中性无磷水基金属清洗剂的制备方法与流程

本发明涉及金属清洗剂的制备技术领域，尤其是涉及一种中性无磷水基金属清洗剂的制备方法。

背景技术：

目前，工业生产的钢铁制品封存防锈大多在其表面涂防锈油，因此在之后的电镀、涂装时需对其表面进行除油处理。金属清洗工作在很多行业领域都有涉及，且非常普遍。如在机械、冶金等工业生产中，无论是零件的加工装配，还是热处理、电镀以及产品封存包装和启封时，都要对金属表面进行清洗。附着在金属表面的污垢有各种灰尘、切屑、酸、碱、盐、手汗、油污等，这些污垢的大量存在，不仅会影响金属表面各个加工程序的顺序进行，而且还会造成和加速金属的腐蚀，从而降低产品质量，缩短使用寿命。

目前常用的金属清洗剂有溶剂清洗剂、碱性清洗剂、水基清洗剂三大类。其中溶剂清洗剂利用有机溶剂对油脂的溶解能力，与表面活性剂的乳化、增溶、分散性能相结合，可以很好的完成金属表面的去污、清洁要求。其包括煤油、汽油、柴油以及丙酮、四氯化碳、三氯化碳、乙烯等有机溶剂，虽然溶剂清洗剂有很强的清洗能力，很容易洗净金属表面的污垢，但大多数易燃，易挥发，会刺激人体的中枢神经，造成对人脑的伤害。另外，溶剂清洗剂易导致金属生锈，这样会浪费大量的资源，加重环境污染。据统计，我国每年用于机械清洗的汽油就达50万吨，目前国外颁布的法规已经禁止或严格限制使用其中的许多溶剂。限用或禁用的溶剂有1，1，1-三氯乙烷、三氯三氟乙烷、二氯氟乙烷、二氯甲烷、乙烯和乙二醇丁醚，限制的对象包括对大气臭氧层有潜在破坏性而导致全球变暖的化学药品、挥发性有机化学品(voc)。

随着国际石油危机的出现，节约能源问题是我们人类共同面临的难题，所以应研发新的清洗剂来代替。碱性清洗剂是在强碱性条件下通过皂化反应，使金属表面的油脂类污垢生成钠皂，分散或溶解在洗涤液中，从金属表面脱除。其主要成分是naoh、na2co3、na3po44、stpp等，洗涤力较差，通常用于清洗黑色金属表面的轻度油污和无机盐等污垢。水基清洗剂以表面活性剂为溶质、水为溶剂、金属硬表面为清洗对象的洗涤剂，具有粉状、液状和膏状三种，一般是弱碱性。其洗涤去污作用是借助于表面活性剂的润湿、渗透、乳化、分散、增溶等性质来实现的，是金属清洗工业的发展方向。目前，大多数市售的水基金属清洗剂都能很好地应用于机械行业加工件的除油清洗，但在电镀和涂装行业由于除油不彻底和耐酸性差，使得工件后续除锈水洗后表面大面积浸有水膜而表现出油花，严重影响电镀和涂装效果。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种中性无磷水基金属清洗剂的制备方法，很好的解决了现有清洗剂除油不彻底，含磷且碱性太强，不符合排放标准等技术难关，同时使用方便，节约能源。

为实现上述目的，本发明提供了一种中性无磷水基金属清洗剂的制备方法，包括以下步骤：首先将087型表面活性剂配置成4‰的溶液，其次再加入一定质量的无磷分散剂异构醇和硅酸钠进行混合搅拌，最后加入阴离子表面活性剂，同时加入适量的蒸馏水混合均匀，得到中性无磷水基金属清洗剂。

优选的，所述阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠。

优选的，所述087型表面活性剂的浓度为4g/l，无磷分散剂异构醇的浓度为2g/l-12g/l，硅酸钠的浓度为2g/l-32g/l，十二烷基硫酸钠的浓度为1g/l-2g/l。

优选的，使用上述中性无磷水基金属清洗剂制备试片，取相同规格的碳钢试片经水洗然后浸入配制好的中性无磷水基金属清洗剂中，浸泡10min-15min后取出先用自来水清洗，然后将其浸入到7.5％的盐酸中，浸泡1min后取出再用蒸馏水清洗。

优选的，所述087型表面活性剂的浓度为4g/l，无磷分散剂异构醇的浓度为12g/l，硅酸钠的浓度为4g/l，十二烷基硫酸钠的浓度为1g/l-2g/l。

因此，本发明采用上述结构的中性无磷水基金属清洗剂的制备方法，很好的解决了现有清洗剂除油不彻底，含磷且碱性太强，不符合排放标准等技术难关，同时使用方便，节约能源。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明0.125g十二烷基硫酸钠的浓度对电导率的影响；

图2为本发明0.25g十二烷基硫酸钠的浓度对电导率的影响；

图3为本发明0.375g十二烷基硫酸钠的浓度对电导率的影响；

图4为本发明0.5g十二烷基硫酸钠的浓度对电导率的影响；

图5为本发明临界胶束浓度与清洗剂质量关系曲线；

图6为本发明0.00g十二烷基硫酸钠a-t曲线；

图7为本发明0.125g十二烷基硫酸钠a-t曲线；

图8为本发明0.25g十二烷基硫酸钠a-t曲线；

图9为本发明0.375g十二烷基硫酸钠a-t曲线；

图10为本发明0.50g十二烷基硫酸钠a-t曲线；

图11为本发明0.625g十二烷基硫酸钠a-t曲线；

图12为本发明0.75g十二烷基硫酸钠a-t曲线；

图13为本发明0.875g十二烷基硫酸钠a-t曲线；

图14为本发明1.00g十二烷基硫酸钠a-t曲线；

图15为本发明1.25g十二烷基硫酸钠a-t曲线；

图16为本发明清洗剂浊度与十二烷基硫酸钠质量关系；

图17为本发明磷酸盐加入量与除油率关系曲线；

图18为本发明硅酸钠加入量与除油率关系曲线。

具体实施方式

本发明提供了一种中性无磷水基金属清洗剂的制备方法，包括以下步骤：首先将浓度为4g/l的087型表面活性剂配置成4‰的溶液，其次再加入一定质量的浓度为2g/l-12g/l的无磷分散剂异构醇和浓度为2g/l-32g/l的硅酸钠进行混合搅拌，最后加入浓度为1g/l-2g/l的阴离子表面活性剂，阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠，同时加入适量的蒸馏水混合均匀，得到中性无磷水基金属清洗剂。

使用上述中性无磷水基金属清洗剂制备试片，取相同规格的碳钢试片经水洗然后浸入配制好的中性无磷水基金属清洗剂中，浸泡10min-15min后取出先用自来水清洗，然后将其浸入到7.5％的盐酸中，浸泡1min后取出再用蒸馏水清洗。经过制得的中性无磷水基金属清洗剂处理后的碳钢试片会形成均一的水膜，将被测试片与评定板重合，用肉眼观察，并数出被测试片均匀水膜在评定板上的有效面积内所占的格子数与总格子数的比值作为试片的除油率(％)，估算出经不同清洗剂处理后的碳钢试样的除油率。将现有的不同型号的40多种表面活性剂按本发明的方法配成4‰的溶液，然后按本发明处理碳钢试片，除油时间为10min，测定除油率，进而初步筛选出较好的表面活性剂，实验记录见表1。由实验初步筛选出七个较好的表面活性剂，由于清洗剂内后续还得加入助洗剂，助洗剂的加入也会对表面活性剂除油效果有影响，所以用选出的七个表面活性剂配制溶液，分别加入3g无磷分散剂异构醇，测定除油率，除油时间改为5min，其他因素不变，继续选出最佳表面活性剂，实验数据见表2。由表1和表2中数据可知(087)的除油率在七个表面活性剂中最高，所以最终选择087型表面活性剂为最佳表面活性剂。

表1不同表面活性剂的除油率

表2最佳表面活性剂的筛选实验记录表

实施例1

由于铁片在从酸里取出的时候表面张力很大，迅速扩散至干性，使得铁片表面有的附有水，有的是迅速变干，不是均匀的水膜，所以加入可以降低表面张力的物质十二烷基硫酸钠。十二烷基硫酸钠的加入量通过临界胶束浓度和浊点来确定。

(1)临界胶束浓度的测定：

表面活性物质在水中形成胶束所需的最低浓度称为临界胶束浓度一cmc，在cmc点上由于溶液的结构改变导致溶液的电导率、渗透压、蒸汽压等物理性质及化学性质与浓度的关系曲线出现明显转折，且临界胶束浓度越小越好。取5个250ml的烧杯，加入1g表面活性剂087，无磷分散剂异构醇3g，1g硅酸钠，在分别加入0.00g，0.125g，0.25g，0.375g，0.50g十二烷基硫酸钠，贴好标签，加入适量蒸馏水溶解，然后定容到250ml的容量瓶中，贴好标签。然后将配成的五种不同的除油剂用吸量管分别取2，4，6，8，10，12，14，16，18，20，22ml定容至100ml容量瓶中(注意：表面活性剂容易起泡沫，加水稀释时要缓慢沿着壁加入)，先将恒温水浴锅调到25℃，安装好回流装置，将不同浓度的除油剂依次回流恒温到25℃，取约40ml倒入50ml锥形瓶中，用dds-307a型电导率仪先测定水的电导率，最后为空白值扣除，再依次测定十一个溶液的电导率值，测定是先用待测溶液荡洗电导池并冲洗电极三次，并将溶液恒温10min，读数稳定后记录三个数据取平均值，所读电导率单位为ms.cm-1。将所测数据列表记录并计算出每个样品的平均电导率值(见表3)，做出四个不同量十二烷基硫酸钠折点曲线如图4-图8所示：由图1-图4可知找出各个图中的折点可以得知临界胶束浓度与清洗剂质量的对应坐标分别为(0.125，140)，(0.25，40)，(0.375，60)，(0.50，60)。将各个折点作成曲线图如图5所示：当加入十二烷基硫酸钠0.25g/250ml-0.30g/250ml即1g/l-1.2g/l时电导率较小，临界胶束浓度较小。

表3电导率与十二烷基硫酸钠的质量关系表

(2)浊点的测定：

浊点是非离子表面活性剂的一个特性常数，其受表面活性剂分子结构和共存物质的影响。表面活性剂的水溶液，随温度的升高出现浑浊现象，表面活性剂由完全溶解表现为部分溶解，其转变时的温度即为浊点。浊点(cp)是非离子表面活性剂(ns)均匀胶束溶液发生相分离的温度，是非常重要的物理参数。试验中采用了分光光度法测定浊点，在250ml的烧杯中，按上述试验中的最优配比(1g的087，3g无磷分散剂异构醇，1g硅酸钠以及不同质量的十二烷基硫酸钠)通过控制温度的变化测出其变浑浊时的温度，温度越高说明该溶液的浊点越高，通过对浊点的测定，可以得出十二烷基硫酸钠的最优加入量。标准系列的配制：取10个250ml的烧杯，在最优配比(1g的087，3g无磷分散剂异构醇，1g硅酸钠)的基础上分别加入十二烷基硫酸钠(0g，0.125g，0.25g，0.375g，0.5g，0.625g，0.75g，0.825g，1.0g；1.125)配好摇匀待用。最大波长的选择：用十二烷基硫酸钠加入量为0.25g时的溶液为标准，将其倒入比色皿中，放入可见分光光度计中。从320nm的波长扫描最大吸收波长，记录不同波长下的吸光度值，选出最大吸收波长。数据记录见表4，可知最大吸收波长为330nm。不同配比的清洗剂溶液浊度的测定：用恒温水浴锅控制温度测定不同温度下的溶液的吸光度值，记录数据如表5和图6所示，可以得出不同配比的清洗剂溶液变混浊时的温度，变浑浊的温度越高说明十二烷基硫酸钠的加入量可以提高溶液的浊点。

表4波长与吸光度的关系

表5不同质量的十二烷基硫酸钠浊度的测定结果

由图6-图15可得到不同质量的十二烷基硫酸钠加入量的浊点，将各图的浊点与对应的十二烷基硫酸钠的加入量作图，如图16所示，在十二烷基硫酸钠的加入量为0.5g-1.25g时，溶液变浊的温度呈平稳趋势，考虑到实验误差和环境等因素，确定浊点约为85℃。综合考虑十二烷基硫酸钠的临界胶束浓度和浊点，十二烷基硫酸钠的加入量应该在1g/l-2g/l为宜。

实施例2

取六个250ml烧杯，分别在其中加入上面所选的087型表面活性剂1.00g，然后分别加入1.00g，2.00g，3.00g，4.00g，5.00g，6.00g无磷分散剂异构醇，按本发明的方法进行试片的处理，再测定除油率，除油时间为5min。实验结果如图17所示，可以看出无磷分散剂异构醇的加入有助于试件的除油，且随着加入量增加，除油率呈先增加后平缓的过程，当加入到一定量时，除油率基本不会有明显增加。又因为当加入无磷分散剂异构醇的量为3g/250ml即12g/l时除油效果在图17上处于最高点，所以确定的无磷分散剂异构醇加入量为12g/l。

实施例3

硅酸钠主要用于重垢型清洗剂的生产。具有良好的润湿和乳化性能，此外它还具有优异的防锈性能，能够减缓金属腐蚀，对于金属表面的处理有很好的作用，其加入量不必太大。取六个250ml的烧杯，加入1g上面所选的087型表面活性剂，3g无磷分散剂异构醇，然后在六个烧杯中分别加入0.5g、1.0g、1.5g、2.0g、4.0g、8.0g的硅酸钠，按照本发明的方法处理碳钢片，固定除油时间为5min，再测定除油率。实验结果如图18所示，可以看出随着硅酸钠加入量的增加，除油率一直处于平缓的趋势，表明硅酸钠对除油效果没有太大的影响，且少量硅酸钠即可有效的防止减缓金属的腐蚀，因此缓蚀剂硅酸钠的加入量为1g/250ml即4g/l。

因此，本发明采用上述结构的中性无磷水基金属清洗剂的制备方法，很好的解决了现有清洗剂除油不彻底，含磷且碱性太强，不符合排放标准等技术难关，同时使用方便，节约能源。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。