一种无铬钝化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种无铬钝化剂及其制备方法和应用，所述无铬钝化剂以质量百分比计包括：直链脂肪酸醇酰胺化合物45％～91.5％；直链疏水性脂肪酸9.5％～55％。其制备方法为：按各组分配取原料混合均匀得到成品；或按设计组分先制备疏水性脂肪酸与脂肪酸醇酰胺化合物组成的混合物，然后再加入增强剂得到成品。该无铬钝化剂适用于含锰金属的表面钝化处理。本发明专利技术所开发的无铬钝化剂具有水溶性好、无毒、无污染、金属锰钝化性能好、且膜层自修复等特点，可较好的替代现有电解锰铬酸盐钝化工艺，具有较显著的环保效益和经济效益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种无铬钝化剂及其制备方法和应用，属于锰冶金领域。
技术介绍
锰及其化合物在冶金、化工、轻工、电子材料、农牧等部门有广泛的应用，尤其在钢铁产业中，锰的存在可以显著改善钢的机械性能，常有“无锰不成钢”这一说法。然而，由于金属锰的化学电位较低，活性非常高，在空气中很容易与氧气反应而造成金属锰的腐蚀的发生，锰的腐蚀不仅会大大降低锰的机械性能，缩短锰机械设备的使用寿命，而且会破坏金属材料的电子和光学特性，甚至造成灾难性的事故以及巨大的经济损失，因此，必须对其进行钝化以提高锰的耐腐蚀性能。传统的铬酸盐钝化工艺，具有工艺简单，成本低，槽液稳定，所得钝化膜颜色均匀，结合力好，耐蚀性高，且钝化膜具有良好的自我修复能力等特点，被广泛应用于电解锰工业生产中。然而，该工艺中所使用的六价铬是剧毒和致癌物质，对环境及人类健康危害严重，许多国家都已严令限制铬酸盐钝化工艺的使用，因此，开发新型环保的钝化剂产品，对于电解锰业的良性发展具有十分重要的意义。目前，无铬钝化剂的研究成为国内外很多科技工作者关注的热点。例如，专利CN200510086577.X公布了一种以0.1～20％的磷酸水溶液为电解锰钝化液，用碱调节pH为3～14，对金属锰的钝化有一定的效果。专利CN201210439032.2公布了一种以磷酸或磷酸盐为主钝化剂，柠檬酸及醋酸为助溶剂，酒石酸钠为缓蚀剂，硫酸锌及硝酸钙为光亮剂的新型无铬钝化剂，该钝化液处理后的金属锰具有良好的色泽和优良的钝化效果。然而，由于磷酸的使用，钝化液会产生大量的含磷钝化废液，对水体有一定的危害，同时也容易造成金属锰产品中磷含量超标。专利CN200610018760.0公开了一种以硅酸盐、助溶剂、缓蚀剂、加速剂为主成分的电解锰无铬钝化剂。该钝化剂钝化后的产品耐湿热能力与重铬酸钾钝化的产品相近，但产品中硅含量增加，会一定程度降低电解金属锰产品的质量。综上所述，已有的无铬钝化剂产品，或多或少存在磷污染、钝化液不稳定、产品成色不好、不具自修复性等弊端，因此，急需开发新型环保的无铬钝化剂产品。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提供一种无铬钝化剂及其制备方法和应用。本专利技术一种无铬钝化剂，其特征在于以质量百分比计包括下述组分：直链脂肪酸醇酰胺化合物45％～91.5％；直链疏水性脂肪酸9.5％～55％。作为较优方案，本专利技术一种无铬钝化剂，以质量百分比计包括下述组分：直链脂肪酸醇酰胺化合物45％～90％、优选为70％～89％、进一步优选为75％～85％；直链疏水性脂肪酸9.5～50％、优选为9.5～28％、进一步优选为13.5～23.3％；增强剂0.5～5％、优选为1.5～2％、进一步优选为1.5～1.7％。本专利技术中的无铬钝化剂，各组分总质量百分数之和为100％。本专利技术中的无铬钝化剂，所述疏水性脂肪酸的碳原子个数大于等于6。优选为6～26。所述疏水性脂肪酸进一步优选为C6～C26直链一元疏水羧酸中的至少一种。更进一步的优选为月桂酸(C12)、肉豆蔻酸(C14)、棕榈酸(C16)、硬脂酸(C18)、油酸(C18不饱和脂肪酸)的至少一种。本专利技术中的无铬钝化剂，所述增强剂为乙二胺四乙酸，柠檬酸，抗坏血酸，二乙醇胺，三乙醇胺，三异丙醇胺等中的任意一种或两种以任意配比而成的混合物。本专利技术中的无铬钝化剂，所述脂肪酸醇酰胺化合物为脂肪酸类一乙醇酰胺或二乙醇酰胺类化合物。作为优选，所述脂肪酸醇酰胺化合物由C6～C26直链一元疏水羧酸与二乙醇胺或一乙醇胺发生酰胺化反应制备而成。作为进一步的优选方案，所述脂肪酸醇酰胺化合物选自月桂酸二乙醇酰胺、肉豆蔻酸二乙醇酰胺、棕榈酸二乙醇酰胺、硬脂酸二乙醇酰胺、油酸二乙醇酰胺、月桂酸一乙醇酰胺、肉豆蔻酸一乙醇酰胺、棕榈酸一乙醇酰胺、硬脂酸一乙醇酰胺、油酸一乙醇酰胺中的至少一种。所述的电解金属锰表面处理的无铬钝化剂，其产品可以根据组分及含量要求，以过量脂肪酸为原料与二乙醇胺或一乙醇胺等反应得到脂肪酸与脂肪酸醇酰胺的混合物(见技术路线1)，然后添加一定量的增强剂而得到钝化剂产品；也可由各组分简单混合制备得到(见技术方案2)，其技术路线如下：技术路线1：所述技术路线1包括以下两步：步骤一在过量直链疏水性脂肪酸中加入二乙醇胺和/或一乙醇胺，进行反应，生成脂肪酸和脂肪酸醇酰胺的混合物；步骤二按设计组分，配取增强剂，并将增强剂加入步骤一所得混合物中，混合均匀，得到所述无铬钝化剂。技术路线2：按设计成分配取直链脂肪酸醇酰胺类化合物、疏水性脂肪酸、增强剂，将配取的各组分混合均匀后，得到所述钝化剂。作为优选方法，步骤一中，先选取一定量的C6～C26直链一元疏水羧酸，按摩尔比脂肪酸：醇胺＝1：0.30～0.50添加醇胺化合物，于100～150℃条件下反应3～6h，，然后再加入0.15～0.40倍脂肪酸用量(摩尔量)的醇胺以及碱性催化剂，在60～90℃进行氨解反应2～4h，生成脂肪酸和脂肪酸醇酰胺的混合物；所述醇胺为二乙醇胺和/或一乙醇胺，所述碱性催化剂为KOH或或NaOH，所述碱性催化剂的用量为疏水性脂肪酸和醇胺总质量的0.5％～1％。在工业化应用时，当所述醇胺化合物为二乙醇胺和/或一乙醇胺时，步骤一中所述混合物是疏水性脂肪酸与疏水性脂肪酸二/一乙醇酰胺组成的混合物。在工业化应用时，所述钝化剂加入70～90℃、优选为80℃的水中，混合均匀，得到钝化剂质量百分浓度为0.5～5％的钝化液。该钝化液可以直接使用。本专利技术中的一种无铬钝化剂的应用，包括将其用于处理含锰金属产品。作为应用的优选方案，其包括下述步骤：将无铬钝化剂与水混合配制成钝化液后置于钝化槽中，将含锰金属制品浸没于配制好的无铬钝化液中钝化1～5分钟，取出后清洗，干燥，得到成品。所述钝化液中无铬钝化剂的质量百分浓度为0.5～5％。所述含锰金属制品优选为金属锰制品。进一步优选为电解所得金属锰制品，即电解阴极板上的金属锰制品。钝化完成后，用水冲洗干净。所述干燥优选为烘干。本专利技术的有益效果是：(1)直链一元羧酸具有较好的疏水性，将其用于金属表面处理时能够形成性能良好的疏水性膜，但一般需用无水乙醇等有机溶剂做溶剂，所得溶液易挥发，难以直接应用于现场的敞开系统；脂肪酸醇酰胺类化合物也能在金属表面形成一定的钝化效果，但钝化效果不够理想。本专利技术中，基于脂肪酸醇酰胺类化合物的乳化性能，实现了疏水性脂肪酸在水中的较好分散，进而实现了疏水性脂肪酸和脂肪酸醇酰胺类化合物对含锰金属表面的协同钝化，使钝化性能大幅提升(见对比例1与实施例1、2，腐蚀电流减小了1个数量级以上)。(2)本专利技术可以在较低温条件下制备脂肪酸和脂肪酸醇酰胺的混合物，相比传统脂肪酸醇酰胺的制备，反应过程副反应少，得到的混合物产品完全符合本专利技术钝化剂的主成分要求。(3)本专利技术所使用的脂肪酸和脂肪酸醇酰胺类化合物具有疏水碳链以及羧酸基或酰胺基等官能团，在水溶液体系中，各组分能够在金属锰表面协同自组装形成致密性较高的钝化层；另一方面，乙二胺四乙酸、柠檬酸、抗坏血酸等化合物具有的多个羟基、羧基等基团，协同作用在金属锰表面，强化钝化膜层。此外，由于增强剂及脂肪酸醇酰胺类化合物上都具有多个官能团，在成膜时还有储备的官能团活性位点，当膜层被破坏时，该部分基团可以与裸露出来的新鲜的金属锰作用，实现本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无铬钝化剂，其特征在于以质量百分比计包括下述组分：直链脂肪酸醇酰胺化合物45％～91.5％；直链疏水性脂肪酸9.5％～55％。

【技术特征摘要】
1.一种无铬钝化剂，其特征在于以质量百分比计包括下述组分：直链脂肪酸醇酰胺化合物45％～91.5％；直链疏水性脂肪酸9.5％～55％。2.根据权利要求1所述的一种无铬钝化剂；其特征在于以质量百分比计包括下述组分：直链脂肪酸醇酰胺化合物45％～90％；直链疏水性脂肪酸9.5％～50％；增强剂0.5％～5％。3.根据权利要求1所述的一种无铬钝化剂；其特征在于：所述直链脂肪酸醇酰胺化合物为脂肪酸类一乙醇酰胺和/或脂肪酸类二乙醇酰胺类化合物；所述直链疏水性脂肪酸分子的碳原子数大于等于6；所述增强剂为乙二胺四乙酸，柠檬酸，抗坏血酸，二乙醇胺，三乙醇胺，三异丙醇胺等中的任意一种或两种以任意配比而成的混合物。4.根据权利要求3所述的一种无铬钝化剂；其特征在于：所述疏水性脂肪酸分子的碳原子数为6～26。5.根据权利要求4所述的一种无铬钝化剂；其特征在于：所述疏水性脂肪酸为C6～C26直链一元疏水羧酸中的至少一种；所述疏水性脂肪酸选自月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸中的至少一种。6.根据权利要求1所述的一种无铬钝化剂；其特征在于：所述脂肪酸醇酰胺化合物由C6～C26直链一元疏水羧酸与二乙醇胺和/或一乙醇胺发生酰胺化反应制备而成。7....

【专利技术属性】
技术研发人员：曹占芳，邱培，钟宏，王帅，刘广义，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43