用于冷拔钢管的自修复型常温发黑剂及其制备方法和应用技术

用于冷拔钢管的自修复型常温发黑剂及其制备方法和应用，涉及金属表面处理技术领域，其中，前述用于冷拔钢管的自修复型常温发黑剂的主要成膜物中包括五水硫酸铜、钨酸铵及木质素磺酸钠掺杂聚苯胺反应液。该发黑剂能够同时实现发黑和防锈且发黑膜具有自修复功能，该发黑剂所形成的发黑膜层较传统常温发黑剂形成的发黑膜层在耐腐蚀性上实现十倍以上的提高，市场应用前景极为广阔。

Self repairing room temperature blackening agent for cold drawn steel pipe and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
用于冷拔钢管的自修复型常温发黑剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及金属表面处理
，特别涉及一种用于冷拔钢管的自修复型常温发黑剂及其制备方法和应用。
技术介绍
冷拔钢管的发黑处理是一种表面处理技术，用来提高钢管的耐腐蚀性能，发黑剂是实现钢铁发黑处理的化学制剂。目前，常用的发黑方法有：碱性化学氧化法和酸性化学氧化法(常温发黑)。碱性化学氧化法是在135～150℃高温下处理30～90min，其膜层细腻、均匀、亮黑、牢度高，耐腐蚀性能好；但存在生产周期长，能耗大，劳动条件差，环境污染严重的问题。钢铁表面的常温发黑是在不改变被处理件尺寸精度的情况下形成黑色氧化膜。但大多发黑剂中含磷、硒、亚硝酸盐等污染性物质或工序复杂、成本较高，而且在对铸铁件进行发黑后，为防止其表面生锈，还需要再浸入另一种溶剂中进行防锈处理，不能同时达到发黑防锈的功能，增加了操作的复杂性。如何提高发黑膜的综合性能尤其是防锈性能，以及如何解决冷轧钢管运输过程划痕处的严重腐蚀问题，已成为了新的课题，然而目前关于自修复常温发黑剂的成果未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种可同时实现发黑防锈且发黑膜具有自修复功能的常温发黑剂。为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：用于冷拔钢管的自修复型常温发黑剂，其主要成膜物中包括五水硫酸铜、钨酸铵及木质素磺酸钠掺杂聚苯胺反应液。具体地，上述用于冷拔钢管的自修复型常温发黑剂包括以下组分：五水硫酸铜10-200重量份、钨酸铵20-300重量份、木质素磺酸钠掺杂聚苯胺反应液50-1000重量份、硫酸镍5-100重量份、硫代硫酸铵10-150重量份、氮川三乙酸三钠5-100重量份以及适量去离子水。优选地，所述五水硫酸铜为40-100重量份，所述钨酸铵为50-150重量份，所述木质素磺酸钠掺杂聚苯胺反应液为200-600重量份，所述硫酸镍为10-50重量份，所述硫代硫酸铵为40-100重量份，所述氮川三乙酸三钠为20-80重量份。优选地，所述五水硫酸铜为80重量份，所述钨酸铵为100重量份，所述木质素磺酸钠掺杂聚苯胺反应液为400重量份，所述硫酸镍为20重量份，所述硫代硫酸铵为60重量份，所述氮川三乙酸三钠为40重量份。更加优选地，所述五水硫酸铜和钨酸铵的重量比为4:5。其中，所述木质素磺酸钠掺杂聚苯胺反应液可以采用乳液聚合法合成，合成过程用到的组分包括木质素磺酸钠和苯胺，所述木质素磺酸钠和苯胺的重量比为1:1。具体地，所述木质素磺酸钠掺杂聚苯胺反应液通过以下方法合成：一、称取13-24重量份的木质素磺酸钠，将其倒入70-130重量份的(0.8-1.2)mol/L的硫酸溶液中，充分搅拌混合均匀，然后取苯胺13-24重量份，在搅拌的作用下缓慢加入混合溶液中，充分搅拌混合均匀后配制成D液；二、称取32-59重量份的过硫酸铵，溶于70-130份的(0.8-1.2)mol/L的柠檬酸溶液，得到过硫酸铵-柠檬酸溶液，将过硫酸铵-柠檬酸溶液滴加入D液中，反应体系在温度为0-5℃的环境下进行，充分搅拌均匀；三、在室温下让其进一步反应完成，得目标反应液。优选地，步骤一中所述木质素磺酸钠用量为18.6重量份，所述硫酸溶液浓度为1mol/L且其用量为100重量份，所述苯胺用量为18.6重量份；步骤二中所述过硫酸铵用量为45.6重量份，所述柠檬酸溶液浓度为1mol/L且其用量为100重量份。作为本专利技术的另一方面，制备上述用于冷拔钢管的自修复型常温发黑剂的方法，其包括以下步骤：一、将五水硫酸铜、硫代硫酸铵、钨酸铵和硫酸镍加入适量去离子水中，配制成A液；二、将氮川三乙酸三钠加入到适量去离子水中，搅拌均匀，然后缓慢滴加木质素磺酸钠掺杂聚苯胺反应液，配制成B液；三、将B液与A液混合，搅拌均匀后静置，制得所述用于冷拔钢管的自修复型常温发黑剂。作为本专利技术的另一方面，上述用于冷拔钢管的自修复型常温发黑剂在冷拔无缝钢管表面防锈处理中的应用。上述用于冷拔钢管的自修复型常温发黑剂具有无硒、无磷的环保特性，因发黑膜中富含木质素磺酸钠掺杂聚苯胺材料，其分散稳定性、导电性和耐蚀性均优于常规聚苯胺，木质素磺酸钠掺杂聚苯胺通过与氧的可逆氧化还原反应切断金属与氧的直接联系，在金属和膜界面处形成一层致密的金属氧化层，能有效的使金属的电极电位处于钝化区，当发黑膜出现划痕时木质素磺酸钠掺杂聚苯胺能通过氧化还原反应将划痕处裸露的金属再次钝化，具备极强的自修复功能，其防腐蚀性能较传统发黑剂得到了显著提高，而且具有生产成本低、工艺简单、发黑速度快、发黑膜均匀细致、附着力强的特点。具体实施方式本专利技术与现有技术最大的不同之处在于其以五水硫酸铜、钨酸铵和木质素磺酸钠掺杂聚苯胺反应液为主要成膜物，形成的发黑膜中富含木质素磺酸钠掺杂聚苯胺材料，其分散稳定性、导电性和耐蚀性均优于传统发黑剂中的聚苯胺，尤其值得一提的是木质素磺酸钠掺杂聚苯胺可通过与氧的可逆氧化还原反应切断金属与氧的直接联系，在金属和膜界面处形成一层致密的金属氧化层，能有效的使金属的电极电位处于钝化区，当发黑膜出现划痕时木质素磺酸钠掺杂聚苯胺能通过氧化还原反应将划痕处裸露的金属再次钝化，具备极强的自修复功能，其防腐蚀性能较传统发黑剂得到了显著提高。为了让本领域技术人员更清楚地了解本专利技术相对现有技术的改进之处，下面结合实施例对本专利技术所涉自修复型常温发黑剂作进一步的说明。实施例1：组分名称重量份数五水硫酸铜10钨酸铵300木质素磺酸钠掺杂聚苯胺反应液700硫酸镍50硫代硫酸铵80氮川三乙酸三钠40上述用到的木质素磺酸钠掺杂聚苯胺反应液可以通过以下方法合成：一、称取13-24重量份(例如可以是18.6重量份)的木质素磺酸钠，将其倒入70-130重量份(例如可以是100重量份)的(0.8-1.2)mol/L的硫酸溶液(硫酸溶液浓度最好是1mol/L)中，充分搅拌混合均匀，然后取苯胺13-24重量份(例如可以是18.6重量份)，在搅拌的作用下缓慢加入混合溶液中，充分搅拌混合均匀后配制成D液。二、称取32-59重量份(例如可以是45.6重量份)的过硫酸铵，溶于70-130份(例如可以是100重量份)的(0.8-1.2)mol/L的柠檬酸溶液(柠檬酸溶液浓度最好是1mol/L)，得到过硫酸铵-柠檬酸溶液，将过硫酸铵-柠檬酸溶液滴加入D液中，反应体系在温度为0-5℃的环境下进行，充分搅拌均匀；三、在室温下让其进一步反应完成，得目标反应液。应当指出的是，木质素磺酸钠掺杂聚苯胺反应液是提高金属发黑膜防锈性能关键的原料，由于上述合成木质素磺酸钠掺杂聚苯胺反应液的环境为酸性，因此不必额外在发黑剂配方中加入酸。合成反应中使用的木质本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于冷拔钢管的自修复型常温发黑剂，其特在在于:其主要成膜物中包括五水硫酸铜、钨酸铵及木质素磺酸钠掺杂聚苯胺反应液。/n

【技术特征摘要】
1.用于冷拔钢管的自修复型常温发黑剂，其特在在于:其主要成膜物中包括五水硫酸铜、钨酸铵及木质素磺酸钠掺杂聚苯胺反应液。


2.根据权利要求1所述的用于冷拔钢管的自修复型常温发黑剂，其特在在于,包括以下组分：五水硫酸铜10-200重量份、钨酸铵20-300重量份、木质素磺酸钠掺杂聚苯胺反应液50-1000重量份、硫酸镍5-100重量份、硫代硫酸铵10-150重量份、氮川三乙酸三钠5-100重量份以及适量去离子水。


3.根据权利要求2所述的用于冷拔钢管的自修复型常温发黑剂，其特征在于：所述五水硫酸铜为40-100重量份，所述钨酸铵为50-150重量份，所述木质素磺酸钠掺杂聚苯胺反应液为200-600重量份，所述硫酸镍为10-50重量份，所述硫代硫酸铵为40-100重量份，所述氮川三乙酸三钠为20-80重量份。


4.根据权利要求3所述的用于冷拔钢管的自修复型常温发黑剂，其特征在于：所述五水硫酸铜为80重量份，所述钨酸铵为100重量份，所述木质素磺酸钠掺杂聚苯胺反应液为400重量份，所述硫酸镍为20重量份，所述硫代硫酸铵为60重量份，所述氮川三乙酸三钠为40重量份。


5.根据权利要求1-4中任意一项所述的用于冷拔钢管的自修复型常温发黑剂，其特征在于：所述五水硫酸铜和钨酸铵的重量比为4:5。


6.根据权利要求1-4中任意一项所述的用于冷拔钢管的自修复型常温发黑剂，其特征在于：所述木质素磺酸钠掺杂聚苯胺反应液采用乳液聚合法合成，合成过程用到的组分包括木质素磺酸钠和苯胺，所述木质素磺酸钠和苯胺的重量比为1:1。


7.根据权利要求1-4...

【专利技术属性】
技术研发人员：任振兴，彭庆华，彭云，唐鹏飞，赵端泉，
申请(专利权)人：湖南金化科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43