一种高效除碳灰剂及其制备方法与应用与流程

1.本发明涉及新材料合成和表面处理领域，尤其涉及一种高效除碳灰剂及其制备方法与应用。


背景技术：

2.目前铝材处理行业常用的除灰工艺为硫酸法和硝酸法，硫酸法除灰工艺具有生产成本低和经济效益好的优点。但硫酸是非氧化性酸，其对含锰、铁和铜含量高的铝材在经化学抛光后表面析出的单质铜等挂灰的溶解速度较慢或甚至无能为力。此外，硫酸法的操作时间较长，其对铝材除灰后还容易使铝材表面出现雪花状腐蚀斑点。而与硝酸法和硫酸法相比，硝酸为氧化性酸，其对挂灰的溶解性强，几乎能除去碱洗后和抛光后的各种挂灰，使铝材获得清洁、光亮、均匀的钝化性表面，并能避免雪花状斑点的产生，其能满足多种铝材的除灰要求。但硝酸溶液挥发出来的硝酸蒸汽及其的分解产物不仅会污染空气和恶化车间操作环境，其还会腐蚀厂房和机械设备，给生产造成安全隐患。且在实际生产的过程中，操作人员常常会在硫酸或硝酸中加入cro3，以达到增强除灰效果的目的；但六价铬是一种极强的致癌物，其不符合安全生产的要求，出于对操作人员的健康和环境的保护，应避免使用。
3.铝合金因其含有硅、铜、镁和锌等元素，普通的除渍剂对其并不适用，而传统的除灰剂的成分主要为硝酸(硫酸)、磷酸和氢氟酸等这三酸体系，该体系在使用过程中产生大量的氮氧化物、氟化氢挥发性气体以及含磷废水，造成极大的环境污染。铝合金经化学抛光或碱蚀后，表面呈灰黑色，俗称“挂灰”，铝材杂质含量越高，“挂灰”越严重，一般用硫酸或硝酸处理挂灰，使铝材“出光”，以恢复金属的光泽，但由于杂质经高温煅烧、熔铸和挤压等工艺变化后不能将“挂灰”彻底溶解除去，导致其的除灰效果差。且其属于强酸腐蚀，其容易造成工件表面自腐蚀过强、工件易变色及使除灰后的工件容易生锈，此外，由于其容易腐蚀设备，其对操作设备及防护的要求十分高，同时，其的废水处理过程也十分复杂，导致其的生产成本高，且其不符合环保生产的要求。
4.为了降低除灰剂的生产成本及满足环保生产的要求，市面上研发了一些环保去灰剂，如公告号为“cn113278980a”、专利名称为“一种铝合金新型环保去灰剂及其制备方法”，公告号为“cn114000155a”、专利名称为“一种通用型铝及其合金环保除灰剂”，公告号为“cn106191884a”、专利名称为“环保型铝合金除灰剂”及公告号为“cn109518200b”、专利名称为“一种用于铝合金中和处理用的除灰剂及其制备方法”的中国发明专利，这一类的除灰剂虽然实现能除灰且环保，但其的成份主要是通过添加氧化剂或强氧化剂来除灰的，而氧化剂或强氧化剂的主要成分为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠和过氧化氢(双氧水)等，这类除灰剂是利用过氧化物进行氧化除灰的，但氧化剂或强氧化剂由于具有容易分解和工艺不稳定的不足，导致被除灰的工件的外观容易发生改变，如容易改变工件的光泽、容易改变工件的着色力及容易改变工件的展色性等及无法能延长槽液的使用寿命，从而影响工件的质量。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是提供一种高效除碳灰剂及其制备方法与应用，其能有效地解决了采用现有的除灰剂利用过氧化物进行氧化除灰具有容易挥发、容易分解、稳定性差、自腐蚀过强、容易改变除灰工件表面的外观、容易使除灰工件表面发生变色、容易改变除灰工件表面的光泽、容易改变除灰工件的着色力、容易改变除灰工件的展色性、无法使除灰工件保持原有的性能、无法保持除灰工件的本色及不符合环保要求的问题。本发明是通过以下技术方案来实现的：
6.一种高效除碳灰剂，由下列重量比例成分组成：
7.有机酸：5％-30％；
8.络合剂：2％-10％；
9.缓蚀剂：1％-5％；
10.分散剂：2％-10％：
11.水：40％-85％。
12.作为优选，所述有机酸包括柠檬酸、草酸、乙二酸、丁二酸与氨基乙酸等中的一种或二种以上之混合。
13.其中，当有机酸包括柠檬酸、草酸、乙二酸、丁二酸与氨基乙酸等多种之混合时，所包含的成份等量，但不以此为局限。
14.作为优选，所述络合剂包括edta-4na、苯甲酸钠与葡萄糖酸钠等中的一种或二种以上之混合。
15.其中，当所述络合剂包括edta-4na、苯甲酸钠与葡萄糖酸钠等多种之混合时，所包含的成份等量，但不以此为局限。
16.作为优选，所述缓蚀剂包括苯并三氮唑、对位硫甲酚、二戊基胺与三乙醇胺等中的一种或二种以上之混合。
17.其中，当所述缓蚀剂包括苯并三氮唑、对位硫甲酚、二戊基胺与三乙醇胺等多种之混合时，所包含的成份等量，但不以此为局限。
18.作为优选，所述分散剂由下列重量比例成分组成：填充料6％-20％、a物料10％-95％和b物料2％-10％。所述分散剂由重量比例成分为6％-20％的填充料、重量比例成分为10％-95％的a物料与重量比例成分为2％-10％的b物料经研磨、粉碎及均匀搅拌混合后制得。
19.作为优选，填充料包括硫酸钾、硫酸铝与硫酸钠等中的一种或二种以上之混合。
20.其中，当填充料包括硫酸钾、硫酸铝与硫酸钠等二种以上之混合时，所包含的成份等量，但不以此为局限。
21.作为优选，a物料包括聚乙二醇、乙撑基双硬脂酰胺、多聚磷酸钠、丁二酰亚酰胺、丙稀酸盐聚合物、乙撑基双硬脂酰胺与2-萘磺酸甲醛聚合物钠盐等中的一种或二种以上之混合。
22.其中，当a物料包括聚乙二醇、乙撑基双硬脂酰胺、多聚磷酸钠、丁二酰亚酰胺、丙稀酸盐聚合物、乙撑基双硬脂酰胺与2-萘磺酸甲醛聚合物钠盐等二种以上之混合时，所包含的成份等量，但不以此为局限。
23.作为优选，b物料包括多聚磷酸钠与聚乙二醇中的一种。
24.作为优选，本发明还提供一种高效除碳灰剂的制备方法：
25.步骤一：将三分之二重量的水投入到反应釜中，并将反应釜内的水的温度加热至45-60摄氏度，然后，将有机酸投入到反应釜内进行搅拌，搅拌至有机酸与水混合均匀为止，制得混合液。其中，将水的温度加热至45-60摄氏度有利于有机酸的溶解及能确保有机酸与水混合均匀。
26.步骤二：待混合液冷却至室温后，将络合剂和缓蚀剂投入到反应釜内进行搅拌，搅拌至络合剂、缓蚀剂与混合液混合均匀为止。
27.步骤三：将分散剂投入到反应釜内搅拌均匀。
28.步骤四：将余下三分之一重量的水投入到反应釜内定容且均匀混合后制成高效除碳灰剂。
29.作为优选，铝合金的前处理主要经过除油、碱蚀和化抛等环节，其经过各种复杂的反应，所生成的灰的主要成份是无机盐、具有粘度的铝离子及氢氧化铝等成份。本发明还提供一种高效除碳灰剂的应用原理为：其通过在组份中添加入分散剂，同时，其还对分散剂的组分进行改良，使分散剂既具有流动性好的优点，又具有能填充被腐蚀的铝合金表面的作用，分散剂的添加能缩短分散时间、提高除灰工件表面的光泽度、提高除灰工件的着色力和遮盖力、改善除灰工件的展色性和调色性、防止除灰工件出现浮色发花、防止槽液絮凝、防止槽液沉降、防止填料粒子之间的相互聚集及防止除灰工件的性能受到影响；其采用分散剂来取代氧化剂或强氧化剂，以解决目前的除灰剂采用氧化剂或强氧化剂来除灰导致被除灰的工件容易改变光泽、容易改变着色力及容易改变工件的展色性的问题；其又通过将改良后的分散剂与有机酸配伍，并利用有机酸自身的除灰作用，使其得以去除铝合金中绝大多数的灰，其能去除铝材中由于锰、铜和铁等合金元素所产生的挂灰以及经化学抛光后表面析出的单质铜等挂灰；此外，有机酸的添加还能调整槽液的ph值，使槽液的ph值升高，以实现能延长槽液的使用寿命及避免了需要额外添加ph值调整剂，从而降低购买ph值调整剂的成本。其又通过在组分中添加入络合剂，使其实现能利用络合性的有机物来络合除灰工件中含杂质的金属离子，以防止除灰工件中含杂质的金属离子对槽液造成干扰，从而实现能进一步延长槽液的使用寿命；其又通过在组分中添加入缓蚀剂，使其能对除灰工件的表面起到吸附的作用，并能在除灰工件的表面形成一层牢固的吸附膜，该吸附膜能抑制酸性物质对除灰工件表面的腐蚀，而除灰金属工件在缓蚀剂的协调作用下能得到被保护的作用，使其在除灰的过程不会对除灰工件造成腐蚀，其不但对除灰工件实现零腐蚀，其还使工件表面的外观不会发生改变及不会导致工件的表面发生强氧化的作用，并能对工件起到很好的防锈保护作用。其整体物料的组合实现是采用物理吸附的原理来取代化学的氧化除灰或强氧化除灰，且其的除灰过程不会产生有毒和有害的气体，其不会污染环境，并不会对操作人员的健康造成威胁，其的使用十分环保。
30.与现有的除灰剂相比较，本发明的有益效果为：1、其通过对分散剂的成分进行改良，并在组份当中添加入经改良后的分散剂，使其实现能缩短分散时间、提高除灰工件表面的光泽度、提高除灰工件的着色力和遮盖力及改善除灰工件的展色性和调色性，并能防止浮色发花、防止絮凝、防止沉降及防止填料粒子之间的相互聚集，以实现能有效地避免除灰工件的性能受到影响，同时，其又将分散剂与有机酸配伍使用，使其不但能确保除灰效率高和除灰洁净率高，其还实现能去除大多数不同种类的灰，大多数不同种类的灰包括铝材中
由锰、铜和铁等合金元素所产生的挂灰及金属工件经化学抛光后表面析出的单质铜等挂灰；此外，其通过有机酸还实现能调整槽液的ph值，使槽液的ph值升高，以实现能延长槽液的使用寿命。
31.2、其通过在组份中添加入络合剂来与改良的分散剂配伍使用，并将络合剂选自edta-4na、苯甲酸钠与葡萄糖酸钠等中的一种或二种以上之混合，使其实现能络合除灰工件表面杂质的金属离子，以避免除灰工件表面杂质的金属离子干扰槽液，从而实现能进一步延长槽液的使用寿命。
32.3、其又通过在组份中添加入缓蚀剂来与改良的分散剂配伍使用，及将缓蚀剂选自苯并三氮唑、对位硫甲酚、二戊基胺与三乙醇胺中的一种或二种以上之混合，使其实现能对铝材的除灰工件的表面实施吸附作用，并在缓蚀剂的协调作用下能于除灰工件的表面形成牢固的吸附膜，该吸附膜是一层很好的保护膜，其能对铝材表面起到保护的作用，以抑制酸性物质对金属材质的除灰工件的表面进行腐蚀，并能确保其在除灰的过程对金属材质的除灰工件无腐蚀及不会产生导致除灰工件表面的外观发生改变的强氧化作用。
33.4、其整体物料的组合实现能除去硅铝合金经酸洗和碱蚀后暴露出的硅灰和难溶氧化物，其具有除灰效果好、稳定性好、不破坏工件的原有性能、不改变除灰工件的外观、不改变除灰工件的亮度、保持工件原有的本色、无需要封闭处理、对设备无腐蚀、不产生腐蚀性气体及除灰后的工件不容易生锈的优点。由于传统的三酸体系(硝酸、磷酸和氢氟酸)在使用过程中会产生大量的氮氧化物、氟化氢挥发性气体以及含磷废水，造成极大的环境污染，而本发明在使用的过程无黄烟产生，废水可实现无磷排放，其的使用十分环保，不会污染环境，使其能有效地取代传统的三酸体系除灰剂。
具体实施方式
34.以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
35.实施例1：
36.本实施例公开一种高效除碳灰剂，由下列重量比例成分组成：
37.有机酸：29％；
38.络合剂：9％；
39.缓蚀剂：4％；
40.分散剂：9％：
41.水：49％。
42.其中，所述有机酸包括柠檬酸、草酸、乙二酸、丁二酸与氨基乙酸之混合，柠檬酸、草酸、乙二酸、丁二酸与氨基乙酸的重量比为1：1：1：1：1。
43.其中，所述络合剂包括edta-4na、苯甲酸钠与葡萄糖酸钠之混合，edta-4na、苯甲酸钠与葡萄糖酸钠的重量比为1：1：1。
44.其中，所述缓蚀剂包括苯并三氮唑、对位硫甲酚、二戊基胺与三乙醇胺之混合，苯并三氮唑、对位硫甲酚、二戊基胺与三乙醇胺的重量比为1：1：1：1。
45.其中，所述分散剂由下列重量比例成分组成：填充料10％、a物料84％和b物料6％。
46.其中，填充料包括硫酸钾、硫酸铝与硫酸钠之混合。且硫酸钾、硫酸铝与硫酸钠的重量比为1∶1∶1。
47.其中，a物料包括聚乙二醇、乙撑基双硬脂酰胺、多聚磷酸钠、丁二酰亚酰胺、丙稀酸盐聚合物、乙撑基双硬脂酰胺与2-萘磺酸甲醛聚合物钠盐之混合，且聚乙二醇、乙撑基双硬脂酰胺、多聚磷酸钠、丁二酰亚酰胺、丙稀酸盐聚合物、乙撑基双硬脂酰胺与2-萘磺酸甲醛聚合物钠盐的重量比为1∶1∶1∶1∶1∶1∶1。
48.其中，b物料为多聚磷酸钠。
49.实施例2：
50.本实施例公开一种高效除碳灰剂，由下列重量比例成分组成：
51.有机酸：22％；
52.络合剂：7％；
53.缓蚀剂：5％；
54.分散剂：7％：
55.水：59％。
56.其中，所述有机酸包括乙二酸、丁二酸与氨基乙酸之混合，且乙二酸、丁二酸与氨基乙酸的重量比为1∶1∶1。
57.其中，所述络合剂包括edta-4na与苯甲酸钠之混合，且edta-4na与苯甲酸钠的重量比为1∶1。
58.其中，所述缓蚀剂包括苯并三氮唑与对位硫甲酚之混合，且苯并三氮唑与对位硫甲酚的重量比为1：1。
59.其中，分散剂由下列重量比例成分组成：填充料13％、a物料78％和b物料9％。
60.其中，填充料包括硫酸钾与硫酸铝之混合，且硫酸钾与硫酸铝的重量比为1：1。
61.其中，a物料包括乙撑基双硬脂酰胺、丁二酰亚酰胺与乙撑基双硬脂酰胺之混合，且乙撑基双硬脂酰胺、丁二酰亚酰胺与乙撑基双硬脂酰胺的重量比为1∶1∶1。
62.其中，b物料为聚乙二醇。
63.实施例3：
64.本实施例公开一种高效除碳灰剂，由下列重量比例成分组成：
65.有机酸：14％；
66.络合剂：4％；
67.缓蚀剂：3％；
68.分散剂：6％：
69.水：73％。
70.其中，所述有机酸包括草酸与乙二酸之混合，草酸与乙二酸的重量比为1∶1。
71.其中，所述络合剂为苯甲酸钠。
72.其中，所述缓蚀剂包括二戊基胺与三乙醇胺之混合，二戊基胺与三乙醇胺的重量比为1∶1。
73.其中，所述分散剂由下列重量比例成分组成：填充料11％、a物料85％和b物料4％。
74.其中，填充料为硫酸铝与硫酸钠之混合，且硫酸铝与硫酸钠的重量比为1：1。
75.其中，a物料为2-萘磺酸甲醛聚合物钠盐。
76.其中，b物料为聚乙二醇。
77.实施例4：
78.本实施例公开一种高效除碳灰剂，由下列重量比例成分组成：
79.有机酸：7％；
80.络合剂：3％；
81.缓蚀剂：2％；
82.分散剂：4％：
83.水：84％。
84.其中，所述有机酸为氨基乙酸。
85.其中，所述络合剂为edta-4na。
86.其中，所述缓蚀剂为二戊基胺。
87.其中，所述分散剂由下列重量比例成分组成：填充料14％、a物料83％和b物料3％。
88.其中，填充料为硫酸铝。
89.其中，a物料为丙稀酸盐聚合物。
90.其中，b物料为多聚磷酸钠。
91.实施例5：
92.本实施例公开一种除灰剂，由下列重量比例成分组成：
93.有机酸：30％；
94.络合剂：10％；
95.缓蚀剂：5％；
96.氧化剂：10％：
97.水：45％。
98.其中，所述有机酸为柠檬酸。
99.其中，所述络合剂为葡萄糖酸钠。
100.其中，所述缓蚀剂为苯并三氮唑。
101.其中，所述氧化剂为过硫酸钠、过硫酸钾与过硫酸铵之混合，且过硫酸钠、过硫酸钾与过硫酸铵的质量比为1∶1∶1。
102.将实施例1-4的配方分别采用如下的制备方法制作高效除碳灰剂：步骤一：将三分之二重量的水投入到反应釜中，并将反应釜内的水的温度加热至52度，然后，将有机酸投入到反应釜内进行搅拌，搅拌至有机酸与水混合均匀为止，制得混合液。
103.步骤二：待混合液冷却至室温后，将络合剂和缓蚀剂投入到反应釜内进行搅拌，搅拌至络合剂、缓蚀剂与混合液混合均匀为止。
104.步骤三：将分散剂投入到反应釜内搅拌均匀。
105.步骤四：将余下三分之一重量的水投入到反应釜内定容及均匀混合后便制成高效除碳灰剂。
106.将采用实施例1-4的配方并按上述的制备方法制作出来的高效除碳灰剂与采用实施例5的配方制作出来的除灰剂及现市面上的除灰剂来分别对六块相同的铝合金进行表面除灰，其除灰的各项性能对比结果如下表：
107.[0108][0109]
从上表的数据可以看出，本发明的实施例1-4中的重量比例成分均在本发明所公开的高效除碳灰剂的要求范围内，采用本发明的实施例1-4来对铝合金进行除灰后，铝合金表面的本色和颜色在除灰前处理与除灰处理后均没有发生变化，其均呈现铝合金的本色，外表清洁、色泽均匀；而其的光泽度或亮度却较除灰处理前更加光亮，由此表明，采用本发明的实施例1-4来对铝合金进行除灰不但不会破坏工件原有的性能及能保持工件的本色，其还能提升工件的光泽度及无需封闭处理，且其的组分当中不含有强酸物质、也不含有过氧化物，使其具有不分解、不挥发、不会腐蚀设备、不会产生腐蚀性气体、不污染水环境和稳定性好的优点。而实施例5为含氧化物的除灰剂，由实施例5制作出来的除灰剂与传统的除灰剂在对铝合金进行除灰处理后均会使铝合金表面变色、光泽度降低、表面出现雪花状腐蚀斑点及盐雾测试后均容易生锈，且其还容易腐蚀设备及会对环境造成污染。即本发明的实施例1-4与实施例5(为现有的除灰剂)及传统的除灰剂相比较，本发明的实施例1-4的各项性能均得到显著的提高。
[0110]
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下得出的其他任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。