[0001] 本发明公开了一种环保型水基防锈剂的制备方法，属于金属表面处理的技术领域。

[0002] 金属的锈蚀是生产中经常遇到的问题，金属生锈不仅使金属工件本身在外形、色泽以及机械性能等方面受到破坏，而且使得产品的质量下降，特别严重的还会使产品报废，为了减缓钢铁的锈蚀，将锈蚀造成的损失降到最低限度，人们采取了很多防锈蚀措施，其中防锈液的使用则是应用较广，效果较明显的一种。

[0003] 防锈液是一种超级高效的合成渗透剂，它能在金属表面形成一层薄膜，防止金属锈蚀。根据组分的不同，防锈液分为油基防锈液和水基防锈液：油基防锈液是由基础油、油溶性缓蚀剂和辅助添加剂等组成。油基防锈液可以在金属表面形成一层致密油膜，隔离空气中的水、氧气等起到防锈作用。但油基防锈液后续工序需进行除油，防锈油的去除难度相当大，并且随着石油资源日益紧张和环保意识的不断增强，再加上油质不易分解等问题的存在，油基防锈液逐渐被替代。水基防锈液是由水溶性防锈剂、水溶性助剂、缓蚀剂和水等组成。水基防锈液是在水溶液中加入一定量的防锈剂，以阻止化学或电化学作用的发生，生成不溶性钝化膜层或反应膜层起防锈作用。但这类防锈液涂于金属表面后，液膜易流淌，水分挥发后，还会在金属表面形成一层白霜，失去应有的防锈效果，防锈性能达不到防锈油的效果。并且，传统的水基防锈液多含有亚硝酸盐、重铬酸盐等成分，众所周知，亚硝酸盐类为致癌物质，对操作者的健康有危害，同时重铬酸盐成分因含有铬等重金属，对环境有害，也影响了金属的性能与质量。

[0004] 本发明所要解决的技术问题：针对目前工业上广泛使用的水基防锈剂通常含有有害物质，易对人体及环境造成危害，同时形成的液膜易流淌，水分挥发后，还会在金属表面形成一层白霜，失去应有的防锈效果的问题，本发明以环氧乙烷、乙二醇作为原料，以氢氧化钠作为催化剂，在形成低分子聚乙二醇时，向其中加入谷氨酸，通过氢氧化锂及钛酸正丁酯的催化，使谷氨酸和低分子聚乙二醇结合，同时促使结合中的谷氨酸聚合，形成大量羧基等极性基团，增加与铁的结合，提高成膜性能，再将其与马来酸酐进行酰胺化反应，增加空间位阻，提高阻水性能，最后通过与三乙醇胺及碳酸钠复配，从而获得环保型水基防锈剂。本发明以低分子聚乙二醇作为基质，通过谷氨酸接枝改性，马来酸酐酰胺化改性，获得成膜性高，防锈效果好的环保型水基防锈剂，有效解决了目前工业上广泛使用的水基防锈剂通常含有有害物质，易对人体及环境造成危害，同时形成的液膜易流淌，水分挥发后，还会在金属表面形成一层白霜，失去应有的防锈效果的问题，本发明所得的环保型水基防锈剂无毒无害，绿色环保，对使用者的人身健康和环境健康均无不良负责副作用，同时本发明制备简单，防锈效果好。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：（1）按重量份数计，取80～90份质量分数70％环氧乙烷溶液、30～35份乙二醇、13～16份谷氨酸、6～9份1.3mol/L氢氧化钠溶液、3～6份氢氧化锂、3～5份甲醇及1～3份钛酸正丁酯，首先将乙二醇、1.3mol/L氢氧化钠溶液放入高压反应釜中，使用氮气将反应釜中的空气排出，并升压至0.16～0.22MPa，设定温度为100℃，以160r/min搅拌1～2h；
（2）在上述搅拌结束后，向高压反应釜中加入上述重量份数中的质量分数70％环氧乙烷溶液，降压至0.06～0.07MPa，升温至110～115℃，以200r/min搅拌反应30～50min，随后升压至标准大气压，再向高压反应釜中依次加入上述重量份数中的谷氨酸、氢氧化锂、甲醇及钛酸正丁酯放入高压反应釜中，升压至0.7～0.9MPa，继续搅拌反应8～10h；
（3）待上述反应结束后，降温至室温，降压至标准大气压，进行出料，收集出料物，向出料物中加入柠檬酸，当出料物pH为中性时，停止加入柠檬酸，随后对调节pH后的出料物进行过滤，收集过滤液；
（4）将上述过滤液与过滤液质量20～30％的马来酸酐混合均匀，放入容器中，并将容器置于水浴锅中，设定温度为95～100℃，保温20～26h，再自然冷却至室温，将容器中混合物放入离心机中，以900r/min离心10～15min，收集上层液，得环保型金属表面防锈剂基液；
（5）按质量比1:3:5～1:3:8，将三乙醇胺、碳酸钠及上述环保型金属表面防锈剂基液放入搅拌机中，以300r/min搅拌5～15min，收集搅拌混合物，即可得环保型水基防锈剂。

[0006] 本发明的应用方法是：先将金属器件浸没于去离子水中，在200～300W下超声水洗8～12min，随后取出，将其表面擦拭干净，按质量比1:20～1:25，将本发明制备的环保型水基防锈剂与去离子水混合均匀，得防锈液，再使用防锈液对擦干后的金属器件进行喷淋处理，每平方厘米用量为1～3mL，最后对处理后的金属器件在45～50℃下干燥8～10min即可，经检验，本发明所得的环保型水基防锈剂防锈产品质量稳定，效果好，喷淋环保型水基防锈剂后的金属器件，使用寿命延长了9～11月，对环境无污染，且具有良好的环境效益。

[0007] 本发明与其他方法相比，有益技术效果是：（1）本发明所得的环保型水基防锈剂成膜稳定性好，防锈性高，无分层，不易腐败；
（2）本发明所得的环保型水基防锈剂产品不含对人体及环境有害物质，对环境和人类无任何不良副作用。

[0008] 按重量份数计，取80～90份质量分数70％环氧乙烷溶液、30～35份乙二醇、13～16份谷氨酸、6～9份1.3mol/L氢氧化钠溶液、3～6份氢氧化锂、3～5份甲醇及1～3份钛酸正丁酯，首先将乙二醇、1.3mol/L氢氧化钠溶液放入高压反应釜中，使用氮气将反应釜中的空气排出，并升压至0.16～0.22MPa，设定温度为100℃，以160r/min搅拌1～2h；在上述搅拌结束后，向高压反应釜中加入上述重量份数中的质量分数70％环氧乙烷溶液，降压至0.06～0.07MPa，升温至110～115℃，以200r/min搅拌反应30～50min，随后升压至标准大气压，再向高压反应釜中依次加入上述重量份数中的谷氨酸、氢氧化锂、甲醇及钛酸正丁酯放入高压反应釜中，升压至0.7～0.9MPa，继续搅拌反应8～10h；待上述反应结束后，降温至室温，降压至标准大气压，进行出料，收集出料物，向出料物中加入柠檬酸，当出料物pH为中性时，停止加入柠檬酸，随后对调节pH后的出料物进行过滤，收集过滤液；将上述过滤液与过滤液质量20～30％的马来酸酐混合均匀，放入容器中，并将容器置于水浴锅中，设定温度为95～
100℃，保温20～26h，再自然冷却至室温，将容器中混合物放入离心机中，以900r/min离心
10～15min，收集上层液，得环保型金属表面防锈剂基液；按质量比1:3:5～1:3:8，将三乙醇胺、碳酸钠及上述环保型金属表面防锈剂基液放入搅拌机中，以300r/min搅拌5～15min，收集搅拌混合物，即可得环保型水基防锈剂。

[0009] 实例1按重量份数计，取80份质量分数70％环氧乙烷溶液、30份乙二醇、13份谷氨酸、6份
1.3mol/L氢氧化钠溶液、3份氢氧化锂、3份甲醇及1份钛酸正丁酯，首先将乙二醇、1.3mol/L氢氧化钠溶液放入高压反应釜中，使用氮气将反应釜中的空气排出，并升压至0.16MPa，设定温度为100℃，以160r/min搅拌1h；在上述搅拌结束后，向高压反应釜中加入上述重量份数中的质量分数70％环氧乙烷溶液，降压至0.06MPa，升温至110℃，以200r/min搅拌反应
30min，随后升压至标准大气压，再向高压反应釜中依次加入上述重量份数中的谷氨酸、氢氧化锂、甲醇及钛酸正丁酯放入高压反应釜中，升压至0.7MPa，继续搅拌反应8h；待上述反应结束后，降温至室温，降压至标准大气压，进行出料，收集出料物，向出料物中加入柠檬酸，当出料物pH为中性时，停止加入柠檬酸，随后对调节pH后的出料物进行过滤，收集过滤液；将上述过滤液与过滤液质量20％的马来酸酐混合均匀，放入容器中，并将容器置于水浴锅中，设定温度为95℃，保温20h，再自然冷却至室温，将容器中混合物放入离心机中，以
900r/min离心10min，收集上层液，得环保型金属表面防锈剂基液；按质量比1:3:5，将三乙醇胺、碳酸钠及上述环保型金属表面防锈剂基液放入搅拌机中，以300r/min搅拌5min，收集搅拌混合物，即可得环保型水基防锈剂。

[0010] 先将金属器件浸没于去离子水中，在200W下超声水洗8min，随后取出，将其表面擦拭干净，按质量比1:20，将本发明制备的环保型水基防锈剂与去离子水混合均匀，得防锈液，再使用防锈液对擦干后的金属器件进行喷淋处理，每平方厘米用量为1mL，最后对处理后的金属器件在45℃下干燥8min即可，经检验，本发明所得的环保型水基防锈剂防锈产品质量稳定，效果好，喷淋环保型水基防锈剂后的金属器件，使用寿命延长了9月，对环境无污染，且具有良好的环境效益。

[0011] 实例2按重量份数计，取90份质量分数70％环氧乙烷溶液、35份乙二醇、16份谷氨酸、9份
1.3mol/L氢氧化钠溶液、6份氢氧化锂、5份甲醇及3份钛酸正丁酯，首先将乙二醇、1.3mol/L氢氧化钠溶液放入高压反应釜中，使用氮气将反应釜中的空气排出，并升压至0.22MPa，设定温度为100℃，以160r/min搅拌2h；在上述搅拌结束后，向高压反应釜中加入上述重量份数中的质量分数70％环氧乙烷溶液，降压至0.07MPa，升温至115℃，以200r/min搅拌反应
50min，随后升压至标准大气压，再向高压反应釜中依次加入上述重量份数中的谷氨酸、氢氧化锂、甲醇及钛酸正丁酯放入高压反应釜中，升压至0.9MPa，继续搅拌反应10h；待上述反应结束后，降温至室温，降压至标准大气压，进行出料，收集出料物，向出料物中加入柠檬酸，当出料物pH为中性时，停止加入柠檬酸，随后对调节pH后的出料物进行过滤，收集过滤液；将上述过滤液与过滤液质量30％的马来酸酐混合均匀，放入容器中，并将容器置于水浴锅中，设定温度为100℃，保温26h，再自然冷却至室温，将容器中混合物放入离心机中，以
900r/min离心15min，收集上层液，得环保型金属表面防锈剂基液；按质量比1:3:8，将三乙醇胺、碳酸钠及上述环保型金属表面防锈剂基液放入搅拌机中，以300r/min搅拌15min，收集搅拌混合物，即可得环保型水基防锈剂。

[0012] 先将金属器件浸没于去离子水中，在300W下超声水洗12min，随后取出，将其表面擦拭干净，按质量比1:25，将本发明制备的环保型水基防锈剂与去离子水混合均匀，得防锈液，再使用防锈液对擦干后的金属器件进行喷淋处理，每平方厘米用量为3mL，最后对处理后的金属器件在50℃下干燥10min即可，经检验，本发明所得的环保型水基防锈剂防锈产品质量稳定，效果好，喷淋环保型水基防锈剂后的金属器件，使用寿命延长了11月，对环境无污染，且具有良好的环境效益。

[0013] 实例3按重量份数计，取85份质量分数70％环氧乙烷溶液、32.5份乙二醇、14.5份谷氨酸、7.5份1.3mol/L氢氧化钠溶液、4.5份氢氧化锂、4份甲醇及2份钛酸正丁酯，首先将乙二醇、
1.3mol/L氢氧化钠溶液放入高压反应釜中，使用氮气将反应釜中的空气排出，并升压至
0.19MPa，设定温度为100℃，以160r/min搅拌1.5h；在上述搅拌结束后，向高压反应釜中加入上述重量份数中的质量分数70％环氧乙烷溶液，降压至0.065MPa，升温至112.5℃，以
200r/min搅拌反应40min，随后升压至标准大气压，再向高压反应釜中依次加入上述重量份数中的谷氨酸、氢氧化锂、甲醇及钛酸正丁酯放入高压反应釜中，升压至0.8MPa，继续搅拌反应9h；待上述反应结束后，降温至室温，降压至标准大气压，进行出料，收集出料物，向出料物中加入柠檬酸，当出料物pH为中性时，停止加入柠檬酸，随后对调节pH后的出料物进行过滤，收集过滤液；将上述过滤液与过滤液质量25％的马来酸酐混合均匀，放入容器中，并将容器置于水浴锅中，设定温度为97.5℃，保温23h，再自然冷却至室温，将容器中混合物放入离心机中，以900r/min离心12.5min，收集上层液，得环保型金属表面防锈剂基液；按质量比2:6:13，将三乙醇胺、碳酸钠及上述环保型金属表面防锈剂基液放入搅拌机中，以300r/min搅拌10min，收集搅拌混合物，即可得环保型水基防锈剂。

[0014] 先将金属器件浸没于去离子水中，在250W下超声水洗10min，随后取出，将其表面擦拭干净，按质量比1:22，将本发明制备的环保型水基防锈剂与去离子水混合均匀，得防锈液，再使用防锈液对擦干后的金属器件进行喷淋处理，每平方厘米用量为2mL，最后对处理后的金属器件在48℃下干燥9min即可，经检验，本发明所得的环保型水基防锈剂防锈产品质量稳定，效果好，喷淋环保型水基防锈剂后的金属器件，使用寿命延长了10月，对环境无污染，且具有良好的环境效益。