TW201723232A - 除銹組成物及使用其的酸性除銹方法 - Google Patents

Abstract

一種除銹組成物，具有0至2的pH值範圍且包含：磷酸水溶液、多元酸、多元醇水溶液、多磷酸鹽、緩蝕劑、界面活性劑及水，其中，該除銹組成物不包含除了磷酸以外的無機酸。本發明另提供一種利用上述除銹組成物的酸性除銹方法。本發明的除銹組成物不包含會造成空氣污染及操作人員危害的無機酸，可有效去除各種不同鋼種表面的銹皮，且僅需經由過濾方式即能回收使用。

Description

除銹組成物及使用其的酸性除銹方法

本發明是有關於一種除銹組成物及使用其的酸性除銹方法，特別是指一種以磷酸為主的除銹組成物及使用其的酸性除銹方法。

鋼材在高溫製程(如熱軋或退火、其他熱處理等)中，可能會生成一層黑色銹皮，其主要成分為氧化鐵及由鋼材中其他金屬元素所形成的金屬氧化物。此黑色銹皮不只會影響鋼材外觀，對於後續加工亦有影響，因此，在鋼材加工的過程中通常會包含一個去除銹皮步驟。

常用的去除銹皮方式為酸洗，針對較難去除的銹皮，還需利用一些輔助處理(如鹽浴處理、電解除銹、機械處理)來提高除銹效率。酸洗常使用的酸液包括硫酸、硝酸、鹽酸等。例如CN 101423924提及一種除油、酸洗一步法熱浸鋅處理工藝，包含在熱浸鋅加工前處理的鹽酸洗液中添加辛基酚聚氧乙烯醚、六亞甲基四胺及水。然而此種酸洗製程於實際運用時容易發生酸洗不完全或過度酸洗等問題，且酸洗程度的不同也會嚴重影響鋼材的外觀，例如鋼材表面會產生多數個孔洞而不平滑且不光亮。此外，酸液本身及酸液產生的氣體(如NO、NO₂ 、鹽酸蒸氣等)，可能對環境造成污染，同時危害操作人員的健康。

鑒於上述酸液的問題，目前還發展一種以磷酸為主的洗劑，例如US 4,381,249揭示一種去除銹皮及金屬表面保護組成物，包含磷酸、1,3-二丁基硫脲、1,3-二乙基硫脲、非離子型界面活性劑、有機溶劑及胺。前述專利因使用有機溶劑，可能於操作時產生揮發，並造成空氣污染。

US 5,011,551揭示一種用以將腐蝕鋼材表面轉變為適於施予有機塗層的基材的組成物，包含脂肪族醇、磷酸、鹼性硝酸鹽、單寧酸、硝酸鋅及界面活性劑。此專利雖然可於鋼材表面形成成一層適合後續塗佈有機塗層的磷酸鹽皮膜層，但此方法必須耗費較多工時，不符經濟效益，且硝酸鹽在溶液中會轉化成氮氧化物，造成空氣污染。

由以上說明可瞭解，在符合經濟效益及環保需求下，以磷酸為主的去除銹皮組成物仍存有極大的改善空間。

因此，本發明之目的，即在提供一種可有效率去除各種不同鋼種的銹皮、符合環保、易於回收且不會危害操作人員健康的除銹組成物。

於是，本發明除銹組成物具有0至2的pH值範圍且包含：磷酸水溶液、多元酸、多元醇水溶液、多磷酸鹽、緩蝕劑、界面活性劑及水，其中，該除銹組成物不包含除了磷酸以外的無機酸。

本發明的另一目的在於提供一種具備高去除效率且符合環保的酸性除銹方法。

於是，本發明酸性除銹方法包含以下步驟： (A) 提供一種表面含有銹皮的經熱處理鋼材；及 (B) 將該鋼材浸泡於如上述的除銹組成物中。

本發明之功效在於：本發明除銹組成物並未含有任何可能危害環境或操作人員的試劑(特別是如鹽酸、硫酸、硝酸等的無機酸)，且透過特殊的成分組成，可有效率地去除各種不同鋼種的銹皮，更具備易於回收優點。本發明酸性除銹方法透過使用上述除銹組成物而能有效率地去除各種不同種類之經熱處理的鋼材的銹皮，並可獲得表面平滑光亮的鋼材。

以下將就本發明內容進行詳細說明：

本發明除銹組成物具有0至2的pH值範圍且包含磷酸水溶液、多元酸、多元醇水溶液、多磷酸鹽、緩蝕劑及界面活性劑。

較佳地，該除銹組成物具有0.7~1.2的pH值範圍。

該磷酸水溶液是由磷酸及水所構成。該磷酸水溶液的濃度可以依據實際需要進行調整，於本發明的一具體例中，該磷酸水溶液的濃度為85wt%。

該多元酸是泛指具有二個或二個以上酸基的有機酸；較佳地，該多元酸是選自於檸檬酸、酒石酸、蘋果酸、順丁烯二酸、草酸、鄰苯二甲酸或前述的一種組合。於本發明的一具體例中，該多元酸為檸檬酸或酒石酸。

較佳地，該多元醇水溶液是由多元醇及水所構成，該多元醇是泛指具有二個或二個以上醇基的醇類；較佳地，該多元醇是選自於聚乙烯醇、乙二醇、丙二醇、甘油、糖醇、單寧酸或前述的一種組合。該多元醇水溶液的濃度範圍可以依據實際需要進行調整，於本發明的一具體例中，該多元醇水溶液的濃度為5wt%。

較佳地，該多磷酸鹽是選自於聚磷酸鹽、焦磷酸鹽或前述的一組合。該聚磷酸鹽例如但不限於三聚磷酸鈉。該焦磷酸鹽例如但不限於焦磷酸三鈉。

較佳地，該緩蝕劑是選自於硫脲、六亞甲基四胺或前述的一種組合。於本發明的一具體例中，該緩蝕劑為六亞甲基四胺。

較佳地，該界面活性劑是選自於十二烷基苯磺酸鈉、聚氧乙烯醚或前述的一種組合。於本發明的一具體例中，該界面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉。

較佳地，以該除銹組成物的總重為100份計算，該磷酸水溶液的用量範圍為0.1至95份，該多元酸的用量範圍為0.1至10份，該多元醇水溶液的用量範圍為0.1至10份，該多磷酸鹽的用量範圍為0.1至10份，該緩蝕劑的用量範圍為0.1至5份，及該界面活性劑的用量範圍為0.1至5份，及餘量為水，以及該磷酸水溶液的濃度為85wt%，該多元醇水溶液的濃度為5wt%。

本發明酸性除銹方法包含以下步驟： (A) 提供一種表面含有銹皮的經熱處理鋼材；及 (B) 將該鋼材浸泡於如上述的除銹組成物中。

較佳地，該步驟(A)的經熱處理鋼材是經熱處理後的碳鋼、合金鋼或不銹鋼。

較佳地，該步驟(B)是在20至80°C的溫度範圍下進行。

經由本發明酸性除銹方法處理後的鋼材可以再進一步進行一般的磷酸鹽皮膜處理及皂化處理，且該鋼材表面的銹皮於本發明除銹組成物中，會與磷酸反應成磷酸鐵沉澱物，可經由過濾方式取出，而能進一步回收該除銹組成物。

本發明將就以下實施例作進一步說明，但應瞭解的是，該實施例僅為例示說明之用，而不應被解釋為本發明實施之限制。

＜ 實施例 ＞

以下各個實施例及比較例分別取用下表1所列的鋼種進行處理：

表1 上述不同鋼種的鋼材於熱處理後皆於表面形成黑色銹皮。

[ 實施例 1] 將重量百分濃度為85wt%的磷酸水溶液與水調和成約pH值為0.7的磷酸水溶液。取95.8份的磷酸水溶液，並加入1份的檸檬酸、1份聚乙烯醇水溶液(聚乙烯醇的重量平均分子量為100,000，將5g的聚乙烯醇調配成100g水溶液獲得濃度為5wt%的聚乙烯醇水溶液)、1份焦磷酸鈉、0.5份六亞甲基四胺及0.5份十二烷基磺酸鈉，最後再加入0.2份的重量百分濃度為85wt%的磷酸水溶液於室溫下進行攪拌混合，而獲得pH值為0.7±0.05的除銹組成物。

[ 比較例 1] 將重量百分濃度85wt%的磷酸與水調和成約pH值為0.7±0.05的磷酸水溶液。

[ 測試 ] 分別將下表2所列出的不同鋼種浸泡於實施例1的除銹組成物及比較例1的磷酸水溶液中，並將浸泡溫度設定為30±1°C，記錄銹皮完全自鋼材分離所需的時間。

表2

由表2的結果可知，實施例1的除銹組成物確實可於較短時間下有效去除銹皮。

[ 實施例 2 及 3] 除了分別調配pH值為0.3及1.5的磷酸水溶液，同時將除銹組成物的pH值分別調整成0.3±0.05及1.5±0.05外，實施例2及3的其餘製備流程與實施例1相同。

[ 比較例 2~5] 分別將重量百分濃度85wt%的磷酸與水調和成約pH值為0.3±0.05、1.5±0.05及2.5±0.05的磷酸水溶液，即分別為比較例2、3及5的磷酸水溶液。 另外調配pH值為2.5的磷酸水溶液，同時將除銹組成物的pH值調整成2.5±0.05外，比較例4的其餘製備流程與實施例1相同，最後獲得比較例4的除銹組成物。

[ 測試 ] 分別將鋼種1010AK的鋼材浸泡於下表3所列出的實施例1至3的除銹組成物及比較例1至5的磷酸水溶液中，並將浸泡溫度設定為30±1°C，記錄銹皮完全自鋼材分離所需的時間。

表3

由表3的結果可知，實施例1至3的除銹組成物確實可於較短時間下有效去除銹皮。而當除銹組成物的pH值大於2時(如比較例4及5)，銹皮的去除時間將會增加，甚至無法有效去除銹皮。

[ 實施例 4] 除了調配pH值為0.9的磷酸水溶液、將檸檬酸置換為酒石酸、將焦磷酸鈉置換為三聚磷酸鈉，同時將除銹組成物的pH值分別調整成0.9±0.05外，實施例4的其餘製備流程與實施例1相同。

[ 比較例 6] 將重量百分濃度85wt%的磷酸與水調和成約pH值為0.9±0.05的磷酸水溶液。

[ 測試 1] 分別將下表4所列出的不同鋼種浸泡於實施例4的除銹組成物及比較例6的磷酸水溶液中，並將浸泡溫度設定為60±1°C，記錄銹皮完全自鋼材分離所需的時間。

表4

由表4的結果可知，實施例4的除銹組成物確實可於較短時間下有效去除銹皮。

[ 測試 2] 分別將鋼種1010AK的鋼材浸泡於實施例4的除銹組成物及比較例6的磷酸水溶液中，並將浸泡溫度設定為25±1°C、45±1°C、60±1°C及75±1°C，記錄銹皮完全自鋼材分離所需的時間，結果如下表5。

表5

由表5的結果可知，實施例4的除銹組成物確實可於較短時間下有效去除銹皮。且當浸泡溫度增加時，銹皮的去除時間有會縮短。

[ 測試 3] 分別將鋼種304及430的鋼材浸泡於實施例4的除銹組成物及比較例6的磷酸水溶液中，並將浸泡溫度設定為50±1°C，記錄銹皮完全自鋼材分離所需的時間，結果如下表6。

表6

由表6的結果可知，實施例4的除銹組成物確實可於較短時間下有效去除銹皮。

綜上所述，本發明除銹組成物並未含有任何可能危害環境或操作人員的試劑(特別是如鹽酸、硫酸、硝酸等的無機酸)，透過特殊的成分組成而可有效率地去除各種不同鋼種的銹皮，更具備易於回收優點。本發明酸性除銹方法透過使用上述除銹組成物而能有效率地去除各種不同種類之經熱處理的鋼材的銹皮，並可獲得表面平滑光亮的鋼材。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

Claims (10)

1. 一種除銹組成物，具有0至2的pH值範圍且包含： 磷酸水溶液； 多元酸； 多元醇水溶液； 多磷酸鹽； 緩蝕劑； 界面活性劑；及 水； 其中，該除銹組成物不包含除了磷酸以外的無機酸。
2. 如請求項1所述的除銹組成物，其中，該多磷酸鹽是選自於聚磷酸鹽、焦磷酸鹽或前述的一組合。
3. 如請求項1所述的除銹組成物，其中，該多元酸是選自於檸檬酸、酒石酸、蘋果酸、順丁烯二酸、草酸、鄰苯二甲酸或前述的一種組合。
4. 如請求項1所述的除銹組成物，其中，該多元醇水溶液是由水及多元醇所構成，該多元醇是選自於聚乙烯醇、乙二醇、丙二醇、甘油、糖醇、單寧酸或前述的一種組合。
5. 如請求項1所述的除銹組成物，其中，該緩蝕劑是選自於硫脲、六亞甲基四胺或前述的一種組合。
6. 如請求項1所述的除銹組成物，其中，該界面活性劑是選自於十二烷基苯磺酸鈉、聚氧乙烯醚或前述的一種組合。
7. 如請求項1所述的除銹組成物，其中，以該除銹組成物的總重為100份計算，該磷酸水溶液的用量範圍為0.1至95份，該多元酸的用量範圍為0.1至10份，該多元醇水溶液的用量範圍為0.1至10份，該多磷酸鹽的用量範圍為0.1至10份，該緩蝕劑的用量範圍為0.1至5份，及該界面活性劑的用量範圍為0.1至5份，及餘量為水，以及該磷酸水溶液的濃度為85wt%，及該多元醇水溶液的濃度為5wt%。
8. 一種酸性除銹方法，包含以下步驟： (A) 提供一種表面含有銹皮的經熱處理鋼材；及 (B) 將該鋼材浸泡於如請求項1至7中任一項所述的除銹組成物中。
9. 如請求項8所述的酸性除銹方法，其中，該步驟(B)是在20至80°C的溫度範圍下進行。
10. 如請求項8所述的酸性除銹方法，其中，該經熱處理鋼材是經熱處理後的碳鋼、合金鋼或不銹鋼。