碱性金属清洗剂的特点

碱性金属清洗剂的特点

1.碱性金属清洗剂的特点 篇一

在设备维修、机械加工过程中,常常要对钢、铸铁、铜、铝等多种金属部件进行清洗,以提高产品的加工性能和保证产品的使用性能。因此,工业上需要大量的多品种金属清洗剂。

常用的金属清洗剂分溶剂型、半溶剂型和水基型。溶剂型金属清洗剂中,石油溶剂易燃、易爆而且浪费资源。氯氟烃是最常用的溶剂型金属清洗剂,但由于其对大气臭氧层的破坏而被禁用。因而溶剂型金属清洗剂正逐步被半溶剂型和水基型金属清洗剂所替代。相对于半溶剂型,水基型金属清洗剂的应用优势更为突出[1]。但随着水基金属清洗剂的应用日益广泛,其组分中的含磷物质排放到江、河、湖中造成富营养污染问题逐步显露出来。为此,很多国家和地区相继颁布法律、法规,在清洗剂中禁磷、限磷。所以,研制性能良好、对环境无污染的环保金属清洗剂很有必要[2]。本试验采用安全无毒的表面活性剂和新型无磷助剂研制一种环保型水基清洗剂,并对其清洗、防锈性能进行了考察。

1 清洗剂的研制

1.1 试验原料

马来酸酐-丙烯酸共聚物钠盐Na-CP4(自制,并经NEXUS670付里叶红外光谱检测仪验证)、油酸酰胺(Y)、脂肪醇聚氧乙烯硫酸铵(Z)、二甲基二丙基卤化铵丙烯酰胺共聚物(L)、壬基酚聚氧乙烯醚(R)、三聚磷酸钠、4A沸石和硅酸钠,试剂均为工业级。

1.2清洗去污过程

清洗去污过程实际上是一个复杂的物理化学过程,在机械力的作用下,洗涤剂与吸附在被洗基体(硬质表面或各类纤维织物)表面上的水溶性污物(糖、淀粉、果汁、有机酸碱、血液、蛋白质及无机盐等)和非水溶性污物(动植物油脂、脂肪醇、矿物油及其氧化物、烟灰、粉尘、金属氧化物等)在界面上发生一系列复杂的物理化学变化,从而完成清洗。清洗剂对污垢通过黏附、润湿、乳化、分散、增溶等作用,使污垢迅速脱离被洗基体表面,悬浮于清洗液中,通过漂洗而除去,完成清洗过程[3]。

1.3 清洗剂的配方筛选

1.3.1 表面活性剂的选择

依据表面活性剂相互作用原理,通常情况下阴离子和非离子表面活性剂复配具有较好的协同增效作用,而阴离子和阳离子表面活性剂由于静电作用不能复配。但近年研究发现采用不等摩尔比例(其中一种只占总量少部分)阴/阳离子表面活性剂的配合却有较强的增效作用,若同时加入溶解度较大的非离子表面活性剂,阴-阳离子表面活性剂在水中溶解度会明显增加[4]。国外有报道提出以阴离子表面活性剂为主时,阴/阳离子表面活性剂的摩尔比一般为(4~50)∶1[4]。

试验中根据配方功能要求,筛选出下列表面活性剂:(1)油酸酰胺(BJH-1,简称Y),非离子表面活性剂,去污力强,对人体温和,易降解,并有防锈功能;(2)脂肪醇聚氧乙烯硫酸铵(AEAS,简称Z),阴离子表面活性剂,具有去污、分散和乳化能力,对皮肤无刺激性,无毒性,生物降解性好;(3)二甲基二丙基卤化铵丙烯酰胺共聚物(M550,简称L),高分子阳离子型表面活性剂,具有良好的洗涤能力和防锈性;(4)壬基酚聚氧乙烯醚(OP-10,简称R),乳化分散性好,去油污能力强。

研究表明采用选定的阴/阳离子表面活性剂摩尔比在(6~12)∶1时复配体系较稳定,再加入适量非离子表面活性剂即可配出透明稳定的溶液。表1是测得的用自来水配制成的三组分复配体系表面张力及清洗率,5种溶液体系均有良好的稳定性。

表1所列配方体系是经过大量试验后选出的典型配方。由表1可看出,阳离子表面活性剂的加入可以显著降低溶液的表面张力,阴-阳离子表面活性剂复配起到了很好的增效作用。采用阴、非、阳离子表面活性剂三组分复配体系可以获得低表面张力、高清洗率的稳定溶液。

1.3.2 无磷助洗剂的选择

三聚磷酸钠(STPP)一直以来是清洗剂中最重要、最有效的助洗剂,它能软化硬水、促进污垢粒子分散,并能提供碱性,促进污垢皂化、乳化、溶解,因而具有良好的助洗效果[4]。但由于其中磷的存在造成水体富营养化,已被很多国家和地区限制或禁止使用。目前还没有发现单靠一种助剂能完全达到三聚磷酸钠的助洗效果,只有几种助剂复配才能达到。新一代无磷助洗剂主要有4A沸石及沸石P、层状硅酸钠和改性聚丙烯酸钠以及马来酸酐和丙烯酸的共聚物的钠盐Na-CP4[5]。

试验中选用自制的Na-CP4作助洗剂,主要是由于它与表面活性剂有良好的协同效应,能软化硬水,pH值缓冲作用稳定,并具有污垢分散能力和抗污垢再沉淀能力强等优良的辅助清洗作用,同时它还有一定的金属缓蚀作用。其合成方法如下:

将9.8 g马来酸酐、3 g亚硫酸氢钠和100 mL蒸馏水加入250 mL四颈瓶中,加热至65~70 ℃搅拌使其溶解,开始滴加丙烯酸(21.6 g)。待丙烯酸加完之后,升高温度至80~85 ℃,充分搅拌反应2 h。然后降低温度至65~70 ℃,滴加配好的氢氧化钠溶液至pH值为7.0~7.5。将产物倒入烧杯(500 mL)中,加入足量的无水乙醇使反应物沉淀,抽滤。将滤出物在80~100 ℃下烘干,研磨至200目备用。通过NEXUS670傅里叶红外光谱仪检测,聚合产物是丙烯酸和马来酸酐的聚合物。

表2是Na-CP4 、STPP、4A沸石的助洗性能比较。

注:钙束缚力测定在35 ℃下,静置20 min后进行,以含mg/g CaCO3计。

在表1的3号配方中分别加入5% Na-CP4 、STPP、4A沸石及Na-CP4+硅酸钠(质量比为3.5∶1.5)的复合物,按JB4322—86水基金属清洗剂标准进行检测,结果见表3。

注:取3号配方溶液95 g,加入5 g助洗剂,配成均匀液体,再取该溶液配成5%清洗试液。

由表3可看出,Na-CP4、STPP与表面活性剂都具有良好的协同效应。而STPP、4A沸石的助洗能力均弱于Na-CP4。 4A沸石难溶于水,尽管细度较高的4A沸石能配制成黏度较高的水基清洗剂,但在清洗溶液中不稳定,易分层,影响了其助洗效果。而Na-CP4+硅酸钠的复合物可以替代STPP用作无磷水基金属清洗剂的助洗剂。

2 水基金属清洗剂的性能检测

根据以上试验最后确定了金属清洗剂配方质量分数为: 11.40% 脂肪醇聚氧乙烯硫酸铵,2.00% 卤化二甲基二丙基铵丙烯酰胺共聚物,7.60% 壬基酚聚氧乙烯醚,7.60% 油酸酰胺,7.00% 马来酸酐-丙烯酸共聚物钠盐,3.00% 硅酸钠,余量为水。将此配方加自来水配成3%~5%水溶液,按JB 4322—86准进行检测,结果见表4。

从试验结果看,该无磷水基金属清洗剂清洗性、防锈性好,对金属无腐蚀、稳定,因为其不含磷,表面活性剂无毒且生物降解性好,所以它是一种对环境友好的水基金属清洗剂。

3 应 用

该产品经某中型动力机械厂进行实际生产试用,得到了满意的实际应用效果。结果见表5。

与国内同类产品相比,本产品具有如下特点:

(1) 能够在常温条件下进行洗涤操作,去油污和顽垢能力强。根据有关文献介绍,目前市场上同类产品的清洗率为84.60%~90.00%,本产品的清洗率为98.50% 。采用超声波等辅助清洗方法可进一步提高清洗效果,缩短清洗时间,减少清洗剂用量,降低清洗成本。

(2) 防锈蚀性好,本产品不含磷和强酸碱及易挥发有毒物质,不伤害任何物件,无毒,对金属尤其是碳钢具有很好的防锈作用。

(3) 生产工艺简单,不需要特殊的生产设备,投资费用少,生产成本低。

4 结 论

采用阴离子型、非离子型、阳离子型三种表面活性剂复配体系,以脂肪醇聚氧乙烯硫酸铵、二甲基二丙基卤化铵丙烯酰胺共聚物、壬基酚聚氧乙烯醚和油酸酰胺为表面活性剂,以马来酸酐-丙烯酸共聚物钠盐和硅酸钠作助洗剂加自来水配成的无磷水基金属清洗剂,具有稳定性好、去污率高、防腐蚀和防锈性强的特点,室温下即可达到98.50%的清洗率,而且无毒环保。该清洗剂原料易得,生产工艺简单,成本低,产品各项主要性能均符合国家标准要求,是一种清洗性、防锈性好,对金属无腐蚀,对环境友好的水基金属清洗剂,可用于机械化自动清洗和金属加工业方面。

参考文献

[1]余存烨.表面活性剂在化学清洗中的应用[J].石油化工腐蚀与防护,1997,14(4):53～56.

[2]李学刚.阴、阳离子混合表面活性剂的表面活性[J].日用化学工业,1997(3):12～15.

[3]陈旭俊.工业清洗剂及清洗技术[M].北京:化学工业出版社,2002:58～59.

[4]陈建秋.新型常温水基金属清洗剂配方的研制[J].表面技术,2003(2):41～45.