本發(fā)明屬于焊接化工技術(shù)，特別是涉及一種水基環(huán)保型金屬焊接母材保護(hù)劑及其制備方法。

背景技術(shù)：

金屬焊接是現(xiàn)代工業(yè)中非常重要的一種工藝技術(shù)，在眾多生產(chǎn)制造場(chǎng)合都必不可少，但是焊接時(shí)，局部熔化了的焊條以及母材常常會(huì)因?yàn)闅怏w劇烈膨脹而四處飛散，形成飛濺物，俗稱焊花。這些金屬飛濺物因?yàn)楦邷囟l(fā)光，一旦接觸母材，會(huì)使母材在接觸點(diǎn)也迅速熔化，使得飛濺物與母材相混，冷卻后牢牢粘附在母材表面，影響工件表面平整度，用砂輪打磨不僅耗時(shí)費(fèi)力，還會(huì)磨傷母材；焊接飛濺物主要分布在焊縫兩邊，直徑為0.1～5毫米不等。金屬焊接母材保護(hù)劑是一款防止焊接時(shí)產(chǎn)生的飛濺物附于母材上的焊接專用化學(xué)制品，在焊接施工之前，將金屬焊接母材保護(hù)劑噴灑或刷在焊縫兩旁的母材表面，很快于母材表面形成一層保護(hù)膜，焊接時(shí)阻隔焊渣與母材。金屬焊接母材保護(hù)劑適用于氣體保護(hù)焊、電弧焊、氣割等飛濺物產(chǎn)生較多的場(chǎng)景，在各種碳鋼、不銹鋼、鋁合金及其他合金鋼等金屬焊接時(shí)，能有效防止焊接飛濺物與金屬的粘連，保持焊件光潔，避免焊接后的鏟、磨、敲打等工序，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高焊接質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。

現(xiàn)有的防濺劑多采用金屬氧化物作為成膜劑，如CN1644302A中公開了一種焊接防飛濺劑及其制備方法，其中大量使用了金屬氧化物作為成膜劑，但是金屬氧化物不溶于水或醇等溶劑、分散性差，不易在母材表面形成均勻的保護(hù)膜；且金屬氧化物易堵塞噴嘴，難清洗處理?，F(xiàn)有的部分防濺劑中含有有害成分，例如CN103612028A中公開了一種金屬焊接防飛濺劑，其中就使用了亞硝酸鈉作為防銹添加劑，亞硝酸鈉是強(qiáng)致癌物質(zhì)，對(duì)人體毒性大?，F(xiàn)有的一部分防濺劑還具有安全隱患，例如CN104722957A中公開了一種環(huán)保噴涂型焊接防飛濺劑及其制備方法，絕大部分原料均為無(wú)毒無(wú)害環(huán)保成分，但是其中以脫芳烴溶劑油作為溶劑，閃點(diǎn)低、易燃，具有火災(zāi)隱患，且該溶劑揮發(fā)性強(qiáng)，對(duì)人體健康也有危害。

綜上可見，現(xiàn)有金屬焊接母材保護(hù)劑普遍存在以下缺陷：(1)有安全隱患，易燃、毒性大；(2)難清洗、防銹性差；(3)粘度小、分散性差只適用于平焊，橫焊、仰焊和立焊效果差等等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中金屬焊接母材保護(hù)劑的上述缺陷，本發(fā)明公開了一種水基環(huán)保型金屬焊接母材保護(hù)劑及其制備方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明的水基環(huán)保型金屬焊接母材保護(hù)劑，包括以下重量百分比的原料：高分子成膜劑9％～15％、鋪展劑8％～16％、潤(rùn)濕流平劑5％～10％、防銹添加劑0.5％～5％、助溶劑12％～18％、去離子水45％～65％。

優(yōu)選的，所述水基環(huán)保型金屬焊接母材保護(hù)劑，包括以下重量百分比的原料：高分子成膜劑10％～15％、鋪展劑10％～15％、潤(rùn)濕流平劑5％～8％、防銹添加劑1％～2％、助溶劑15％～18％、去離子水50％～55％。

所述的高分子成膜劑為聚乙烯醇1788、聚乙烯醇1799、聚乙二醇2000、聚乙二醇4000、聚丙烯酸鈉中的一種。上述高分子成膜劑具有耐高溫、水溶性好、粘度較高的特點(diǎn)，所形成的保護(hù)膜機(jī)械性能優(yōu)良，穩(wěn)定性好。由于配方中含有高分子成膜劑，因此本產(chǎn)品粘度顯著高于同類產(chǎn)品，對(duì)不同角度的焊接平面都具有良好的適應(yīng)性，金屬焊接母材保護(hù)劑在傾斜或垂直表面不易流動(dòng)，在倒置的平面上不會(huì)滴落。

優(yōu)選的，所述高分子成膜劑為聚乙烯醇1788、聚乙二醇2000或者聚丙烯酸鈉，因?yàn)檫@兩種高分子成膜劑易溶于冷水、溫水以及各種助溶劑，并且對(duì)溫度變化穩(wěn)定，粘度高。

所述的鋪展劑為脂肪酸甲酯磺酸鈉、α-烯基磺酸鈉、烷基糖苷APG0810、烷基糖苷APG1214、烷基糖苷APG1000中的一種。上述鋪展劑為表面活性劑，在較低的濃度下就能顯著降低溶液表面張力，提高本發(fā)明的金屬焊接母材保護(hù)劑的鋪展性。

所述的潤(rùn)濕流平劑為失水山梨醇脂肪酸酯S-40、失水山梨醇脂肪酸酯S-60、失水山梨醇脂肪酸酯S-80、烷基酚聚氧乙烯醚OP-10、滲透劑JFC-S中的一種。以上潤(rùn)濕流平劑也為表面活性劑，與本發(fā)明的鋪展劑復(fù)配聯(lián)用，進(jìn)一步降低溶液的表面張力，有助于提高本發(fā)明的金屬焊接母材保護(hù)劑的潤(rùn)濕性，利于鋪平，使保護(hù)膜更加平整均勻。

優(yōu)選的，所述鋪展劑和潤(rùn)濕流平劑的重量比為3:2～2:1。

所述的防銹添加劑為鉬酸鈉、石油磺酸鈉、苯并三氮唑、三乙醇胺、三乙醇胺油酸皂中的一種或多種。以上防銹添加劑均水溶性好，對(duì)人體無(wú)毒無(wú)害，為綠色添加劑。優(yōu)選的在配方中的重量百分比為1～2％。

所述的助溶劑為乙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、異丙醇中的一種。

本發(fā)明的水基環(huán)保型金屬焊接母材保護(hù)劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)按照配比稱取好以下原料：高分子成膜劑、鋪展劑、潤(rùn)濕流平劑、防銹添加劑、助溶劑、去離子水；

(2)將高分子成膜劑溶解到助溶劑中，攪拌30～40min，得到第一份溶液；

(3)將鋪展劑、潤(rùn)濕流平劑、防銹添加劑依次加入到去離子水中，攪拌50～60min，得到第二份溶液；

(4)將步驟(2)和步驟(3)所得兩份溶液混合，并攪拌30～40min，即得水基環(huán)保型金屬焊接母材保護(hù)劑，將其灌裝入氣霧罐保存。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的水基環(huán)保型金屬焊接母材保護(hù)劑具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)原料環(huán)保無(wú)毒，所有組分均為可降解成分，高溫下不燃燒，不會(huì)分解生成有害氣體，對(duì)人體和環(huán)境無(wú)危害，綠色環(huán)保；(2)原料均為高水溶性，易于清洗，焊接后用水清洗就能除去工件表面的保護(hù)膜，避免打磨工序，減輕對(duì)工件外觀的影響，而且有效提高工作效率，降低生產(chǎn)成本；(3)形成的保護(hù)膜粘附力強(qiáng)，具有良好的潤(rùn)濕鋪展性，經(jīng)過(guò)噴涂后，能在工件表面形成平整穩(wěn)定的保護(hù)膜，適用于平焊、橫焊、仰焊和立焊等不同焊接位置；(4)形成的保護(hù)膜具有耐高溫的特點(diǎn)，防飛濺效果好，能有效阻隔焊渣與金屬工件沾粘；(5)短期防銹性能良好，能夠有效防止工件在工序間短期儲(chǔ)存時(shí)銹蝕；(6)組分中不含有硅、氯、磷等易使鋼鐵力學(xué)性能降低的有害元素，保證了焊縫的強(qiáng)度不會(huì)受到影響。本發(fā)明的水基環(huán)保型金屬焊接母材保護(hù)劑的制備方法不需要加熱，工藝簡(jiǎn)單易操作；適用范圍廣，成本低。

具體實(shí)施方式

為更好地說(shuō)明本發(fā)明，列舉以下實(shí)施例。

實(shí)施例1

原料：聚乙烯醇1788 13％、烷基糖苷APG1214 8％、烷基酚聚氧乙烯醚OP-10 7％、苯并三氮唑0.8％、三乙醇胺油酸皂2％、乙醇14％、去離子水55.2％。

制備方法如下：

(1)按原料配方稱取原料；

(2)將聚乙烯醇1788溶解到乙醇中，攪拌30min，得到第一份溶液；

(3)將烷基糖苷APG1214、烷基酚聚氧乙烯醚OP-10、苯并三氮唑、三乙醇胺油酸皂依次加入到去離子水中，攪拌50min，得到第二份溶液；

(4)將步驟(2)和步驟(3)所得兩份溶液混合，攪拌30min，得到金屬焊接母材保護(hù)劑，將其灌裝入氣霧罐。

實(shí)施例2

原料：聚乙二醇2000 10％、烷基糖苷APG1000 8％、失水山梨醇脂肪酸酯S-80 8％、鉬酸鈉0.3％、三乙醇胺油酸皂3％、乙二醇16％、去離子水54.7％。

制備方法如下：

(1)按原料配方稱取原料；

(2)將聚乙二醇2000溶解到乙二醇中，攪拌40min，得到第一份溶液；

(3)將烷基糖苷APG1000、失水山梨醇脂肪酸酯S-80、鉬酸鈉、三乙醇胺油酸皂依次加入到去離子水中，攪拌60min，得到第二份溶液；

(4)將步驟(2)和步驟(3)所得兩份溶液混合，攪拌40min，得到金屬焊接母材保護(hù)劑，將其灌裝入氣霧罐。

實(shí)施例3

原料：聚乙烯醇1799 14％、α-烯基磺酸鈉9％、滲透劑JFC-S 9％、苯并三氮唑0.5％、石油磺酸鈉3％、乙醇18％、去離子水46.5％。

制備方法如下：

(1)按原料配方稱取原料；

(2)將聚乙烯醇1799溶解到乙醇中，攪拌35min，得到第一份溶液；

(3)將α-烯基磺酸鈉、滲透劑JFC-S、苯并三氮唑、石油磺酸鈉依次加入到去離子水中，攪拌55min，得到第二份溶液；

(4)將步驟(2)和步驟(3)所得兩份溶液混合，攪拌35min，得到金屬焊接母材保護(hù)劑，將其灌裝入氣霧罐。

實(shí)施例4

原料：聚乙烯醇1799 11％、烷基糖苷APG1214 9％、烷基酚聚氧乙烯醚OP-10 7％、苯并三氮唑0.5％、三乙醇胺油酸皂2％、異丙醇15％、去離子水55.5％。

制備方法如下：

(1)按原料配方稱取原料；

(2)將聚乙烯醇1799溶解到異丙醇中，攪拌35min，得到第一份溶液；

(3)將烷基糖苷APG1214、烷基酚聚氧乙烯醚OP-10、苯并三氮唑、三乙醇胺油酸皂依次加入到去離子水中，攪拌55min，得到第二份溶液；

(4)將步驟(2)和步驟(3)所得兩份溶液混合，攪拌35min，得到所述的金屬焊接母材保護(hù)劑；最后將制得的金屬焊接母材保護(hù)劑灌裝入氣霧罐。

實(shí)施例5

原料：聚乙二醇4000 10％、脂肪酸甲酯磺酸鈉9％、失水山梨醇脂肪酸酯S-40 10％、石油磺酸鈉2％、三乙醇胺2％、乙醇12％、去離子水55％。

制備方法如下：

(1)按原料配方稱取原料；

(2)將聚乙二醇4000溶解到乙醇中，攪拌40min，得到第一份溶液；

(3)將脂肪酸甲酯磺酸鈉、失水山梨醇脂肪酸酯S-40、石油磺酸鈉、三乙醇胺依次加入到去離子水中，攪拌55min，得到第二份溶液；

(4)將步驟(2)和步驟(3)所得兩份溶液混合，攪拌40min，得到金屬焊接母材保護(hù)劑，將其灌裝入氣霧罐。

實(shí)施例6

原料：聚乙二醇4000 9％、烷基糖苷APG0810 12％、失水山梨醇脂肪酸酯S-60 6％、石油磺酸鈉2％、三乙醇胺油酸皂2％、丙二醇12％、去離子水57％。

制備方法如下：

(1)按原料配方稱取原料；

(2)將聚乙二醇4000溶解到丙二醇中，攪拌30min，得到第一份溶液；

(3)將烷基糖苷0810、失水山梨醇脂肪酸酯S-60、石油磺酸鈉、三乙醇胺油酸皂依次加入到去離子水中，攪拌60min，得到第二份溶液；

(4)將步驟(2)和步驟(3)所得兩份溶液混合，攪拌30，得到金屬焊接母材保護(hù)劑，將其灌裝入氣霧罐。

實(shí)施例7

原料：聚丙烯酸鈉15％、烷基糖苷APG0810 16％、失水山梨醇脂肪酸酯S-60 5％、石油磺酸鈉2.5％、鉬酸鈉2.5％、丙二醇12％、去離子水47％。

制備方法如下：

(1)按原料配方稱取原料；

(2)將聚乙二醇4000溶解到丙二醇中，攪拌30min，得到第一份溶液；

(3)將烷基糖苷0810、失水山梨醇脂肪酸酯S-60、石油磺酸鈉、三乙醇胺油酸皂依次加入到去離子水中，攪拌60min，得到第二份溶液；

(4)將步驟(2)和步驟(3)所得兩份溶液混合，攪拌30min，得到金屬焊接母材保護(hù)劑，將其灌裝入氣霧罐。

實(shí)施例8

原料：聚丙烯酸鈉9％、烷基糖苷APG0810 8％、失水山梨醇脂肪酸酯S-60 5％、石油磺酸鈉0.5％、鉬酸鈉0.5％、丙二醇12％、去離子水65％。

制備方法如下：

(1)按原料配方稱取原料；

(2)將聚乙二醇4000溶解到丙二醇中，攪拌30min，得到第一份溶液；

(3)將烷基糖苷0810、失水山梨醇脂肪酸酯S-60、石油磺酸鈉、三乙醇胺油酸皂依次加入到去離子水中，攪拌60min，得到第二份溶液；

(4)將步驟(2)和步驟(3)所得兩份溶液混合，攪拌30min，得到金屬焊接母材保護(hù)劑，將其灌裝入氣霧罐。

實(shí)施例9

原料：聚丙烯酸鈉10％、烷基糖苷APG0810 10％、失水山梨醇脂肪酸酯S-60 5％、鉬酸鈉0.5％、丙二醇15％、去離子水59.5％。

制備方法如下：

(1)按原料配方稱取原料；

(2)將聚乙二醇4000溶解到丙二醇中，攪拌30min，得到第一份溶液；

(3)將烷基糖苷0810、失水山梨醇脂肪酸酯S-60、石油磺酸鈉、三乙醇胺油酸皂依次加入到去離子水中，攪拌60min，得到第二份溶液；

(4)將步驟(2)和步驟(3)所得兩份溶液混合，攪拌30min，得到金屬焊接母材保護(hù)劑，將其灌裝入氣霧罐。

對(duì)比例1

本對(duì)比例不添加高分子成膜劑聚乙烯醇1788，其他操作同實(shí)施例1一致。

對(duì)比例2

本對(duì)比例不添加高分子成膜劑聚乙二醇2000，其他操作同實(shí)施例2一致。

對(duì)比例3

本對(duì)比例不添加高分子成膜劑聚丙烯酸鈉，其他操作同實(shí)施例9一致。

焊接防飛濺劑指標(biāo)測(cè)試。

水溶性測(cè)試

測(cè)試方法：將實(shí)施例1-9中制備所得金屬焊接母材保護(hù)劑各取20ml于100ml清水中進(jìn)行攪拌，用秒表測(cè)試溶解時(shí)間，以及溶解程度。結(jié)果如下表：

表1

粘附性(流動(dòng)性)測(cè)試

測(cè)試方法：測(cè)試使用20cm×20cm 304不銹鋼板，保持鋼板垂直放置，在距離鋼板10cm處均勻噴涂定量的焊接防飛濺劑。在不同的時(shí)間稱定鋼板重量，記錄與空白鋼板重量的差值。

表2噴涂焊接防飛濺劑前后鋼板重量差值(g)

由表2中鋼板上本發(fā)明的焊接防飛濺劑殘留量數(shù)據(jù)可見，本發(fā)明的水基環(huán)保型金屬焊接母材保護(hù)劑流動(dòng)性小，能夠適應(yīng)各種角度的焊接。并且根據(jù)三個(gè)對(duì)比例可見，對(duì)于不添加任何高分子成膜劑的防飛濺劑粘度不夠、流動(dòng)性大，不能適應(yīng)各種角度焊接，適用范圍小。

隨后對(duì)焊接防飛濺劑指標(biāo)測(cè)試后的鋼板進(jìn)行清洗，使用清水進(jìn)行沖洗，沖洗后，由于防飛濺劑全部溶于水，使得鋼板表面恢復(fù)如初，沒有任何殘留。由此表明，本發(fā)明的水基環(huán)保型金屬焊接母材保護(hù)劑原料均為高水溶性，易于清洗，焊接后用水清洗就能除去工件表面的保護(hù)膜，避免打磨工序，減輕對(duì)工件外觀的影響，而且有效提高工作效率，降低生產(chǎn)成本。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證本發(fā)明中鋪展劑和潤(rùn)濕流平劑的復(fù)配聯(lián)用效果，設(shè)定了6組平行試驗(yàn)，其中除了配方中鋪展劑和潤(rùn)濕流平劑的選擇以及重量比變化，其他試劑選用以及操作均同實(shí)施例9。觀測(cè)施用相應(yīng)防濺劑后金屬焊接件表面平整度，試驗(yàn)數(shù)據(jù)以及結(jié)果如下：

表3

由表3可見，復(fù)配聯(lián)合使用鋪展劑和潤(rùn)濕流平劑，能夠增加防濺劑的表面張力，形成的保護(hù)膜平整、均勻，能夠達(dá)到較好的防濺效果。特別是鋪展劑和潤(rùn)濕流平劑的重量比為3:2～2:1是效果更佳。