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金属清洗剂配方分析
1.1背景
金属清洗剂在工业生产中应用十分广泛，常用于金属加工前后的表面除油、除垢及成品组装或包装前的清洗工艺。在电子工业中，印制电路板焊接后也必须采用清洗剂洗去有害残留物。此外，在机械设备维护保养过程中也常常用到金属清洗剂。
目前，常用的金属清洗剂分溶剂型、半溶剂型和水基型。溶剂型金属清洗剂中，石油溶剂易燃、易爆而且浪费资源。氯氟烃是最常用的溶剂型金属清洗剂，但由于其对大气臭氧层的破坏而被禁用。因而，溶剂型金属清洗剂正逐步被半溶剂型和水基型金属清洗剂所替代。 随着氟氯烃(CFC)替代日期的逼近，水基清洗剂的研究和应用受到各方面的关注。
1.2水基清洗剂概述
一般情况下，吸附于金属表面的污物由水溶性污物和非水溶性污物组成。前者包括糖、淀粉、有机酸碱、血液、蛋白质及无机盐等，后者包括动植物油脂、脂肪醇、矿物油、灰尘、泥土、金属氧化物等。
水基清洗剂以表面活性剂为主要成分，同时添加各种添加剂如助剂、稳定剂、缓蚀剂、增溶剂、消泡剂、防霉剂、防冻剂等。表面活性剂具有浮化、湿润、增溶、渗透、分散、防腐、络合等特性，在清洗液中起主要作用。表面活性剂是一种两亲分子，当这种两亲分子附着于油-金属界面时，其亲油端容易吸附在油污表面，并伸向油污内部，而极性亲水端则吸附在金属表面，在油-金属界面间形成一层紧密的定向排列的表面活性剂分子膜。这种膜能减弱油-金属界面的附着力，增加金属零件的湿润性。在水溶液浸泡、撞击零件过程中，表面活性剂分子在水分子的吸引下，油污从金属零件表面脱离，起到清洗零件的目的。当这种两亲分子附着于油-水界面时，其亲水端向水中伸入，形成一层膜，降低油-水的界面张力。当溶液中的表面活性剂分子达到一定浓度时，就会使油污在溶液中形成稳定的微小油污颗粒，形成溶解了油污的乳化液，达到清洗零件油污的目的。
1.3水基金属清洗剂原料选择
水基金属清洗剂的主要成份是表面活性剂和无机助剂，为了避免金属在清洗过程中发生腐蚀，还须加入缓蚀剂，为了增强溶解性和促进金属表面污垢在水中的分离效果，还要加入一定量的助溶剂。表面活性剂的作用是能显著降低液体的表面张力，使油污的附着力降低：通过搅拌、超声波等机械力和加温热力，增加了污垢脱离的势能，提高了润湿、渗透作用。一般认为阴离子型有一定的防锈性能(如磺酸盐等)，非离子型对水质适应性强但对防锈性有一些影响(如聚氧乙烯脂肪醇醚等)，需综合考虑。各种助剂具有溶解油脂、软化硬水和防止再沉积等作用，使污垢乳化、分散、悬浮在洗液中。能强化表面活性剂的清洗作用．水基金属清洗剂的配方应从一下几个方面考虑：
1.3.1表面活性剂
表面活性剂是水基金属清洗剂中最主要的成份，因此所选择的表面活性剂要有良好的洗涤和去污作用。为了达到更好的清洗效果，可以选出几种去污效果较佳的表面活性剂进行复配，利用不同表面活性剂各自的特性，复配后的表面活性剂可以增强对金属污垢的润湿，渗透，乳化，增溶等作用。
1)烷基酚聚氧乙烯醚(别名OP-10)：对金属硬表面的污垢具有很好的润湿，乳化，分散和去污能力，抗静电和抗硬水性能较好，在较宽的温度范围内很稳定，可与各类表面活性剂混用。
2)脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(别名AES)：为阴离子表面活性剂,具有优良的去污，乳化和发泡性能，生物降解度大于90%，有利于环境保护。它与非离子表面活性剂复配去污效果非常好，同时它对于OP-10 等非离子型表面活性剂在水中有增溶作用。
3)十二烷基苯磺酸钠(别名LAS)：阴离子表面活性剂，具有去污，润湿，发泡，乳化和分散性能，大量用作生产各种洗涤剂的原料。LAS属中性物质，它对水硬度较敏感，起泡力高，去污力强，易与各种助剂复配，生物降解性大于90％，对环境污染程度小。
4)烷基醇酰胺(别名704)：非离子表面活性剂，704可以以任何比例溶于水，同其它阴离子或非离子表面活性剂混用，可制得透明液体；同时它具有起泡和稳泡作用以及去污，分散和增粘特性，对皮映温和，具有防腐蚀性能，在配方中选用它，既有表面活性剂的作用，又起到稳泡防蚀的功能。
5)AN：非离子表面活性剂，在配方中主要作为缓蚀剂。
6)脂肪醇聚氧乙烯醚：非离子表面活性剂，溶于水具有良好的润湿力，发泡力，分散力，去污力和乳化力，有较高的去脂性能和降低水的表面张力及耐硬水的性能。
7）AOS：去污性能佳，对酸、碱稳定，有优良的水溶性，对水的硬度也不敏感，对皮肤刺激性小，它的生物降解性接近100％，与非离子和阴离子表面活性剂都有良好的配伍性能。
8）MES：是以天然油脂为原料制得的表面活性剂，所以它的生物降解性能十分优良。它对水中钙、镁等金属离子螯合能力很强，去污和分散能力很好，但容易水解，所以不宜在强碱性体系中应用，但可以在低碱性、中性或酸性介质中使用。
1.3.2缓蚀剂
常见的水溶性缓蚀剂，有苯甲酸钠、硼酸盐、铝酸盐、二乙醇胺、三乙醇胺与无机酸或有机酸的生成物胺类、咪唑啉类、苯并三氨唑等。无机型防锈剂可使金属氧化并在金属表面形成钝化保护膜：胺类防锈剂等含极性基团有机物能在金属表面吸附成膜，保护金属：铜及其合金的防腐剂苯并三氮唑属于金属离子型，它和金属表面产物层的金属离子结合形成保护膜。黑色金属缓蚀剂有亚硝酸钠，苯甲酸钠，乙醇胺系列等，有色金属缓蚀剂有硅酸盐，苯并三氮唑，氟硅酸，铬酸盐等。在水基金属洗剂中加入少量的缓蚀剂，不但可以抑制金属的腐蚀，而且还可以增加清洗剂的去污能力。
1)硅酸钠：别名泡花碱，水玻璃。分子式为Na2O·nSiO2·xH2O。硅酸钠外形有固体和液体两种。其性质随分子式中SiO2 和Na2O 的比值而不同，其比值称为模。硅酸钠为无色适明液体，有防腐蚀作用，同时，由于水解时产生了具有胶束结构的硅酸，对固体污垢的粒子有悬浮和分散能力，对油污有乳化作用，因此有得于污垢的再沉积，在配方中主要起缓蚀和再抗沉积作用。
2)硫脲：有色金属缓蚀剂
1.3.3无机助洗剂
可以看出，选择三聚磷酸纳和其他助剂复配使用，具有助洗、缓蚀、缓冲碱性、抗硬水等多种功效。试验表明，含20％活性物的清洗剂中，添加助洗剂后，其综合清洗能力比含100％活性物而不加助洗剂的清洗剂要好。但是在配制液状清洗剂中，三聚磷酸钠加入量不得超过2％，助剂总量不得超过8％，否则有可能出现沉淀、清洗剂相态不均等问题，尤其在冬季，情况更为严重。而且，含磷助剂有可能导致水体富营养化，美国、瑞典、瑞士、加拿大等国规定洗涤剂中磷酸盐含量在9％以下，德国规定在20％以下。另外三聚磷酸钠在常温下会有缓慢的水解，PH值的降低、温度的升高、浓度的降低、时间的延长会促进水解。过强的碱性会导致聚氧乙烯醚类等非离子表面活性剂断链，而降低清洗效果。所以选用助剂的数量和时效十分重要。
特别值得一提的是，由于4A分子筛具有很多空穴，因而有很大的吸咐表面，对多种金属离子和水具有很强的吸附力和交换力，在溶液中呈碱性，有一定的缓冲作用，也具有一定的分散性、抗再沉积性，对人体、鱼、藻类安全无毒，虽然4A分子筛在体系中有沉积的趋向，但只要选择合理的分散剂也是可行的。在水基金属清洗剂体系中，有些物质往往兼有多种作用，主洗也兼有助洗功能，助洗也兼有络合、稳定等功能，选择组合取向问题上，尽可能采用品种少，而取身兼数职作用的成分。
1.3.4 助溶剂
由于有些表面活性剂的溶解度过低，在复配时为了促进其溶解，在配方中还要加入少量助溶剂，常用的助溶剂主要是尿素，磷酸酯和乙二醇醚。
1.3.5 其它成份
1)二乙醇胺：用于制备非离子表面活性剂，乳化剂，擦亮剂等；
2)螯合剂：乙二胺四乙酸二钠(EDTA—2Na)，葡萄糖酸钠等，用于洗涤剂的金属螯合物。
3）消泡剂：聚醚，有机硅等。
1.4配方实例：
1）配方一：无磷水基金属清洗剂的研制
各原料组分的质量分数为： AESA(C12脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵)：BJH一1(脂肪胺类，自制)：OP-10(辛基酚聚氧乙烯醚)：M550(卤化二甲基二丙基铵丙酰铵共聚物)=6：4：4：1(摩尔比)，并将其按质量比95：5加入Na-CP4(马来酸酐及丙烯酸共聚物的钠盐)及硅酸钠做助洗剂，对其5％稀释液的洗涤效果和防锈性能进行了评价。结果表明，该清洗剂具有较强的去污能力和良好的防锈性能，不含磷化物，对环境友好。
2)配方二：金属轴承水基清洗剂
各原料组分的质量分数为：脂肪醇聚氧乙烯醚2％～8％；烷基酚聚氧乙烯醚2％～8％；脂肪酸烷醇酰胺3％～10％；油酸三乙醇胺5％～25％；三乙醇胺10％～22％；单乙醇胺5％～18％；烷基磺酸钠0.5％～3％；苯并三氮唑0.01％～0．5％；乙二胺四乙酸二钠1％~ 2％；水3.5％～71.49％。
3)配方三：一种金属清洗剂
该金属表面清洗剂是由以下原料配制而成的，各原料组分的质量分数为：硅酸钠(35％ ～45％)、三聚磷酸钠(50％ ～55％)、脂肪醇聚氧乙烯醚(5％ ～10％)；制作方法是将上述组分按比例放入搅拌器里进行搅拌混合，待搅拌混合均匀后，进行包装即可得到。使用时，取本品与水按1：10的比例进行溶解即可用于清洗金属。
4)配方四：一种新型的水基金属清洗剂
各原料组分的质量分数为：2.6％AE09，3.5％油酸三乙醇胺，4.3％Na2C03，7.8％三乙醇胺，5％TX-10，4.1％苯甲酸钠，其余为水；2配方的各组分的含量(质量分数)为：4-5％平平加O.5~2％油酸三乙醇胺，4.3％Na2C03，6.5％三乙醇胺，7.2％6501，2.5％葡萄糖酸钠，3.7％苯甲酸钠，其余为水。具有稳定、去污率高、防腐防锈性强的特点，而且无毒、对人体无害。特别是在室温下即可达量到96％以上的清洗率。
5）配方五：低泡水基金属清洗剂
各原料组分的质量分数为：0.5％6501；0.5％ 三乙醇胺油酸皂；0.25％GT-12；0．25％S一86；1.25％M -10；0.75％ 聚醚L61；10％ 三乙醇胺；1％Na2CO3；1％ 硼砂；5％ EDTA二钠；0.3％有机硅
6）配方六：环保型工业水基金属清洗剂
各原料组分的质量分数为：脂肪醇聚氧乙烯醚用量10％，月桂酸二乙醇酰胺6％，淀粉糖苷表面活性剂7％，聚氧乙烯醚硫酸盐2.2％，磺化琥珀酸二仲辛酯钠盐为1.8％，苯甲酸钠l％，水玻璃0.1％，尿素1％；采用非离子型和阴离子型表面活性剂进行复配，将一定量的去离子水加入到100 mL的烧杯中，高速搅拌，控制温度在55℃左右，依次加入脂肪醇聚氧乙烯醚，待其完全溶解后加入淀粉糖苷表面活性剂，继续搅拌，30 min后，再依次加入月桂酸二乙醇酰胺，聚氧乙烯醚硫酸盐和尿素(配制时应准确控制温度和聚氧乙烯醚硫酸盐浓度，防止聚氧乙烯醚硫酸盐形成凝胶)，继续搅拌30～45 rain，降温至40℃左右，加入磺化琥珀酸二仲辛酯钠盐，防腐剂等助剂，继续搅拌几分钟，冷却至室温即可．
1.5国外水基金属清洗剂专利配方：
1) 配方一：MEA、甘油、偏硅酸钠、油酰基异链烷基硫酸盐、3-亚氨基聚氧乙烯-l，2，4-二硫代吡咯硫酬、水。此清洗剂适合冲洗工艺，去污力和钝化性能好。
2）配方二：C8-nAE、AE、烷基醇胺、烷基水杨酸钙、C8- C20合脂酸烷醇胺盐。此专利清洗剂储存稳定，使用时泡沫少。
3)配方三：C10- C13合脂醇聚氧乙烯醚、C5- C5合脂酸单链烷醇胺盐、HOCH2CH2NH2、C2H5OH、合成C10- C13酸二乙醇酰胺、C
