金屬清洗劑配方分析

金屬清洗劑配方分析金屬清洗劑配方分析1.1背景金屬清洗劑在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛，常用于金屬加工前后的表面除油、除垢及成品組裝或包裝前的清洗工藝。在電子工業(yè)中，印制電路板焊接后也必須采用清洗劑洗去有害殘留物。此外，在機(jī)械設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)過(guò)程中也常常用到金屬清洗劑。目前，常用的金屬清洗劑分溶劑型、半溶劑型和水基型。溶劑型金屬清洗劑中，石油溶劑易燃、易爆而且浪費(fèi)資源。氯氟烴是最常用的溶劑型金屬清洗劑，但由于其對(duì)大氣臭氧層的破壞而被禁用。因而，溶劑型金屬清洗劑正逐步被半溶劑型和水基型金屬清洗劑所替代。

隨著氟氯烴(CFC)替代日期的逼近，水基清洗劑的研究和應(yīng)用受到各方面的關(guān)注。1.2水基清洗劑概述一般情況下，吸附于金屬表面的污物由水溶性污物和非水溶性污物組成。前者包括糖、淀粉、有機(jī)酸堿、血液、蛋白質(zhì)及無(wú)機(jī)鹽等，后者包括動(dòng)植物油脂、脂肪醇、礦物油、灰塵、泥土、金屬氧化物等。水基清洗劑以表面活性劑為主要成分，同時(shí)添加各種添加劑如助劑、穩(wěn)定劑、緩蝕劑、增溶劑、消泡劑、防霉劑、防凍劑等。表面活性劑具有浮化、濕潤(rùn)、增溶、滲透、分散、防腐、絡(luò)合等特性，在清洗液中起主要作用。表面活性劑是一種兩親分子，當(dāng)這種兩親分子附著于油-金屬界面時(shí)，其親油端容易吸附在油污表面，并伸向油污內(nèi)部，而極性親水端則吸附在金屬表面，在油-金屬界面間形成一層緊密的定向排列的表面活性劑分子膜。這種膜能減弱油-金屬界面的附著力，增加金屬零件的濕潤(rùn)性。在水溶液浸泡、撞擊零件過(guò)程中，表面活性劑分子在水分子的吸引下，油污從金屬零件表面脫離，起到清洗零件的目的。當(dāng)這種兩親分子附著于油-水界面時(shí)，其親水端向水中伸入，形成一層膜，降低油-水的界面張力。當(dāng)溶液中的表面活性劑分子達(dá)到一定濃度時(shí)，就會(huì)使油污在溶液中形成穩(wěn)定的微小油污顆粒，形成溶解了油污的乳化液，達(dá)到清洗零件油污的目的。1.3水基金屬清洗劑原料選擇水基金屬清洗劑的主要成份是表面活性劑和無(wú)機(jī)助劑，為了避免金屬在清洗過(guò)程中發(fā)生腐蝕，還須加入緩蝕劑，為了增強(qiáng)溶解性和促進(jìn)金屬表面污垢在水中的分離效果，還要加入一定量的助溶劑。表面活性劑的作用是能顯著降低液體的表面張力，使油污的附著力降低：通過(guò)攪拌、超聲波等機(jī)械力和加溫?zé)崃Γ黾恿宋酃该撾x的勢(shì)能，提高了潤(rùn)濕、滲透作用。一般認(rèn)為陰離子型有一定的防銹性能(如磺酸鹽等)，非離子型對(duì)水質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)但對(duì)防銹性有一些影響(如聚氧乙烯脂肪醇醚等)，需綜合考慮。各種助劑具有溶解油脂、軟化硬水和防止再沉積等作用，使污垢乳化、分散、懸浮在洗液中。能強(qiáng)化表面活性劑的清洗作用．水基金屬清洗劑的配方應(yīng)從一下幾個(gè)方面考慮：1.3.1表面活性劑表面活性劑是水基金屬清洗劑中最主要的成份，因此所選擇的表面活性劑要有良好的洗滌和去污作用。為了達(dá)到更好的清洗效果，可以選出幾種去污效果較佳的表面活性劑進(jìn)行復(fù)配，利用不同表面活性劑各自的特性，復(fù)配后的表面活性劑可以增強(qiáng)對(duì)金屬污垢的潤(rùn)濕，滲透，乳化，增溶等作用。1)烷基酚聚氧乙烯醚(別名OP-10)：對(duì)金屬硬表面的污垢具有很好的潤(rùn)濕，乳化，分散和去污能力，抗靜電和抗硬水性能較好，在較寬的溫度范圍內(nèi)很穩(wěn)定，可與各類(lèi)表面活性劑混用。2)脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉(別名AES)：為陰離子表面活性劑,具有優(yōu)良的去污，乳化和發(fā)泡性能，生物降解度大于90%，有利于環(huán)境保護(hù)。它與非離子表面活性劑復(fù)配去污效果非常好，同時(shí)它對(duì)于OP-10

等非離子型表面活性劑在水中有增溶作用。3)十二烷基苯磺酸鈉(別名LAS)：陰離子表面活性劑，具有去污，潤(rùn)濕，發(fā)泡，乳化和分散性能，大量用作生產(chǎn)各種洗滌劑的原料。LAS屬中性物質(zhì)，它對(duì)水硬度較敏感，起泡力高，去污力強(qiáng)，易與各種助劑復(fù)配，生物降解性大于90％，對(duì)環(huán)境污染程度小。4)烷基醇酰胺(別名704)：非離子表面活性劑，704可以以任何比例溶于水，同其它陰離子或非離子表面活性劑混用，可制得透明液體；同時(shí)它具有起泡和穩(wěn)泡作用以及去污，分散和增粘特性，對(duì)皮映溫和，具有防腐蝕性能，在配方中選用它，既有表面活性劑的作用，又起到穩(wěn)泡防蝕的功能。5)AN：非離子表面活性劑，在配方中主要作為緩蝕劑。6)脂肪醇聚氧乙烯醚：非離子表面活性劑，溶于水具有良好的潤(rùn)濕力，發(fā)泡力，分散力，去污力和乳化力，有較高的去脂性能和降低水的表面張力及耐硬水的性能。7）AOS：去污性能佳，對(duì)酸、堿穩(wěn)定，有優(yōu)良的水溶性，對(duì)水的硬度也不敏感，對(duì)皮膚刺激性小，它的生物降解性接近100％，與非離子和陰離子表面活性劑都有良好的配伍性能。8）MES：是以天然油脂為原料制得的表面活性劑，所以它的生物降解性能十分優(yōu)良。它對(duì)水中鈣、鎂等金屬離子螯合能力很強(qiáng)，去污和分散能力很好，但容易水解，所以不宜在強(qiáng)堿性體系中應(yīng)用，但可以在低堿性、中性或酸性介質(zhì)中使用。1.3.2緩蝕劑常見(jiàn)的水溶性緩蝕劑，有苯甲酸鈉、硼酸鹽、鋁酸鹽、二乙醇胺、三乙醇胺與無(wú)機(jī)酸或有機(jī)酸的生成物胺類(lèi)、咪唑啉類(lèi)、苯并三氨唑等。無(wú)機(jī)型防銹劑可使金屬氧化并在金屬表面形成鈍化保護(hù)膜：胺類(lèi)防銹劑等含極性基團(tuán)有機(jī)物能在金屬表面吸附成膜，保護(hù)金屬：銅及其合金的防腐劑苯并三氮唑?qū)儆诮饘匐x子型，它和金屬表面產(chǎn)物層的金屬離子結(jié)合形成保護(hù)膜。黑色金屬緩蝕劑有亞硝酸鈉，苯甲酸鈉，乙醇胺系列等，有色金屬緩蝕劑有硅酸鹽，苯并三氮唑，氟硅酸，鉻酸鹽等。在水基金屬洗劑中加入少量的緩蝕劑，不但可以抑制金屬的腐蝕，而且還可以增加清洗劑的去污能力。1)硅酸鈉：別名泡花堿，水玻璃。分子式為Na2O·nSiO2·xH2O。硅酸鈉外形有固體和液體兩種。其性質(zhì)隨分子式中SiO2

和Na2O

的比值而不同，其比值稱(chēng)為模。硅酸鈉為無(wú)色適明液體，有防腐蝕作用，同時(shí)，由于水解時(shí)產(chǎn)生了具有膠束結(jié)構(gòu)的硅酸，對(duì)固體污垢的粒子有懸浮和分散能力，對(duì)油污有乳化作用，因此有得于污垢的再沉積，在配方中主要起緩蝕和再抗沉積作用。2)硫脲：有色金屬緩蝕劑1.3.3無(wú)機(jī)助洗劑可以看出，選擇三聚磷酸納和其他助劑復(fù)配使用，具有助洗、緩蝕、緩沖堿性、抗硬水等多種功效。試驗(yàn)表明，含20％活性物的清洗劑中，添加助洗劑后，其綜合清洗能力比含100％活性物而不加助洗劑的清洗劑要好。但是在配制液狀清洗劑中，三聚磷酸鈉加入量不得超過(guò)2％，助劑總量不得超過(guò)8％，否則有可能出現(xiàn)沉淀、清洗劑相態(tài)不均等問(wèn)題，尤其在冬季，情況更為嚴(yán)重。而且，含磷助劑有可能導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化，美國(guó)、瑞典、瑞士、加拿大等國(guó)規(guī)定洗滌劑中磷酸鹽含量在9％以下，德國(guó)規(guī)定在20％以下。另外三聚磷酸鈉在常溫下會(huì)有緩慢的水解，PH值的降低、溫度的升高、濃度的降低、時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)促進(jìn)水解。過(guò)強(qiáng)的堿性會(huì)導(dǎo)致聚氧乙烯醚類(lèi)等非離子表面活性劑斷鏈，而降低清洗效果。所以選用助劑的數(shù)量和時(shí)效十分重要。特別值得一提的是，由于4A分子篩具有很多空穴，因而有很大的吸咐表面，對(duì)多種金屬離子和水具有很強(qiáng)的吸附力和交換力，在溶液中呈堿性，有一定的緩沖作用，也具有一定的分散性、抗再沉積性，對(duì)人體、魚(yú)、藻類(lèi)安全無(wú)毒，雖然4A分子篩在體系中有沉積的趨向，但只要選擇合理的分散劑也是可行的。在水基金屬清洗劑體系中，有些物質(zhì)往往兼有多種作用，主洗也兼有助洗功能，助洗也兼有絡(luò)合、穩(wěn)定等功能，選擇組合取向問(wèn)題上，盡可能采用品種少，而取身兼數(shù)職作用的成分。1.3.4

助溶劑由于有些表面活性劑的溶解度過(guò)低，在復(fù)配時(shí)為了促進(jìn)其溶解，在配方中還要加入少量助溶劑，常用的助溶劑主要是尿素，磷酸酯和乙二醇醚。1.3.5

其它成份1)二乙醇胺：用于制備非離子表面活性劑，乳化劑，擦亮劑等；2)螯合劑：乙二胺四乙酸二鈉(EDTA—2Na)，葡萄糖酸鈉等，用于洗滌劑的金屬螯合物。3）消泡劑：聚醚，有機(jī)硅等。1.4配方實(shí)例：1）配方一：無(wú)磷水基金屬清洗劑的研制各原料組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：

AESA(C12脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸銨)：BJH一1(脂肪胺類(lèi)，自制)：OP-10(辛基酚聚氧乙烯醚)：M550(鹵化二甲基二丙基銨丙酰銨共聚物)=6：4：4：1(摩爾比)，并將其按質(zhì)量比95：5加入Na-CP4(馬來(lái)酸酐及丙烯酸共聚物的鈉鹽)及硅酸鈉做助洗劑，對(duì)其5％稀釋液的洗滌效果和防銹性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，該清洗劑具有較強(qiáng)的去污能力和良好的防銹性能，不含磷化物，對(duì)環(huán)境友好。2)配方二：金屬軸承水基清洗劑各原料組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：脂肪醇聚氧乙烯醚2％～8％；烷基酚聚氧乙烯醚2％～8％；脂肪酸烷醇酰胺3％～10％；油酸三乙醇胺5％～25％；三乙醇胺10％～22％；單乙醇胺5％～18％；烷基磺酸鈉0.5％～3％；苯并三氮唑0.01％～0．5％；乙二胺四乙酸二鈉1％~

2％；水3.5％～71.49％。3)配方三：一種金屬清洗劑該金屬表面清洗劑是由以下原料配制而成的，各原料組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：硅酸鈉(35％

～45％)、三聚磷酸鈉(50％

～55％)、脂肪醇聚氧乙烯醚(5％

～10％)；制作方法是將上述組分按比例放入攪拌器里進(jìn)行攪拌混合，待攪拌混合均勻后，進(jìn)行包裝即可得到。使用時(shí)，取本品與水按1：10的比例進(jìn)行溶解即可用于清洗金屬。4)配方四：一種新型的水基金屬清洗劑各原料組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：2.6％AE09，3.5％油酸三乙醇胺，4.3％Na2C03，7.8％三乙醇胺，5％TX-10，4.1％苯甲酸鈉，其余為水；2配方的各組分的含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為：4-5％平平加O.5~2％油酸三乙醇胺，4.3％Na2C03，6.5％三乙醇胺，7.2％6501，2.5％葡萄糖酸鈉，3.7％苯甲酸鈉，其余為水。具有穩(wěn)定、去污率高、防腐防銹性強(qiáng)的特點(diǎn)，而且無(wú)毒、對(duì)人體無(wú)害。特別是在室溫下即可達(dá)量到96％以上的清洗率。5）配方五：低泡水基金屬清洗劑各原料組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：0.5％6501；0.5％

三乙醇胺油酸皂；0.25％GT-12；0．25％S一86；1.25％M

-10；0.75％

聚醚L61；10％

三乙醇胺；1％Na2CO3；1％

硼砂；5％

EDTA二鈉；0.3％有機(jī)硅6）配方六：環(huán)保型工業(yè)水基金屬清洗劑各原料組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：脂肪醇聚氧乙烯醚用量10％，月桂酸二乙醇酰胺6％，淀粉糖苷表面活性劑7％，聚氧乙烯醚硫酸鹽2.2％，磺化琥珀酸二仲辛酯鈉鹽為1.8％，苯甲酸鈉l％，水玻璃0.1％，尿素1％；采用非離子型和陰離子型表面活性劑進(jìn)行復(fù)配，將一定量的去離子水加入到100

mL的燒杯中，高速攪拌，控制溫度在55℃左右，依次加入脂肪醇聚氧乙烯醚，待其完全溶解后加入淀粉糖苷表面活性劑，繼續(xù)攪拌，30

min后，再依次加入月桂酸二乙醇酰胺，聚氧乙烯醚硫酸鹽和尿素(配制時(shí)應(yīng)準(zhǔn)確控制溫度和聚氧乙烯醚硫酸鹽濃度，防止聚氧乙烯醚硫酸鹽形成凝膠)，繼續(xù)攪拌30～45

rain，降溫至40℃左右，加入磺化琥珀酸二仲辛酯鈉鹽，防腐劑等助劑，繼續(xù)攪拌幾分鐘，冷卻至室溫即可．