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水基金属清洗剂配方分析

发布时间:2012/8/15 22:41:18 来源:朱工 字体: 
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1.1背景
金属清洗剂在工业生产中应用十分广泛,常用于金属加工前后的表面除油、除垢及成品组装或包装前的清洗工艺。在电子工业中,印制电路板焊接后也必须采用清洗剂洗去有害残留物。此外,在机械设备维护保养过程中也常常用到金属清洗剂。
目前,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。随着氟氯烃(cfc)替代日期的逼近,水基清洗剂的研究和应用受到各方面的关注。
1.2水基清洗剂概述
一般情况下,吸附于金属表面的污物由水溶性污物和非水溶性污物组成。前者包括糖、淀粉、有机酸碱、血液、蛋白质及无机盐等,后者包括动植物油脂、脂肪醇、矿物油、灰尘、泥土、金属氧化物等。
水基清洗剂以表面活性剂为主要成分,同时添加各种添加剂如助剂、稳定剂、缓蚀剂、增溶剂、消泡剂、防霉剂、防冻剂等。表面活性剂具有浮化、湿润、增溶、渗透、分散、防腐、络合等特性,在清洗液中起主要作用。表面活性剂是一种两亲分子,当这种两亲分子附着于油-金属界面时,其亲油端容易吸附在油污表面,并伸向油污内部,而极性亲水端则吸附在金属表面,在油-金属界面间形成一层紧密的定向排列的表面活性剂分子膜。这种膜能减弱油-金属界面的附着力,增加金属零件的湿润性。在水溶液浸泡、撞击零件过程中,表面活性剂分子在水分子的吸引下,油污从金属零件表面脱离,起到清洗零件的目的。当这种两亲分子附着于油-水界面时,其亲水端向水中伸入,形成一层膜,降低油-水的界面张力。当溶液中的表面活性剂分子达到一定浓度时,就会使油污在溶液中形成稳定的微小油污颗粒,形成溶解了油污的乳化液,达到清洗零件油污的目的。
1.3水基金属清洗剂原料选择
水基金属清洗剂的主要成份是表面活性剂和无机助剂,为了避免金属在清洗过程中发生腐蚀,还须加入缓蚀剂,为了增强溶解性和促进金属表面污垢在水中的分离效果,还要加入一定量的助溶剂。表面活性剂的作用是能显著降低液体的表面张力,使油污的附着力降低:通过搅拌、超声波等机械力和加温热力,增加了污垢脱离的势能,提高了润湿、渗透作用。一般认为阴离子型有一定的防锈性能(如磺酸盐等),非离子型对水质适应性强但对防锈性有一些影响(如聚氧乙烯脂肪醇醚等),需综合考虑。各种助剂具有溶解油脂、软化硬水和防止再沉积等作用,使污垢乳化、分散、悬浮在洗液中。能强化表面活性剂的清洗作用.水基金属清洗剂的配方应从一下几个方面考虑:
1.3.1表面活性剂
表面活性剂是水基金属清洗剂中最主要的成份,因此所选择的表面活性剂要有良好的洗涤和去污作用。为了达到更好的清洗效果,可以选出几种去污效果较佳的表面活性剂进行复配,利用不同表面活性剂各自的特性,复配后的表面活性剂可以增强对金属污垢的润湿,渗透,乳化,增溶等作用。
1)烷基酚聚氧乙烯醚(别名op-10):对金属硬表面的污垢具有很好的润湿,乳化,分散和去污能力,抗静电和抗硬水性能较好,在较宽的温度范围内很稳定,可与各类表面活性剂混用。
2)脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(别名aes):为阴离子表面活性剂,具有优良的去污,乳化和发泡性能,生物降解度大于90%,有利于环境保护。它与非离子表面活性剂复配去污效果非常好,同时它对于op-10 等非离子型表面活性剂在水中有增溶作用。
3)十二烷基苯磺酸钠(别名las):阴离子表面活性剂,具有去污,润湿,发泡,乳化和分散性能,大量用作生产各种洗涤剂的原料。las属中性物质,它对水硬度较敏感,起泡力高,去污力强,易与各种助剂复配,生物降解性大于90%,对环境污染程度小。
4)烷基醇酰胺(别名704):非离子表面活性剂,704可以以任何比例溶于水,同其它阴离子或非离子表面活性剂混用,可制得透明液体;同时它具有起泡和稳泡作用以及去污,分散和增粘特性,对皮映温和,具有防腐蚀性能,在配方中选用它,既有表面 活性剂的作用,又起到稳泡防蚀的功能。
5)an非离子表面活性剂,在配方中主要作为缓蚀剂。
6)脂肪醇聚氧乙烯醚:非离子表面活性剂,溶于水具有良好的润湿力,发泡力,分散力,去污力和乳化力,有较高的去脂性能和降低水的表面张力及耐硬水的性能。
7aos:去污性能佳,对酸、碱稳定,有优良的水溶性,对水的硬度也不敏感,对皮肤刺激性小,它的生物降解性接近100%,与非离子和阴离子表面活性剂都有良好的配伍性能。
8mes是以天然油脂为原料制得的表面活性剂,所以它的生物降解性能十分优良。它对水中钙、镁等金属离子螯合能力很强,去污和分散能力很好,但容易水解,所以不宜在强碱性体系中应用,但可以在低碱性、中性或酸性介质中使用。
1.3.2缓蚀剂
常见的水溶性缓蚀剂,有苯甲酸钠、硼酸盐、铝酸盐、二乙醇胺、三乙醇胺与无机酸或有机酸的生成物胺类、咪唑啉类、苯并三氨唑等。无机型防锈剂可使金属氧化并在金属表面形成钝化保护膜:胺类防锈剂等含极性基团有机物能在金属表面吸附成膜,保护金属:铜及其合金的防腐剂苯并三氮唑属于金属离子型,它和金属表面产物层的金属离子结合形成保护膜。黑色金属缓蚀剂有亚硝酸钠,苯甲酸钠,乙醇胺系列等,有色金属缓蚀剂有硅酸盐,苯并三氮唑,氟硅酸,铬酸盐等。在水基金属洗剂中加入少量的缓蚀剂,不但可以抑制金属的腐蚀,而且还可以增加清洗剂的去污能力。
1)硅酸钠:别名泡花碱,水玻璃。分子式为na2o·nsio2·xh2o。硅酸钠外形有固体和液体两种。其性质随分子式中sio2 和na2o 的比值而不同,其比值称为模。硅酸钠为无色适明液体,有防腐蚀作用,同时,由于水解时产生了具有胶束结构的硅酸,对固体污垢的粒子有悬浮和分散能力,对油污有乳化作用,因此有得于污垢的再沉积,在配方中主要起缓蚀和再抗沉积作用。
2)硫脲:有色金属缓蚀剂
1.3.3无机助洗剂
可以看出,选择三聚磷酸纳和其他助剂复配使用,具有助洗、缓蚀、缓冲碱性、抗硬水等多种功效。试验表明,含20%活性物的清洗剂中,添加助洗剂后,其综合清洗能力比含100%活性物而不加助洗剂的清洗剂要好。但是在配制液状清洗剂中,三聚磷酸钠加入量不得超过2%,助剂总量不得超过8%,否则有可能出现沉淀、清洗剂相态不均等问题,尤其在冬季,情况更为严重。而且,含磷助剂有可能导致水体富营养化,美国、瑞典、瑞士、加拿大等国规定洗涤剂中磷酸盐含量在9%以下,德国规定在20%以下。另外三聚磷酸钠在常温下会有缓慢的水解,ph值的降低、温度的升高、浓度的降低、时间的延长会促进水解。过强的碱性会导致聚氧乙烯醚类等非离子表面活性剂断链,而降低清洗效果。所以选用助剂的数量和时效十分重要。
特别值得一提的是,由于4a分子筛具有很多空穴,因而有很大的吸咐表面,对多种金属离子和水具有很强的吸附力和交换力,在溶液中呈碱性,有一定的缓冲作用,也具有一定的分散性、抗再沉积性,对人体、鱼、藻类安全无毒,虽然4a分子筛在体系中有沉积的趋向,但只要选择合理的分散剂也是可行的。在水基金属清洗剂体系中,有些物质往往兼有多种作用,主洗也兼有助洗功能,助洗也兼有络合、稳定等功能,选择组合取向问题上,尽可能采用品种少,而取身兼数职作用的成分。
1.3.4 助溶剂
由于有些表面活性剂的溶解度过低,在复配时为了促进其溶解,在配方中还要加入少量助溶剂,常用的助溶剂主要是尿素,磷酸酯和乙二醇醚。
1.3.5 其它成份
1)二乙醇胺:用于制备非离子表面活性剂,乳化剂,擦亮剂等;
2)螯合剂:乙二胺四乙酸二钠(edta—2na),葡萄糖酸钠等,用于洗涤剂的金属螯合物。
3消泡剂:聚醚,有机硅等。
1.4配方实例:
1配方一:无磷水基金属清洗剂的研制
各原料组分的质量分数为: aesa(c12脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵):bjh一1(脂肪胺类,自制):op-10(辛基酚聚氧乙烯醚):m550(卤化二甲基二丙基铵丙酰铵共聚物)=6:4:4:1(摩尔比),并将其按质量比95:5加入na-cp4(马来酸酐及丙烯酸共聚物的钠盐)及硅酸钠做助洗剂,对其5%稀释液的洗涤效果和防锈性能进行了评价。结果表明,该清洗剂具有较强的去污能力和良好的防锈性能,不含磷化物,对环境友好。
2)配方二:金属轴承水基清洗剂
各原料组分的质量分数为: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%;单乙醇胺5%~18%;烷基磺酸钠0.5%~3%;苯并三氮唑0.01%~0.5%;乙二胺四乙酸二钠1%~ 2%;水3.5%~71.49%。
3)配方三:一种金属清洗剂
该金属表面清洗剂是由以下原料配制而成的,各原料组分的质量分数为:硅酸钠(35% ~45%)、三聚磷酸钠(50% ~55%)、脂肪醇聚氧乙烯醚(5% ~10%);制作方法是将上述组分按比例放入搅拌器里进行搅拌混合,待搅拌混合均匀后,进行包装即可得到。使用时,取本品与水按1:10的比例进行溶解即可用于清洗金属。
4)配方四:一种新型的水基金属清洗剂
各原料组分的质量分数为: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%苯甲酸钠,其余为水;2配方的各组分的含量(质量分数)为: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%葡萄糖酸钠,3.7%苯甲酸钠,其余为水。具有稳定、去污率高、防腐防锈性强的特点,而且无毒、对人体无害。特别是在室温下即可达量到96%以上的清洗率。
5配方五:低泡水基金属清洗剂
各原料组分的质量分数为: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二钠;0.3%有机硅
6配方六:环保型工业水基金属清洗剂
各原料组分的质量分数为:脂肪醇聚氧乙烯醚用量10%,月桂酸二乙醇酰胺6%,淀粉糖苷表面活性剂7%,聚氧乙烯醚硫酸盐2.2%,磺化琥珀酸二仲辛酯钠盐为1.8%,苯甲酸钠l%,水玻璃0.1%,尿素1%;采用非离子型和阴离子型表面活性剂进行复配,将一定量的去离子水加入到100 ml的烧杯中,高速搅拌,控制温度在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剂,继续搅拌,30 min后,再依次加入月桂酸二乙醇酰胺,聚氧乙烯醚硫酸盐和尿素(配制时应准确控制温度和聚氧乙烯醚硫酸盐浓度,防止聚氧乙烯醚硫酸盐形成凝胶),继续搅拌30~45 rain,降温至40℃左右,加入磺化琥珀酸二仲辛酯钠盐,防腐剂等助剂,继续搅拌几分钟,冷却至室温即可.
1.5国外水基金属清洗剂专利配方:
1) 配方一:mea、甘油、偏硅酸钠、油酰基异链烷基硫酸盐、3-亚氨基聚氧乙烯-l,2,4-二硫代吡咯硫酬、水。此清洗剂适合冲洗工艺,去污力和钝化性能好。
2)配方二:c8-nae、ae、烷基醇胺、烷基水杨酸钙、c8- c20合脂酸烷醇胺盐。此专利清洗剂储存稳定,使用时泡沫少。
3)配方三:c10- c13合脂醇聚氧乙烯醚、c5- c5合脂酸单链烷醇胺盐、hoch2ch2nh2、c2h5oh、合成c10- c13酸二乙醇酰胺、c10- c20烷基硫酸盐、水。此专利可有效从金属表面除去油脂类污垢和临时性保护矿物油,去污力强。
4)配方四:硅酸钠、偏硼酸钠、c4ae2的乙酸酯、椰油酸二乙醇胺盐、c9ape、水。此专利的优点是可回收再生,且回收液仍具有l00%清洗能力,可循环重复使用。
5)配方五:edta一4na、c12abs—na、柠檬酸钠、stpp、硅酸钠、蛋白酶、水。此专利专门用于清洗机器槽盒。
6)配方六:neodol23-6.5、二丙二醇单丁醚、乙醇胺、c12lab-na、椰子油脂肪酸、水及添加剂。此专利是具有良好起泡性能的水基型金属清洗剂。
7)配方七:koh、maphos jp一10、na2sio3·5h20、edta-4na、3,5-二甲基-l-己基-3-醇、n-甲基-2-吡咯烷酮、水。此专利可以从金属表面除去干燥树脂,如聚酯切片模塑树脂之类干燥树脂,清洗效果好,
以上仅是选择国外几种比较具有代表性的水基型金属清洗剂的配方,目前国外金属清洗剂配方正朝着专业化、系列化、针对性、环保型的方向迅速发展,这同时也是国内值得借鉴的地方。
二、典型参考配方
组分
投料量(g/l)
壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵
10~30
氯化钾
30~100
十二烷基苯磺酸钠
10~30
碳酸钠
20~50
壬基酚聚氧乙烯醚
50~100
氢氧化钾
50~100
尼泊金甲酯
5~10
二丙二醇甲醚
30~50
余量
三、市面常见清洗剂:
环保碳氢清洗剂,水基清洗剂(水基除油剂,水基脱脂剂,水基金属清洗剂),酸洗剂 ,除油剂,抛光剂、除锈剂(环保水性防锈剂)水膜置换防锈油,脱水防锈油,酸洗膏(剂),除油粉,除蜡水脱漆剂,洗板水,洗网水,光学玻璃清洗剂,溶剂光学清洗剂,水基光学清洗剂,玻璃油墨清洗剂,电子pcb清洗剂,无铅溶剂洗板水,碳氢溶剂洗板水,金属清洗剂(中性金属清洗剂,水基金属清洗剂,弱碱性金属清洗剂,铝合金清洗剂,不锈钢清洗剂,铝清洗剂(铝材清洗剂)铝合金清洗剂水基脱脂清洗剂金属脱脂剂(铜脱脂剂,铝合金脱脂剂,酸性脱脂剂,常温金属脱脂剂,金属除油脱脂粉(钢铁电解除油粉,金属除油剂(铝除油剂,酸性除油剂,铝光亮除油剂,铝合金除油剂,除油剂(中性除油剂,有机除油剂,超声波除油剂)金属油污清洗剂(金属除油清洗剂)不锈钢清洗剂,铝清洗剂(铝材清洗剂)金属表面除蜡水金属表面防锈剂(水基金属防锈剂,铸铁防锈剂,工序间防锈剂,钢铁防锈剂,环保防锈剂,薄膜防锈油,水溶性金属防锈油,脱水防锈剂,金属表面防锈剂,碳钢防锈剂,水溶性金属防锈剂,碳钢水性防锈剂,铸铁水性防锈剂),泡沫清洗剂,不锈钢清洗剂,管道清洗剂,精密电子仪器清洗剂,积碳清洗剂,地毯清洗剂,玻璃清洗剂,皮革清洗剂,塑料清洗剂,油污清洗剂,螺杆清洗剂,电脑清洗剂,电路板清洗剂,洗衣机清洗剂,发动机清洗剂,油墨清洗剂,汽车清洗剂,空调清洗剂;模具清洗剂
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