CN117127188A - 一种金属清洗剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种金属清洗剂及其制备方法和应用，所述金属清洗剂的组成原料包括：有机碱、防锈剂、分散剂、表面活性剂、消泡剂和水；以所述金属清洗剂的总重量为100%计，所述金属清洗剂中各组成原料的含量为：有机碱10‑20 wt%，防锈剂10‑20 wt%，分散剂0.5‑3.0wt%，表面活性剂0.5‑2.0 wt%，消泡剂0.05‑0.2 wt%，水余量。本申请提供的金属清洗剂具有清洗率高、生物稳定性好、防锈效果好等优点，且制备方法工艺简单、成本低。

Description

一种金属清洗剂及其制备方法和应用

技术领域

本申请涉及金属清洗剂技术领域，尤其涉及一种金属清洗剂及其制备方法和应用。

背景技术

在金属机加工时经常使用润滑性比较好的切削油，而切削油因为黏度较大，容易附着在工件表面不易清洗，因此需要使用清洗剂进行清洗。清洗剂不能对金属造成腐蚀、破坏，这就要求清洗剂：（1）清洗率高，较短时间内将工件表面清洗干净；（2）腐蚀性小，避免对工件表面造成化学损伤；（3）具备良好的防锈性能，提高加工精度的工艺要求。

常用的清洗剂包括酸性清洗剂、碱性清洗剂、水基型清洗剂、半水基型清洗剂和溶剂型清洗剂等。目前，现有的金属清洗剂存在以下问题：（1）清洗效果差，稀释液浓度越低效果越差；（2）溶剂型清洗剂容易腐败变质，油液混合易导致生物稳定性差，使用寿命大幅度缩短，提高使用成本，增加排放指标压力；（3）水基金属清洗剂防锈效果差，高温高湿条件下需要保证清洗工艺完成后工件表面在数天时间内不得出现锈迹，但现在的水基清洗剂很难达到要求。

因此，开发一种新的金属清洗剂显得十分必要。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请提供了一种金属清洗剂及其制备方法和应用，所述金属清洗剂具有清洗率高、生物稳定性好、防锈效果好等优点，且制备方法工艺简单、成本低。

第一方面，本申请提供了一种金属清洗剂，所述金属清洗剂的组成原料包括：有机碱、防锈剂、分散剂、表面活性剂、消泡剂和水；

以所述金属清洗剂的总重量为100%计，所述金属清洗剂中各组成原料的含量为：

有机碱10-20 wt%；

防锈剂10-20 wt%；

分散剂0.5-3.0 wt%；

表面活性剂0.5-2.0 wt%；

消泡剂0.05-0.2 wt%；

水余量。

其中，所述有机碱的含量可以为12 wt%、14 wt%、16 wt%、18 wt%等。

所述防锈剂的含量可以为12 wt%、14 wt%、16 wt%、18 wt%等。

所述分散剂的含量可以为0.6 wt%、0.8 wt%、1.0 wt%、1.2 wt%、1.4 wt%、1.6wt%、1.8 wt%、2.0 wt%、2.2 wt%、2.4 wt%、2.6 wt%、2.8 wt%等。

所述表面活性剂的含量可以为0.6 wt%、0.8 wt%、1.0 wt%、1.2wt%、1.4 wt%、1.6wt%、1.8 wt%等。

所述消泡剂的含量可以为0.06 wt%、0.08 wt%、0.1 wt%、0.12 wt%、0.14 wt%、0.16 wt%、0.18 wt%等。

本申请提供的金属清洗剂通过有机碱、防锈剂、分散剂和表面活性剂等的协同作用，能够较好的清洗工件表面的重型油污，防锈时间持久，同时兼顾生物稳定性，具有清洗率高、生物稳定性好、防锈效果好、成本低等优点，具体而言：

本申请提供的金属清洗剂为水基金属清洗剂，极易溶解均匀，对于重型油污的清洗效果更好，并且保护工件表面不被污染；金属清洗剂中的有机碱和防锈剂能够在水中有效分散，在使用时可在金属表面形成均匀连续的钝化层，形成一层致密的保护膜，从而具有良好的防锈性能，在加工过程中保护产品不被腐蚀生锈，且使用过程中pH可维持在9.0-10.0之间，可有效减缓工件和含铜模具的腐蚀，并抑制菌类繁殖；本申请提供的金属清洗剂可以用5.0%~10.0%的水进行稀释使用，有效降低使用成本。

作为本申请的一种优选技术方案，所述有机碱的含量为10-13wt%。

作为本申请的一种优选技术方案，所述分散剂的含量为1-1.5 wt%。

作为本申请的一种优选技术方案，所述表面活性剂的含量为0.8-1wt%。

作为本申请的一种优选技术方案，所述消泡剂的含量为0.2-0.25wt%。

作为本申请的一种优选技术方案，所述防锈剂选自二元酸、三元酸或四元酸中的任意一种或至少两种的组合。

防锈剂通过在金属表面形成一层致密的钝化层保护膜，使金属与大气中的空气、水分等隔离，从而减弱金属的活性，减缓金属的氧化、锈蚀的速度。

作为本申请的一种优选技术方案，所述防锈剂选自二元酸、三元酸和四元酸的组合。

作为本申请的一种优选技术方案，所述二元酸、三元酸和四元酸的质量比为(4-7):(5-6):(5-7)，例如4:5:5、4:6:5、4:5:6、4:5:7、5:5:5等，优选为4:5:5。

当防锈剂中二元酸、三元酸和四元酸的质量比在本申请范围内时，得到的金属清洗剂能够起到多重钝化层保护膜的防锈作用，并且持续时间更长，效果更佳。

本申请金属清洗剂中添加多种防锈剂复配使用，从而保证金属表面的防锈性能。然而，本申请中防锈剂为多元酸，会在水溶液中游离出H⁺离子，活泼的H⁺会与金属进行反应，因此不能直接利用防锈剂起到防锈作用。本申请中利用有机碱进行中和，形成对应的酸盐，从而在金属表面附着一层不溶性钝化膜层或反应膜层，从而起到防锈效果。

作为本申请的一种优选技术方案，所述有机碱选自单乙醇胺和/或三乙醇胺。

作为本申请的一种优选技术方案，所述机碱选自单乙醇胺和三乙醇胺的组合，优选所述单乙醇胺和三乙醇胺的质量比为(1-1.6):1。

本申请提供的有机碱安全性高，与防锈剂互相配合，防锈效果更好。

作为本申请的一种优选技术方案，所述分散剂选自乙二胺聚氧乙烯聚氧丙烯醚和/或聚丙烯酸钠。

本申请中，分散剂作为水质稳定剂使用，当钙镁离子浓度较高时，水垢容易析出，而分散剂的存在可以被吸附在晶体表面，阻碍晶粒的聚集，使形成的垢层疏松，易于清洗，从而达到防垢、消垢的目的，防垢效果显著。

作为本申请的一种优选技术方案，所述分散剂选自乙二胺聚氧乙烯聚氧丙烯醚和聚丙烯酸钠的组合，更优选所述乙二胺聚氧乙烯聚氧丙烯醚和聚丙烯酸钠的质量比为1:1。

作为本申请的一种优选技术方案，所述表面活性剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO）、支链或半支链醇聚氧乙烯醚（例如SAFOL EN）或脂肪醇烷氧基化合物（例如MARLOX FK57）中的任意一种或至少两种的组合。

本申请中，表面活性剂可以在气液两相界面吸附，降低液体的表面张力，也可以吸附在液体界面间降低油水界面张力，或者在本体溶液中聚集成为聚集体，具有润湿、抗粘、增溶、分散、洗涤、防腐等一系列优异的物理化学性质。

作为本申请的一种优选技术方案，所述表面活性剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚和脂肪醇烷氧基化合物的组合。

作为本申请的一种优选技术方案，所述脂肪醇聚氧乙烯醚和脂肪醇烷氧基化合物的质量比为(1-4):(1-4)，更优选为1:1。

本申请提供的表面活性剂具有更好的应用效果。

作为本申请的一种优选技术方案，所述消泡剂选自二氧化硅和矿物油的组合（例如DAPRODF-21）和/或有机硅。

本申请中，消泡剂能够降低水、溶液、悬浮液等的表面张力，防止泡沫产生，或使原有泡沫减少或消失，本申请中添加消泡剂能够防止清洗剂在使用过程中产生气泡从而避免冲压件或模具的损坏。

作为本申请的一种优选技术方案，所述消泡剂选自有机硅。

当使用有机硅作为消泡剂时，能够较好地分散于水中，具有优异的消泡性，仅需少量即可满足清洗剂性能与使用要求。

第二方面，本申请提供了第一方面所述的金属清洗剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

（1）将有机碱、防锈剂和水混合，得到混合溶液；

（2）向所述混合溶液中加入分散剂、表面活性剂和消泡剂，得到所述金属清洗剂。

作为本申请的一种优选技术方案，所述制备方法中反应温度为30-35℃。

本申请提供的制备方法工艺简单，利用有机碱与酸性防锈剂充分转化为水溶性金属清洗剂，从而能够均匀分散于水中以更好发挥效果。

本申请制备方法中，需要充分搅拌均匀至溶液澄清透明，得到的金属清洗剂为透明液体，在使用时，可以用水进行稀释，水的添加量为金属清洗剂的5-10 wt%。

第三方面，本申请提供了第一方面所述的金属清洗剂在金属清洗中的应用，优选在铬锰合金的清洗中的应用。

铬锰合金在工业领域是一种重要的合金材料，具有良好的耐磨损、耐冲击等性能，主要应用于建材机械、电力机械和矿山机械等行业中各种易磨损设备部件，如磨机衬板、搅拌机刀片、风机叶片等。铬锰合金在切削加工中切削油不易清洗，利用本申请提供的金属清洗剂能够较好的清洗工件表面的重型油污，防锈时间持久，且生物稳定性好，从而使高铬锰合金加工过程安全环保、成本更低、作用更好。

本申请实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

1、清洗率高：本申请提供的金属清洗剂为水基金属清洗剂，极易溶解均匀，对于重型油污的清洗效果更好，并且保护工件表面不被污染；

2、防锈效果好：本申请金属清洗剂中的有机碱和防锈剂能够在水中有效分散，在使用时可在金属表面形成均匀连续的钝化层，形成一层致密的保护膜，从而具有良好的防锈性能和耐腐蚀性能，在加工过程中保护产品不被腐蚀生锈；

3、生物稳定性好：本申请金属清洗剂在使用过程中pH可维持在9.0-10.0之间，有效减缓工件和含铜模具的腐蚀，并抑制菌类繁殖；

4、成本低：本申请金属清洗剂可以用5-10 wt%的水进行稀释使用，有效降低使用成本。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面将对本申请的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但本申请还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。

本申请实施例中涉及的部分原料来源如下所示：

单乙醇胺：骏雁新材料科技（上海）有限公司；三乙醇胺：骏雁新材料科技（上海）有限公司；三元酸：天津昊瑞森化工贸易有限公司；二元酸：山东凯赛生物科技材料有限公司；四元酸：诺泰生物科技(合肥)有限公司；乙二胺聚氧乙烯聚氧丙烯醚（泊洛沙姆407）：巴斯夫(中国)有限公司；聚丙烯酸钠（PA25）：巴斯夫(中国)有限公司；天然脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO）：沙索（中国）化学有限公司；支链及半支链醇聚氧乙烯醚（SAFOL EN）：沙索（中国）化学有限公司；天然脂肪醇烷氧基化合物（MARLOX FK57）：沙索（中国）化学有限公司；DAPRODF-21消泡剂：天津昊瑞森化工贸易有限公司；有机硅消泡剂（MS-575）：盟庆信添加剂贸易(上海)有限公司。

本申请实施例中涉及的测试方法如下：

本申请中测试样品均为实施例得到的金属清洗剂的稀释液，取金属清洗剂，加入5wt%的水稀释后进行测试。

（1）外观检查、pH值、消泡性、硬水稳定性试验、水不溶物试验、高低温稳定性试验、漂洗性能测试方法，按照JB/T4323.2-1999水基金属清洗剂试验方法中4节、5节、10节、11节、12节、13节、14节进行。

（2）清洗能力试验方法，按照JB/T4323.2-1999水基金属清洗剂试验方法中6节进行。

（3）防锈性试验方法，按照JB/T4323.2-1999水基金属清洗剂试验方法中8节进行。

（4）腐蚀性试验方法，按照JB/T4323.2-1999水基金属清洗剂试验方法中9节进行。

实施例1

本实施例提供了一种金属清洗剂及其制备方法，所述金属清洗剂中各组成原料及含量如表1所示；

所述制备方法包括如下步骤：

（1）将有机碱、防锈剂和去离子水混合，在30-35℃下搅拌至溶液澄清透明，得到混合溶液；

（2）向上述混合溶液中加入分散剂、表面活性剂，搅拌至溶液澄清透明，继续加入消泡剂，搅拌均匀，得到所述金属清洗剂。

表1

性能测试1

对实施例1-1～实施例1-5得到的金属清洗剂进行外观观察、硬水稳定性试验、水不溶物试验及消泡性等性能测试，结果如表2所示：

表2

由表2可知，当单乙醇胺和三乙醇胺的用量在合适范围内时，体系内的pH在9.8-9.9左右，得到的金属清洗剂外观均匀性质合格且保持稳定。由实施例1-2和实施例1-5的对比可知，三乙醇胺的用量不宜过多，过多会导致外观浑浊，这是由于三乙醇胺具有较好的稳定性，对金属材料也具有一定的防腐效果，但过量的三乙醇胺中较大比例的烃基含量会造成亲水性不足从而使透明度不满足要求。

实施例2

本实施例提供了一种金属清洗剂及其制备方法，所述金属清洗剂中各组成原料及含量如表3所示；

所述制备方法与实施例1相同。

表3

性能测试2

对实施例2-1～实施例2-4得到的金属清洗剂进行外观观察及消泡性等性能测试，结果如表4所示：

表4

由表4可知，根据JB/T4323.1-1999水基金属清洗剂标准要求，泡沫高度≤5 mm为合格，因此，当消泡剂的用量在0.2%-0.25%范围内时，消泡效果较好。消泡剂的工作原理为改变泡沫的表面张力，使小气泡集合成为大气泡，使气泡破裂而达成消泡作用，当消泡剂的用量太低时，对于液体的表面张力降低较小，无法起到较好的消泡作用。

实施例3

本实施例提供了一种金属清洗剂及其制备方法，所述金属清洗剂中各组成原料及含量如表5所示；

所述制备方法与实施例1相同。

表5

性能测试3

对实施例3-1～实施例3-5得到的金属清洗剂进行外观观察及高低温试验等性能测试，结果如表6所示：

表6

由表6可知，当分散剂的用量在1%-1.5%之间，得到的金属清洗剂较稳定，且当PA25和泊洛沙姆407复配使用时的效果最好；当分散剂加入量越多，产生的粒子越容易粘连聚集，逐步形成大颗粒悬浮物，直至形成分层状态。

实施例4

本实施例提供了一种金属清洗剂及其制备方法，所述金属清洗剂中各组成原料及含量如表7所示；

所述制备方法与实施例1相同。

表7

性能测试4

对实施例4-1～实施例4-6得到的金属清洗剂进行外观观察、清洗性能及漂洗性能等性能测试，结果如表8所示：

表8

由表8可知，当表面活性剂的用量在0.8%-1%时，得到的金属清洗剂的效果较好，用量过少时，起不到最佳清洗效果，用量过多不能形成有效的单分子膜，起到相反效果，且表面活性剂MARLOX FK57和AEO二者复配比例在1:1时效果最好。同时可以看到，利用复配的分散剂和表面活性剂的协同作用，可确保得到的金属清洗剂具有优异的清洗性及漂洗性，且整体性能达到均衡的良好状态。

实施例5

本实施例提供了一种金属清洗剂及其制备方法，所述金属清洗剂中各组成原料及含量如表9所示；

所述制备方法与实施例1相同。

表9

性能测试5

对实施例5-1～实施例5-6得到的金属清洗剂进行防锈性能及耐腐蚀性能等性能测试，结果如表10所示：

表10

由表10可知，当使用二元酸、三元酸和四元酸复配作为防锈剂时，得到的金属清洗剂的防锈和防腐效果最好。且当二元酸、三元酸和四元酸的比例范围在(4-7):(5-6):(5-7)之间时，均能起到较好的防锈效果。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种金属清洗剂，其特征在于，所述金属清洗剂的组成原料包括：有机碱、防锈剂、分散剂、表面活性剂、消泡剂和水；

以所述金属清洗剂的总重量为100%计，所述金属清洗剂中各组成原料的含量为：

有机碱10-20 wt%；

防锈剂10-20 wt %；

分散剂0.5-3.0 wt %；

表面活性剂0.5-2.0 wt %；

消泡剂0.05-0.2 wt %；

水余量。

2.根据权利要求1所述的金属清洗剂，其特征在于，所述有机碱的含量为10-13 wt %；

和/或，所述分散剂的含量为1-1.5 wt %；

和/或，所述表面活性剂的含量为0.8-1 wt %；

和/或，所述消泡剂的含量为0.2-0.25 wt %。

3.根据权利要求1或2所述的金属清洗剂，其特征在于，所述防锈剂选自二元酸、三元酸或四元酸中的任意一种或至少两种的组合。

4.根据权利要求3所述的金属清洗剂，其特征在于，所述防锈剂选自二元酸、三元酸和四元酸的组合，所述二元酸、三元酸和四元酸的质量比为(4-7):(5-6):(5-7)。

5.根据权利要求1或2所述的金属清洗剂，其特征在于，所述有机碱选自单乙醇胺和/或三乙醇胺。

6.根据权利要求5所述的金属清洗剂，其特征在于，所述有机碱选自单乙醇胺和三乙醇胺的组合，所述单乙醇胺和三乙醇胺的质量比为(1-1.6):1。

7.根据权利要求1或2所述的金属清洗剂，其特征在于，所述分散剂选自乙二胺聚氧乙烯聚氧丙烯醚和/或聚丙烯酸钠；

和/或，所述表面活性剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚、支链或半支链醇聚氧乙烯醚或脂肪醇烷氧基化合物中的任意一种或至少两种的组合；

和/或，所述消泡剂选自二氧化硅和矿物油的组合和/或有机硅。

8.根据权利要求7所述的金属清洗剂，其特征在于，所述分散剂选自乙二胺聚氧乙烯聚氧丙烯醚和聚丙烯酸钠的组合；

和/或，所述表面活性剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚和脂肪醇烷氧基化合物的组合，所述脂肪醇聚氧乙烯醚和脂肪醇烷氧基化合物的质量比为(1-4):(1-4)；

和/或，所述消泡剂选自有机硅。

9.权利要求1-8中任一项所述的金属清洗剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

（1）将有机碱、防锈剂和水混合，得到混合溶液；

（2）向所述混合溶液中加入分散剂、表面活性剂和消泡剂，得到所述金属清洗剂。

10.权利要求1-8中任一项所述的金属清洗剂在金属清洗中的应用。