防锈型水基金属清洗剂的研究与开发

陈洁琼

浙江机电职业技术学院，浙江杭州，310053

水基金属清洗剂是通过润湿、乳化、渗透、卷离、分散和增溶等作用实现对金属表面的去污。目前，部分水基金属清洗剂通过添加有机或无机的防锈原料使其具有一定防锈性，但存在洗净率、防锈性及稳定性等技术性能指标不能满足工业应用需要的缺点。本文研究的防锈型水基金属清洗剂，主要以既具有洗涤功能、又具有防锈功能的羧酸醇铵盐与非离子表面活性剂、无磷助洗剂复配而成，清洗去污效果好，对金属有防锈蚀作用，性能符合《水基金属清洗剂》（JB/T 4323—2019）要求。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

1.1.1 试验材料

十二烯基丁二酸、油酸、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺（6501）、三乙醇胺、硼砂、五水偏硅酸钠、聚丙烯酸（PAA）、苯并三氮唑，均为工业级。HT200铸铁；45钢。

1.1.2 试验设备

JM-A6002型电子天平，余姚纪铭称量校验设备有限公司；85-2型数显恒温磁力搅拌器，杭州仪表电机有限公司；HH-2型数显恒温水浴锅，金坛市江南仪器厂；PHS-3E型pH计，上海仪电科学仪器股份有限公司；DHG-9070A型电热恒温鼓风干燥箱，上海索普仪器有限公司。

1.2 试验方法

按照《水基金属清洗剂》（J B/T 4 3 2 3—2019）的规定，用配制的油污制作HT200铸铁、45钢的染油污试片，并在含5%（质量分数）清洗剂的工作液中，对染油污试片进行清洗、漂洗和防锈试验，根据试验结果确定清洗剂配方，然后对产品外观、pH、防锈性等指标进行测试。

1.2.1 外观检查

将100ml本品原液放于100 ml具塞量筒内，在15～35℃条件下放置24 h后，用肉眼观察。

1.2.2 pH测试

25℃下，用PHS-3E型pH计测试。

1.2.3 叠片防锈性试验

准备好的试片平放在湿润槽的隔板上，试片的磨光面向上，用圆头玻璃棒蘸取试液，均匀涂在试片上，再用另一块试片使其磨光的一面重叠其上，两试片间被一层试液膜隔开，应防止试片倾斜滑开。盖上湿润槽盖，并置于恒温室（35±2）℃放置4 h后，打开叠片，用脱脂棉蘸乙醇擦去试液，观察距试片边缘3 mm以内两叠面情况，无锈蚀出现，则符合标准要求。

1.2.4 高低温稳定性试验

（1）高温试验：将液体清洗剂50 ml置于50 ml具塞量筒中，加塞后放入（60±2）℃恒温水浴中。水面应没过具塞量筒30ml刻度处以上。6 h后，取出具塞量筒冷却到室温检查液体状态。

（2）低温试验：将经高温试验无不稳定现象的试样（若有不稳定现象另取新样），放于低温冰箱中于（-18±3）℃保持l h,取出具塞量筒，待试液恢复到室温并保持lh后，将试液倾倒5次，观察液体状态。

2 防锈型水基金属清洗剂主要成分的选择

2.1 防锈成分

根据防锈吸附原理，有机分子中的极性基团，如-COOH、-CONH、-SO3H、-OH、-NH等能吸附于金属表面，而疏水性的烃基在金属表面形成保护膜，防止水分侵蚀金属表面，起到防锈的效果。选择防锈成分，不仅应有防锈作用（含极性基团），且应具有一定的清洗功能[1]。

本文选择由羧酸与三乙醇胺反应合成脂肪酸醇铵盐作防锈成分，有良好的防锈作用，且清洗效果好（表1）。具体过程：将十二烯基丁二酸、油酸按比例复配混合羧酸，以1∶3的比例与三乙醇胺反应，得到相应的有机羧酸醇铵盐，具有的防锈性能最好[2]。

表1 防锈成分选择试验

2.2 表面活性剂

金属清洗中常用含有EO/PO嵌段聚醚的表面活性剂，这种结构在水溶液里更易形成胶束，表面张力较大，其增水一端会吸附在污垢质点上，而亲水一端与水结合在一起，从而将污垢被清洗液所分散、悬浮，当有外力作用时就会脱离被清洗物的表面，起到去污作用。

2.3 助剂

偏硅酸钠在清洗液中对油污具有良好的皂化、乳化、润湿作用，并使产品保持碱性状态，能充分发挥表面活性剂的去污作用，提高清洗效率。同时，为提高清洗液体系的分散性，防止污垢在金属表面再沉积，配入分子量2 000～5 000的聚丙烯酸（PAA）0.5%～1.5%（质量分数），它能与金属离子、钙、镁等形成稳定的化合物，对水中碳酸钙和氢氧化钙有优良的分解作用。

硼砂、苯并三氮唑具有阻滞金属铁与氧气的电化学反应，在金属铁表面的有限空间内形成具有一定蒸汽压的防锈剂气氛，减少腐蚀的发生[3]。

在十二烯基丁二酸、油酸（5∶5）混合羧酸与三乙醇胺反应生成的羧酸醇铵盐基础上添加防锈助剂，进行防锈助剂的选择试验。结果证明，1%～3%（质量分数）硼砂、0.2%～0.5%（质量分数）苯并三氮唑的加入有助于提高产品的防锈功能，结果见表2。

表2 防锈助剂选择试验

3 防锈型水基金属清洗剂配方的确定

3.1 配方的确定

防锈型水基金属清洗剂配方确定，首先是选择既具有很好的清洗功能、又具有防锈功能的表面活性剂，选择清洗、防锈助剂，然后优化各组分配比。通过上述防锈成分的选择、筛选，并采用正交和重复性试验，综合考虑产品成本、原材料获取、成品性能等因素，确定产品最佳配比（表3）。

表3 防锈型水基金属清洗剂配方筛选

按照《水基金属清洗剂》（J B/T 4 3 2 3—2019）对选定配方进行测试，结果表明，产品各项理化性能试验项目、指标均满足标准要求。具体结果为：外观均匀、不分层、无沉淀；pH 9.90～10.50；防锈性能：＞24 h出现锈迹；高低温稳定性试验：均匀，不分层，无析出物和絮状物，保持淡黄色、透明液体；清洗率98.5%；硬水中稳定性试验：无絮状物，无析出物；水不溶物试验：＜0.1%；漂洗性能试验：无可见清洗剂残留物。

3.2 与市售产品的比较

按照《水基金属清洗剂》（J B/T 4 3 2 3—2019），在相同条件下，将研究产品与国内一些标称具“防锈”功能的市售金属清洗剂进行了防锈性能测试、对比。结果见表4。

表4 研究产品与市售产品的防锈性能比对

从上表可以看出，本文研究产品采用既具有洗涤功能、又具有防锈功能的羧酸醇铵盐与非离子表面活性剂、无磷助洗剂复配而成的防锈型水基金属清洗剂，在满足清洗功能的基础上，对金属有较好的防锈蚀作用，防锈性能优于市售同类产品。

4 结论

开发了一种防锈型水基金属清洗剂，以既具有洗涤功能、又具有防锈功能的羧酸醇铵盐作为主要成分，确定了产品配方：羧酸醇铵盐8%～12%、烷基酚聚氧乙烯醚5%～8%、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺5%～8%、无水偏硅酸钠3%～5%、硼砂1%～3%、聚丙烯酸0.5%～1.5%、苯骈三氮唑0.2%～0.5%、水余量。本品不仅清洗去污效果好，并且对金属有防锈蚀作用，其他理化性能试验项目、指标均符合《水基金属清洗剂》（JB/T 4323—2019）要求。防锈性能优于市售同类产品。