本发明涉及金属表面处理领域，具体涉及一种金属的水基无磷脱脂防锈除蜡剂及其制备方法和应用。
背景技术：
金属工件经过抛光蜡抛光后，蜡垢就以机械吸附、分子间吸附和静电力吸附等粘附方式残留在工件上。抛光蜡的主要成分有矿物油、动植物油、石蜡、天然蜡、树脂、硬脂酸以及磨料等。目前金属除蜡渍、脱脂、去油污的方法主要有下列几类：有机溶剂法、化学法、电化学法和水基清洗剂法等。常用有机溶剂不能完全去除抛光蜡，特别是其上的金属氧化物、碳化物等磨光料不能被有效清洗掉；而含氯溶剂不但毒性大，且有水解趋势，在湿性条件下，对工件会有腐蚀；同时，化学、电化学法除蜡脱脂都要用到强酸或强碱，会腐蚀金属，所以也不宜用于清洗。
水基型除蜡剂是以水为分散介质，绿色无毒，主要是通过表面活性剂的反转作用、润湿作用、渗透作用和净洗的作用，将附着在金属工件表面上的蜡清除掉。因此，它的使用效果是受温度控制的。通常，温度上升时，清洗剂的净洗能力增强，这是因为当温度升高，会加快蜡的溶解速度，但高温会造成资源浪费，也增加了操作成本。
此外，目前市场上的多种除蜡剂虽然可以在一定程度上清洗金属表面的抛光蜡和油脂，但是由于其组分、含量及工艺上的缺陷，防锈性很差，清洗后的金属制件容易生锈，因此，除蜡剂中会添加一些缓蚀剂以提高金属清洗之后的防锈性能。市场上使用最多的是有机磷缓蚀阻垢剂，有机磷缓蚀剂不仅缓蚀阻垢效果好，不会像铬酸盐那样带来水体重金属污染，也不会像无机磷酸盐那样生成磷酸钙沉淀。然而，有机磷缓蚀剂的大量使用却造成排放水体的富营养化，危害环境，近几年国家已经开始限制高浓度有机磷缓蚀阻垢剂的使用。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种水基无磷脱脂防锈除蜡剂及其制备方法和应用，适用于各种金属制件，如钢铁、不锈钢、铜、铝、锌及其合金表面，无需高温清洗，常温下即能够清除金属表面的抛光蜡、打磨蜡、油脂、油污、粉尘等污垢，具有使用浓度低、渗透性强、低泡、除蜡效率高等优点，不含强酸、氢氧化钠和无机盐、不可燃，不伤基体，清洗液化学稳定性好，使用寿命长，不含apeo非离子表面活性剂，绿色无毒，不含磷，排放后不会污染水体环境，并且具有良好的防锈性能。
为了实现上述目的，本发明提供一种水基无磷脱脂防锈除蜡剂，其由以下重量比的配方组成：
阴离子羧酸型高分子表面活性剂15~20%，
二乙醇胺油酸皂15~20%，
聚乙烯吡咯烷酮10~18%
烷醇酰胺磷酸酯9~16%
双烯基丁二酰亚胺6~10%，
渗透剂ta-25~9%，
s-羧乙基硫代琥珀酸1~3%，
聚乙二醇40010~15%，
余量为去离子水。
其中，所述阴离子羧酸型高分子表面活性剂包括水溶性的聚丙烯酸及其共聚物、丁烯酸及其共聚物、丙烯酸马来酸酐共聚物等。高分子表面活性剂分子量高，除了具有良好的分散性、乳化性和稳泡性之外，与除蜡剂常用的低分子量阴离子表面活性剂相比，还具有低毒、良好的成膜性、粘附性，含有高分子表面活性剂的清洗剂能在清洗金属之后在其表面形成一层附着力良好的薄膜，与防锈剂、其他表面活性剂协同作用改善清洗剂的除蜡脱脂和防锈性能，尤其能提高清洗剂的持久防锈性能。
二乙醇胺油酸皂是一种低分子阴离子表面活性剂，相对于其它高级脂肪酸，油酸的水溶性、耐硬水性、高/低温除蜡能力皆较为突出，而且本团队在研究中发现，较单乙醇胺和三乙醇胺而言，二乙醇胺更具有良好的缓蚀、渗透、络合、碱储量等作用，因此本发明采用二乙醇胺油酸皂与羧酸型高分子表面活性剂作为复配型阴离子表面活性剂从而提高清洗剂的除蜡除油性能。本团队在研发过程中发现，油酸与二乙醇胺的摩尔比为1∶2的化合物除蜡性能最好，故选用该摩尔比形成的二乙醇胺油酸皂。
聚乙烯吡咯烷酮pvp是一种非离子高分子表面活性剂，具有良好的分散性、乳化性和抗污垢性，还具有成膜性、粘结性、增溶作用，一方面，pvp可与阴离子高分子表面活性剂共同成膜，在用清洗剂清洗之后，金属基材表面会覆盖一层高附着力、均匀稳定的薄膜，防锈剂均匀分散在这层高分子薄膜中，将金属与外界隔离，这种“屏障”会进一步提高金属基体的防锈性。另一方面，pvp作为非离子表面活性剂，能够同时与阴离子表面活性剂以及其它非离子表面活性剂复配，这种协同作用可表现出较低的表面张力，提高清洗剂的界面活性，大大提高去污率，获得很好的清洗效果。
本发明还采用非离子表面活性剂烷醇酰胺磷酸酯6503和阴离子表面活性剂的复配，通过阴离子表面活性剂的加入，扩大了非离子表面活性剂的浊点范围，可以形成混合胶团。由于非离子表面活性剂分子的“插入”，使得阴离子表面活性剂之间离子部分的斥力降低，再通过两个表面活性剂憎水链胶束之间的相互作用，使得胶团的生成变得更容易，从而使溶液的临界胶束值下降，表面张力也下降，表面活性增高。烷醇酰胺磷酸酯6503在硬水和盐水中都有极强的去污能力，该物质没有浊点，无需高温即能对动物油或矿物油有良好的脱除能力，清洗中还具有良好的稳泡性、优异的乳化和防锈性能。
双烯基丁二酰亚胺t154为油溶性高分子分散剂，具有防锈性、突出的低温分散性、增溶作用和较好的高温稳定性，其在油性介质中的分散能力一般远远高于低分子分散剂。渗透剂ta-2低泡、高浊点，具有极好的附着力，渗透力较强，在高温或低温时均表现出一流的除油和除蜡能力，s-羧乙基硫代琥珀酸是一种绿色环保高效缓蚀剂，处理效果优于磷系缓蚀剂，而且极易被生物降解，不会对环境带来污染，聚乙二醇400助溶剂可增加组分之间的溶解性，提高清洗液的物理和化学稳定性。
本发明还提供一种水基无磷脱脂防锈除蜡剂的制备方法，包括如下步骤：（1）按重量份称取各组分，首先将一半重量的去离子水加入到反应釜中，然后加入二乙醇胺油酸皂和烷醇酰胺磷酸酯，开动搅拌器充分拌搅，加热到50℃，待分散均匀后，降温冷却，得到溶液i；（2）依次将阴离子羧酸型高分子表面活性剂、聚乙烯吡咯烷酮、双烯基丁二酰亚胺、聚乙二醇400、渗透剂ta-2、s-羧乙基硫代琥珀酸加入到溶液i中，搅拌溶解，同时慢慢加入剩余的去离子水，加热到50℃，搅拌至呈淡黄色黏稠液体，冷却至室温，即得所述水基无磷脱脂防锈除蜡剂。其中步骤（1）和步骤（2）的搅拌速度分别为60~80rpm和100~150rpm。
本发明还提供一种水基无磷脱脂防锈除蜡剂的应用方法，包括如下步骤：（1）稀释，将所述清洗剂与去离子水混合均匀，配置成3%、5%或7%的工作液；（2）常温下，将待除蜡的金属制件浸没于工作液中进行浸泡清洗，或超声波清洗，清洗时间5~10min；（3）清洗完毕后，用蒸馏水冲洗金属制件，最后用烘箱或电吹风吹干。
有益效果
本发明的技术方案具有如下的有益效果：
（1）本发明提供的除蜡剂应用广泛，适用于各种金属制件，如钢铁、不锈钢、铜、铝、锌及其合金表面；
（2）不受限于温度控制，无需高温清洗，常温下即能够清除金属表面的抛光蜡、打磨蜡、油脂、油污、粉尘等污垢；
（3）使用浓度低、渗透性强、低泡、除蜡效率高，使用寿命长，金属在清洗之后可以起到防锈的效果；
（4）不含强酸、氢氧化钠和无机盐，不可燃，不腐蚀基体，清洗液化学稳定性好，不含apeo非离子表面活性剂，绿色无毒，不含磷，排放后不会污染水体环境；
（5）适应于超声波或浸泡清洗，操作方便，用时短，效率高；
（6）具有良好的低温和高温稳定性，均匀、无沉淀、不分层。
具体实施方式
实验材料：钢铁片5cm×10cm，市售抛光蜡。
工作液的制备方法包括如下步骤：（1）按重量份称取各组分，首先将一半重量的去离子水加入到反应釜中，然后加入二乙醇胺油酸皂和烷醇酰胺磷酸酯，开动搅拌器充分拌搅，加热到50℃，待分散均匀后，降温冷却，得到溶液i；（2）依次将阴离子羧酸型高分子表面活性剂、聚乙烯吡咯烷酮、双烯基丁二酰亚胺、聚乙二醇400、渗透剂ta-2、s-羧乙基硫代琥珀酸加入到溶液i中，搅拌溶解，同时慢慢加入剩余的去离子水，加热到50℃，搅拌至呈淡黄色黏稠液体，冷却至室温，即得。其中步骤（1）和步骤（2）的搅拌速度分别为60rpm和100rpm。
除蜡效果试验：(1)将抛光蜡用小刀切割后，溶解于乙酸乙酯溶剂中，得到质量分数为20%的溶液；(2)将清洗干净的钢铁片吹干，称重，记录其质量为m0；(3)将钢铁片浸入搅拌均匀的抛光蜡溶液中，提取后静置，晾干；(4)将涂上抛光蜡的钢铁片置于烘箱中，150℃烘干30min，冷却后称重，记录其质量为m1；(5)将钢铁片静置于以下实施例和对比例的工作液（将清洗液用去离子水稀释为5%的浓度即得工作液）中超声波除蜡，8min后取出，用蒸馏水冲洗，吹干，称重，记录其质量为m2；(6)计算除蜡能力：(m2-m1)/(m1-m0)×100%。
防锈性试验：将清洗后的钢铁片在常温下静置，观察其防锈性。
实施例1
按照表1的配方测试不同组成的醇胺型油酸皂对钢铁片表面的抛光蜡的去除能力。
表1醇胺型油酸皂的除蜡能力
从表1可以看出，油酸与二乙醇胺的摩尔比为1∶2的化合物除蜡性能最好，故选用该摩尔比形成的二乙醇胺油酸皂进行以下的实施例。
实施例2
一种水基无磷脱脂防锈除蜡剂，由以下重量百分比的组分组成：
聚丙烯酸或其共聚物、丁烯酸或其共聚物、或丙烯酸马来酸酐共聚物18%，
二乙醇胺油酸皂15%，
聚乙烯吡咯烷酮12%
烷醇酰胺磷酸酯10%
双烯基丁二酰亚胺8%，
渗透剂ta-26%，
s-羧乙基硫代琥珀酸2%，
聚乙二醇40010%，
余量为去离子水。
实施例3
一种水基无磷脱脂防锈除蜡剂，由以下重量百分比的组分组成：
阴离子羧酸型高分子表面活性剂（与实施例2的组分相同）20%，
二乙醇胺油酸皂18%，
聚乙烯吡咯烷酮15%
烷醇酰胺磷酸酯12%
双烯基丁二酰亚胺9%，
渗透剂ta-27%，
s-羧乙基硫代琥珀酸3%，
聚乙二醇40010%，
余量为去离子水。
实施例4
一种水基无磷脱脂防锈除蜡剂，由以下重量百分比的组分组成：
阴离子羧酸型高分子表面活性剂（与实施例2的组分相同）15%，
二乙醇胺油酸皂20%，
聚乙烯吡咯烷酮18%
烷醇酰胺磷酸酯14%
双烯基丁二酰亚胺7%，
渗透剂ta-28%，
s-羧乙基硫代琥珀酸1%，
聚乙二醇40010%，
余量为去离子水。
对比例1
一种水基无磷脱脂防锈除蜡剂，不含阴离子羧酸型高分子表面活性剂，其余组分组成与实施例2相同。
对比例2
一种水基无磷脱脂防锈除蜡剂，不含二乙醇胺油酸皂，其余组分组成与实施例2相同。
对比例3
一种水基无磷脱脂防锈除蜡剂，不含聚乙烯吡咯烷酮，其余组分组成与实施例2相同。
对比例4
一种水基无磷脱脂防锈除蜡剂，不含烷醇酰胺磷酸酯，其余组分组成与实施例2相同。
由以上实施例和对比例制得的除蜡剂的各项性能指标如下表（表2）所示。
将钢铁片基材替换为不锈钢、铜、铝、锌及其合金，将抛光蜡替换为打磨蜡、油脂，获得与以上实施例和对比例相似趋势的结果。
由本发明提供的清洗液，其中（高分子）阴离子表面活性剂和（高分子）非离子表面活性剂复配可使表面活性最高，形成的薄膜具有优异的附着力和稳定性，与其他组分协同作用，获得的除蜡剂对抛光蜡的去除能力高于97%，对油污的去除能力高于95%，防锈性可维持40天，除蜡、脱脂和防锈效果显著。
以上所述是本发明的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
表2