CN112538633B - 一种可回收循环利用的金属清洗剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可回收循环利用的金属清洗剂，由以下重量百分比的原料制备得到：水10‑90％；复合防锈剂0.01‑90％；单乙醇胺0.01‑30％；阴离子表面活性剂0.01‑90％；非离子表面活性剂0.01‑90％；两性表面活性剂0.01‑90％；增溶剂0.01‑20％；润湿分散剂0.01‑5％，本发明的金属清洗剂可以作为回用水，直接添加到水基金属切削液槽中，不会产生额外的清洗废液，并且不影响切削液的基本性能，能大幅降低总的废液排放量。

Description

一种可回收循环利用的金属清洗剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及金属清洗剂领域。更具体地说，本发明涉及一种可回收循环利用的金属清洗剂及其制备方法。

背景技术

在机械加工过程中，金属工件上往往会残留防锈油、冲压油、切削油等不同种类的油污，对后续的清洗工艺采用的清洗剂的清洗能力提出高难度的要求。传统的金属清洗过程中，大多采用溶剂型的清洗剂来清洗金属工件，例如：汽油、煤油、柴油等。这类有机溶剂型的清洗剂在使用过程中虽然能满足去油污和防腐蚀的要求，但是也存在易燃易爆的安全隐患，并且使用后产生的大量的废油会造成严重的环境污染。

近年来，随着环保要求的逐渐提高，工厂安全意识的不断提升，这些溶剂型的金属清洗剂逐渐被水基的清洗剂替换。目前国内外的水基金属清洗剂主要由表面活性剂、增溶助剂、防锈剂和水组成，通过切换各种功能组分的原料和用量来满足不同条件下的清洗和防锈要求。但是目前市面上大多数的清洗剂的使用条件有限，在高压喷淋条件下极易起泡，在高温条件下清洗剂组分析出而失效，低温条件下清洗能力不够。并且，水基的清洗剂使用周期短，一般一到两周就得换液，少则三到五天。虽然废液COD值不算很高，不会有溶剂型清洗剂的废油污染严重，但仍然避免不了产生大量的含油工业废水，仍需处理后才能排放。

发明内容

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种可回收循环利用的金属清洗剂，由以下重量百分比的原料制备得到：

其中，所述复合防锈剂由以下重量百分比的组分A、组分B和组分C混合而成；

组分A：苯并三氮唑 0.01-99.99％；

组分B：三乙醇胺硼酸酯 0.01-99.99％；

组分C：羧酸铵盐 0.01-99.99％。

根据本发明的一较佳实施例，所述的可回收循环利用的金属清洗剂，所述阴离子表面活性剂为烷基磺酸盐、磷酸盐中的一种或多种。

根据本发明的一较佳实施例，所述的可回收循环利用的金属清洗剂，所述非离子表面活性剂为聚氧乙烯烷基酰胺、壬基酚聚氧乙烯醚、长链脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种或多种。

根据本发明的一较佳实施例，所述的可回收循环利用的金属清洗剂，所述两性表面活性剂为咪唑啉两性表面活性剂、磷酸酯甜菜碱中的一种或多种。

根据本发明的一较佳实施例，所述的可回收循环利用的金属清洗剂，所述复合防锈剂的制备过程为：将所述组分A、所述组分B和所述组分C按照上述比例依次加入到反应釜中，在45-55℃条件下搅拌1小时。

根据本发明的一较佳实施例，所述的可回收循环利用的金属清洗剂，所述组分C由以下比例的组分D、组分E和组分F制备得到，

组分D：苯甲酸 20％

组分E：异壬酸 20％

组分F：三乙醇胺 60％。

根据本发明的一较佳实施例，所述的可回收循环利用的金属清洗剂，所述组分C的制备过程为：将所述组分D、所述组分E和所述组分F按照上述比例依次加入到反应釜中，在45-55℃条件下搅拌2小时。

本发明的另一实施例还提供一种可回收循环利用的金属清洗剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将所述组分A、所述组分B和所述组分C按照上述比例加入反应釜内，在45-55℃条件下搅拌1小时，得所述复合防锈剂；

(2)调温至48-52℃，将水、复合防锈剂、单乙醇胺按照上述比例依次加入到反应釜中，搅拌，使其搅拌均匀、反应充分；

(3)停止加热，将阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、两性表面活性剂按照上述比例依次加入到反应釜中，继续搅拌，使其搅拌均匀。

(4)降温至常温，将增溶剂和润湿分散剂按照上述比例依次加入到反应釜中，继续搅拌，使其搅拌均匀，即得目标产物金属清洗剂。

根据本发明的一较佳实施例，所述的可回收循环利用的金属清洗剂的制备方法，所述反应釜包括：

壳体，其内空间呈圆柱状结构，所述壳体上方敞口设置；所示壳体内设置有加热装置；

盖板，其螺旋设置在所述壳体的上方，实现对所述壳体的上方敞口的临时密封；

液压轴，其包括固定端和伸缩端，所述液压轴的固定端连接在所述盖板上，所述液压轴在电机带动下自转；

搅拌叶，其设置在所述液压轴的伸缩端上；

环形刮板，其设置在所述液压轴的伸缩端上，且所述环向刮板将所述搅拌叶环设在内，所述环形刮板的外圈直径略小于所述壳体的内径；

控制器，其连接于所述液压轴，控制所述液压轴的所述伸缩端的伸缩。

根据本发明的一较佳实施例，所述的可回收循环利用的金属清洗剂的制备方法，所述环形刮板表面涂覆一层橡胶层。

本发明至少包括以下有益效果：

本发明的技术方案是将阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂和两性表面活性剂复配起来，不仅能提高清洗剂的清洗能力，而且大大降低了表面活性剂和水中的钙镁等离子同油污中的脂肪酸生成的不溶于水的盐分在金属表面的残留。并且通过合适的比例调配，能达到在0-80℃温度范围内，泡沫水平始终很低，且清洗剂的状态仍然能够保持均一、稳定。且使用后的废液可回用到机加工过程的切削液槽中，还能保证切削液仍然稳定，基本性能均不受影响。此外，本方案通过将苯并三氮唑、硼酸酯和不同羧酸铵盐进行不同比例的复配，使得该清洗剂在不同的使用温度和浓度下都具有良好的防锈性能。

本发明的最终成品与其他现有产品相比，具有优势如下：

(1)废液可作为回用水循环使用，实现“零排放”：

该金属清洗剂可以作为回用水，直接添加到水基金属切削液槽中，不会产生额外的清洗废液，并且不影响切削液的基本性能，能大幅降低总的废液排放量。

(2)优异的清洗性能：

该金属清洗剂不仅能清洗防锈油、轧制油、切削液等常规油污，还能清洗冲压油、冷锻油等黏稠型重油污；

(3)泡沫水平低，适用范围广，属于通用型清洗产品：

该金属清洗剂适用温度范围0-80℃，可以用于常规浸泡、超声波清洗、摆洗、高压喷淋等不同种清洗工艺；

(4)防锈性能好：

即使在极低的使用浓度下，仍然能保证工件长时间不会锈蚀；

(5)残留物少：

使用该金属清洗剂清洗后，残留率低，成品工件上几乎不会有额外的清洗剂组分残留。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明反应釜的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变形。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

实施例1

一种可回收循环利用的金属清洗剂，由以下重量百分比的原料制备得到：

其中，所述复合防锈剂为组分A、组分B和组分C制备而成。

组分A：苯并三氮唑 20％

组分B：三乙醇胺硼酸酯 50％

组分C：羧酸铵盐 30％

所述复合防锈剂的制备过程为：将组分A、组分B和组分C按照上述比例依次加入到反应釜中，在45-55℃条件下搅拌1小时。

其中，组分C为组分D、组分E和组分F制备而成。

组分D：苯甲酸 20％

组分E：异壬酸 20％

组分F：三乙醇胺 60％

组分C的制备过程为：将组分D、组分E和组分F按照上述比例依次加入到反应釜中，在45-55℃条件下搅拌2小时。

其中，阴离子表面活性剂为烷基磺酸盐；非离子表面活性剂为壬基酚聚氧乙烯醚；两性表面活性剂为咪唑啉磷酸酯。

本实施案例的制备过程为：

(1)按照上述操作制备复合防锈剂；

(2)将反应釜温度设定为50℃，将水、复合防锈剂、单乙醇胺按照上述比例依次加入到反应釜中，持续搅拌1个小时使其搅拌均匀、反应充分；

(3)将反应釜设定为常温，将阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、两性表面活性剂按照上述比例依次加入到反应釜中，继续搅拌1个小时，使其搅拌均匀。

(4)降温到30℃以下，将增溶剂和润湿分散剂按照上述比例依次加入到反应釜中，继续搅拌1个小时，使其搅拌均匀。

实施例2

一种可回收循环利用的金属清洗剂，由以下重量百分比的原料制备得到：

其中，复合防锈剂为组分A、组分B和组分C的混合物。

组分A：苯并三氮唑 20％

组分B：三乙醇胺硼酸酯 30％

组分C：羧酸铵盐 50％

复合防锈剂的制备过程为：将组分A、组分B和组分C按照上述比例依次加入到反应釜中，在45-55℃条件下搅拌1小时。

其中，组分C为组分D、组分E和组分F的混合物。

组分D：苯甲酸 40％

组分E：新癸酸 10％

组分F：三乙醇胺 50％

组分C的制备过程为：将组分D、组分E和组分F按照上述比例依次加入到反应釜中，在45-55℃条件下搅拌2小时。

其中，阴离子表面活性剂为烷基磺酸盐；非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚；两性表面活性剂为磷酸酯甜菜碱。

本实施案例的制备过程为：

(1)按照上述操作制备复合防锈剂；

(2)将反应釜温度设定为50℃，将水、复合防锈剂、单乙醇胺按照上述比例依次加入到反应釜中，持续搅拌1个小时使其搅拌均匀、反应充分；

(3)将反应釜设定为常温，将阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、两性表面活性剂按照上述比例依次加入到反应釜中，继续搅拌1个小时，使其搅拌均匀。

(4)降温到30℃以下，将增溶剂和润湿分散剂按照上述比例依次加入到反应釜中，继续搅拌1个小时，使其搅拌均匀。

实施例3

一种可回收循环利用的金属清洗剂，由以下重量百分比的原料制备得到：

其中，复合防锈剂为组分A、组分B和组分C的混合物。

组分A：苯并三氮唑 60％

组分B：三乙醇胺硼酸酯 20％

组分C：羧酸铵盐 20％

复合防锈剂的制备过程为：将组分A、组分B和组分C按照上述比例依次加入到反应釜中，在45-55℃条件下搅拌1小时。

其中，组分C为组分D、组分E和组分F的混合物。

组分D：苯甲酸 30％

组分E：癸二酸 20％

组分F：三乙醇胺 50％

组分C的制备过程为：将组分D、组分E和组分F按照上述比例依次加入到反应釜中，在45-55℃条件下搅拌2小时。

其中，阴离子表面活性剂为磷酸钠；非离子表面活性剂为壬基酚聚氧乙烯醚；两性表面活性剂为磷酸脂甜菜碱。

本实施案例的制备过程为：

(1)按照上述操作制备复合防锈剂；

(2)将反应釜温度设定为50℃，将水、复合防锈剂、单乙醇胺按照上述比例依次加入到反应釜中，持续搅拌1个小时使其搅拌均匀、反应充分；

(3)将反应釜设定为常温，将阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、两性表面活性剂按照上述比例依次加入到反应釜中，继续搅拌1个小时，使其搅拌均匀。

(4)降温到30℃以下，将增溶剂和润湿分散剂按照上述比例依次加入到反应釜中，继续搅拌1个小时，使其搅拌均匀。

在上述实施例1-3中均采用以下所述反应釜包括：

壳体1，其内空间呈圆柱状结构，所述壳体1上方敞口设置；所示壳体内设置有加热装置；

盖板2，其螺旋设置在所述壳体1的上方，实现对所述壳体1的上方敞口的临时密封；

液压轴3，其包括固定端和伸缩端，所述液压轴3的固定端连接在所述盖板2上，所述液压轴3在电机带动下自转；

搅拌叶4，其设置在所述液压轴3的伸缩端上；

环形刮板5，其设置在所述液压轴3的伸缩端上，且所述环向刮板5将所述搅拌叶4环设在内，所述环形刮板5的外圈直径略小于所述壳体1的内径；

控制器，其连接于所述液压轴3，控制所述液压轴3的所述伸缩端的伸缩。

所述环形刮板5包括环形的橡胶圈，所述橡胶圈内部有环形的中空空间，所述中空空间内设置环形的弹簧，所述橡胶圈柔性可形变。且，所述搅拌叶4与所述环形刮板5处于同一个水平面，或者所述环形刮板5位于所述搅拌叶4下方。

上述实施方案中，所述电机带动所述液压轴3自转，而且与此同时，所述液压轴3在所述控制器3的控制下，实现周期性的伸缩，从而使得，所述液压轴3边升降边自转，在所述液压轴3边升降边旋转的同时，所述环形刮板5将沿着所述壳体1的内壁上下移动，且还会旋转，这样就可以刮动所述壳体内壁上粘粘的液体，使得搅拌更为均匀，而且所述搅拌叶4与所述环形刮板5处于同一个水平面，或者所述环形刮板5位于所述搅拌叶4下方，这样可以对所述壳体1底部的内壁进行进一步搅动。

且所述液压轴3处于最长伸长状态，所述环形刮板5恰好靠近所述壳体1内的底部。

为了证明本发明的清洗剂的优越性能，下面进行以下实验说明：

样品信息：

样品A：美国某品牌的黑色金属清洗剂

样品B：国产某品牌的黑色金属清洗剂

样品C：本发明实施例2制备得到的金属清洗剂

(1)废液回用性能：

取3个500mL烧杯，用DIN标准10dH硬水配制5％(w/w)不锈钢加工半合成切削液各200mL装入其中，并分别加入2％(w/w)样品A、2％(w/w)样品B、2％(w/w)样品C，最终得到的乳化液依次记作乳化液1、乳化液2、乳化液3。

以10dH-5％(w/w)的不锈钢加工半合成切削液作为空白样，并对比3个添加清洗剂的乳化液的各项性能指标，来判断该清洗剂回用后能否与半合成切削液兼容。结果如表1所示：

表1清洗剂回用后与切削液的兼容性

实验结果表明：相对空白样，乳化液1(添加样品A)的泡沫性能变差，pH值轻微升高；乳化液2(添加样品B)的pH值明显升高，防锈性能变差，硬水稳定性变差；乳化液3(添加样品C)的结果与空白样几乎一致。

因此，美国某品牌的黑色金属清洗剂与国产某品牌的黑色金属清洗剂回用后，对机加工过程中的切削液的负面影响极大，不适合回用。而本发明清洗剂回用后与切削液的兼容性良好，在一定比例范围内回收利用清洗废液到切削液槽中对切削液的基本性能没有影响。

(2)优异的清洗性能：

取3块同样大小的45号钢测试片，用220目砂纸将测试面打磨至光亮,记作测试片1/2/3，全部浸泡在20％(w/w)浓度的乳化油中1分钟后取出，常温下悬挂晾干16小时，测试片上均分布有乳化油残留物。

用自来水分别配制3个清洗剂样品的稀释液，装入3个300mL烧杯中：

溶液1:200mL 3％(w/w)的美国某品牌的黑色金属清洗剂；

溶液2:200mL 3％(w/w)的国产某品牌的黑色金属清洗剂；

溶液3:200mL 3％(w/w)本发明实施例二；

将3杯溶液置于50℃超声波清洗槽中恒温后，分别放入测试片1/2/3，全浸泡超声清洗1分钟后取出，静置晾干，观察测试面的洁净程度情况如表2所示：

表2清洗性能对比

	测试片1	测试片2	测试片3
				清洗剂溶液	溶液1	溶液2	溶液3
油污状态	无明显油污	轻微油污	无明显油污
				洁净程度	轻微水痕	明显水痕	光亮如初

实验结果表明：本发明产品对油污的清洗性能相对其他两者更好，且测试片洁净程度高，清洗后不会造成二次水痕残留。

(3)泡沫性能测试：

用DIN标准10dH硬水分别配制3个清洗剂样品的稀释液，装入3个250mL具塞量筒中：

溶液4:100mL 5％(w/w)的美国某品牌的黑色金属清洗剂；

溶液5:100mL 5％(w/w)的国产某品牌的黑色金属清洗剂；

溶液6:100mL 5％(w/w)本发明实施案例二；

以1分钟100来回的频率上下摇泡，记录实验结果如表3所示：

表3泡沫性能对比

清洗剂溶液	溶液4	溶液5	溶液6
				消泡时间	50分钟	15分钟	8分钟

实验结果表明：本发明清洗剂的消泡时间更短，泡沫性能相对其他两者更好。

(4)防锈性能好：

根据DIN 51360/2的防锈测试方法，测得三个清洗剂样品的不锈点如表4所示：

表4防锈性能对比

清洗剂样品	样品A	样品B	样品C
				不锈点	4.0％	7.5％	2.5％

实验结果表明：本发明清洗剂的不锈点更低，在较低的使用浓度下仍然不会导致工件锈蚀。

(5)残留率低：

分别称取20g清洗剂样品A/B/C浓缩液放入3个直径9cm玻璃培养皿中,称重，在70℃烘箱放置16小时后取出，在干燥器中静置降温。将培养皿放入超声波清洗机中，用常温去离子水超声1分钟，取出后再次烘干，通过差量法称量计算培养皿上残留物的重量，并计算出残留率结果如表5所示：

表5残留率对比

	样品A	样品B	样品C
				残留率	1.26％	1.15％	0.08％

实验结果表明：本发明清洗剂产品的残留率相对其他两个产品更低。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (3)

1.一种金属清洗剂应用，所述清洗剂可回收用于切削液中，其特征在于，清洗剂由以下重量百分比的原料制备得到：

其中，上述组分含量加起来为100％；

其中，所述复合防锈剂由以下重量百分比的组分A、组分B和组分C混合而成；

组分A：苯并三氮唑 20-99.99％；

组分B：三乙醇胺硼酸酯 20-99.99％；

组分C：羧酸铵盐 30-99.99％；

其中，组分A、组分B和组分C含量加起来为100％；

所述组分C由以下比例的组分D、组分E和组分F制备得到，

组分D：苯甲酸 20％；

组分E：异壬酸 20％；

组分F：三乙醇胺 60％；

所述阴离子表面活性剂为烷基磺酸盐、磷酸盐中的一种或多种；

所述非离子表面活性剂为聚氧乙烯烷基酰胺、壬基酚聚氧乙烯醚、长链脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种或多种；

所述两性表面活性剂为咪唑啉两性表面活性剂、磷酸酯甜菜碱中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，将所述组分A、所述组分B和所述组分C按照上述比例加入反应釜内，在45-55℃条件下搅拌1小时，得所述复合防锈剂。

3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述组分C的制备过程为：将所述组分D、所述组分E和所述组分F按照上述比例依次加入到反应釜中，在45-55℃条件下搅拌2小时。