本發(fā)明涉及金屬表面處理領(lǐng)域，具體涉及一種金屬的水基無磷脫脂防銹除蠟劑及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
金屬工件經(jīng)過拋光蠟拋光后，蠟垢就以機械吸附、分子間吸附和靜電力吸附等粘附方式殘留在工件上。拋光蠟的主要成分有礦物油、動植物油、石蠟、天然蠟、樹脂、硬脂酸以及磨料等。目前金屬除蠟漬、脫脂、去油污的方法主要有下列幾類：有機溶劑法、化學(xué)法、電化學(xué)法和水基清洗劑法等。常用有機溶劑不能完全去除拋光蠟，特別是其上的金屬氧化物、碳化物等磨光料不能被有效清洗掉；而含氯溶劑不但毒性大，且有水解趨勢，在濕性條件下，對工件會有腐蝕；同時，化學(xué)、電化學(xué)法除蠟脫脂都要用到強酸或強堿，會腐蝕金屬，所以也不宜用于清洗。
水基型除蠟劑是以水為分散介質(zhì)，綠色無毒，主要是通過表面活性劑的反轉(zhuǎn)作用、潤濕作用、滲透作用和凈洗的作用，將附著在金屬工件表面上的蠟清除掉。因此，它的使用效果是受溫度控制的。通常，溫度上升時，清洗劑的凈洗能力增強，這是因為當溫度升高，會加快蠟的溶解速度，但高溫會造成資源浪費，也增加了操作成本。
此外，目前市場上的多種除蠟劑雖然可以在一定程度上清洗金屬表面的拋光蠟和油脂，但是由于其組分、含量及工藝上的缺陷，防銹性很差，清洗后的金屬制件容易生銹，因此，除蠟劑中會添加一些緩蝕劑以提高金屬清洗之后的防銹性能。市場上使用最多的是有機磷緩蝕阻垢劑，有機磷緩蝕劑不僅緩蝕阻垢效果好，不會像鉻酸鹽那樣帶來水體重金屬污染，也不會像無機磷酸鹽那樣生成磷酸鈣沉淀。然而，有機磷緩蝕劑的大量使用卻造成排放水體的富營養(yǎng)化，危害環(huán)境，近幾年國家已經(jīng)開始限制高濃度有機磷緩蝕阻垢劑的使用。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種水基無磷脫脂防銹除蠟劑及其制備方法和應(yīng)用，適用于各種金屬制件，如鋼鐵、不銹鋼、銅、鋁、鋅及其合金表面，無需高溫清洗，常溫下即能夠清除金屬表面的拋光蠟、打磨蠟、油脂、油污、粉塵等污垢，具有使用濃度低、滲透性強、低泡、除蠟效率高等優(yōu)點，不含強酸、氫氧化鈉和無機鹽、不可燃，不傷基體，清洗液化學(xué)穩(wěn)定性好，使用壽命長，不含apeo非離子表面活性劑，綠色無毒，不含磷，排放后不會污染水體環(huán)境，并且具有良好的防銹性能。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種水基無磷脫脂防銹除蠟劑，其由以下重量比的配方組成：
陰離子羧酸型高分子表面活性劑15~20%，
二乙醇胺油酸皂15~20%，
聚乙烯吡咯烷酮10~18%
烷醇酰胺磷酸酯9~16%
雙烯基丁二酰亞胺6~10%，
滲透劑ta-25~9%，
s-羧乙基硫代琥珀酸1~3%，
聚乙二醇40010~15%，
余量為去離子水。
其中，所述陰離子羧酸型高分子表面活性劑包括水溶性的聚丙烯酸及其共聚物、丁烯酸及其共聚物、丙烯酸馬來酸酐共聚物等。高分子表面活性劑分子量高，除了具有良好的分散性、乳化性和穩(wěn)泡性之外，與除蠟劑常用的低分子量陰離子表面活性劑相比，還具有低毒、良好的成膜性、粘附性，含有高分子表面活性劑的清洗劑能在清洗金屬之后在其表面形成一層附著力良好的薄膜，與防銹劑、其他表面活性劑協(xié)同作用改善清洗劑的除蠟脫脂和防銹性能，尤其能提高清洗劑的持久防銹性能。
二乙醇胺油酸皂是一種低分子陰離子表面活性劑，相對于其它高級脂肪酸，油酸的水溶性、耐硬水性、高/低溫除蠟?zāi)芰暂^為突出，而且本團隊在研究中發(fā)現(xiàn)，較單乙醇胺和三乙醇胺而言，二乙醇胺更具有良好的緩蝕、滲透、絡(luò)合、堿儲量等作用，因此本發(fā)明采用二乙醇胺油酸皂與羧酸型高分子表面活性劑作為復(fù)配型陰離子表面活性劑從而提高清洗劑的除蠟除油性能。本團隊在研發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)，油酸與二乙醇胺的摩爾比為1∶2的化合物除蠟性能最好，故選用該摩爾比形成的二乙醇胺油酸皂。
聚乙烯吡咯烷酮pvp是一種非離子高分子表面活性劑，具有良好的分散性、乳化性和抗污垢性，還具有成膜性、粘結(jié)性、增溶作用，一方面，pvp可與陰離子高分子表面活性劑共同成膜，在用清洗劑清洗之后，金屬基材表面會覆蓋一層高附著力、均勻穩(wěn)定的薄膜，防銹劑均勻分散在這層高分子薄膜中，將金屬與外界隔離，這種“屏障”會進一步提高金屬基體的防銹性。另一方面，pvp作為非離子表面活性劑，能夠同時與陰離子表面活性劑以及其它非離子表面活性劑復(fù)配，這種協(xié)同作用可表現(xiàn)出較低的表面張力，提高清洗劑的界面活性，大大提高去污率，獲得很好的清洗效果。
本發(fā)明還采用非離子表面活性劑烷醇酰胺磷酸酯6503和陰離子表面活性劑的復(fù)配，通過陰離子表面活性劑的加入，擴大了非離子表面活性劑的濁點范圍，可以形成混合膠團。由于非離子表面活性劑分子的“插入”，使得陰離子表面活性劑之間離子部分的斥力降低，再通過兩個表面活性劑憎水鏈膠束之間的相互作用，使得膠團的生成變得更容易，從而使溶液的臨界膠束值下降，表面張力也下降，表面活性增高。烷醇酰胺磷酸酯6503在硬水和鹽水中都有極強的去污能力，該物質(zhì)沒有濁點，無需高溫即能對動物油或礦物油有良好的脫除能力，清洗中還具有良好的穩(wěn)泡性、優(yōu)異的乳化和防銹性能。
雙烯基丁二酰亞胺t154為油溶性高分子分散劑，具有防銹性、突出的低溫分散性、增溶作用和較好的高溫穩(wěn)定性，其在油性介質(zhì)中的分散能力一般遠遠高于低分子分散劑。滲透劑ta-2低泡、高濁點，具有極好的附著力，滲透力較強，在高溫或低溫時均表現(xiàn)出一流的除油和除蠟?zāi)芰?，s-羧乙基硫代琥珀酸是一種綠色環(huán)保高效緩蝕劑，處理效果優(yōu)于磷系緩蝕劑，而且極易被生物降解，不會對環(huán)境帶來污染，聚乙二醇400助溶劑可增加組分之間的溶解性，提高清洗液的物理和化學(xué)穩(wěn)定性。
本發(fā)明還提供一種水基無磷脫脂防銹除蠟劑的制備方法，包括如下步驟：（1）按重量份稱取各組分，首先將一半重量的去離子水加入到反應(yīng)釜中，然后加入二乙醇胺油酸皂和烷醇酰胺磷酸酯，開動攪拌器充分拌攪，加熱到50℃，待分散均勻后，降溫冷卻，得到溶液i；（2）依次將陰離子羧酸型高分子表面活性劑、聚乙烯吡咯烷酮、雙烯基丁二酰亞胺、聚乙二醇400、滲透劑ta-2、s-羧乙基硫代琥珀酸加入到溶液i中，攪拌溶解，同時慢慢加入剩余的去離子水，加熱到50℃，攪拌至呈淡黃色黏稠液體，冷卻至室溫，即得所述水基無磷脫脂防銹除蠟劑。其中步驟（1）和步驟（2）的攪拌速度分別為60~80rpm和100~150rpm。
本發(fā)明還提供一種水基無磷脫脂防銹除蠟劑的應(yīng)用方法，包括如下步驟：（1）稀釋，將所述清洗劑與去離子水混合均勻，配置成3%、5%或7%的工作液；（2）常溫下，將待除蠟的金屬制件浸沒于工作液中進行浸泡清洗，或超聲波清洗，清洗時間5~10min；（3）清洗完畢后，用蒸餾水沖洗金屬制件，最后用烘箱或電吹風(fēng)吹干。
有益效果
本發(fā)明的技術(shù)方案具有如下的有益效果：
（1）本發(fā)明提供的除蠟劑應(yīng)用廣泛，適用于各種金屬制件，如鋼鐵、不銹鋼、銅、鋁、鋅及其合金表面；
（2）不受限于溫度控制，無需高溫清洗，常溫下即能夠清除金屬表面的拋光蠟、打磨蠟、油脂、油污、粉塵等污垢；
（3）使用濃度低、滲透性強、低泡、除蠟效率高，使用壽命長，金屬在清洗之后可以起到防銹的效果；
（4）不含強酸、氫氧化鈉和無機鹽，不可燃，不腐蝕基體，清洗液化學(xué)穩(wěn)定性好，不含apeo非離子表面活性劑，綠色無毒，不含磷，排放后不會污染水體環(huán)境；
（5）適應(yīng)于超聲波或浸泡清洗，操作方便，用時短，效率高；
（6）具有良好的低溫和高溫穩(wěn)定性，均勻、無沉淀、不分層。
具體實施方式
實驗材料：鋼鐵片5cm×10cm，市售拋光蠟。
工作液的制備方法包括如下步驟：（1）按重量份稱取各組分，首先將一半重量的去離子水加入到反應(yīng)釜中，然后加入二乙醇胺油酸皂和烷醇酰胺磷酸酯，開動攪拌器充分拌攪，加熱到50℃，待分散均勻后，降溫冷卻，得到溶液i；（2）依次將陰離子羧酸型高分子表面活性劑、聚乙烯吡咯烷酮、雙烯基丁二酰亞胺、聚乙二醇400、滲透劑ta-2、s-羧乙基硫代琥珀酸加入到溶液i中，攪拌溶解，同時慢慢加入剩余的去離子水，加熱到50℃，攪拌至呈淡黃色黏稠液體，冷卻至室溫，即得。其中步驟（1）和步驟（2）的攪拌速度分別為60rpm和100rpm。
除蠟效果試驗：(1)將拋光蠟用小刀切割后，溶解于乙酸乙酯溶劑中，得到質(zhì)量分數(shù)為20%的溶液；(2)將清洗干凈的鋼鐵片吹干，稱重，記錄其質(zhì)量為m0；(3)將鋼鐵片浸入攪拌均勻的拋光蠟溶液中，提取后靜置，晾干；(4)將涂上拋光蠟的鋼鐵片置于烘箱中，150℃烘干30min，冷卻后稱重，記錄其質(zhì)量為m1；(5)將鋼鐵片靜置于以下實施例和對比例的工作液（將清洗液用去離子水稀釋為5%的濃度即得工作液）中超聲波除蠟，8min后取出，用蒸餾水沖洗，吹干，稱重，記錄其質(zhì)量為m2；(6)計算除蠟?zāi)芰Γ?m2-m1)/(m1-m0)×100%。
防銹性試驗：將清洗后的鋼鐵片在常溫下靜置，觀察其防銹性。
實施例1
按照表1的配方測試不同組成的醇胺型油酸皂對鋼鐵片表面的拋光蠟的去除能力。
表1醇胺型油酸皂的除蠟?zāi)芰?/p>
從表1可以看出，油酸與二乙醇胺的摩爾比為1∶2的化合物除蠟性能最好，故選用該摩爾比形成的二乙醇胺油酸皂進行以下的實施例。
實施例2
一種水基無磷脫脂防銹除蠟劑，由以下重量百分比的組分組成：
聚丙烯酸或其共聚物、丁烯酸或其共聚物、或丙烯酸馬來酸酐共聚物18%，
二乙醇胺油酸皂15%，
聚乙烯吡咯烷酮12%
烷醇酰胺磷酸酯10%
雙烯基丁二酰亞胺8%，
滲透劑ta-26%，
s-羧乙基硫代琥珀酸2%，
聚乙二醇40010%，
余量為去離子水。
實施例3
一種水基無磷脫脂防銹除蠟劑，由以下重量百分比的組分組成：
陰離子羧酸型高分子表面活性劑（與實施例2的組分相同）20%，
二乙醇胺油酸皂18%，
聚乙烯吡咯烷酮15%
烷醇酰胺磷酸酯12%
雙烯基丁二酰亞胺9%，
滲透劑ta-27%，
s-羧乙基硫代琥珀酸3%，
聚乙二醇40010%，
余量為去離子水。
實施例4
一種水基無磷脫脂防銹除蠟劑，由以下重量百分比的組分組成：
陰離子羧酸型高分子表面活性劑（與實施例2的組分相同）15%，
二乙醇胺油酸皂20%，
聚乙烯吡咯烷酮18%
烷醇酰胺磷酸酯14%
雙烯基丁二酰亞胺7%，
滲透劑ta-28%，
s-羧乙基硫代琥珀酸1%，
聚乙二醇40010%，
余量為去離子水。
對比例1
一種水基無磷脫脂防銹除蠟劑，不含陰離子羧酸型高分子表面活性劑，其余組分組成與實施例2相同。
對比例2
一種水基無磷脫脂防銹除蠟劑，不含二乙醇胺油酸皂，其余組分組成與實施例2相同。
對比例3
一種水基無磷脫脂防銹除蠟劑，不含聚乙烯吡咯烷酮，其余組分組成與實施例2相同。
對比例4
一種水基無磷脫脂防銹除蠟劑，不含烷醇酰胺磷酸酯，其余組分組成與實施例2相同。
由以上實施例和對比例制得的除蠟劑的各項性能指標如下表（表2）所示。
將鋼鐵片基材替換為不銹鋼、銅、鋁、鋅及其合金，將拋光蠟替換為打磨蠟、油脂，獲得與以上實施例和對比例相似趨勢的結(jié)果。
由本發(fā)明提供的清洗液，其中（高分子）陰離子表面活性劑和（高分子）非離子表面活性劑復(fù)配可使表面活性最高，形成的薄膜具有優(yōu)異的附著力和穩(wěn)定性，與其他組分協(xié)同作用，獲得的除蠟劑對拋光蠟的去除能力高于97%，對油污的去除能力高于95%，防銹性可維持40天，除蠟、脫脂和防銹效果顯著。
以上所述是本發(fā)明的實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發(fā)明的保護范圍。
表2