CN112760657A - 一种清洗顽固灰垢的除灰剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

目前现有的一些除灰剂对主要成分为细微磨料和碳灰的顽固灰垢的清洗作用较差，本发明的目的是提供一种对金属工件无腐蚀作用，能够除油除灰、清洗速度快的环保除灰清洗剂及其制备方法，该除灰剂，按重量份数计，包括以下组分：甲酸3‑20份，柠檬酸3‑15份，单宁酸1‑8份，氯化钾1‑8份，聚乙烯亚胺乙氧基化物5‑25份，山梨醇酐单月桂酸酯(Span20)1‑10份，水45‑80份。本发明采用低毒性原料组分制备的环保除灰剂呈弱酸性，不含有强酸以及含磷成分，对人体基本无毒害作用，提高了其操作安全性，而且对铜合金、碳钢材质的金属基材均无明显腐蚀或变色。

Description

一种清洗顽固灰垢的除灰剂及其制备方法

技术领域

本发明属于金属表面处理技术领域，涉及一种除灰清洗剂，具体涉及一种清洗顽固灰垢的环保除灰剂及其制备方法。

背景技术

很多金属制品在加工过程中需要进行拉伸和打磨工序，在拉伸以及打磨过程中，需使用特定拉伸油或抛光蜡等工业辅料进行辅助加工。由于辅料的使用，经打磨或拉伸后的金属工件表面会残留一层夹杂细小颗粒物的蜡灰或油灰。经一般的除蜡、除油后，能够有效地清除工件表面上大部分的蜡和油，但细小的磨料颗粒以及蜡灰、油灰等碳灰依然牢固地吸附于表面上，形成一层灰垢，严重影响后续的表面处理质量。因此，在进行后续处理前，需将这层顽固性的灰垢清洗干净。这种操作常被称为除灰，相应所用的清洗剂也被称为除灰剂。

在目前很多表面处理车间里，主要用硝酸，硫酸等强酸进行除灰。强酸除灰效果虽好，但容易腐蚀工件，此外使用强酸的生产作业环境也很恶劣，危害车间工人的健康，因而被越来越多地区所禁用。

目前市面上有少量能同时除油除灰的清洗剂，可是这类清洗剂的除灰剂针对于顽固性灰垢的除灰速度较为迟缓，并且要求辅助以加温和超声波等条件。中国专利CN110983347 A公开了一种除油除灰清洗剂及其制备方法，其主要成分为有机磷酸盐、聚丙烯酸钠、聚羧酸钠、表面活性剂、沉降剂和水。这种除灰清洗剂需要在高温配合下并以超声波辅助才能取得了比较满意的清洗效果，同时其组分中含磷，不利于后续的排放废水处理。中国专利CN 108930048 A公开了一种去除金属离子污垢的除灰剂及其制作工艺，其主要成分为硫酸钠、羟基乙酸、柠檬酸、硫脲和乙二胺四乙酸二钠。这种除灰剂主要针对于金属离子的灰垢效果较好，但对主要成分为细微磨料和碳灰的顽固灰垢的清洗作用较差。

发明内容

为了解决现有的技术问题，本发明的目的是提供一种对金属工件无腐蚀作用，能够除油除灰、清洗速度快的环保除灰清洗剂及其制备方法，本发明除灰剂尤其针对于以细微磨料和碳灰为主要成分的顽固性灰垢具有较强的清除效果。

基于上述目的，本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种清洗顽固灰垢的除灰剂，按重量份数计，包括以下组分：

本发明所针对的顽固灰垢主要是指金属工件经除油、除蜡后依然残留于表面的细微磨料以及碳灰等灰垢。本发明采用弱酸性的甲酸和柠檬酸，代替目前常用的硝酸、硫酸等强酸。在弱酸性环境下，氢离子能降低灰垢与金属表面的静电吸附力，从而有利于超声条件下，将灰垢从金属表面脱附下来。氯化钾的主要作用是降低微小颗粒间的微观电位差，进一步降低微小颗粒的清除难度。单宁酸作为本发明中的针对于细微磨料和碳灰的特效分散剂，其分子结构中含有多个酚羟基，同时具有弱酸性，能显著提高对粘附力极强的微小固体颗粒在工件表面的清除能力。通过上述组分的协同作用，实现了利用弱酸性的除灰剂来清除顽固灰垢。

优选地，一种清洗顽固灰垢的除灰剂，按重量份数计，包括以下组分：

在本发明一些实施例中，所选用的聚乙烯亚胺乙氧基化物聚合物分子中含有叔胺。在一些实施例中，所选用的聚乙烯亚胺乙氧基化物聚合物分子中同时含有多个叔胺和羟基。在一些实施例中，所述聚乙烯亚胺乙氧基化物为巴斯夫(BASF)散可利HP20(SokalanHP20)。在酸性环境下，叔胺带正电荷，同时羟基又有良好的水溶性。这种独特的分子结构使得其在分散灰垢的同时，迅速代替灰垢占据金属表面，防止灰垢重新反粘，同时起防静电的作用，利用这种三重作用进一步提高对颗粒的清除能力。

本发明除灰剂中加入山梨醇酐单月桂酸酯Span 20，其主要作用为降低除灰剂的表面张力，有利于除灰剂润湿灰垢表面。同时山梨醇酐单月桂酸酯Span 20其长碳链以及多羟基结构，也有利于对灰垢的分散，从而有效提升清洗剂整体清洗能力。

本发明还提供了一种清洗顽固灰垢的除灰剂的制备方法，包括如下步骤：

将单宁酸、氯化钾、聚乙烯亚胺乙氧基化物、山梨醇酐单月桂酸酯(Span 20)和水混合，加热，搅拌，得到混合液；

将甲酸、柠檬酸加入所得混合液，搅拌，得到本发明清洗顽固灰垢的除灰剂。

优选地，将单宁酸、氯化钾、聚乙烯亚胺乙氧基化物、Span 20和水混合，加热至50-85℃。更优选地，加热至60-75℃。

优选地，将单宁酸、氯化钾、聚乙烯亚胺乙氧基化物、Span 20和水混合，加热，在搅拌速度为55-85转/min下搅拌15-40min。

优选地，将甲酸、柠檬酸加入所得混合液，在搅拌速度为55-85转/min下搅拌。优选地，将甲酸、柠檬酸加入所得混合液，搅拌15-40min。

具体地，一种清洗顽固灰垢的除灰剂的制备方法，包括如下步骤：

将单宁酸、氯化钾、聚乙烯亚胺乙氧基化物、Span 20和水混合，加热至50-85℃，在搅拌速度为55-85转/min下搅拌15-40min，得到混合液；

将甲酸、柠檬酸加入所得混合液，在搅拌速度为55-85转/min下搅拌15-40min，得到清洗顽固灰垢的除灰剂。

更具体地，一种清洗顽固灰垢的除灰剂的制备方法，包括如下步骤：

将单宁酸、氯化钾、聚乙烯亚胺乙氧基化物、Span 20和水按重量份数依次加入到反应釜中混合，加热至50-85℃，在搅拌速度为55-85转/min下搅拌15-40min，得到混合液；

将甲酸、柠檬酸按重量份数依次加入所得混合液，在搅拌速度为55-85转/min下搅拌15-40min，得到清洗顽固灰垢的除灰剂。

本发明的有益效果是：

通过测试对比，本发明除灰剂对磨料以及碳灰等灰垢的除灰效果明显优于常规除灰类清洗剂；本发明清洗顽固灰垢的环保除灰剂中所用材料均为低毒，不含有强酸以及含磷成分，制得的环保除灰剂为弱酸性，对金属基材如铜合金、碳钢等，均无明显腐蚀或变色；对人体基本无毒害作用，也提高了其操作安全性。

具体实施方式

现结合具体实施例对本发明作进一步说明，以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。

实施例1

本实施例清洗顽固灰垢的除灰剂，由如下重量的组分组成：

其中，所述聚乙烯亚胺乙氧基化物为BASF散可利HP20。

本实施例除灰剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将单宁酸、氯化钾、聚乙烯亚胺乙氧基化物、Span 20和水按重量依次加入到反应釜中混合，加热至60℃，在搅拌速度为70转/min下搅拌30min，得到混合液；

(2)将甲酸、柠檬酸按重量依次加入装有混合液的反应釜中，继续搅拌30min，得到本实施例清洗顽固灰垢的除灰剂。

本实施例所得清洗顽固灰垢的除灰剂用于后续进行除灰垢效果测试。

实施例2

本实施例清洗顽固灰垢的除灰剂，由如下重量的组分组成：

其中，所述聚乙烯亚胺乙氧基化物为BASF散可利HP20。

本实施例除灰剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将单宁酸、氯化钾、聚乙烯亚胺乙氧基化物、Span 20和水按重量依次加入到反应釜中混合，加热至65℃，在搅拌速度为65转/min下搅拌35min，得到混合液；

(2)将甲酸、柠檬酸按重量依次加入装有混合液的反应釜中，继续搅拌25min，得到本实施例清洗顽固灰垢的除灰剂。

本实施例所得清洗顽固灰垢的除灰剂用于后续进行除灰垢效果测试。

实施例3

本实施例清洗顽固灰垢的除灰剂，由如下重量的组分组成：

其中，所述聚乙烯亚胺乙氧基化物为BASF散可利HP20。

本实施例除灰剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将单宁酸、氯化钾、聚乙烯亚胺乙氧基化物、Span 20和水按重量依次加入到反应釜中混合，加热至70℃，在搅拌速度为68转/min下搅拌32min，得到混合液；

(2)将甲酸、柠檬酸按重量依次加入装有混合液的反应釜中，继续搅拌28min，得到本实施例清洗顽固灰垢的除灰剂。

本实施例所得清洗顽固灰垢的除灰剂用于后续进行除灰垢效果测试。

对比例1

本对比例为现有技术的一种除灰剂，由如下重量的组分组成：

对比例1除灰剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将HEDP·Na2、聚丙烯酸钠和水按照重量依次加入到反应釜中混合，25℃搅拌20min，搅拌速度为65转/min，再加入聚羧酸钠，搅拌20min，得到混合液一；

(2)将异构十三醇聚氧乙烯醚和聚丙烯酸酰胺按照重量依次加入另一反应釜中混合，继续搅拌15min，得到混合液二；

(3)将所得混合液二倒入装有所得混合液一的反应釜中进行搅拌，继续搅拌20min，得到对比例1除灰剂。

对比例1所得除灰剂用于后续进行除灰垢效果测试。

对比例2

本对比例为现有技术的一种除灰剂，由如下重量的组分组成：

对比例2除灰剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)分别按比例称量上述各组分；

(2)将称取的上述各组分分别粉碎成140目的粉末；

(3)分别把磨细的硫酸钠、柠檬酸和乙二铵四乙酸二钠混合均匀，再分别加入磨细的羟基乙酸和硫脲搅拌均匀，得到对比例2除灰剂。

对比例2所得除灰剂用于后续进行除灰垢效果测试。

除灰垢清洗测试例1

测试方法：分别将实施例1-3和对比例1-2的除灰剂用水稀释至浓度为5％(水的总重量百分比为95％)，作为除灰剂工作液。每批取50片表面经液体蜡抛光后的铜合金试样片(经除蜡处理后，表面依然粘附了大量的微小颗粒)，放入装有5kg除灰剂工作液的超声波清洗机中，常温超声清洗5min，洗后用纯水对试样片漂洗3次，再放入80℃烘箱中烘干10min，再自然冷却30min。用显微镜观察试样片，观察试样片是否变色以及是否有颗粒残留。如无变色也无颗粒残留则判定合格，如残留有磨料、碳灰或者其他灰垢则为不合格。用同一槽除灰剂工作液连续清洗4次，统计总的合格率，测试结果数据如表1所示。

表1除灰性能测试对比表

实施例与对比例	试样片表面是否变色	清洗合格率(％)
			实施例1	没有变色	100.0
实施例2	没有变色	100.0
			实施例3	没有变色	100.0
对比例1	没有变色	78.5
			对比例2	没有变色	69.0

除灰垢清洗测试例2

测试方法：分别将实施例1-3和对比例1-2的除灰剂用水稀释至浓度为10％(水的总重量百分比为90％)，作为除灰剂工作液。每批取50片表面经拉伸后的碳钢试样片(经除油处理后，表面依然粘附了大量的微小颗粒)，放入装有5kg除灰剂工作液的超声波清洗机中，50℃超声清洗5min。洗后用纯水对试样片漂洗3次，再放入80℃烘箱中烘干10min，再自然冷却30min。用显微镜观察试样片，观察试样片是否变色以及是否有颗粒残留。如无变色也无颗粒残留则判定合格，如残留有磨料、碳灰或者其他灰垢则为不合格。用同一槽除灰剂工作液连续清洗4次，统计总的合格率，测试结果数据如表2所示。

表2除灰性能测试对比表

实施例与对比例	试样片表面是否变色	清洗合格率(％)
			实施例1	没有变色	100.0
实施例2	没有变色	100.0
			实施例3	没有变色	100.0
对比例1	没有变色	84.0
			对比例2	没有变色	79.5

通过表1和表2可以看出，在相同条件下，本发明实施例清洗顽固灰垢的环保除灰剂对顽固性颗粒和碳灰的清洗效果非常显著，明显优于常规除灰类清洗剂。本发明实施例采用低毒性原料组分制备的环保除灰剂呈弱酸性，不含有强酸以及含磷成分，对人体基本无毒害作用，提高了其操作安全性，而且对铜合金、碳钢材质的金属基材均无明显腐蚀或变色。

由此可见，本发明实施例清洗顽固灰垢的除灰剂对细微磨料以及碳灰的清洗能力强，适用于多种基材，且所采用原料组分均为低毒，不含磷，对人体基本无毒害作用，具有很高的实际应用价值。

以上所述仅为本发明的具体实施例，不能因此来限制本发明保护的范围。凡是利用本发明所作的非实质变换、在本发明所述的构思和具体实施例的启示下，推导出某些工艺技术的变化，或相关技术的替代等非实质性改动、或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均属于本发明所要求的保护范畴内。

Claims (10)

1.一种清洗顽固灰垢的除灰剂，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：

2.根据权利要求1所述的清洗顽固灰垢的除灰剂，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：

3.根据权利要求1或2所述的清洗顽固灰垢的除灰剂，其特征在于，所述聚乙烯亚胺乙氧基化物分子中含有至少一个叔胺。

4.根据权利要求3所述的清洗顽固灰垢的除灰剂，其特征在于，所述聚乙烯亚胺乙氧基化物分子中含有至少一个叔胺和至少一个羟基。

5.权利要求1-4中任一项所述的清洗顽固灰垢的除灰剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将单宁酸、氯化钾、聚乙烯亚胺乙氧基化物、山梨醇酐单月桂酸酯和水混合，加热，搅拌，得到混合液；

将甲酸、柠檬酸加入所得混合液，搅拌，得到清洗顽固灰垢的除灰剂。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，将单宁酸、氯化钾、聚乙烯亚胺乙氧基化物、山梨醇酐单月桂酸酯和水混合，加热至50-85℃。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，加热至60-75℃。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，将单宁酸、氯化钾、聚乙烯亚胺乙氧基化物、山梨醇酐单月桂酸酯和水混合，加热，在搅拌速度为55-85转/min下搅拌15-40min。

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，将甲酸、柠檬酸加入所得混合液，在搅拌速度为55-85转/min下搅拌。

10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，将甲酸、柠檬酸加入所得混合液，搅拌15-40min。