20～30 mm2·s-1克拉瑪依環(huán)烷油作為基礎(chǔ)油最為適宜。

2.2乳化劑和助乳化劑選擇

防銹乳液中乳化劑的合理、正確的選擇和搭配尤為重要，決定著產(chǎn)品與其他添加劑的兼容穩(wěn)定性。只有保證防銹乳液的原液及稀釋液的均一穩(wěn)定性，才能夠在應(yīng)用過(guò)程中使金屬表面形成均勻致密的油膜，保證其防銹能力。

根據(jù)基礎(chǔ)油種類和結(jié)構(gòu)的不同，都有著最佳適合其乳化的HLB值。一般環(huán)烷烴類基礎(chǔ)油被乳化所需要的HLB值為10～11，同時(shí)還要考慮添加防銹劑等極性物質(zhì)，混合體系的HLB值還會(huì)略有升高，所以根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，可以選擇HLB值為8～18的乳化劑較為適宜做O/W型乳化液使用[6]。因此，該乳化環(huán)烷烴類基礎(chǔ)油使用石油磺酸鈉作為主乳化劑為最佳選擇，單獨(dú)使用一種乳化劑很難維持體系穩(wěn)定性，還需要再?gòu)?fù)配幾種助乳化劑，來(lái)維持乳液的穩(wěn)定性。

2.3防銹劑選擇

防銹劑的選擇搭配對(duì)乳液的防銹能力強(qiáng)弱有著決定性作用，而防銹乳液在金屬表面最終為油膜狀態(tài)進(jìn)行隔絕外界腐蝕性介質(zhì)來(lái)達(dá)到防銹目的，所以選用油溶性防銹添加劑最佳。目前大多數(shù)油溶性防銹劑依靠其分子中極性基團(tuán)的電荷作用緊密地吸附在金屬表面上，能夠在金屬表面形成吸附性較強(qiáng)保護(hù)膜，使金屬不受腐蝕性介質(zhì)的侵蝕[7]。為了能夠有較好的耐鹽霧性能的防銹效果，一般較多選擇長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)磺酸鹽類防銹劑進(jìn)行搭配使用，如磺酸鈣、磺酸鋇、羧酸鈣類等防銹劑進(jìn)行復(fù)合使用，為了增強(qiáng)耐濕熱性能可以復(fù)配使用羊毛脂類防銹劑。

2.4殺菌劑選擇

水性產(chǎn)品在使用過(guò)程中非常容易遭受各種細(xì)菌、霉菌、真菌侵?jǐn)_，微生物的不斷繁殖會(huì)導(dǎo)致乳液pH下降，防銹性能降低，為了防止這種情況發(fā)生，這就需要在產(chǎn)品中加入殺菌劑，來(lái)抑制各種菌類的滋生。目前，市面常用殺菌劑主要分為以下幾類：三嗪類、嗎啉類、惡唑啉類、異噻唑啉酮類、吡啶類、有機(jī)鹵素類、酚類以及氧化鋅，二氧化鈦和銀無(wú)機(jī)抗菌劑[8]等。為了有效抑制微生物的滋生，殺菌劑應(yīng)選擇具有抑制霉菌和細(xì)菌功能的復(fù)合殺菌劑[9]。

2.5其他添加劑選擇

防銹乳液中除了要添加防銹劑、殺菌劑、乳化劑外，還需要添加pH調(diào)整劑，乳液的通常pH應(yīng)為8.0～9.5 [10]，或者稍微偏高一些，因?yàn)檫^(guò)低的pH會(huì)對(duì)乳液的性能產(chǎn)生負(fù)面影響。在使用防銹乳液過(guò)程中，需要防止細(xì)菌的生長(zhǎng)，一般乳液當(dāng)pH為9.0時(shí)，細(xì)菌的生長(zhǎng)較少，而pH低于8.0時(shí)，細(xì)菌的生長(zhǎng)會(huì)顯著增加。此外，如果pH低于8.0，乳液的防銹性會(huì)明顯下降而造成銹蝕發(fā)生。但pH過(guò)高會(huì)對(duì)操作者產(chǎn)生皮膚刺激，因此，pH保持在9.0，對(duì)多方面都有好處。所以一般選用三乙醇胺或N-甲基二乙醇胺可以很好地將乳液pH控制在合理范圍內(nèi)，同時(shí)本身也具有一定防銹性能。

2.6配方體系構(gòu)建及確定

防銹乳液以水為基礎(chǔ)物質(zhì)，基礎(chǔ)油與防銹劑為主體，加入乳化劑使其乳化，配合其他添加劑，形成均一穩(wěn)定，具有防銹性能的乳液。確定使用各類添加劑類型后，對(duì)使用的添加劑用量、添加順序、混合溫度等進(jìn)行優(yōu)化平衡，使防銹乳液在性能與成本上達(dá)到最佳，最后確定體系配方如表1所示。

2.7合成樣品指標(biāo)檢測(cè)及性能驗(yàn)證

配方確定后合成樣品進(jìn)行相關(guān)理化指標(biāo)檢測(cè)及性能評(píng)價(jià)，結(jié)果如表2所示。

3可清洗性驗(yàn)證

油膜可清洗性一般通過(guò)含油板面清洗前后稱重變化實(shí)驗(yàn)方法來(lái)判斷，但該方法干擾結(jié)果因素較多導(dǎo)致誤差較大，而且判定實(shí)驗(yàn)過(guò)程時(shí)間較長(zhǎng)，所以采用手動(dòng)擺洗脫脂方法，觀察含油板面脫脂后表面形成連續(xù)水幕面積來(lái)初步判斷油膜的可清洗性，雖然該方法無(wú)法具體量化，但觀察效果直觀，操作簡(jiǎn)單快捷。

3.1涂油板材制備

使用規(guī)格為70 mm×150 mm，SPCC材質(zhì)冷軋板，先將其表面油脂脫脂干凈后，完全浸入分散均勻防銹乳液中10 s，取出后在室溫（21～25℃）下懸掛24 h進(jìn)行瀝干，板面成膜狀態(tài)如表3所示，待水分揮發(fā)后即可在金屬表面形成均勻致密的油膜。

3.2可清洗效果

配制濃度為3%脫脂劑（脫脂劑牌號(hào)為FC-4423T）2 L加熱至50 ℃，采用手動(dòng)擺洗脫脂方法，3 min內(nèi)觀察鋼板表面連續(xù)水幕形成面積判斷可清洗效果。采用手動(dòng)擺洗脫脂方法，對(duì)鋼板表面乳液形成油膜可清洗性效果具體操作：使用止血鉗固定鋼板，浸沒(méi)在配制好脫脂劑中，左右勻速擺動(dòng)，頻率大致為每秒擺動(dòng)1～2次，計(jì)時(shí)3 min，取出后在水龍頭下進(jìn)行沖洗，觀察鋼板表面形成連續(xù)水幕面積情況。經(jīng)過(guò)擺洗后的鋼板表面都能夠形成均勻連續(xù)的水幕，根據(jù)其形成連續(xù)水幕面積如表4和表5所示可以判斷，該油膜可清洗性可以達(dá)到95%以上。

4防銹性能對(duì)比

4.1耐鹽霧性

防銹性是防銹產(chǎn)品中最為重要指標(biāo)，該防銹乳液通過(guò)與某溶劑型防銹油進(jìn)行中性耐鹽霧性能進(jìn)行對(duì)比評(píng)價(jià)，使用板材規(guī)格為70 mm×150 mm，SPCC材質(zhì)冷軋板，中性鹽霧評(píng)價(jià)分4個(gè)時(shí)間段觀察鋼板表面銹蝕情況，對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表6所示，該防銹乳液在同等條件下耐鹽霧性能上可達(dá)到防銹油同等水平。

4.2耐濕熱性

濕熱使用規(guī)格為60 mm×80 mm、SPCC材質(zhì)冷軋板材，濕熱時(shí)間為30 d，觀察最終板面銹蝕情況，結(jié)果如表7所示，無(wú)銹蝕發(fā)生，說(shuō)明防銹乳液在同等條件下耐濕熱性能上也可達(dá)到防銹油同等水平。

5結(jié) 論

防銹乳液具有優(yōu)良的耐鹽霧性能，且好清洗，可達(dá)到防銹油一樣的防銹性效果。

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Development of Salt Spray Resistant Water-based Antirust Emulsion

DU Haiming， SUN Lihua， SONG Shiyang

（Shenyang Parkerizing CO.， LTD.， Shenyang Liaoning 110122， China）

Abstract： Developed a non-resin type， salt spray-resistant water-based antirust emulsion， water-based products， oil-based substances into the film， film formation is uniform and stable， good rust resistance and other characteristics. The article on the water-based antirust emulsion rust prevention mechanism was briefly analyzed， the antirust emulsion applied to ferrous metals has excellent rust resistance and washability， especially in the salt spray resistance has a good performance， the laboratory application of the SPCC material cold rolled plate experiments， salt spray resistance to 24h no rust， more than 30 days of heat and humidity no corrosion.

Key words： Water-based; Antirust emulsion; Non-resin; Salt spray resistant