防銹型水基金屬清洗劑的研究與開發(fā)

陳潔瓊

浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江杭州，310053

水基金屬清洗劑是通過(guò)潤(rùn)濕、乳化、滲透、卷離、分散和增溶等作用實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬表面的去污。目前，部分水基金屬清洗劑通過(guò)添加有機(jī)或無(wú)機(jī)的防銹原料使其具有一定防銹性，但存在洗凈率、防銹性及穩(wěn)定性等技術(shù)性能指標(biāo)不能滿足工業(yè)應(yīng)用需要的缺點(diǎn)。本文研究的防銹型水基金屬清洗劑，主要以既具有洗滌功能、又具有防銹功能的羧酸醇銨鹽與非離子表面活性劑、無(wú)磷助洗劑復(fù)配而成，清洗去污效果好，對(duì)金屬有防銹蝕作用，性能符合《水基金屬清洗劑》（JB/T 4323—2019）要求。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

1.1.1 試驗(yàn)材料

十二烯基丁二酸、油酸、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺（6501）、三乙醇胺、硼砂、五水偏硅酸鈉、聚丙烯酸（PAA）、苯并三氮唑，均為工業(yè)級(jí)。HT200鑄鐵；45鋼。

1.1.2 試驗(yàn)設(shè)備

JM-A6002型電子天平，余姚紀(jì)銘稱量校驗(yàn)設(shè)備有限公司；85-2型數(shù)顯恒溫磁力攪拌器，杭州儀表電機(jī)有限公司；HH-2型數(shù)顯恒溫水浴鍋，金壇市江南儀器廠；PHS-3E型pH計(jì)，上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；DHG-9070A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海索普儀器有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

按照《水基金屬清洗劑》（J B/T 4 3 2 3—2019）的規(guī)定，用配制的油污制作HT200鑄鐵、45鋼的染油污試片，并在含5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）清洗劑的工作液中，對(duì)染油污試片進(jìn)行清洗、漂洗和防銹試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定清洗劑配方，然后對(duì)產(chǎn)品外觀、pH、防銹性等指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試。

1.2.1 外觀檢查

將100ml本品原液放于100 ml具塞量筒內(nèi)，在15～35℃條件下放置24 h后，用肉眼觀察。

1.2.2 pH測(cè)試

25℃下，用PHS-3E型pH計(jì)測(cè)試。

1.2.3 疊片防銹性試驗(yàn)

準(zhǔn)備好的試片平放在濕潤(rùn)槽的隔板上，試片的磨光面向上，用圓頭玻璃棒蘸取試液，均勻涂在試片上，再用另一塊試片使其磨光的一面重疊其上，兩試片間被一層試液膜隔開，應(yīng)防止試片傾斜滑開。蓋上濕潤(rùn)槽蓋，并置于恒溫室（35±2）℃放置4 h后，打開疊片，用脫脂棉蘸乙醇擦去試液，觀察距試片邊緣3 mm以內(nèi)兩疊面情況，無(wú)銹蝕出現(xiàn)，則符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.2.4 高低溫穩(wěn)定性試驗(yàn)

（1）高溫試驗(yàn)：將液體清洗劑50 ml置于50 ml具塞量筒中，加塞后放入（60±2）℃恒溫水浴中。水面應(yīng)沒過(guò)具塞量筒30ml刻度處以上。6 h后，取出具塞量筒冷卻到室溫檢查液體狀態(tài)。

（2）低溫試驗(yàn)：將經(jīng)高溫試驗(yàn)無(wú)不穩(wěn)定現(xiàn)象的試樣（若有不穩(wěn)定現(xiàn)象另取新樣），放于低溫冰箱中于（-18±3）℃保持l h,取出具塞量筒，待試液恢復(fù)到室溫并保持lh后，將試液傾倒5次，觀察液體狀態(tài)。

2 防銹型水基金屬清洗劑主要成分的選擇

2.1 防銹成分

根據(jù)防銹吸附原理，有機(jī)分子中的極性基團(tuán)，如-COOH、-CONH、-SO3H、-OH、-NH等能吸附于金屬表面，而疏水性的烴基在金屬表面形成保護(hù)膜，防止水分侵蝕金屬表面，起到防銹的效果。選擇防銹成分，不僅應(yīng)有防銹作用（含極性基團(tuán)），且應(yīng)具有一定的清洗功能[1]。

本文選擇由羧酸與三乙醇胺反應(yīng)合成脂肪酸醇銨鹽作防銹成分，有良好的防銹作用，且清洗效果好（表1）。具體過(guò)程：將十二烯基丁二酸、油酸按比例復(fù)配混合羧酸，以1∶3的比例與三乙醇胺反應(yīng)，得到相應(yīng)的有機(jī)羧酸醇銨鹽，具有的防銹性能最好[2]。

表1 防銹成分選擇試驗(yàn)

2.2 表面活性劑

金屬清洗中常用含有EO/PO嵌段聚醚的表面活性劑，這種結(jié)構(gòu)在水溶液里更易形成膠束，表面張力較大，其增水一端會(huì)吸附在污垢質(zhì)點(diǎn)上，而親水一端與水結(jié)合在一起，從而將污垢被清洗液所分散、懸浮，當(dāng)有外力作用時(shí)就會(huì)脫離被清洗物的表面，起到去污作用。

2.3 助劑

偏硅酸鈉在清洗液中對(duì)油污具有良好的皂化、乳化、潤(rùn)濕作用，并使產(chǎn)品保持堿性狀態(tài)，能充分發(fā)揮表面活性劑的去污作用，提高清洗效率。同時(shí)，為提高清洗液體系的分散性，防止污垢在金屬表面再沉積，配入分子量2 000～5 000的聚丙烯酸（PAA）0.5%～1.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），它能與金屬離子、鈣、鎂等形成穩(wěn)定的化合物，對(duì)水中碳酸鈣和氫氧化鈣有優(yōu)良的分解作用。

硼砂、苯并三氮唑具有阻滯金屬鐵與氧氣的電化學(xué)反應(yīng)，在金屬鐵表面的有限空間內(nèi)形成具有一定蒸汽壓的防銹劑氣氛，減少腐蝕的發(fā)生[3]。

在十二烯基丁二酸、油酸（5∶5）混合羧酸與三乙醇胺反應(yīng)生成的羧酸醇銨鹽基礎(chǔ)上添加防銹助劑，進(jìn)行防銹助劑的選擇試驗(yàn)。結(jié)果證明，1%～3%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）硼砂、0.2%～0.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）苯并三氮唑的加入有助于提高產(chǎn)品的防銹功能，結(jié)果見表2。

表2 防銹助劑選擇試驗(yàn)

3 防銹型水基金屬清洗劑配方的確定

3.1 配方的確定

防銹型水基金屬清洗劑配方確定，首先是選擇既具有很好的清洗功能、又具有防銹功能的表面活性劑，選擇清洗、防銹助劑，然后優(yōu)化各組分配比。通過(guò)上述防銹成分的選擇、篩選，并采用正交和重復(fù)性試驗(yàn)，綜合考慮產(chǎn)品成本、原材料獲取、成品性能等因素，確定產(chǎn)品最佳配比（表3）。

表3 防銹型水基金屬清洗劑配方篩選

按照《水基金屬清洗劑》（J B/T 4 3 2 3—2019）對(duì)選定配方進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明，產(chǎn)品各項(xiàng)理化性能試驗(yàn)項(xiàng)目、指標(biāo)均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。具體結(jié)果為：外觀均勻、不分層、無(wú)沉淀；pH 9.90～10.50；防銹性能：＞24 h出現(xiàn)銹跡；高低溫穩(wěn)定性試驗(yàn)：均勻，不分層，無(wú)析出物和絮狀物，保持淡黃色、透明液體；清洗率98.5%；硬水中穩(wěn)定性試驗(yàn)：無(wú)絮狀物，無(wú)析出物；水不溶物試驗(yàn)：＜0.1%；漂洗性能試驗(yàn)：無(wú)可見清洗劑殘留物。

3.2 與市售產(chǎn)品的比較

按照《水基金屬清洗劑》（J B/T 4 3 2 3—2019），在相同條件下，將研究產(chǎn)品與國(guó)內(nèi)一些標(biāo)稱具“防銹”功能的市售金屬清洗劑進(jìn)行了防銹性能測(cè)試、對(duì)比。結(jié)果見表4。

表4 研究產(chǎn)品與市售產(chǎn)品的防銹性能比對(duì)

從上表可以看出，本文研究產(chǎn)品采用既具有洗滌功能、又具有防銹功能的羧酸醇銨鹽與非離子表面活性劑、無(wú)磷助洗劑復(fù)配而成的防銹型水基金屬清洗劑，在滿足清洗功能的基礎(chǔ)上，對(duì)金屬有較好的防銹蝕作用，防銹性能優(yōu)于市售同類產(chǎn)品。

4 結(jié)論

開發(fā)了一種防銹型水基金屬清洗劑，以既具有洗滌功能、又具有防銹功能的羧酸醇銨鹽作為主要成分，確定了產(chǎn)品配方：羧酸醇銨鹽8%～12%、烷基酚聚氧乙烯醚5%～8%、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺5%～8%、無(wú)水偏硅酸鈉3%～5%、硼砂1%～3%、聚丙烯酸0.5%～1.5%、苯駢三氮唑0.2%～0.5%、水余量。本品不僅清洗去污效果好，并且對(duì)金屬有防銹蝕作用，其他理化性能試驗(yàn)項(xiàng)目、指標(biāo)均符合《水基金屬清洗劑》（JB/T 4323—2019）要求。防銹性能優(yōu)于市售同類產(chǎn)品。