一种环保的钢铁表面电离除锈材料及其应用的制作方法

本发明涉及一种除锈材料，具体涉及一种环保的钢铁表面电离除锈材料及其应用。

背景技术：

1、钢铁作为一种重要的结构材料，在各行各业都有广泛应用。然而，随着时间的推移，钢铁制品常受到氧气、水分和其他环境因素的影响，产生锈蚀现象。钢铁的锈蚀不仅影响外观美观，还会降低材料的强度和耐久性，从而影响其使用寿命。因此，除锈工作对于维护和延长钢铁制品的使用寿命至关重要。

2、传统的钢铁除锈方法通常采用化学除锈剂，包括酸洗、酸浸、强还原剂处理等工艺，这些方法在除锈效果上确实有效，但也伴随着一系列环境和安全问题。首先，这些化学除锈剂中常含有强酸、重金属或高浓度盐成分，对环境造成污染，不利于可持续发展。其次，使用这些化学物质容易导致操作人员健康问题，增加工作风险。另外，这些电化学除锈剂的使用、处理过程复杂，成本较高，不够经济。如专利cn103074666b中使用氨基磺酸8～15wt％、草酸1～5wt％、浓硫酸0.7～2.2w t％，专利cn109652852b中使用钼酸盐、硫酸铜、磷酸锌、磷酸二氢锌、硝酸镍等重金属盐。除此之外，一些物理方法，如喷砂、打磨等，虽然可以去除表面锈蚀，但容易产生大量废弃物，不符合环保要求，且对于结构较为复杂的工件无法完全除锈。

3、电化学除锈在去锈过程中通常可以实现高效、均匀的处理，对于一些结合较为牢固的锈层较化学除锈更为彻底。此外，电化学除锈过程中，可以通过调整电流密度、电解液成分等参数，实现对去锈过程的精确控制，以满足不同工件和要求的除锈需求。目前已有的电化学除锈技术面临一些问题，限制了其推广使用，如材料夹杂物的侵蚀影响、显微偏析的敏感性以及面对大晶粒材料和多相合金时清洗表面过于粗糙等问题，有时候电化学除锈药水还需要使用一些有毒、易爆的化学药品。

4、综上所述，现有技术存在的问题是：传统化学方法无法绕过强酸，产生大量对环境污染的废酸，无法兼顾成本、环保与效果，不适应工业生产的环保与经济需求。物理方法则存在固体废物多与除锈适用工件范围小等问题。传统电化学方法对部分材料效果欠佳，材料环保性有待提升。因此，迫切需要一种新型、环保的钢铁除锈剂，能够在除锈效果上不亚于传统方法，同时减少对环境的影响，提高工作效率，降低成本。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种环保的钢铁表面电离除锈材料及其应用，解决了传统除锈剂产生大量对环境污染的废酸的问题，采用环保的成分，不含有害物质，不会对环境和人体健康造成危害，同时这种新型除锈剂采用物理冲击钢铁表面，在除锈效果上能够迅速、彻底地去除钢铁表面的锈蚀，使其恢复原有的光泽和强度，并减少表面损耗。

2、为了达到上述目的，本发明提供了一种环保的钢铁表面电离除锈材料，其特征在于，该电离除锈材料包含以下重量分数的组分：2～12％海藻酸离子液体、0.1～3％氨基酸或氨基酸酯离子液体和余量水。

3、其中，所述海藻酸离子液体，其阳离子结构为具有烷基侧链的咪唑鎓或季铵阳离子，阴离子为海藻酸阴离子

4、所述海藻酸离子液体的化学结构式为式ⅰ或式ⅱ：

5、

6、式ⅰ中，r1、r3各自独立地选自h、烃基；r2选自h、甲基；所述烃基为碳链长度为1～18的烷烃基；式ⅱ中，r4、r5、r6和r7各自独立地选自h、碳链长度为1～18的烷烃基。碳链长度为1～18的烷烃基可以选自甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基、正壬基、正癸基、正十一烷基、正十二烷基、正十三烷基、正十四烷基、正十五烷基、十六烷基、正十七烷基、十八烷基。

7、所述氨基酸或氨基酸酯离子液体，其阳离子为氨基酸或氨基酸酯阳离子，阴离子为硫酸根、硫酸氢根、磷酸二氢根、硝酸根或磺酸根。

8、

9、式ⅲ中，r8为α-氨基酸的可变基团；r9选自h、甲基或乙基。

10、本发明的电离除锈剂，基于海藻酸盐离子液体、氨基酸(酯)离子液体。在电化学体系中，电极-电解质界面具有重要的作用，这个界面是电极与电解质之间的相互作用区域，电极-电解质界面是电子和离子传递的关键区域。在电化学反应中，电子通过电极与电解质之间的界面传递，引发或促使电极上的化学变化，离子则在电解质中传递，参与电极上的反应。大多数电化学反应发生在电极表面，电极表面的物质与电解质相互作用，导致电荷转移和反应的进行。因此，电极-电解质界面的性质直接影响电化学反应的速率和效率。通过引入生物友好的海藻酸盐离子液体，在溶液相预先形成了一种独特的富氢键离子网络，在工件阳极上施加电压时，带负电的离子网络在工件阳极表面(电极-电解质界面)聚集形成拥挤相，其构建的氢键通道显著提高了通电过程中工件表面的水传质，利用离子网络在电场作用下的迁移作用冲击钢铁表面，切断氧化层与金属之间键联，达到物理除锈效果。这不仅加速了清洗过程，提高了去锈效率，同时也为中性体系的应用奠定了基础，避免了酸雾和废酸的产生。

11、与此同时，利用生物可降解的氨基酸离子液体的特性，阻碍铁离子传质，有效提高了阳极铁离子析出电位，避免了酸类清洗液对表面的过腐蚀。这也导致了该体系对工件基底的腐蚀较小，有效解决了传统电化学手段在处理大晶粒材料和多相合金时的问题。这一创新性的组合，使本发明的环保型电离钢铁除锈剂不仅在效率上超越传统方法，而且实现了零危险废液、零酸雾的目标。

12、优选地，所述r8选自h、甲基或2-甲硫基乙基。

13、优选地，所述磺酸根选自对甲苯磺酸根或氨基甲磺酸根。

14、优选地，所述r1选自h、碳链长度为1～18的烷烃基；所述r3选自h、碳链长度为1～12的烷烃基。

15、优选地，所述r3选自h、甲基、乙基、正丙基和正十二烷基。

16、优选地，所述r4、r5、r6和r7各自独立地选自h、碳链长度为1～12的烷烃基。

17、优选地，所述r4、r5、r6和r7不同时为h。

18、优选地，所述r4、r5、r6和r7各自独立地选自选自甲基、乙基、丙基、丁基和正十二烷基。

19、本发明的另一目的是提供所述的环保的钢铁表面电离除锈材料在钢铁除锈方面的应用。

20、本发明的环保的钢铁表面电离除锈材料及其应用，解决了传统除锈剂产生大量对环境污染的废酸的问题，具有以下优点：

21、本发明的电离除锈剂，与传统的化学除锈剂不同，采用环保的成分，不含有害物质，不会对环境和人体健康造成危害，同时这种新型除锈剂采用物理冲击钢铁表面，在除锈效果上能够迅速、彻底地去除钢铁表面的锈蚀，使其恢复原有的光泽和强度，并减少表面损耗。

22、本发明的电离除锈剂，可以用于各类钢铁制品的除锈处理，包括建筑结构、交通工具、设备零部件等，由于其高效、安全、经济的特性，可以显著提高除锈作业的效率，降低生产成本，同时满足了环保法规的要求。

23、本发明基于两种生物基的离子液体材料，通过离子网络的构建与两种材料的结构特性，实现了电离除锈过程的低基底腐蚀和高析氧效率，使得电离除锈可在中性体系中高效率地进行，提高了去锈效率，不产生危险废液，减少环境危害，而且除锈液无酸雾产生，对工件表面无过腐蚀，原料均为可食用的生物基材料，对生物无害，极大降低操作人员安全风险，减少环境危害。