金属清洗剂研制方法 开发研制金属清洗剂，无论是在研究部门的实验室还是在企业的实验室，一般按照以下步骤进行工作。 [caption id="attachment_1110" align="alignnone" width="1036"] 镁铝合金专用切削液...
金属清洗剂研制方法
开发研制金属清洗剂，无论是在研究部门的实验室还是在企业的实验室，一般按照以下步骤进行工作。
镁铝合金专用切削液
1、确定清洗对象，要求，剂型。
2、查找有关资料，专利，必要时做市场调查。
3、了解清洗工艺，建立实验室性能评价方法。
4、基本组成的确定，必要时对样品进行剖析作为参考。
5、配方的筛选试验，建立基础配方。
6、现场应用试验，对基础配方进行验证，寻找问题和不足。
7、配方改进，定型，注意性能/价格比。
8、性能指标测定，使用条件试验，确定使用中注意的问题。
9、现场应用放大试验。
10、起草企业标准。
11、推广应用，产品试销，做好技术服务。
12、新产品鉴定，可达销售。
一、水剂型金属清洗剂
在金属加工过程中，需要对金属进行清洗，清洗对象有两类，一是除锈，二是除油。清洗金属表面油污的清洗剂可分为三大类：第一类是溶剂型清洗剂，主要成分为汽油，煤油或卤代烃等有机溶剂；第二类是水基清洗剂，主要成分为表面活性剂，助剂等；第三类为复合型清洗剂，主要成分为表面活性剂，有机溶剂，助剂等复配而成。目前的金属清洗剂一般是指水基金属清洗剂。
（一）金属清洗剂要满足的要求
1、有良好的润湿，增溶，和乳化等表面活性，有较强的去油能力，清洗后的工件表面没有可见油膜或油斑。
2、对金属材料无腐蚀，清洗后工件表面仍然保持金属原有的金属光泽。
3、对金属材料有一定程度的防锈能力，金属或工件经过清洗后，在加工过程的供需之间转递时，不会出现锈斑。无须任何防锈处理。
4、有较好的工艺性能，如操作简便，使用温度较低，易水洗干净，不污染环境或三废处理方便。
（二）金属清洗剂配方中组分的考虑
1、表面活性剂
因清洗对象主要是污垢，选用的表面活性剂要含有与油污分子结构相似的憎水基团，油污的主要成分一般为矿物油和动植物油，所以用于金属清洗剂的表面活性剂一般为脂肪族衍生物或带有脂肪烃的芳香族衍生物，其HLB值一般就选在8-16之间。配制金属清洗剂的原料很多，一般就选用对油污有较强润湿，增溶，和乳化能力的表面活性剂。从资源和成本等因素综合考虑，如选用油酸三乙醇胺，烷基磷酸酯，酚醚或醇醚磷酸酯，脂肪醇聚氧乙烯醚等。当然同大多数洗涤剂一样，配方中使用单一的表面活性剂其效果不及多种表面活性剂复配在一起好。故金属洗涤剂中都含有两种以上的表面活性剂
2、碱和碱性盐
碱和碱性盐也是一种清洗剂，广泛用于金属的清洗，也作为助剂配入表面活性剂中使用。它们对洗除动植物油脂，脂肪酸类污垢和亲水性污垢效果明显，甚至可和油脂，脂肪酸类污垢反应生成具有表面活性的肥皂。单独使用碱时去除去垢的能力是有限的，加入表面活性剂以后，就能提高清洗能力。碱和碱性盐对某些金属有腐蚀作用，因而洗涤要求质量较高的金属件时，就不能选用碱性清洗剂。常用的碱和碱性盐有：苛性钠，碳酸钠，碳酸氢钠，正硅酸钠，偏硅酸钠，正磷酸钠，焦磷酸钠，三聚磷酸钠，六偏磷酸钠等。
3、防锈缓蚀剂
金属清洗剂中应含有一定量的防锈缓蚀剂，以达到清洗时对金属表面无腐蚀，无损伤，清洗后使金属表面洁净光亮并有一定的缓蚀防锈的要求。水基金属清洗剂中添加的主要是控制腐蚀速度的缓蚀剂，有无机和有机两种。防锈剂则是为了防止由于大气腐蚀而引起生锈所使用的油性添加剂，用于水基金属清洗剂时，可通过表面活性剂将其分散在水溶液中。使用的无机缓蚀剂有：亚硝酸钠，亚硝酸钠+无水碳酸钠，磷酸三钠，磷酸氢二钠，三聚磷酸钠，硅酸钠，重铬酸钾，碳酸铵等。有机缓蚀剂有：苯甲酸钠，苯甲酸铵，三乙醇胺，乙醇胺，苯乙醇胺，乌洛托品，尿素，苯并三氮唑等。缓蚀剂也是复配使用效果好，如亚硝酸钠+三乙醇胺，硅酸钠+三聚磷酸钠，都有良好的防锈效果。对不同的清洗对象，最好经过试验来确定。
4、消泡剂
金属清洗剂使用时，一般要求在低泡或无泡状态下进行清洗的。泡沫太多，将使机械化清洗或连续化清洗无法进行，尤其是高压喷雾清洗要求使用无泡货低泡清洗剂。故金属清洗剂需要加入一定量的消泡剂。常用而又具有代表性的消泡剂有：聚醚2010，聚醚L61，磷酸三丁酯，有机硅，油酸，油酸钠等。有些消泡剂对金属清洗剂的去油污能力有协同作用，有些则有负作用，所以筛选消泡剂品种时，应与确定选用的其他组分合并后进行去油污试验，然后确定配方。
（三）建立清洗效果的测定方法
研制金属清洗剂的重要工作，就是根据自己的条件先要建立对清洗剂的组分以及一些配方性能的评价方法。可参考行业标准ZBY43003-1986《通用水基金属净洗剂试验方法》。
1、金属试片的制备
试片有钢，铸铁，黄铜，铝，不锈钢等多种，规格和尺寸都有规定。以45号钢片为例，尺寸为50mm*50mm*(3-5)mm。将240号砂布铺在平板上，将试片打磨光亮，打磨方向平行于试片的长边。打磨后的试片先用脱脂棉擦净，吊挂在S形钩上，浸入无水乙醇中，再用镊子夹脱脂棉擦洗。然后把试片移至丙酮中漂洗，用热风吹干，存放于干燥器内备用。
2、试液的配制 对于腐蚀性，防锈性，漂洗性和PH值试验所用的试液用蒸馏水或去离子水按3%配制。对于净洗力，泡沫等试验所用的试液用250mg/kg硬水，也按3%配制。
3、净洗力的测定 净洗力的测定用摆洗机进行，规定摆洗机的摆动频率为（40+-2）次/分钟。摆动距离为（50+-2）mm。
人造油污的配制
人造油污的配方：石油磺酸钡8%，羊毛脂镁皂3.5%，羊毛脂：2%，工业凡士林：30%，20号机油：34.5%，30号机油：12%，钙基脂：2%，三氧化二铝：8%；
制备方法：按配方规定，将工业凡士林，20号机油，30号机油，混合物加热到20度左右溶解均匀，倒入羊毛脂镁皂，石油磺酸钡，钙基脂，和羊毛脂。搅拌溶解。控制温度不能超过130度，待全部溶解后，停止加热，加入氧化铝粉末搅拌均匀冷却至室温既可。
人造油污的涂覆
将准备好的钢试片，用挂钩挂好，置于40度左右的烘箱干燥30分钟后，准确到0.2mg 。将称量后的试片平放在干净的滤纸上，用小刮刀摄入人造油污，均匀地涂覆在试片一面上的规定部位，并将试片两侧和底边多余的油污用滤纸擦去。油污涂覆控制在0.08-0.19g之间。然后将涂好的试片用挂钩挂好，放入40度烘箱干燥30分钟后取出，用滤纸擦去底边的油污，冷却称量。
试验程序
在500ml烧杯中，倒入400ml净洗剂溶液，然后将烧杯放置于摆洗机的水浴孔中，使净洗剂溶液温度保持在60度上下。将涂好的试片夹持在摆洗机的摆架上，使试片表面垂直于摆动方向。在净洗剂溶液中浸泡3分钟，然后开动摆洗机摆洗3分钟。摆洗结束后，连同挂钩取出试片，再在60度左右400ml的蒸馏水中摆洗30秒，取下试片，放入40度左右的恒温箱内干燥2小时。冷却至室温，称量，计算净洗力。
净洗力计算
净洗力%=试片涂覆油污后的质量减去清洗后的质量/试片涂覆油污后的质量减去试片质量
结果评定
用三个试片所做的平行试验中，应至少有两片的数值相差不超过3%，否则应重新试验。取平均值作为测定结果。按标准要求，产品的净洗力要大于或等于90%。
腐蚀性试验
是将金属试片浸入一定温度的净洗液中，经规定时间后，以金属试片的外观和质量的变化来评定净洗剂对金属的腐蚀性。
试验程序
将盛有400ml试液的搪瓷药物缸放入恒温水浴锅里，使试液恒温在80度。将试片（连挂钩）置于40度烘箱中干燥30分钟，冷却，称量。然后吊挂于横放在药物缸口的横梁上。并让试片全浸在试液中（不露底，不露面）。在每个缸中只放两片相同材质的试片，经过2小时后。取出试片，用新煮沸过的冷蒸馏水漂洗（摆洗10次），用丙酮脱水和热风吹干，检查外观。再将试片（连挂钩）置于40度左右烘箱中干燥30分钟冷却称重。计算质量变化作为腐蚀量，以mg表示。腐蚀量=清洗前—清洗后
结果评定
0级：表面无锈，无明显变化
1级：表面无锈，轻微变色或失光
2级：表面轻锈，或不均匀变色
3级：表面大面积锈蚀
按标准的要求，对45号钢，外观应为0级；腐蚀量应小于或等于2mg
防锈性试验
将盛有400ml试液的药物缸放入80度左右恒温水浴锅里，将准备好的试片放入试液中浸30秒取出。用滤纸吸去试片下端及孔眼的液体，垂直悬挂于试片架上，将试片连同架子放在40度烘箱中，干燥15分钟后，将试片架移入已预先放在烘箱中恒温至35度左右，相对湿度90%的湿热器里，放置24小时，温度保持35度，时间到后，取出试片检查外观。
评级方法和腐蚀性评定相同。按标准的要求，对45号钢，外观为0级。
其他性能试验
泡沫性能试验。泡沫的测定和洗衣粉一样，用罗氏泡沫仪测定。按标准的要求，对金属清洗剂要求低泡，即在50度左右，即时泡沫小于等于80mm；5分钟泡沫小于等于20mm。
高低温稳定试验。产品应达到高低温稳定的要求。
高温试验：将净洗剂倒入量筒至50ml刻度，加塞后放入60度恒温水浴中，水面应高于刻度20mm，6小时后取出。待恢复至室温后，观察外观变化，应均匀，不分层。
低温试验：将经高温试验无变化的试样（如油变化换新样）放入零下5度左右的冰箱里，保持24小时。取出。自然恢复至室温后，观察外观变化，应均匀，不分层，无结晶物沉淀析出。
水分挥发物的测定:于已恒定重的称量皿中称取净洗剂样品约2克，称准至0.2mg。在105度左右烘箱内干燥4小时，取出。放在比例干燥器内冷却至室温，加盖称量。按下式计算水分及挥发物含量百分数.=样品失重数/样品质量*100%
两个平行试验值之差应小于0.5%，取其平均值为测定结果。按标准要求，对金属清洗剂的水分及挥发物，液体产品应小于或等于80%；浆状物应小于或等于50%；而粉状物应小于或等于30%。
漂洗性能试验：
将盛有400ml试液的烧杯，放入60度左右的恒温水浴里，将准备好的试片挂在S形挂钩上，全浸在试液中5分钟，取出后，立即用滤纸吸去试片下端及孔眼的液体，垂直悬挂于试片架上，放入40度左右烘箱中干燥30分钟，取出试片在400 ml60度左右的蒸馏水中来回摆动10次（往返为1次），摆洗时间不超过10秒。取出后，用热风吹干，检查试片外观，同时用两片试片作平行试验。
结果评定查看试片表面有无净洗剂残留物
PH值测定
用PH值计测定3%的式样溶液。一般用PH纸测定。
按标准要求，对钢铸铁类用洗涤剂PH值要求大于7；而对铜及铜合金，铝及铝合金用洗涤剂则要求PH值在7-11.5之间。
金属清洗剂配方的筛选
1、表面活性剂
各类表面活性剂的清洗效果与被洗物的种类，污垢的性质以及温度等有关，例如把炭黑和矿物油以质量比1：2组成的污垢涂在钢表面上，在相同条件下，各类表面活性剂的清洗效果顺序如下。非离子表面活性剂>阳离子表面活性剂=烷基硫酸盐>肥皂
选择表面活性剂应注意以下问题
在金属清洗剂中应用得较多的是非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂，若把两者复合使用则能产生较好的协同效应，其乳化增溶分散净洗作用将得到增强。
应注意HLB值，综合考虑金属清洗剂卷离和分散污垢的能力，所用的表面活性剂HLB值一般在8-16.
多数分子离子表面活性剂具有浊点，作为金属清洗剂用的表面活性剂其浊点不宜太低，一般应高于清洗剂的使用温度。否则在清洗过程中会出现浑浊，会降低其表面活性。但浊点也不必太高，HLB值升高会使表面活性剂憎水基团过弱，也不利于油污的清洗。
在水基金属清洗剂中，表面活性剂的净洗力和防锈性往往是互相矛盾，互相抑制的。清洗的主要作用是使油污脱离金属表面，并且防止再沉积于金属表面上；而防锈的机理主要是加强吸附作用，在金属表面形成密集的吸附膜，以隔绝一切腐蚀介质。尽管如此，仍有脂肪酸烷醇酰胺，聚氧乙烯脂肪胺等同时兼有去污和防锈两种作用，它们可用于防锈型金属清洗剂。
软硬水对表面活性剂净洗力的影响 非离子表面活性剂的抗硬水能力强，一般不受水的硬度影响。但水硬度对阴离子表面活性剂净洗力影响很大。例如烷基苯磺酸钠在软水中的净洗力为77.4，在硬水中只有19.4；
温度对表面活性剂净洗力的影响：非离子表面活性剂基本不受温度的影响，但温度超过浊点时，净洗力要下降。但是对阴离子表面活性剂或阴离子表面活性剂与非离子表面活性剂复配的清洗剂温度都有影响，例如，对阴离子表面活性剂与非离子表面活性剂复配的清洗剂，在蒸馏水中的净洗力，15度为32.87；45度为77.99；80度为88.95；净洗力随温度的升高而增加。
碱和碱性盐
碱和各种碱性盐的性能如下选择碱性盐时，要注意它们的不同性质，例如，碳酸钠在硬水中生成难溶性碳酸钙；而碳酸氢钠和钙离子反应生成可溶性的碳酸氢钙，对硬水具有一定的软化能力。硅酸盐类的耐硬水性和污垢分散能力都很好。还有防止污垢再附着作用；偏硅酸钠对铝，锌和锡等有色金属的腐蚀有抑制作用。聚磷酸盐的碱度较低，能软化硬水，分散力强，可防止金属腐蚀，也有防止污垢的附着作用，与表面活性剂复配能增加净洗力，是一种优良的助洗剂。
各种表面活性剂复配
选用表面活性剂AEO-9(伯)，AEO-9（仲），AEO-7,AES, TX-10, LAS-Na, 等进行复配。
凡是复配LAS-Na的净洗力都很差，而且其含量越多越差。而非离子表面活性剂复配效果很好。
表面活性剂和碱性盐复配
含有碱3%，表面活性剂1%，水96%，无表面活性剂时，碱4%,水96%。
表面活性剂和碱性盐复配均可明显提高净洗力。有些表面活性剂对碱性物质有选择性，如LAS-Na,配入各种碱性物质后，净洗力都有一定程度提高，以配入正硅酸钠最好，有些表面活性剂选择性并不明显，如TX-10，配入碱性物质后，净洗力都能高过95%以上，提高幅度都很大。
防腐缓蚀剂及其他助剂的添加
在钢铁制件清洗剂中可添加亚硝酸钠，碳酸钠，有机铵类，苯甲酸钠，油酸三乙醇胺，烷基醇酰胺，等作为缓蚀剂；铜制件清洗剂中可添加苯并三氮唑及其衍生物作为缓蚀剂；对铝制件清洗剂可采用硅酸钠，硅酸钾等作为缓蚀剂；硅酸盐也是在水中性水溶液中钢铁制件的廉价缓蚀剂。一种新型表面活性剂阳离子咪唑啉，在金属清洗剂中用作缓蚀剂的效果很好，其本身还有一定的清洗作用。
在金属清洗剂中还应加入消泡剂，增溶剂，稳定剂，和其他无机盐等助剂。有时，为了改善产品的外观和质量，还可以在清洗剂中加入少量香精，增白剂，荧光剂，防霉剂，和色素。
配方筛选结果
对于研制一种弱碱性水剂型金属油污清洗剂，达到清洗率高，腐蚀性好，清洗温度低，无毒，无污染等目的，对表面活性剂的筛选和复配很重要，要保证各种表面活性剂复配后的HLB值在9.0-13的范围。最后确定了以脂肪醇聚氧乙烯醚，烷基酚聚氧乙烯醚等非离子表面活性剂为主，与十二烷基磷酸酯钾盐，十四醇聚氧乙烯醚琥珀酸单酯磺酸盐，AES 等阴离子表面活性剂进行复配。利用各种碱性盐助剂的协同作用，选用焦磷酸钾，硼砂等。选用缓蚀剂为硅酸钾，苯并三氮唑等。例如筛选后的配方
浓缩液可稀释20-30倍，铝及合金则必须配入一定量硅酸盐在稀释使用。
性能结果测试
PH值，高低稳定性
对以上配方的金属清洗剂直接用自来水配制3%清洗试液的外观，PH值，耐高低温性能进行了检测
