環(huán)保型水基清洗劑的研制

王 慧，趙永武，王永光

(江南大學(xué)機械工程學(xué)院，江蘇無錫 214122)

環(huán)保型水基清洗劑的研制

王 慧，趙永武，王永光

(江南大學(xué)機械工程學(xué)院，江蘇無錫 214122)

研制了一種新型環(huán)保的水基清洗劑。并探討了溫度、時間和清洗劑活性物質(zhì)量分?jǐn)?shù)對脫脂率的影響。清洗劑的典型組分為:2.0%氨基聚醚混合物、0.3%～0.4%α-烴基磺酸鈉、0.4%～0.5%壬基酚聚氧乙烯醚、1.2%～1.3%羧酸鹽防銹劑。該清洗劑具有穩(wěn)定、低泡、無毒、無害、去污率高的特點，在室溫6min下清洗率達(dá)100%，對碳鋼和鑄鐵具有良好的清洗和防銹能力。

水基清洗劑;防銹性;油污;高效

引言

在機械制造業(yè)中，金屬清洗劑被廣泛應(yīng)用于機械制造與修理、汽車制造與修理、熱處理、電鍍及噴漆等各種行業(yè)，金屬清洗劑已成為許多行業(yè)工藝流程中一個不可缺少的質(zhì)量控制工序［1］。生產(chǎn)中常用的金屬清洗劑有以下三種:溶劑型清洗劑、復(fù)合型清洗劑和水基型清洗劑。溶劑型清洗劑以有機溶劑為主要成分，雖然有很強的清洗能力，很容易洗凈金屬表面的污垢，但其大多易燃、易揮發(fā)，對人體健康造成危害，也會造成環(huán)境污染，資源浪費和洗滌成本的增高。復(fù)合型清洗劑是以溶劑和表面活性劑為主復(fù)配而成的，由于其成分中含有部分有機溶劑，所以也存在環(huán)境污染和資源浪費等問題［2］。水基清洗劑具有以水代油、節(jié)省能源、安全可靠、減少污染和降低清洗成本等一系列優(yōu)越性，得到了廣泛的應(yīng)用。因此，使用以表面活性劑為主要成分的水基清洗劑來代替或部分代替溶劑型清洗劑和復(fù)合型清洗劑，已成為一種不可阻擋的趨勢［3］。本文研究了一種新型環(huán)保低泡的水基清洗劑，并考察了溫度、時間和活性物質(zhì)量分?jǐn)?shù)對脫脂率的影響規(guī)律。

1 實驗內(nèi)容

1.1 清洗劑的配制

實驗所選用的材料均為無重金屬、N、P等有害元素，生物降解性能好的綠色環(huán)保組分。本實驗選用的材料為氨基聚醚混合物、α-烴基磺酸鈉(AOS)、非離子表面活性劑、壬基酚聚氧乙烯醚(TX-10)、羧酸鹽防銹劑四種物質(zhì)。利用多種聚醚類表面活性劑和防銹劑進(jìn)行復(fù)配，既可以提高清洗劑的性能又能控制泡沫過多。

根據(jù)多次實驗，通過改變成分與比例進(jìn)行復(fù)配，棄去其中分層的樣品，得到穩(wěn)定均一、透明的樣品用于進(jìn)一步篩選。最終確定清洗劑的組成如表1。

表1 清洗劑組成

1.2 清洗劑性能測試

主要儀器和材料:BS210S電分析天平，恒溫水浴，DGL-2001型電熱干燥器，150mL燒杯，試片尺寸為d=20mm HT300灰鑄鐵和50mm×50mm×5mm的45#碳鋼片，150#液壓油。

1.2.1 清洗能力試驗

1)將3片打磨好并經(jīng)乙醇及丙酮擦拭干凈的灰鑄鐵試片在天平上稱量，準(zhǔn)確到0.1mg。此質(zhì)量以m1表示。

2)將試片一面均勻地涂上油污，其余表面不涂覆，油污質(zhì)量控制在50～80mg之間，準(zhǔn)確稱量到0.1mg。此質(zhì)量以m2表示。

3)將浸油并稱量后的試片置于盛有50mL清洗液的150mL的燒杯中，靜置3min，再在200mL蒸餾水中清洗10次，取出試片放在干燥器中干燥5min后取出，在天平上稱量。此質(zhì)量以m3表示。m2～m3為被清洗掉的油污質(zhì)量。

4)清洗能力以清洗率(W)表示，并按下式計算:

W=(m2－m3)/(m2－m1)

5)對碳鋼試片進(jìn)行脫脂率的測定，方法同上［4］。

1.2.2 防銹性試驗

將清洗后的灰鑄鐵試片和碳鋼試片在常溫下靜置24h進(jìn)行防銹性能測試。

1.2.3 耐蝕性試驗

1)將打磨并清洗的2塊同種材質(zhì)試片分別在分析天平上稱量得m4，然后用尼龍絲扎結(jié)牢固，吊掛于500mL廣口瓶中，試片不得互相接觸。

2)把所配制的清洗液預(yù)熱至(40±2)℃，倒入廣口瓶中，并使試液高于試片頂端約10mm，然后加蓋，于(40±2)℃下恒溫放置。

3)試驗8h后，趁熱取出試片，經(jīng)蒸餾水漂洗后，再用無水乙醇清洗兩次，立即熱風(fēng)吹干，與新打磨清洗好的試片進(jìn)行對比，并檢查外觀，去掉尼龍絲再次稱量得m5，m5-m4即為質(zhì)量變化［5］。

1.2.4 消泡性試驗

1)將所配制的清洗劑溶液預(yù)熱至(30±2)℃。

2)將試液倒入量筒中，使液面距筒塞下端面70mm，蓋上塞子。在(30±2)℃的電烘箱中放置l0min后取出，立即上下?lián)u動1min，上下?lián)u動的距離約為0.33m，頻率約100～110次/min。

3)搖動完畢后，打開筒塞。將盛有試液的量筒置于(30±2)℃的電烘箱中靜置10min，觀察泡沫消失情況，記下殘留泡沫高度(應(yīng)為泡沫高、低峰值的平均數(shù))。

1.2.5 耐溫試驗

1)高溫試驗:將清洗劑倒入量筒，加塞后放入(60±2)℃干燥箱中，6 h后取出，恢復(fù)到室溫下，觀察外觀。

2)低溫試驗:經(jīng)高溫試驗無變化的試樣放入冰箱，在冷凍條件下保持24h。取出恢復(fù)到室溫，觀察外觀［6］。

2 結(jié)果與討論

2.1 清洗劑性能的測試結(jié)果

試驗結(jié)果表明:該清洗劑具有非常優(yōu)良的清洗能力，在24h內(nèi)防銹性能優(yōu)異，泡沫低，耐溫穩(wěn)定性好，對金屬的腐蝕率低，試驗結(jié)果見表2。

表2 清洗劑性能

2.2 清洗率與清洗時間的關(guān)系

沾有油污的45#碳鋼試片在室溫條件下，清洗劑的W與時間的關(guān)系見圖1。

圖1 清洗率與清洗時間的關(guān)系

2.3 清洗率與清洗溫度的關(guān)系

圖2為溫度與清洗率關(guān)系曲線。由圖2可以看出清洗率隨著溫度的升高而逐漸提高，這是由于表面活性劑的分散和增溶作用隨著溫度的升高而逐漸增高［7］。該清洗劑在常溫下即可達(dá)到較高的清洗率，35℃時清洗率達(dá)到100%。

圖2 清洗率與清洗溫度的關(guān)系

2.4 清洗率與清洗劑表面活性物質(zhì)含量的關(guān)系

在典型配方基礎(chǔ)上，加水配制成不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)活性物的清洗劑進(jìn)行清洗率對比試驗，結(jié)果見圖3。

從圖3中看出，如果表面活性物質(zhì)量分?jǐn)?shù)太低，清洗劑對油污的溶解和膨潤能力也隨之降低，清洗率降低。表面活性物質(zhì)量分?jǐn)?shù)太高時，不利于對油污的濕潤和滲透，而且較難降低油相和水相之間的表面張力，清洗率有所降低［8］。實驗結(jié)果表明，本清洗劑的w(表面活性物質(zhì))在4.2%～4.7%之間清洗效率較高。

圖3 清洗率與w(表面活性物質(zhì))的關(guān)系

3 結(jié)論

1)本清洗劑的典型配方為:2%氨基聚醚混合物、0.3%～0.4%AOS、0.5%～0.6%TX-10、1.2%～1.3%羧酸鹽防銹劑。該清洗劑具有良好的清洗和防銹能力，除油率高，常溫下清洗率可達(dá)100%。清洗時間短，5min即可達(dá)到比較好的清洗效果。各項技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到或超過國家標(biāo)準(zhǔn)。

2)該清洗劑具有不揮發(fā)、安全無毒，使用過程對皮膚無傷害等特點;便于運輸與儲存;操作簡單。

3)清洗劑中的表面活性劑生物降解性好，便于清洗廢液的處理，是一種對環(huán)境友好的水基清洗劑。

［1］周慧芳.水基金屬清洗劑的推廣和應(yīng)用［J］.腐蝕與防護，1990，11(5):256-260.

［2］張?zhí)靹?緩蝕劑［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006: 40-51.

［3］張益民.對水基金屬油污清洗劑發(fā)展的認(rèn)識［M］.北京:石油工業(yè)出版社，1996:101-318.

［4］李茂生.金屬清洗技術(shù)進(jìn)展［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004:61-72.

［5］秦國治，田志明.工業(yè)清洗及應(yīng)用實例［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006:12-14.

［6］王毓民.金屬加工過程中的清洗與銹［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2009:1-5.

［7］張康夫，王余高，屠偉剛.水基金屬加工液［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007:11-15.

［8］魏竹波，周繼雄.金屬清洗技術(shù)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007:311-315.

Development of an Environment Friendly Water-based Degreasing Agent

WANG Hui，ZHAO Yong-wu，WANG Yong-guang
(School of Mechanical Engineering，Jiangnan University，Wuxi 214122，China)

An environment friendly water-based degreasing agent was developed.Effects of mass percentage of active substance in the degreasing agent，degreasing temperature and time on the degreasing efficiency of the degreasing agent were investigated.The optimum composition of the degreasing agent was established as follows(in mass%):amino polyether mixture 2.0，AOS(α-alkyl sodium sulfonate) 0.3～0.4，TX-10 0.4～0.5，carboxylic acid salt anti-rust agent 1.2～1.3 and water the balance.The degreasing agent has the advantages of stability，low foam and nontoxic.The degreasing agent has very high degreasing efficiency reaching 100%within 6 minutes even at room temperature and has excellent anti-rust power for carbon steel and cast iron.

water-based degreasing agent;anti-rust;greasy dirt;efficient

X781.1

:A

1001-3849(2010)10-0012-03

2010-05-30

:2010-06-30