环保型钢铁除锈清洗剂的研制

陈珍珍，胡 磊

（苏州禾川化学技术服务有限公司，江苏苏州，215123）

1 前言

钢铁产业是我国国民经济的重要支柱，在现代化建设过程中发挥了重要的作用。但是，使用钢铁需要面对的最大问题就是钢铁的锈蚀问题，每年有大量的钢铁由于表面锈蚀影响使用。因此，在钢铁表面处理工艺过程中，非常重要的一环就是除锈。除锈工艺主要是将钢铁表面的氧化皮和铁锈进行清理，使钢铁制品露出基材，之后，更有效地采用防锈、磷化、钝化、化学镍等工艺，从而达到需要的防锈处理效果。

钢铁的除锈方法众多，但是常见的可以分为两大类：物理除锈和化学除锈。物理除锈包括手工除锈、物理抛光除锈、喷丸（砂）除锈[1]等。手工除锈具有除锈质量高，但是往往需要人工操作，人力需求量大，因此只适合小面积、小批量、紧密零件的除锈。物理抛光、喷丸（砂）除锈可以利用机械，达到大批量使用的要求，而且除锈效果好。除锈后具有一定的防锈时间，环保压力小，因此，很多钢板除锈都选用该类方法，但是对于一些不规则形状的钢材，该类方法使用起来就无法达到预期效果。化学除锈则是利用酸、络合剂与铁的氧化物发生化学反应，将表面的铁锈溶解，达到除锈目的。该类方法对钢铁的形状没有要求，可以处理任何形状的钢铁型材。

传统的化学除锈都是在强酸条件下，特别是使用盐酸作为酸洗剂，成本低、效率高、过腐蚀小，但是盐酸具有很强的挥发性，对人体损害较大，而且使用完的废水处理成本也较高；硝酸是另一种具有强氧化性的无机酸，经常用来作为酸洗剂的主要成分，但是硝酸的使用会出现黄烟，对工作人员伤害较大。因此，这两种酸已经在很多领域都被禁止使用。由于环保等方面上的压力，人们开始慢慢淘汰盐酸、硝酸清洗剂，转而使用硫酸、磷酸，但是硫酸的除锈能力较弱，因此，在除锈清洗剂中较少使用[2]；磷酸由于其酸洗过程还是形成一层磷化膜，可以起到短期的防锈作用，因此，使用得较为广泛[3-5]。但是，由于2007年苏州太湖蓝藻事件，导致很多磷酸或者磷酸盐使用企业废水处理成本增加，因此，急需研制一款可以快速除锈，环保，不含磷的钢铁除锈清洗剂。

2 实验部分

2.1 主要试剂

有机酸：草酸、柠檬酸、羟基乙酸、甲基磺酸等；表面活性剂；其他助剂；WD-40除锈剂（美国）

2.2 清洗剂物理性能及稳定性检测

检测除锈清洗剂的pH值、密度、固含量、状态等。

2.3 清洗剂的性能检测

检测除锈清洗剂对钢铁的除锈能力：将锈蚀的钢铁放置在清洗剂中，常温浸泡一段时间，观察钢铁的表面锈蚀程度（A级：无锈蚀；B级：有部分点状锈蚀；C级：大量点状或整片锈蚀；D级：基本未除锈）。

3 结论与讨论

3.1 有机酸的筛选

中性除锈剂的除锈原理与酸性除锈剂的原理略有不同，酸性除锈剂的除锈原理是通过有机酸或无机酸与钢铁表面的铁锈进行反应，去除钢铁表面的锈迹。中性除锈剂则是通过对钢铁表面的铁锈络合进行咬蚀，铁锈去除完后不会与金属发生反应，对基材的腐蚀性小，不会产生氢脆等现象而影响钢材的力学性能。

常用于铁锈络合的有机酸有草酸、酒石酸、柠檬酸、苹果酸、羟基乙酸等。该类物质都含有羧基，对铁锈具有一定的络合能力，因此，我们首先筛选出其中对铁锈络合能力最好的有机酸作为主体除锈物质。由于有机酸对锈的络合能力往往还是需要其对铁离子的络合，因此，我们直接使用有机酸来对铁锈进行咬蚀，暂不考虑有机酸钢铁的腐蚀性能。其有机酸的评估结果见表1。

从表1的除锈性能来看，电离能力最强的草酸，除锈能力最强，其相同质量浓度条件下，所含的羧基也是最多，因此，具有最好的除锈能力。另外，在酸性条件下，对铁锈的去除能力跟其相同质量浓度的pH也有很大关系，从pH来比较，草酸<酒石酸<柠檬酸<羟基乙酸<苹果酸，除锈时间方面的规律与pH值一致。因此，草酸、柠檬酸成为钢铁除锈的最佳选择。

表1 各种有机酸的除锈性能

但是，酸性除锈，即使是有机酸，也有可能造成钢铁的氢脆产生，因此，我们还是要把样品做成中性来比较有机酸盐的除锈能力。

从表2可以看出：草酸体系中，铵盐具有较好的络合除锈能力，可以在3个小时去除钢铁件表面的锈蚀层；而钠盐基本无法除锈。当选用络合能力更强的柠檬酸时，钾盐展现出了较好的除锈能力。虽然钾盐展现出的除锈能力更强，但是，柠檬酸钾清洗时，与氧化铁反应后很容易出现沉淀，附着在钢铁的表面，产生副作用。而选用柠檬酸铵盐却不会有沉淀析出，且具有更好的溶解锈垢能力[6]，因此，柠檬酸铵具有较好的清洗除锈效果。

表2 有机酸盐的除锈性能

图1 A促进剂，B渗透剂对柠檬酸铵除锈时间的影响

单纯的使用柠檬酸铵作为除锈剂可以具有一定的效果，但是对一些锈垢时间较长，我们仍需添加一些促进剂来加快除锈的效果。促进剂对柠檬酸铵的除锈起到一定的促进作用，可以加速除锈的速率，缩短除锈时间。图1给出了自主研发的促进剂对柠檬酸铵除锈体系的影响，当促进剂浓度达到2.5%～5.0%时，再添加促进剂对体系除锈速率的影响较小，因此，优选的促进剂浓度为5.0%；当渗透剂的浓度达到1.0%～1.5%，再添加渗透剂对体系除锈速率的影响较小，因此，优选的渗透剂浓度为1.0%。

表3 除锈清洗剂与美国WD40除锈剂的性能对比

3.2 除锈清洗剂与美国WD40对比试验

为了达到更好的清洗效果，我们还在柠檬酸铵的体系中加入了润湿剂、乳化剂、缓蚀剂等，配置出的除锈剂具有较好的除锈效果，且稳定性能比较好。为了验证除锈剂的除锈效果，我们选择美国WD40的除锈剂进行性能对比。

4 结论

本中性环保除锈剂含有柠檬酸铵、促进剂、渗透剂、润湿剂、乳化剂、缓蚀剂等，各组分协同作用，具有更好的除锈效果，除锈速率快，效率高；中性配方，对基材腐蚀轻，不产生氢脆；不含无机强酸，常温使用，不产生酸雾；原料易得，工艺简单，成本低廉，具有较高的应用前景。

[1] 陈应明.关于钢铁表面喷砂除锈的一点探索[J].化工防腐与防护,1996,(3):56-57.

[2] 银董红,周春山.钢铁表面除油除锈技术[J].湖南化工,1993,(4):18-19.

[3] 林纪筠,陈康宁.除锈磷化液的研究[J].化学世界,1985,(11):402-403.

[4] 平磊.钢铁除锈除油磷化液的研制[J].中国计量学院学报,2001,(1):51-53.

[5] 文松年,聂长明,何晓梅,等.新型四合一除油除锈剂的研制[J].化工时刊,2009 ,(23):27-32.

[6] 林劲柱.柠檬酸在化学清洗中的应用分析[J].贵州化工，2011,(36),33-35.