一種無泡陽離子表面活性劑的合成、性能及其在金屬清洗中的應(yīng)用

夏雨，丁徽，韓磊

（1. 河南省表面活性劑工程技術(shù)研究中心，河南鄭州 450002；2. 河南省道純化工技術(shù)有限公司，河南鄭州 450002）

隨著工業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展，工業(yè)清洗的領(lǐng)域逐漸擴大至金屬加工、食品、紡織、交通、船舶、醫(yī)療、電鍍、印刷、石油加工、汽車制造、儀器儀表、電子、光學(xué)等工業(yè)領(lǐng)域，其中金屬清洗是非常重要的一部分，無論是零件的加工、裝配、工序清洗、熱處理以及產(chǎn)品封存包裝等，都需要對金屬表面進行清洗。而對于該類清洗劑，清洗效果較好的清洗劑大部分泡沫比較多且難以除去，清洗劑的泡沫在生產(chǎn)過程中會極大影響機械效率、生產(chǎn)工藝以及產(chǎn)品性能，而市場上并沒有效果特別好的無泡清洗劑產(chǎn)品[1]，為適應(yīng)低泡產(chǎn)品的需要，開發(fā)和應(yīng)用低泡清洗劑就顯得尤為重要。

目前，實現(xiàn)低泡清洗劑的方法主要是在清洗劑中添加消泡劑，大部分的消泡劑為油性[2]，并不能很好的與水性清洗劑兼容，可以兼容的消泡劑價格昂貴，但又存在著消泡能力隨著工作時間的延長而降低的問題。鑒于此，相對而言開發(fā)一種低泡表面活性劑是一個較為科學(xué)合理而又具有長遠意義的發(fā)展方向。

1 實驗

1.1 實驗原料和儀器

原料：三乙醇胺（美國陶氏化工）、環(huán)氧氯丙烷（工業(yè)品，齊魯石化）、丙三醇（分析純，上海埃彼化學(xué)試劑有限公司）、丙酮（分析純，淄博庫侖分析儀器有限公司）、焦磷酸鉀（工業(yè)級，濟寧佰一化工）、五水合偏硅酸鈉（分析純，廣東翁江化學(xué)試劑）、8550（工業(yè)品，鄭州易和精細化學(xué)品有限公司）、8818（工業(yè)品，鄭州易和精細化學(xué)品有限公司）

儀器：JJ-1精密增力電動攪拌器，常州國華電器有限公司；電熱恒溫水浴鍋，北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司；RHBX-II型表面擺洗機，上海銀澤儀器設(shè)備有限公司；分析天平，上海衡平儀器儀表廠

1.2 合成路線

（1）以三乙醇胺和環(huán)氧氯丙烷為原料，在堿性催化劑作用下進行如下季銨化反應(yīng)（反應(yīng)式1）。

（2）以上述（1）合成的中間體和丙三醇為原料，進行如下開環(huán)成醚反應(yīng)（反應(yīng)式2）。

1.3 合成方法

（1）陽離子活性中間體（2,3-環(huán)氧丙基三乙基氯化銨）的合成

在500mL干燥的三口燒瓶中，加入1mol環(huán)氧氯丙烷，加熱至50℃，然后緩慢滴加0.9mol三乙醇胺，滴加時間為1h，控制反應(yīng)溫度為80℃，反應(yīng)5h，抽濾分離出反應(yīng)產(chǎn)物，真空干燥后得目標中間體。

（2）目標產(chǎn)物（PTQA）的合成

在250mL干燥的三口燒瓶中，加入0.6mol丙三醇，開啟攪拌同時升溫至70℃，然后向反應(yīng)燒瓶中緩慢滴加0.5mol上述合成中間體2,3-環(huán)氧丙基三乙基氯化銨。控制反應(yīng)溫度不超過80℃，滴加時間2h，加完后保溫80℃反應(yīng)3h，用丙酮重結(jié)晶、真空干燥后得目標產(chǎn)物（以下均簡稱PTQA）。

2 性能測定

2.1 泡沫性能測試

采用振蕩法[3]測定待測液的泡沫性能。將待測樣稀釋成1%水溶液，量取50mL待測液注入250mL具塞量筒中，上下振蕩20次，停止振蕩記錄量筒內(nèi)泡沫的體積，記錄泡沫體積隨著時間的變化情況，所有的泡沫性能檢測均由一人操作，振蕩幅度力求保持一致。

2.2 與酸性及堿性助劑的兼容性

采用復(fù)配法[4]測定待測樣與助劑的兼容性。具體方法為：將待測樣品和復(fù)配助劑樣品均稀釋成10%水溶液，然后將稀釋后的待測樣和復(fù)配樣分別以1∶1、1∶2、1∶5、1∶10的比例進行復(fù)配，搖勻后靜置24h觀察復(fù)配液的透明度，若復(fù)配液透明則兼容性良好，若渾濁或沉淀則表明不兼容。

復(fù)配助劑有：醋酸、草酸、鹽酸、檸檬酸、硫酸、三乙醇胺、氫氧化鈉、三聚磷酸鈉、焦磷酸鉀和硅酸鈉。

2.3 去油性能測試

在標準JB/T 4323.2-1999的基礎(chǔ)上，根據(jù)實際情況稍作調(diào)整形成如下的檢測方法：

試片的材質(zhì)：采用304#鋼片作為去油率試驗用試片，試片規(guī)格：2.5×5cm，厚度：2mm；

油污的制備：將N32HL液壓油、工業(yè)白凡士林和優(yōu)級石油磺酸鋇以2∶1∶1在120℃條件下混合攪拌均勻即可；

將按照標準JB/T 4323.2-1999打磨并清洗過的3塊試片，分別用掛鉤掛好，在分析天平上稱重，準確至0.0001g，并記為m0，然后將試片放入40℃的烘箱中恒溫半小時，然后將試片浸入已預(yù)先加熱至40℃的人工油污中浸涂1min，用提升器提出試片，掛于試片架上瀝干至適當?shù)臅r間，使掛油量達到85～110mg，并稱量掛鉤和掛油試片的質(zhì)量，記為m1，然后置于配置好的清洗劑工作液中靜置3min，然后擺洗3min，再用清水擺洗1min，取出試片置于60℃干燥箱中干燥1h，取出冷卻至室溫后稱量試片和掛鉤質(zhì)量，記為m2。

按以下公式計算洗油率：

其中m0：空白試片+掛鉤的質(zhì)量；

m1：掛油試片+掛鉤的質(zhì)量；

m2：清洗干燥后試片+掛鉤的質(zhì)量；

3 結(jié)果

3.1 泡沫性能

根據(jù)上述2.1所述方法，分別檢測市場上現(xiàn)有較好的無泡清洗劑8550、8818以及PTQA的泡沫性能，結(jié)果如下：

圖1 各待測樣泡沫性能對比

由上圖1可以看出，樣品8550起始泡沫和起泡液體積較大，共達到100mL，5min后下降至57.5mL，30min后下降至55mL，直至60min仍未下降完全至50mL；而8818起始泡沫和起泡液體積較小，為52mL，1min后即下降至50mL（此時無泡）；而目標無泡清洗劑起始泡沫和起泡劑的體積為50mL（即無泡），直至60min仍然無泡。綜上所述，PTQA的泡沫性能是最差的，而對于無泡清洗劑來說這樣的泡沫性能是理想的。

3.2 與酸堿性助劑的復(fù)配兼容性

根據(jù)上述2.2所述的方法，檢測市場上現(xiàn)有較好的無泡清洗劑8550、8818以及PTQA與酸或堿性助劑的兼容性，結(jié)果如表1。

由上述表1可以看出：8550、8818及目標樣品跟各酸性、堿性助劑的兼容性均較好，除了8550在與醋酸和三聚磷酸鈉在比例1∶2、1∶5和1∶10出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象外，其余均透明。說明該目標產(chǎn)品在實際應(yīng)用過程中容易與其他酸性及堿性助劑復(fù)配兼容。

3.3 去油性能

經(jīng)過大量的清洗性能測試，優(yōu)選出復(fù)配去油性能較好的配方為：m（待測樣）∶m（焦磷酸鉀）∶m（五水合偏硅酸鈉）=8∶3∶4，根據(jù)上述2.3所述的去油性能檢測方法，分別測定了8550、8818和目標產(chǎn)品為待測樣在含量0.30%，0.6%，1.0%和1.10%時的去油性能。結(jié)果見表2。

由上述表2可以看出：目標樣品的去油性能較為優(yōu)異，在含量1%時已經(jīng)達到96.95%，1.10%時達到99.38%，而8550和8818的去油率接近，去油效果均不理想。總體來說，目標產(chǎn)品的去油效果較為理想。

表1 目標樣品及對比樣與酸堿助劑的兼容性

表2 各樣品在不同含量時的去油率

4 結(jié)論

該無泡表面活性劑具有如下特點：

（1）無泡，起始泡沫即為50mL（基礎(chǔ)液為50mL），在工業(yè)清洗中應(yīng)用范圍較廣；

（2）易于溶解，且與各酸性、堿性助劑兼容性好，容易根據(jù)實際應(yīng)用配置產(chǎn)品；

（3）良好的去油清洗能力，在有效物含量（主劑加助劑）1.10%的條件下去油率可達99.38%。

[1] 李高峰. 低泡表面活性劑及其在工業(yè)清洗中的應(yīng)用[J]. 清洗世界,2015.31(7): 28-33.

[2] 王莉娟, 張高勇, 董金鳳, 等. 泡沫性能的測定和評價方法進展[J]. 日用化學(xué)工業(yè), 2005, 35(3): 171-173.

[3] 孫建彬. 新型三硅氧烷表面活性劑的合成與性能研究[M]. 上海. 東華大學(xué), 2014.