高效微泡環(huán)保型水基金屬清洗劑的研究

1、論文編號(hào)：題目：高效微泡環(huán)保型水基金屬清洗劑的研究摘要經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)，篩選出高效微泡環(huán)保型水基金屬清洗劑的定型配方，并進(jìn)行其相關(guān)性能指標(biāo)的測(cè)試。研究表明，它不僅具有良好的脫脂去垢作用、防銹作用、緩蝕作用、而且具有泡沫量小、安全無(wú)毒、無(wú)環(huán)境污染的特點(diǎn)，是綜合指標(biāo)優(yōu)良的新一代水基金屬清洗劑。關(guān)鍵詞水基 金屬 清洗劑在金屬制品的制造和使用過(guò)程中，金屬表面難免受到污染，如各種酸、堿、鹽、灰塵、切屑、磨料、拋光膏、切屑液、手汗以及各種油脂等1。如不及時(shí)處理，將會(huì)加速金屬基體的腐蝕，據(jù)統(tǒng)計(jì)世界各國(guó)因腐蝕而造成的金屬損失約占金屬總產(chǎn)量的20%,若以我國(guó)1986年產(chǎn)鋼5000萬(wàn)噸計(jì)算，即使只損失10%，那么這一

2、年就有500萬(wàn)噸鋼被腐蝕掉了，這個(gè)數(shù)字比寶山鋼鐵總廠一期工程產(chǎn)鋼量還多，這是一種極大的浪費(fèi)2，除此之外，金屬腐蝕甚至還會(huì)造成災(zāi)難性事故。因此消除金屬表面污染，努力防止和減少金屬腐蝕是節(jié)約能源，發(fā)展生產(chǎn)的一件大事。工業(yè)清洗劑，即指公共設(shè)施清洗用洗滌劑，是民用洗滌劑的延伸。在美國(guó)，工業(yè)清洗劑的市場(chǎng)銷售額從1978年的19億美元，增長(zhǎng)到1985年的41億美元，年增長(zhǎng)率11%，西歐工業(yè)清洗劑總產(chǎn)量約為6.2105t年，美國(guó)10家最大的民用洗滌劑廠有8家生產(chǎn)工業(yè)清洗劑，工業(yè)與民用產(chǎn)量之比為1:6，銷售額為1:3，可見(jiàn)其利潤(rùn)比民用高。金屬清洗劑就是其中的一個(gè)重要品種，常用的金屬清洗劑有石油溶劑型和水基清洗

3、型兩大類3-4。石油溶劑型金屬清洗劑因含有比水基金屬清洗劑溶解能力更強(qiáng)的溶劑，清洗能力更強(qiáng)，可以除去沉積的污垢，一般用于離線清洗、浸泡、溶解污垢，這類金屬清洗劑因環(huán)境與安全問(wèn)題，逐漸被水基金屬清洗劑所代替，水基金屬清洗劑具有安全無(wú)毒，使用方便以及價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。它不但能清洗絕大多數(shù)污物，如鹽分、油煙、有機(jī)和無(wú)機(jī)化合物等，而且能減緩金屬銹蝕和磨擦、磨損，并有一定的防銹性能。近年來(lái)，盡管水基金屬清洗劑的發(fā)展速度很快，但是按目前我國(guó)清洗行業(yè)對(duì)金屬清洗劑的要求，還有較大的差距。現(xiàn)有產(chǎn)品普遍存在泡沫豐富，漂洗困難，易產(chǎn)生霧斑，洗滌液生物降解性差等諸多弊端，尚不能完全滿足市場(chǎng)的需要。鑒于此種情況，作者旨在

4、研制一種高效，低泡，安全無(wú)毒，緩蝕防腐，常溫去污效果優(yōu)良，產(chǎn)品穩(wěn)定不分層，無(wú)結(jié)晶，適用范圍廣泛，有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，社會(huì)效益和環(huán)境效益水基金屬清洗劑。1、實(shí)驗(yàn)部分1.1 清洗劑的基本組成成分的選定水基金屬清洗劑主要由三大部分組成，即表面活性劑、助洗劑與添加劑、溶劑水。其中表面活性劑對(duì)污垢的溶解和剝離起關(guān)鍵性作用，它能夠顯著降低水的表面張力，使油污表面能夠被水溶液所潤(rùn)濕。并從油污表面滲透到金屬表面，從而降低油污與金屬表面的粘附力，使油污從金屬表面剝落溶解并懸浮于清洗劑溶液中；助洗劑與添加劑具有多種功能，通過(guò)與表面活性劑協(xié)同作用，提高清洗劑的各項(xiàng)性能指標(biāo)，水作為溶劑，既可起溶解作用，又可降低金屬清洗

5、劑成本，提高綜合效益。1.1.1 表面活性劑的選定根據(jù)對(duì)國(guó)外清洗劑樣品進(jìn)行分析得知，一種既帶陰離子基團(tuán)又帶陽(yáng)離子基團(tuán)的表面活性劑，n烷基氨基丙酸型兩性表面活性劑（nalkylaminopropionatozwittenionic）它從水溶液吸附到金屬表面上，起到緩蝕的作用5，在發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)發(fā)應(yīng)用較早，已形成系列產(chǎn)品6.但是經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，它在堿性ph值范圍內(nèi)泡沫豐富，不易清洗。對(duì)各種表面活性劑作用進(jìn)一步研究，發(fā)現(xiàn)陰、陽(yáng)離子混合表面活性劑的表面活性比單一組分的表面活性高得多7.但因正負(fù)電性中和，混合體系的水溶液不穩(wěn)定，一旦濃度超過(guò)臨界膠團(tuán)濃度（cmc）以后，就將沉淀或分層析出，而失去表面活性7-8。但是

6、，最近在陰、陽(yáng)離子混合表面活性劑水溶穩(wěn)定性研究方面已取得了重要進(jìn)展，可以得到任意混合比和濃度之下都不分層的陰、陽(yáng)離子混合表面活性劑9-10。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，將非離子表面活性劑與陰、陽(yáng)離子表面活性劑進(jìn)行復(fù)配，效果較好。篩選確定由烷基酚聚氧乙烯醚等多種非離子表面活性劑，yam等多種陰離子表面活性劑以及具有緩蝕作用的yxc等陽(yáng)離子表面活性劑組成復(fù)配表面活性劑，具有良好的污垢剝離能力和緩蝕效果，能滿足水基金屬清洗劑的要求。1.1.2 螯合劑的選定配方中約含1-10%的螯合劑，其作用是與清洗液中的金屬粒子反應(yīng)，防止生成有害的反應(yīng)產(chǎn)物，同時(shí)降低水的硬定，起到軟化水的作用。螯合劑一般呈中性，較好的螯合劑有磷酸

7、鹽，常用的為三聚磷酸鈉，但由于三聚磷酸鈉（stpp）易造成水質(zhì)的富營(yíng)養(yǎng)化，逐漸被其它的螯合劑所取代，經(jīng)過(guò)研究我們篩選出一種性能優(yōu)良的非磷螯合劑。1.1.3 助溶劑的選定助溶劑主要是用于增加表面活性劑在水中的溶解分散能力。助溶劑的非極性基團(tuán)一端與表面活性劑作用，極性基團(tuán)一端與水作用，從而將兩者連接起來(lái)，增加它們的互溶性，形成穩(wěn)定的均勻的透明溶液。助溶劑對(duì)污垢有溶解和分散作用，可增加清洗劑的清洗能力。有些醇、醚、酮等既能溶于水又能溶于有機(jī)物，是性能優(yōu)良的助溶劑，經(jīng)過(guò)篩選，確定以乙醇、尿素、二甲苯磺酸鈉等作為助溶劑。1.1.4 消泡劑的選定水基金屬清洗劑除具有良好的清洗和去污作用外，泡沫量也是衡量表

8、面活性劑的一個(gè)重要應(yīng)用技術(shù)指標(biāo)。實(shí)際上，在所有工業(yè)清洗作業(yè)過(guò)程中都要干擾泡沫形成，盡管這一要求很難實(shí)現(xiàn)，但卻決定著表面活性劑的狹窄選擇范圍。由于以表面活性劑為主要成分的水基金屬清洗劑，其清洗液在高壓噴射時(shí)，極易產(chǎn)生大量泡沫，在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不能自動(dòng)消失，妨礙生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的正常操作，使清洗工作無(wú)法進(jìn)行。因此，一般水基清洗劑在機(jī)械壓力噴射清洗機(jī)上無(wú)法使用，所以消泡自然成為現(xiàn)代高性能水基清洗劑不可缺少的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)11，常用的泡沫調(diào)節(jié)劑有肥皂、硅酮、聚乙醚、石蠟油等。聚醚具有較好的消泡能力，但由于價(jià)格偏高，實(shí)驗(yàn)研究表明fem既是一種新型的非離子表面活性劑，又是一種性能優(yōu)良的消泡劑。除此之外，還可以在配方

9、中加入適量的防腐劑，酶制劑等，以保證各組分復(fù)配后的各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)達(dá)到最佳要求。1.2 清洗劑配方的篩選與確定表面活性劑和助劑成分確定后，通過(guò)調(diào)整組分含量，可以得到不同性能的清洗劑，選取三種組分含量不同的清洗劑，做對(duì)比性能指標(biāo)測(cè)試實(shí)驗(yàn)，其原料及配比見(jiàn)表1.表1 原料及配比（重量百分比）no1no2no3硼砂 0.50.50.5螯合劑3.03.03.0edta0.20.20.2na2sio35.05.05.0yam1.02.02.5yec1.01.02.5tx-102.53.55.0fem 1.02.02.565012.54.05.0油酸三乙醇胺2.53.54.0yxc0.250.30.3駢三氮唑0

10、.010.010.01助溶劑5.03.04.0去離水余量余量余量 1.3 清洗劑的研制方法先將硼砂、螯合劑、乙二胺四乙酸鈉（edta）、硅酸鈉按一定的投料順序逐步溶解在一盛有水的容器中；再依照先加陰離子表面活性劑、后加非離子表面活性劑、最后加陽(yáng)離子表面活性劑的順序?qū)⒈砻婊钚詣┲鸩饺芙庠诹硪皇⑺娜萜髦?。加熱攪拌溶解備用，溫度控制?060。全部溶解后，將兩份混合，再添加苯駢三氮唑與助溶劑，補(bǔ)加去離子水至總為100%，攪拌混勻即可。1.4 清洗劑性能指標(biāo)測(cè)試1.4.1 金屬試片的制備按照zby-43003-86標(biāo)準(zhǔn)及試驗(yàn)方法，分別以鐵、鋼、黃銅、鋁為試驗(yàn)材質(zhì)，尺寸為50503-5mm，用400號(hào)

11、砂紙作精細(xì)磨光，經(jīng)無(wú)水乙醇洗凈后，移至丙酮中漂洗，熱風(fēng)吹干，存放于干燥器內(nèi)備用。1.4.2 清洗液的配制用去離子水配制成3%濃度的清洗液。1.4.3 去污率的測(cè)定1.4.3.1 人造油污的配制凡士林88.9%，活性碳11.1%混合，攪拌均勻即可。1.4.3.2 人造油污的涂覆將制備好的試片，置于402烘箱中干燥30min后，冷卻稱重，準(zhǔn)確至0.2mg。將稱重后的試片平放在干凈的濾紙上，用小刀攝取人造油污，均勻地涂覆在試片一面上的規(guī)定部位，并將試片兩側(cè)和底邊多余的油污用濾紙擦去。油污涂覆控制在0.1g左右。然后將涂好的試片放入402烘箱中干燥30min后取出，用濾紙擦去底邊的油污，冷卻稱重。1.

12、4.3.3 去污率的測(cè)定程序試液溫度保持在602，將涂好的試片置于清洗液中浸泡3min，擺洗3min，取出試片在602的蒸餾水中擺洗半分鐘，取下試片，放入402的恒溫烘箱中干燥2h，冷卻至室溫，稱重，計(jì)算去污率。1.4.3.4 去污率的計(jì)算接公式 計(jì)算去污率式中去污率，%；試片質(zhì)量，g；試片涂覆油污后的質(zhì)量，g；涂覆油污試片清洗后的質(zhì)量，g.1.4.4 高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)將5ml清洗劑倒入潔凈試管中，加塞后放入602恒溫水浴中，水面高于試管液面20mm，6h后取出，待恢復(fù)至室溫后，觀察外觀變化。1.4.5 低溫穩(wěn)定性試驗(yàn)另取試樣，放入冰箱里于-52保持24h，取出，恢復(fù)至室溫觀察外觀變化。1.4.

13、6 水分揮發(fā)物的測(cè)定于已恒重的稱量皿（）中，稱取樣品約2g，稱準(zhǔn)至0.2mg，在1052烘箱內(nèi)干燥4h，取出，放在玻璃干燥器內(nèi)冷卻至室溫，加蓋稱量。按下式計(jì)算水分及揮發(fā)物含量的百分?jǐn)?shù)（）：式中樣品烘干后失重，g；樣品質(zhì)量，g.1.4.7 漂洗性能測(cè)試將盛有試夜的燒杯，放入602的恒溫水浴中，將準(zhǔn)備好的試片金浸在試液中5min。取出后，立即用濾紙吸去試片下端液體，放入402烘箱中干燥30min。取出試片在溫度為602的蒸餾水中來(lái)回?cái)[動(dòng)10次，取出后，用熱風(fēng)吹干，檢查試片外觀。我們對(duì)用去離子水配制的3%（w/w）清洗劑溶液的外觀，ph值，耐高溫穩(wěn)定性、耐低溫穩(wěn)定性、水分揮發(fā)物、漂洗性等進(jìn)行了試驗(yàn)，

14、試驗(yàn)結(jié)果分別見(jiàn)表2、表3。表2 清洗劑的各項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果no1no2no3外觀淡黃色透明粘液黃色透明粘液黃色透明粘液ph值（3%溶液）9.09.09.0高溫穩(wěn)定性（602. 6h）均勻不分層均勻不分層均勻不分層低溫穩(wěn)定性（-52. 24h）均勻不分層均勻不分層均勻不分層漂洗性（602，鋁、銅、鐵、鋼）均無(wú)明顯殘留物和斑痕水分揮發(fā)物72.7%55.3%51.0%表3 清洗劑的去污率測(cè)試結(jié)果no1no2no3鋁94.50%87.48%86.77%銅81.15%79.62%76.33%鐵80.50%93.78%88.31%鋼84.00%87.32%80.40%注：清洗劑濃度為3%，測(cè)試溫度為602。

15、綜合考慮，確定以no2為水基金屬清洗劑的定型配方并將其與市售bh-919型bc牌水基金屬清洗劑進(jìn)行了部分性能指標(biāo)的對(duì)比測(cè)試，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表4，研究表明no2的測(cè)試指標(biāo)優(yōu)于bh-919。表4 對(duì)比性能指標(biāo)的測(cè)試no2bh-919外觀（3%溶液）淡黃色透明液體渾濁且分層ph9.012.0漂洗性無(wú)明顯殘留物少量斑痕去污率鋁87.48%發(fā)生化學(xué)反應(yīng)銅79.62%92.90%鐵93.78%93.30%鋼87.32%86.39%為了進(jìn)一步確定清洗劑no2最佳清洗溫度，以黃銅為試片，進(jìn)行了相同時(shí)間下（浸洗10min），不同清洗溫度與去污率的關(guān)系試驗(yàn)。試驗(yàn)表明最佳清洗溫度在60左右。表5 溫度與去污率的試驗(yàn)結(jié)果

16、溫度（）203040506070去污率（%）24.3032.7046.9059.6079.6281.502、結(jié)果與討論該清洗劑是由陰離子表面活性劑，非離子表面活性劑，陽(yáng)離子表面活性劑，緩蝕劑等多種組分組成的水基金屬清洗劑，按照zby-43003-86通用水基金屬凈洗劑的試驗(yàn)方法對(duì)其部分性能進(jìn)行了測(cè)試，并與樣品bh-919進(jìn)行了性能指標(biāo)對(duì)比測(cè)試實(shí)驗(yàn)。2.1 清洗劑中表面活性劑和助劑的配方設(shè)計(jì)表面活性劑和肋劑是清洗劑中的兩個(gè)主要成分，對(duì)污垢的溶解和剝落都有貢獻(xiàn)12。由于表面清性劑的成本一般要高于助劑成本。如果適當(dāng)降低表面活性劑的含量而增加助劑的含量，必將降低清洗劑的成本。由表3可知，no3的活性物

17、含量高于no1、no2，但去污率卻明顯低于no2，有三種試片的去污率低于no1，這是由于清洗劑中相關(guān)組分相互作用的緣故，有關(guān)機(jī)理有待更進(jìn)一步研究，綜合考慮，確定no2為最佳配方。2.2 由于實(shí)驗(yàn)條件限制，實(shí)驗(yàn)中配制的人造油污是由吸附性較強(qiáng)的活性碳及粘附較強(qiáng)的凡士林制成，故其去污率有些小于90%.2.3 該水基金屬清洗劑可配制成不同濃度的清洗液，操作使用方便，可用于多種金屬表面清洗。配方中含有硅酸鈉，不僅能增加去污率，而且能增強(qiáng)對(duì)鋁等金屬的緩蝕防腐能力；含有苯駢三氮唑?qū)τ猩饘僖簿哂辛己玫木徫g性。試驗(yàn)結(jié)果表明最佳清洗溫度在60左右，清洗過(guò)程中泡沫低，易漂洗，適于自動(dòng)化清洗。本文所報(bào)導(dǎo)的是課題研究

18、的一部分，有關(guān)研究結(jié)果將陸續(xù)加以報(bào)導(dǎo)。參考文獻(xiàn)1 李偉軍，張建琴。水基金屬清洗劑。日用化學(xué)品科學(xué)。1997，（2）；52 謝全彪，呂少仿等。日用化工。武漢：武漢測(cè)繪科技大學(xué)出版，1992，814 jeffrey b woodsoon，lanee a cooper. cleanings gas turbine compressor p. u.s.patert: 480825，1988-01-155 m.j.rosen. surfactants and interfacial phenomena. 2nd ed. new york: john wiley&sons，inc. 1989.29-306 b.r.bluestein，c.l.hiltion. amphoteric surfactants. new york: marcel dekker，inc. 1982.175-2287 a.m.schwortz，j.