CN109136957B - 一种水基型环保金属清洗剂及其制备方法 - Google Patents

一种水基型环保金属清洗剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种水基型环保金属清洗剂，包括聚合物表面活性剂、小分子化合物表面活性剂、螯合剂、缓蚀剂、消泡剂、助剂、中和剂、去离子水；所述聚合物表面活性剂包括丙烯酸脂肪醇酯、马来酸酐、丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯、苯乙烯磺酸钠、油酸二乙醇酰胺、引发剂、二乙二醇醚类亲水性溶剂、去离子水。本发明通过制备聚合物表面活性剂，并复配低分子表面活性剂和其他功能性添加剂，得到对金属无腐蚀、清洗快速、易于漂洗、无污染的水基型环保金属清洗剂。

Description

一种水基型环保金属清洗剂及其制备方法
技术领域
本发明属于金属清洗领域，具体涉及到一种水基型环保金属清洗剂及其制备方法。
背景技术
金属清洗剂用于金属加工的预处理，主要包括零部件生产中的清洗、维护清洗等，在工业生产中应用广泛。金属清洗剂包括酸性化学清洗剂、碱性化学清洗剂、溶剂型清洗剂、半水基型清洗剂、水基型清洗剂等。其中酸性清洗剂由于对金属有腐蚀，对环境有污染、对人体有伤害，已经基本被淘汰。碱性清洗剂对矿物油的清洗效果一般，还需要加热，对铜、铅、锌等有色金属有腐蚀。溶剂型清洗剂成本高、对水性脏污则无法清洗、污染环境、还存在易燃易爆的风险。半水基金属清洗剂指的是以水和溶剂为清洗介质，仍存在成本高、不环保的缺点。水基型清洗剂一般指的是采用表面活性剂、助洗剂与去离水等按一定的比例复配而成的清洗剂；清洗原理主要是利用表面活性剂的乳化、渗透、分散与抗再沉积能力对油污脏污进行清洗。水基型清洗剂的优点是：(1)适用面很广，不仅对动植油有很好的清洗能力，对矿物油也有很好的清洗作用；(2)对金属基体腐蚀小，可用于黑色金属与有色金属；(3)对一些结构体、盲孔、死角等都能清洗得很彻底。因此，水基型清洗剂应用越来越广，但是水基型清洗剂仍存在不易漂洗、容易造成环境污染等问题。
目前已经有不同的水基型金属清洗剂，专利CN 104711616 B公开了一种水基型金属清洗剂，包括阴离子表面活性剂，非离子表面活性剂I、非离子表面活性剂II、非离子表面活性剂III、缓蚀剂、助剂、有机碱、消泡剂和水，但是该清洗剂的成本较高、容易腐蚀非铝、非钢铁类金属等问题。专利CN 108486588 A公开了一种水基型金属清洗剂，包括硅酸钠、三聚磷酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、乙酰基酒石、月桂酸二乙醇酰胺、苯甲酸钠、三乙醇胺、三乙醇胺油酸皂、硼砂、消泡剂、泡沫稳定剂，但是清洗效果较差、清洗速度较慢，残留较多。由此可见，现有的水基型金属清洗剂仍然需要改进。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种水基型环保金属清洗剂及其制备方法，通过制备聚合物表面活性剂，并复配低分子表面活性剂和其他功能性添加剂，制备得到对金属无腐蚀、清洗快速、易于漂洗、无污染的水基型环保金属清洗剂。
为了达到上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种水基型环保金属清洗剂，各组分及其所占质量百分比为：聚合物表面活性剂40％-50％、小分子化合物表面活性剂1％-3％、螯合剂0.6％-0.8％、缓蚀剂0.1％-0.4％、消泡剂0.1％-0.2％、助剂0.001％-0.006％、中和剂1％-2％、去离子水40％-55％；
所述聚合物表面活性剂的各单体及其所占质量百分比为：丙烯酸脂肪醇酯6％-7％、马来酸酐0.9％-1.1％、丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯7％-9％、苯乙烯磺酸钠1％-3％、油酸二乙醇酰胺0.9％-1.1％、引发剂1％-2％、二乙二醇醚类亲水性溶剂40％-50％、去离子水30％-40％。
优选地，所述丙烯酸脂肪醇酯为丙烯酸月桂醇酯、丙烯酸十三醇酯、丙烯酸十四醇酯、丙烯酸十六醇酯、丙烯酸十八醇酯的一种或一种以上的混合物。
优选地，所述丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯中聚乙二醇单甲醚的分子量为400、600或1000。
优选地，所述丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯替换为甲基丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯、马来酸单聚乙二醇单甲醚酯或马来酸二聚乙二醇单甲醚酯中的一种。
优选地，所述二乙二醇醚类亲水性溶剂为二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇单丁醚中的一种或一种以上的混合物。
优选地，所述引发剂为过氧化苯甲酰。
优选地，所述聚合物表面活性剂的分子量为3000-10000。
优选地，所述聚合物表面活性剂的分子量为4000-6000。
优选地，所述聚合物表面活性剂的HLB值为10-16。
优选地，所述聚合物表面活性剂的HLB值为12-15。
优选地，所述小分子化合物表面活性剂为磺化琥珀酸二仲辛酯钠盐、脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种或两种。
优选地，所述螯合剂为EDTA、聚羧酸中的一种或两种。
优选地，所述缓蚀剂为亚硝酸钠、硼砂中的一种或两种。
优选地，所述消泡剂为聚醚、硅油中的一种或两种。
优选地，所述中和剂为三乙醇胺。
优选地，所述助剂为香精、防腐剂中的一种或两种。
上述一种水基型环保金属清洗剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)在混合釜中依次加入二乙二醇醚类亲水性溶剂、丙烯酸脂肪醇酯、马来酸酐、丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯和苯乙烯磺酸钠，其中二乙二醇醚类亲水性溶剂与其余组分的重量比为1:9；混合均匀后，加入引发剂，搅拌至引发剂完全溶解，得到单体溶液；
(2)将油酸二乙醇酰胺和剩余的二乙二醇醚类亲水性溶剂投入到反应釜中，搅拌、升温至90℃，然后将混合釜中的单体溶液慢慢滴加到反应釜中，滴加过程中控制反应温度不超过95℃整个滴加过程的时间为2h-3h；单体溶液滴加完成后，保持反应釜中温度继续反应2h，然后缓慢升温至100℃，保温2h，反应釜中聚合反应结束；
(3)反应釜中降温至60℃，然后向反应釜中加入去离子水，充分搅拌混合均匀后，得到聚合物表面活性剂；
(4)将步骤(3)得到的聚合物表面活性剂转移至新的混合釜中，依次加入小分子化合物表面活性剂、缓蚀剂、消泡剂、螯合剂和助剂，再加入中和剂，最后加入去离子水，搅拌均匀，得到水基型环保金属清洗剂。
优选地，所述步骤(4)得到的水基型环保金属清洗剂能加入5倍-20倍体积的去离子水进行稀释。
本发明的一种水基型环保金属清洗剂中发挥主要作用的是聚合物表面活性剂，聚合物表面活性剂通过亲油性的单体(如丙烯酸脂肪醇酯等)，非离子型的亲水性单体(如丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯等)，阴离子型的亲水单体(如苯乙烯磺酸钠等)和其它功能性单体，通过聚合反应生成聚合物表面活性剂，同时严格控制生成的聚合物表面活性剂的分子量，从而使得制备得到的聚合物表面活性剂具有优异的乳化、渗透、分散与抗再沉积能力。将聚合物表面活性剂复配低分子表面活性剂和其它功能性添加剂，如螯合剂、缓蚀剂、消泡剂、助剂、中和剂，最终得到水基型环保金属清洗剂。根据需要清洗的金属的油污轻重程度，可对本发明的水基型环保金属清洗剂进行适当稀释后进行钢、铝合金、铜等金属的清洗。
采用上述技术方案，本发明实现的有益效果如下：
(1)本发明的水基型环保金属清洗剂不含酚、磷等对环境有污染的化学物质，不含易挥发的有机溶剂，无污染，可以对不同金属或金属制品进行清洗。
(2)本发明的水基型环保金属清洗剂对金属没有腐蚀、清洗快速、易于漂洗、无污染。
(3)本发明制备的聚合物表面活性剂具有优异的乳化、渗透、分散与抗再沉积能力，保证水基型环保金属清洗剂发挥良好的金属清洗效果。
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明本发明。
实施例1
一种水基型环保金属清洗剂，各组分及其质量为：聚合物表面活性剂1025kg、磺化琥珀酸二仲辛酯钠盐20kg和脂肪醇聚氧乙烯醚AEO9 20kg、EDTA 10kg和聚羧酸5kg、亚硝酸钠5kg、聚醚2kg和硅油1kg、香精0.1kg、三乙醇胺30kg、去离子水1000kg；
所述聚合物表面活性剂的各单体及其质量为：丙烯酸月桂醇酯70kg、马来酸酐10kg、丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯AM-130G 80kg、苯乙烯磺酸钠20kg、油酸二乙醇酰胺10kg、过氧化苯甲酰15kg、二乙二醇二甲醚470kg、去离子水350kg。
所述丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯AM-90G中聚乙二醇单甲醚的分子量为400。
本实施例1的聚合物表面活性剂的分子量为5000，分子量大小通过凝胶色谱仪测量。
本实施例1的聚合物表面活性剂的HLB值为12-15。
上述一种水基型环保金属清洗剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)在250L混合釜中依次加入20kg的二乙二醇二甲醚、70kg的丙烯酸月桂醇酯、10kg的马来酸酐、80kg的丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯AM-90G和20kg的苯乙烯磺酸钠，混合均匀后，加入15kg的过氧化苯甲酰，搅拌至过氧化苯甲酰完全溶解，得到单体溶液；
(2)将10kg的油酸二乙醇酰胺和450kg的二乙二醇二甲醚投入到1500L反应釜中，搅拌、升温至90℃，然后将混合釜中的单体溶液慢慢滴加到反应釜中，滴加过程中控制反应温度不超过95℃，整个滴加过程的时间为2h-3h；单体溶液滴加完成后，保持反应釜中温度继续反应2h，然后再缓慢升温至100℃，保温2h，反应釜中聚合反应结束；
(3)反应釜中降温至60℃，然后向反应釜中加入350kg的去离子水，充分搅拌混合均匀后，得到溶液浓度为20％左右的聚合物表面活性剂，此时反应釜中温度大约在40℃；
(4)将步骤(3)得到的聚合物表面活性剂转移至2500L的混合釜中，依次加入20kg的磺化琥珀酸二仲辛酯钠盐和20kg的脂肪醇聚氧乙烯醚AEO9、5kg的亚硝酸钠、2kg的聚醚和1kg的硅油、10kg的EDTA和5kg的聚羧酸、0.1kg的香精，再加入30kg的三乙醇胺，最后加入1000kg的去离子水，搅拌均匀，得到溶液浓度为15％的水基型环保金属清洗剂，pH为7-8；
(5)根据需要清洗的金属的油污轻重程度，将水基型环保金属清洗剂加入5倍-20倍体积的去离子水进行稀释，然后用于金属的清洗。
对水基型环保金属清洗剂进行性能表征，按JB/T4323.2-1999中规定进行，分别测定45#钢腐蚀性能、防锈性、脱脂率(40℃)、除油能力(25℃)、漂洗性、高低温稳定性。
对实施例1中得到的水基型环保金属清洗剂进行上述相关性能测试后得到的测试结果如表1所示。
表1实施例1的水基型环保金属清洗剂性能测试结果
实验性能 实施例1
45#钢腐蚀性能 表面无腐蚀点、光洁如新
防锈性 无锈点
脱脂率(40℃) 94％
除油能力(25℃) 96％
漂洗性 无残留物
高低温稳定性 均匀不分层
根据表1结果可知，本实施例1制备得到的水基型环保金属清洗剂具有良好的清洗效果，对金属没有腐蚀、防锈、易于漂洗、稳定性高。
实施例2
一种水基型环保金属清洗剂，各组分及其所占质量百分比为：聚合物表面活性剂40％、小分子化合物表面活性剂3％、螯合剂0.6％、缓蚀剂0.1％、消泡剂0.2％、助剂0.006％、中和剂1％、去离子水55％；
所述聚合物表面活性剂的各单体及其所占质量百分比为：丙烯酸脂肪醇酯6％、马来酸酐0.9％、丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯9％、苯乙烯磺酸钠3％、油酸二乙醇酰胺1.1％、引发剂2％、二乙二醇醚类亲水性溶剂42％、去离子水36％。
所述丙烯酸脂肪醇酯包括但不限于丙烯酸月桂醇酯、丙烯酸十三醇酯、丙烯酸十四醇酯、丙烯酸十六醇酯、丙烯酸十八醇酯的一种或一种以上的混合物。
所述丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯中聚乙二醇单甲醚的分子量包括但不限于400、600或1000。
所述丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯可替换为甲基丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯、马来酸单聚乙二醇单甲醚酯或马来酸二聚乙二醇单甲醚酯等类似单体中的一种。
所述二乙二醇醚类亲水性溶剂包括但不限于二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇单丁醚中的一种或一种以上的混合物。
所述引发剂为过氧化苯甲酰，但并不限于过氧化苯甲酰。
所述聚合物表面活性剂的分子量为3000-10000。
所述聚合物表面活性剂的HLB值为10-16。
所述小分子化合物表面活性剂为磺化琥珀酸二仲辛酯钠盐、脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种或两种。
所述螯合剂为EDTA、聚羧酸中的一种或两种。
所述缓蚀剂为亚硝酸钠、硼砂中的一种或两种。
所述消泡剂为聚醚、硅油中的一种或两种。
所述中和剂为三乙醇胺，但并不限于三乙醇胺。
所述助剂包括但不限于香精、防腐剂中的一种或一种以上的混合物。
上述一种水基型环保金属清洗剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)在混合釜中依次加入二乙二醇醚类亲水性溶剂、丙烯酸脂肪醇酯、马来酸酐、丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯和苯乙烯磺酸钠，其中二乙二醇醚类亲水性溶剂与其余组分的重量比为1:9；混合均匀后，加入引发剂，搅拌至引发剂完全溶解，得到单体溶液；
(2)将油酸二乙醇酰胺和剩余的二乙二醇醚类亲水性溶剂投入到反应釜中，搅拌、升温至90℃，然后将混合釜中的单体溶液慢慢滴加到反应釜中，滴加过程中控制反应温度不超过95℃整个滴加过程的时间为2h-3h；单体溶液滴加完成后，保持反应釜中温度继续反应2h，然后缓慢升温至100℃，保温2h，反应釜中聚合反应结束；
(3)反应釜中降温至60℃，然后向反应釜中加入去离子水，充分搅拌混合均匀后，得到聚合物表面活性剂；
(4)将步骤(3)得到的聚合物表面活性剂转移至新的混合釜中，依次加入小分子化合物表面活性剂、缓蚀剂、消泡剂、螯合剂和助剂，再加入中和剂，最后加入去离子水，搅拌均匀，得到水基型环保金属清洗剂。
(5)所述步骤(4)得到的水基型环保金属清洗剂加入5倍-20倍体积的去离子水进行稀释，对金属进行清洗。
上述虽然结合实施例对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种水基型环保金属清洗剂，其特征在于：各组分及其所占质量百分比为：聚合物表面活性剂40％-50％、小分子化合物表面活性剂1％-3％、螯合剂0.6％-0.8％、缓蚀剂0.1％-0.4％、消泡剂0.1％-0.2％、助剂0.001％-0.006％、中和剂1％-2％、去离子水40％-55％；
所述聚合物表面活性剂的各单体及其所占质量百分比为：丙烯酸脂肪醇酯6％-7％、马来酸酐0.9％-1.1％、丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯7％-9％、苯乙烯磺酸钠1％-3％、油酸二乙醇酰胺0.9％-1.1％、引发剂1％-2％、二乙二醇醚类亲水性溶剂40％-50％、去离子水30％-40％；
制备方法包括以下步骤：
(1)在混合釜中依次加入二乙二醇醚类亲水性溶剂、丙烯酸脂肪醇酯、马来酸酐、丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯和苯乙烯磺酸钠，其中二乙二醇醚类亲水性溶剂与其余组分的重量比为1:9；混合均匀后，加入引发剂，搅拌至引发剂完全溶解，得到单体溶液；
(2)将油酸二乙醇酰胺和剩余的二乙二醇醚类亲水性溶剂投入到反应釜中，搅拌、升温至90℃，然后将混合釜中的单体溶液慢慢滴加到反应釜中，滴加过程中控制反应温度不超过95℃，整个滴加过程的时间为2h-3h；单体溶液滴加完成后，保持反应釜中温度继续反应2h，然后缓慢升温至100℃，保温2h，反应釜中聚合反应结束；
(3)反应釜中降温至60℃，然后向反应釜中加入去离子水，充分搅拌混合均匀后，得到聚合物表面活性剂；
(4)将步骤(3)得到的聚合物表面活性剂转移至新的混合釜中，依次加入小分子化合物表面活性剂、缓蚀剂、消泡剂、螯合剂和助剂，再加入中和剂，最后加入去离子水，搅拌均匀，得到水基型环保金属清洗剂。
2.根据权利要求1所述的一种水基型环保金属清洗剂，其特征在于：所述丙烯酸脂肪醇酯为丙烯酸月桂醇酯、丙烯酸十三醇酯、丙烯酸十四醇酯、丙烯酸十六醇酯、丙烯酸十八醇酯的一种或一种以上的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种水基型环保金属清洗剂，其特征在于：所述丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯中聚乙二醇单甲醚的分子量为400、600或1000。
4.根据权利要求1或3所述的一种水基型环保金属清洗剂，其特征在于：所述丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯替换为甲基丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯、马来酸单聚乙二醇单甲醚酯或马来酸二聚乙二醇单甲醚酯中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种水基型环保金属清洗剂，其特征在于：所述二乙二醇醚类亲水性溶剂为二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇单丁醚中的一种或一种以上的混合物；所述引发剂为过氧化苯甲酰；所述小分子化合物表面活性剂为磺化琥珀酸二仲辛酯钠盐、脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种或两种；所述螯合剂为EDTA、聚羧酸中的一种或两种；所述缓蚀剂为亚硝酸钠、硼砂中的一种或两种；所述消泡剂为聚醚、硅油中的一种或两种；所述中和剂为三乙醇胺；所述助剂为香精、防腐剂中的一种或两种。
6.根据权利要求1所述的一种水基型环保金属清洗剂，其特征在于：所述聚合物表面活性剂的分子量为3000-10000。
7.根据权利要求1或6所述的一种水基型环保金属清洗剂，其特征在于：所述聚合物表面活性剂的分子量为4000-6000。
8.根据权利要求1所述的一种水基型环保金属清洗剂，其特征在于：所述聚合物表面活性剂的HLB值为10-16。
9.根据权利要求1或8所述的一种水基型环保金属清洗剂，其特征在于：所述聚合物表面活性剂的HLB值为12-15。
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