CN115418646B - 一种钢材表面清洗剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢材表面清洗剂及其制备方法和应用，属于工业清洗技术领域。本发明提供了一种钢材表面清洗剂，以重量份数计，包括以下组分：混合酸3～5份、缓蚀剂2～3份、表面活性剂2～5份、渗透剂2～4份、去离子水82.2～90.7份；所述混合酸包括氢氟酸和二元有机弱酸。本发明选用氢氟酸可以强力去除钢材表面的固体粘结物，并且在渗透剂的帮助下，可以使清洗剂渗透进粘结顽固污渍中，进一步提高了清洗剂清除固体粘结物的能力；二元有机弱酸酸性温和，在保证除锈效果的同时不损伤基底；调整缓蚀剂在清洗剂中的用量，保证了清洗剂具有良好的防止锌和铁进一步腐蚀的功能；表面活性剂可以使清洗剂具有强油污去除能力；去离子水排除水中不确定的杂质离子的干扰。
Description
技术领域
本发明属于工业清洗技术领域，具体地说是一种钢材表面清洗剂及其制备方法和应用。
背景技术
钢材具有良好的刚度、强度、韧性及可塑性等优势，被广泛用在工业生产、国民生活等各领域，但钢板存在一个非常致命的缺陷-易被周围环境中的水和空气及氯离子等腐蚀，从而失去其固有的性质，进而导致报废。因此，为了延长钢材的使用寿命，人们采取很多措施防止钢腐蚀，其中钢表面热镀锌方法即是一种有效的防腐措施。
为了研究不同大气对镀锌钢的腐蚀性能，最可靠的方法是将镀锌钢片直接放置在所考察的大气环境中进行腐蚀试验。其中，在大气与地面交界处的镀锌钢表面会粘结泥土、沥青、铁锈等；而在城区、居民区附近处的镀锌钢表面油污也比较严重。如果清洗剂对粘结严重的杂质(如灰尘颗粒、油脂和锈)不能清洗彻底，会影响腐蚀试验数据的准确性和可靠性。目前市面的清洗剂大多数去油污能力和除锈功能比较强，但是同时兼具对锌、铁基底的良好的缓蚀性和对表面有严重粘结杂质有效去除的清洗剂比较少见。
例如，公开号为CN106801230A的中国发明专利公开了一种镀锌板表面清洗剂，成分组成：椰油酰胺丙基甜菜碱0.1～1％，阴离子表面活性剂1～10％，非离子表面活性剂1～10％，渗透剂1～5％，葡萄糖酸钠1～10％，其他为去离子水。该清洗剂虽然对镀锌层有缓腐效果，但是裸露在清洗液中的钢铁基底仍易出现生锈现象，且该清洗剂未考虑严重粘结物的去除效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钢材表面清洗剂及其制备方法和应用，本发明的清洗剂可以有效去除粘结在钢材表面的灰尘等固体粘结物、铁锈、油脂等杂质，同时对锌和铁有良好的缓蚀功能，不会破坏基底。
为此，本发明提供了一种钢材表面清洗剂，以重量份数计，包括以下组分：混合酸3～5份、缓蚀剂2～3份、表面活性剂2～5份、渗透剂2～4份、去离子水82.2～90.7份；
所述混合酸包括氢氟酸和二元有机弱酸。
优选的，所述氢氟酸与二元有机弱酸的质量比为1～2：1。
优选的，所述二元有机弱酸包括草酸。
优选的，所述缓蚀剂包括肉桂醛、苯扎溴铵、异喹啉、8-羟基喹啉、OP-10、糠醛和N-甲基二乙醇胺中的一种或多种。
优选的，当所述缓蚀剂为糠醛和N-甲基二乙醇胺时，所述糠醛与N-甲基二乙醇胺的质量比为1:1～2。
优选的，所述表面活性剂包括十二烷基苯磺酸钠、十二烷基醇酰胺、月桂酸酰两性基二乙酸二钠、十二烷基二醇酰胺和甲氧基脂肪酰胺基苯磺酸钠中的一种或多种。
优选的，所述的钢材表面清洗剂还包括消泡剂0.3～0.8份。
优选的，所述消泡剂包括聚醚L-61、油酸、三己酸-6,6',6"-三聚氰胺和丙二醇嵌段聚醚酯的一种或多种。
本发明还提供了上述方案所述钢材表面清洗剂的制备方法，包括以下步骤：
对应钢材表面清洗剂的组成，将混合酸、去离子水、缓蚀剂、表面活性剂和渗透剂进行混合，得到钢材表面清洗剂。
本发明还提供了上述方案所述钢材表面清洗剂或上述方案所述制备方法制备得到的钢材表面清洗剂在清洗镀锌钢表面中的应用。
本发明选用氢氟酸可以强力去除钢材表面的固体粘结物，并且在渗透剂的帮助下，可以使清洗剂渗透进粘结顽固污渍中，进一步提高了清洗剂清除固体粘结物的能力；二元有机弱酸酸性温和，在保证除锈效果的同时不损伤基底；通过控制缓蚀剂在清洗剂中的用量，保证了清洗剂具有良好的防止锌和铁进一步腐蚀的功能，特别适合用于清洗镀锌钢表面；表面活性剂可以使清洗剂具有强油污去除能力；去离子水排除水中不确定的杂质离子对清洗效果的干扰。实施例结果表明，本发明的清洗剂的单片去除率为97.3～98.2％，缓蚀效率为97.8～98.6％。
具体实施方式
本发明提供了一种钢材表面清洗剂，以重量份数计，包括以下组分：混合酸3～5份、缓蚀剂2～3份、表面活性剂2～5份、渗透剂2～4份、去离子水82.2～90.7份；
所述混合酸包括氢氟酸和二元有机弱酸。
以重量份数计，所述清洗剂包括混合酸3～5份，优选为3.5～4.5份。在本发明中，所述混合酸包括氢氟酸和二元有机弱酸；所述氢氟酸和二元有机弱酸的质量比优选为1～2：1，更优选为1.5～1.8：1。在本发明中，所述氢氟酸的质量浓度优选为40％；所述二元有机弱酸优选包括草酸。二元有机弱酸酸性温和，在保证除锈效果的同时不损伤基底。并且选用草酸时，由于草酸不含有氯离子等强腐蚀因子，进一步提高了清洗剂的防腐效果。
以所述混合酸的重量份数为基准，所述清洗剂包括缓蚀剂2～3份，优选为2.4～2.8份。在本发明中，所述缓蚀剂优选包括肉桂醛、苯扎溴铵、异喹啉、8-羟基喹啉、OP-10、糠醛和N-甲基二乙醇胺中的一种或多种，更优选为糠醛和N-甲基二乙醇胺。当缓蚀剂为糠醛和N-甲基二乙醇胺时，所述糠醛和N-甲基二乙醇胺的质量比优选为1:1～2，更优选为1:1.2～1.6。
以所述混合酸的重量份数为基准，所述清洗剂包括表面活性剂2～5份，优选为3～4份。在本发明中，所述表面活性剂优选包括十二烷基苯磺酸钠、十二烷基醇酰胺、月桂酸酰两性基二乙酸二钠、十二烷基二醇酰胺和甲氧基脂肪酰胺基苯磺酸钠中的一种或多种，更优选为十二烷基苯磺酸钠和十二烷基醇酰胺。当表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠和十二烷基醇酰胺时，所述十二烷基苯磺酸钠和十二烷基醇酰胺的质量比优选为5：3～2：1，更优选为1.8～1.9：1。
以所述混合酸的重量份数为基准，所述清洗剂包括渗透剂2～4份，优选为2.5～3.5份。在本发明中，所述渗透剂优选包括脂肪醇聚氧乙烯醚、蓖麻油聚氧乙烯醚烷基苯磺酸盐和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的一种或多种，更优选为脂肪醇聚氧乙烯醚。本发明在渗透剂的帮助下，可以使清洗剂渗透进粘结顽固污渍中，进一步提高了清洗剂清除固体粘结物的能力。
以所述混合酸的重量份数为基准，所述清洗剂包括去离子水82.2～90.7份，优选为85～90份。去离子水可以排除水中不确定的杂质离子对清洗效果的干扰。当清洗剂中含有消泡剂时，采用去离子水可以排除水中钙镁离子对消泡剂消泡效果的影响。
以重量份数计，所述清洗剂包括消泡剂0.3～0.8份，优选为0.5～0.7份。在本发明中，所述消泡剂优选包括聚醚L-61、油酸、三己酸-6,6',6"-三聚氰胺和丙二醇嵌段聚醚酯的一种或多种，更优选为聚醚L-61和油酸。当消泡剂为聚醚L-61和油酸时，所述聚醚L-61和油酸的质量比优选为1：2.5～3，更优选为1:2.6～2.8。在本发明中，消泡剂可以提高清洗效率、减少泡沫带来的用水量增加和环境污染等不便因素。
本发明还提供了上述方案所述钢材表面清洗剂的制备方法，包括以下步骤：
对应清洗剂的组成，将混合酸、去离子水、缓蚀剂、表面活性剂和渗透剂进行混合，得到清洗剂。
对应清洗剂的组成，本发明将混合酸、去离子水、缓蚀剂、表面活性剂和渗透剂进行混合优选为：将混合酸与去离子水进行第一混合，将所得混合溶液与缓蚀剂、表面活性剂、渗透剂进行第二混合，得到清洗剂。所述第一混合优选边搅拌边将混合酸加入到去离子水中。本发明对所述搅拌的工具没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的技术方案即可。具体地，在本发明中，用自动搅拌机进行搅拌。本发明先将混合酸与去离子水进行混合可以防止酸挥发。本发明对所述第二混合的时间、速度没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的技术方案混合均匀即可。
当清洗剂还包括消泡剂时，所述清洗剂的制备方法，优选包括以下步骤：对应清洗剂的组成，将混合酸、去离子水、缓蚀剂、表面活性剂、渗透剂和消泡剂进行混合，得到清洗剂。更优选包括以下步骤：对应清洗剂的组成，将混合酸与去离子水进行第一混合，将所得混合溶液与缓蚀剂、表面活性剂、渗透剂、消泡剂进行第二混合，得到清洗剂。本发明对所述第二混合的时间、速度没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的技术方案混合均匀即可。
本发明还提供了上述方案所述清洗剂或上述方案所述制备方法制备得到的清洗剂在清洗镀锌钢表面中的应用。在本发明中，所述应用的方法优选包括：将所述清洗剂对镀锌钢进行浸泡，再将浸泡后的镀锌钢分别用水、乙醇淋洗，低温烘干；所述浸泡的时间≥30min。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的清洗剂及制备方法和应用进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
称取0.3kg混合酸(混合酸由质量浓度为40％的氢氟酸与草酸按照2:1的质量比配制而成),0.2kg缓蚀剂(糠醛与N-甲基二乙醇胺按照1：1的质量比配制而成)、0.2kg表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠和十二烷基醇酰胺按照2:1的质量比配制而成)、0.2kg渗透剂(脂肪醇聚氧乙烯醚)、0.03kg消泡剂(聚醚L-61和油酸按照1：3的质量比配制而成)、去离子水9.07kg，备用。
制备方法如下：
将去离子水9.07kg放入塑料桶中，利用自动搅拌机搅拌，边搅边加入0.3kg混合酸进行第一混合，混匀，得到混合溶液；边搅拌边向混合溶液中依次加入0.2kg缓蚀剂、0.2kg表面活性剂、0.2kg渗透剂、0.03kg消泡剂进行第二混合，搅拌均匀，得到清洗剂。
实施例2
药剂准备：称取0.4kg混合酸(混合酸由质量浓度为40％的氢氟酸与草酸按照2:1的质量比配制而成),0.2kg缓蚀剂(糠醛与N-甲基二乙醇胺按照1：1的质量比配制而成)、0.3kg表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠和十二烷基醇酰胺按照2:1的质量比配制而成)、0.3kg渗透剂(脂肪醇聚氧乙烯醚)、0.05kg消泡剂(聚醚L-61和油酸按照1：3的质量比配制而成)、去离子水8.75kg，备用。
制备方法如下：
将去离子水8.75kg放入塑料桶中，利用自动搅拌机搅拌，边搅边加入0.4kg混合酸进行第一混合，混匀，得到混合溶液；边搅拌边向混合溶液中依次加入0.2kg缓蚀剂、0.3kg表面活性剂、0.3kg渗透剂、0.05kg消泡剂进行第二混合，搅拌均匀，得到清洗剂。
实施例3
药剂准备：称取0.5kg混合酸(混合酸由质量浓度为40％的氢氟酸与草酸按照2:1的质量比配制而成),0.3kg缓蚀剂(糠醛与N-甲基二乙醇胺按照1：1的质量比配制而成)、0.5kg表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠和十二烷基醇酰胺按照2:1的质量比配制而成)、0.4kg渗透剂(脂肪醇聚氧乙烯醚)、0.08kg消泡剂(聚醚L-61和油酸按照1：3的质量比配制而成)、去离子水8.22kg，备用。
制备方法如下：
将去离子水8.22kg放入塑料桶中，利用自动搅拌机搅拌，边搅边加入0.5kg混合酸进行第一混合，混匀，得到混合溶液；边搅拌边向混合溶液中依次加入0.3kg缓蚀剂、0.5kg表面活性剂、0.4kg渗透剂、0.08kg消泡剂进行第二混合，搅拌均匀，得到清洗剂。
对实施例1～3得到的清洗剂进行性能测试，测试标准如下，测试结果如表1所示。
各项理化、功能性指标的检验方法：
1.料液外观：无色至淡黄色透明液体，目测。
2.气味：品闻。
3.pH值：按GB6920—86中的规定执行。
4.密度：按GB/T1884中的规定执行。
5.固含量：按GB/T2793中的规定执行。
6.清洗率：按QB/T2117中的有关方法进行。
7.耐热性能：把样品置于烘箱中，温度保持在(40±2)℃，保持24h后取出，恢
8.耐寒性能：把样品置于冰箱中，温度保持在(-5±2)℃，保持24h后取出，恢复至室温后进行观察。
表1实施例1～3清洗剂的性能测试结果
| 指标参数 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 料液外观 | 无色透明液体 | 无色透明液体 | 无色透明液体 |
| 气味 | 无异味 | 无异味 | 无异味 |
| pH值 | 1.3 | 1.2 | 1.1 |
| 密度，g/cm3 | 1.09 | 1.10 | 1.11 |
| 清洗率，％ | 96.0 | 97.9 | 98.2 |
| 缓蚀率，％ | 97.8 | 98.5 | 98.6 |
| 固含量，％ | 6 | 6.5 | 6.8 |
| 耐热性能 | 合格 | 合格 | 合格 |
| 耐寒性能 | 合格 | 合格 | 合格 |
对比例1
与实施例3不同的仅是将实施例3中的混合酸替换为草酸，其余与实施例3相同。
对比例2
与实施例3不同的仅是将实施例3中的混合酸替换为氢氟酸，其余与实施例3相同。
对比例3
与实施例3不同的仅是不添加渗透剂，其余与实施例3相同。
应用例1
分别取三片块洁净光亮的镀锌钢(规格为15×10×4cm)，依次用纯水、无水乙醇、脱脂棉对锌片进行处理，于氮气保护下吹干，称量两次取平均值，记录数据(m0)。将油污凝成块状，分别均匀涂抹在镀锌钢片一侧；将混凝土均匀涂布在另一侧，50℃干燥一天。用塑料刮铲铲除明显凸起的混凝土，称重(m1)。然后分别放在塑料杯中，加入300ml清洗剂，浸泡30分钟，取出，按照纯水-乙醇顺序清洗，氮气吹干，称重(m2)。工件经过本发明实施例3的清洗剂清洗后，洁净光亮，无腐蚀无残留。按照公式(m1-m2)/(m1-m0)×100％计算清洗效果，结果如表2所示。
表2实施例3的清洗剂的清洗效果
由表2可知，本发明的清洗剂具有良好的去除残留粘结物、除锈、除油污的清洁能力，满足腐蚀速率测试的需求。
对比应用例1
与应用例1不同的仅是将实施例3的清洗剂替换为对比例1的清洗剂，其余均与应用例1相同。实验结果如表3所述。
表3对比例1的清洗剂的清洗效果
由表3可知，对比例1清洗剂的平均去除率为30.7％。
对比应用例2
与应用例1不同的仅是将实施例3的清洗剂替换为对比例2的清洗剂，其余均与应用例1相同。实验结果如表4所述。
表4对比例2的清洗剂的清洗效果
由表4可知，若仅用氢氟酸代替混合酸，则平均去除率为59.8％。
对比应用例3
与应用例1不同的仅是将实施例3的清洗剂替换为对比例3的清洗剂，其余均与应用例1相同。实验结果如表5所述。
表5对比例3的清洗剂的清洗效果
由表5可知，若不加渗透剂则平均去除率为75％。
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。
Claims (8)
1.一种钢材表面清洗剂，其特征在于，以重量份数计，由以下组分组成：混合酸3~5份、缓蚀剂2~3份、表面活性剂2~5份、渗透剂2~4份、去离子水82.2~90.7份；消泡剂0.3~0.8份；
所述混合酸包括氢氟酸和二元有机弱酸；
所述缓蚀剂为糠醛和N-甲基二乙醇胺。
2.根据权利要求1所述的钢材表面清洗剂，其特征在于，所述氢氟酸与二元有机弱酸的质量比为1~2：1。
3.根据权利要求1或2所述的钢材表面清洗剂，其特征在于，所述二元有机弱酸包括草酸。
4.根据权利要求1所述的钢材表面清洗剂，其特征在于，所述糠醛与N-甲基二乙醇胺的质量比为1:1~2。
5.根据权利要求1或2所述的钢材表面清洗剂，其特征在于，所述表面活性剂包括十二烷基苯磺酸钠、十二烷基醇酰胺、月桂酸酰两性基二乙酸二钠、十二烷基二醇酰胺和甲氧基脂肪酰胺基苯磺酸钠中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的钢材表面清洗剂，其特征在于，所述消泡剂包括聚醚L-61、油酸、三己酸-6,6',6"-三聚氰胺和丙二醇嵌段聚醚酯的一种或多种。
7.权利要求1~6任一项所述钢材表面清洗剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
对应钢材表面清洗剂的组成，将混合酸、去离子水、缓蚀剂、表面活性剂和渗透剂进行混合，得到钢材表面清洗剂。
8.权利要求1~6任一项所述钢材表面清洗剂或权利要求7所述制备方法制备得到的钢材表面清洗剂在清洗镀锌钢表面中的应用，将所述钢材表面清洗剂对镀锌钢进行浸泡，再将浸泡后的镀锌钢分别用水、乙醇淋洗，低温烘干；所述浸泡的时间≥30min。
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