МОЮЩЕЕ И ОБЕЗЖИРИВАЮЩЕЕ СРЕДСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ТВЕРДОЙ ПОВЕРХНОСТИ Российский патент 2002 года по МПК C11D3/24 C11D1/72 C11D3/04 C11D3/37 

Предлагаемое изобретение относится к жидким техническим моющим и обезжиривающим средствам (ТМС) для очистки твердой поверхности, преимущественно металлической, от маслогрязевых отложений и может быть использовано при изготовлении и подготовке оборудования под окислители, применяемые, в частности, в жидкостно-реактивных двигателях (ЖРД), например кислород. Оно может быть также использовано для очистки керамической, стеклянной, фарфоровой и пластиковой поверхности.

При очистке металлических поверхностей, металлических поверхностей с гальваническим покрытием, полупроводниковых и других изделий от масляных и иных загрязнений в качестве очищающих средств широко используется фреон 113 (CCl₃CF₃) (SU 401029, 411121, 1786065, US 3932297) в смеси с другими органическими растворителями, такими как алифатический спирт, метилхлороформ, хлористый метилен и др.

Однако производство фреона 113 запрещено Монреальским протоколом, так как это вещество имеет довольно высокий коэффициент разрушения озонового слоя.

В настоящее время разрабатываются новые смеси органических растворителей и фреонов (RU 2057205), коэффициенты разрушения озонового слоя которых ниже, чем у фреона 113, однако большая часть этих соединений также являются разрушителями озонового слоя.

В качестве замены органических растворителей используют водные очищающие смеси, например, такие как вертолин-74 или лабомид, содержащие поверхностно-активные вещества, которые в меньшей степени загрязняют окружающую среду. Однако по эффективности очистки, экологической и пожарной безопасности, технологичности процедуры применения состав таких очищающих средств не удовлетворяет пользователя (Бердин Б.Г., Чулков Л.В., Калашников С.И. Растворители и составы для очистки машин и механизмов. М., "Химия", 1989, 175 с.).

Вертолин-74 (ТУ 3810960-86) содержит, мас.%: синтамид 5 5, синтанол ДС10 или ДТ7 7-8, триэтаноламин 10, олеиновая кислота 10, трилон Б 3, трибутилфосфат 9, тетраборид натрия 3 и вода до 100.

Лабомид (ТУ 3840738-80) имеет несколько модификаций, различающихся по количеству основных составляющих, в качестве которых это средство содержит синтанол ДТ-7 в количестве от 4 до 8 мас.%, карбонат натрия (сода) 50-56 мас. %, триполифосфат натрия 20-30 мас.% и силикат натрия 10-16 мас.%. Перед употреблением указанную смесь растворяют в желаемом количестве воды (рН 10-12).

Суммарное содержание компонентов в известных ТМС обычно составляет 5-10%, и они рекомендуются в основном для очистки металлов от жировых загрязнений в ваннах или путем струйной обработки при температурах 50-80^oС.

Однако в процессе сушки после применения таких составов на поверхности металлических деталей, особенно в узких зазорах и щелях, образуется сухой остаток органических и неорганических соединений в количестве, превышающем допустимый уровень, при подготовке оборудования под окислители, применяемые в жидкостных ракетных двигателях - ЖРД, например кислород.

Поверхностно-активные вещества (ПАВ), вводимые в состав моющих средств, выполняют роль эмульгаторов, смачивающих агентов, моющих или сенсибилизирующих добавок в зависимости от величины молекул и функциональных групп и, соответственно, технических требований к очистке поверхностей от загрязнений.

Известно моющее средство для очистки металлической поверхности методом распыления перед фосфатированием или окрашиванием (RU 2041927), содержащее, мас. %: неонол АФ 9 - 12 3,0 - 4,0 неонол АФ 9 - 6 3,0 - 4,0, триполифосфат натрия 15 - 52, кальцинированная сода 29-45, тринатрийфосфат 15-25. Содержание в составе большого количества фосфорсодержащих соединений, выполняющих функцию ПАВ и смягчителей воды и неонола, выполняющего функцию эмульгатора, может обеспечить хорошую смачиваемость поверхности и переход в раствор загрязняющего вещества, но при этом возникает проблема с утилизацией отходов. Указанный состав можно использовать, очевидно, при наличии систем, препятствующих попаданию фосфорсодержащих соединений в окружающую среду. Кроме того, такой состав мало пригоден для очистки изделий сложного профиля и для очистки оборудования под окислители. Основное его предназначение - очистка поверхностей под фосфатирование или окраску, и он не может быть использован взамен фреона 113 для очистки ЖРД, работающих на кислороде.

Известно моющее средство для очистки твердой, преимущественно металлической, поверхности от маслогрязевых отложений (RU 2024607), содержащее, мас.%: неонол АФ 9 со степенью оксиэтилирования 6-8 0,1 - 1,0, изононилфенол 0,01 - 0,03, природный цеолит 0,2-0,5 и вода до 100.

Это средство используют для очистки в основном наружных поверхностей изделий, и оно представляет собой водный раствор неонола с добавкой природных цеолитов до 0,5% мас. Наличие последних ограничивает возможность использования состава для очистки внутренних полостей изделий сложного профиля, т.к. затруднена отмывка их от остатков не растворимых в воде цеолитов. Кроме того, неонолы обладают недостаточной моющей способностью, хотя и являются хорошими смачивающими агентами и эмульгаторами. Моющие средства такого состава использоваться взамен фреона 113 для очистки изделий сложной геометрической формы от жировых загрязнений не могут и таким образом не пригодны для очистки ЖРД, работающих на кислороде. Однако указанный состав как наиболее близкий по технической сущности к заявляемому взят нами за прототип.

Техническая задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, состоит в расширении арсенала моющих и обезжиривающих средств, не содержащих органических растворителей и пригодных для очистки жидкостных реактивных двигателей, работающих на кислороде.

Другая задача состоит в уменьшении сухого остатка средства на обрабатываемой поверхности.

Еще одна задача заключается в увеличении экологической безопасности средства за счет исключения фосфорсодержащих соединений.

И еще одна задача заключается в снижении температуры очистки от жировых загрязнений до уровня комнатной температуры, обычно принятой при использовании фреона 113 при очистке ЖРД.

Поставленные задачи решаются тем, что моющее и обезжиривающее средство, включающее полиоксиэтилированный моноалкилфенол на основе тримеров пропилена и воду, согласно изобретению дополнительно содержит натриевую соль полиакриловой кислоты, карбонат натрия, силикат натрия и фторсодержащее поверхностно-активное вещество при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Полиоксиэтилированный моноалкилфенол на основе тримеров пропилена - 0,01 - 4,0
Натриевая соль полиакриловой кислоты - 0,01 - 2,0
Карбонат натрия - 0,1 - 4,0
Силикат натрия - 0,01 - 5,0
Фторсодержащее поверхностно-активное вещество - 0,001 - 0,4
Вода - Остальное
В качестве полиоксиэтилированного моноалкилфенола на основе тримеров пропилена моющее средство содержит препарат ПАВ марки "неонол АФ 9-12" или "неонол АФ 2-12".

В качестве натриевой соли полиакриловой кислоты оно содержит ПАВ марки "унифлок", имеющий мол. массу 30000-120000.

В качестве фторсодержащего поверхностно-активного вещества (ПАВ) оно содержит четвертичную аммониевую соль димера оксигексафторпропилена, или четвертичную аммониевую соль перфторпеларгоновой кислоты, или их смесь.

В качестве карбоната натрия оно содержит соду кальцинированную техническую.

Сущность изобретения состоит в том, что экспериментальным путем подобран состав композиции и концентрация действующих веществ, которые обеспечивают получение указанного технического эффекта, преимущественно за счет введения в состав наряду с известными ПАВ ионогенного и неионогенного типов высокоэффективного фторсодержащего ПАВ. Наличие в моющей и обезжиривающей композиции фторсодержащего ПАВ обеспечивает эмульгирование жировых загрязнений и перевод их в виде фазового слоя на поверхность, что предотвращает повторное осаждение жировых загрязнений на очищенной поверхности.

Кроме того, наличие в составе предлагаемого ТСМ фторсодержащих ПАВ обеспечивает многократное использование моющего состава за счет обеспечения возможности механического удаления с поверхности ванны слоя жировых загрязнений. И наконец, предлагаемый состав не содержит фосфорсодержащих соединений типа тринатрий фосфат, запрещенных в настоящее время по экологическим требованиям.

Таким образом, предлагаемый состав содержит комплекс ПАВ, взаимно влияющих на основные функциональные характеристики моющего средства, - смачивание поверхности, эмульгирование, стабильность состава, моющую эффективность, снижение рабочей температуры.

Для изготовления предлагаемой композиции использовали карбонат натрия (Na₂СО₃) в виде соды кальцинированной технической (ТУ ГОСТ 5100-85), силикат натрия (Na₂SiO₃) растворимый (ТУ ГОСТ Р 50418-92), водорастворимый полиоксиэтилированный моноалкилфенол на основе тримеров пропилена (имеет торговое наименование Неонол АФ 9-12), изготовленный в соответствии ТУ 38.507-60 и соответствующий ОСТ -11-99 12/24, водорастворимую натриевую соль полиакриловой кислоты (имеет торговое название препарат "Унифлок"), полученную путем полимеризации и щелочного омыления нитрила акриловой кислоты в соответствии с ТУ 6-00-0203843-24-90, четвертичную аммониевую соль димера оксигексафторпропилена (имеет торговое наименование "Час Д"), полученную в соответствии с ТУ 301-02-47-89.

Четвертичная аммониевая соль перфторпеларгоновой кислоты используется в виде препарата марки "час 9".

Чистоту поверхности металла после промывки в моющих составах проверяли с помощью люминисцентного контроля или инфракрасного спектрального анализа (ИКС).

Так, по методикам, принятым в кислородном машиностроении (Справочник "Кислород", т. 2. под ред. Д.Л. Глизмокенко, М., "Металлургия", 1973, 536; "Синтетические моющие средства для обезжиривания оборудования, работающего в среде кислорода", Кислородная пром., 5, сер. Хим.пром., НИИТЭХИМ, М., 1981), качество обезжиривания металлических поверхностей, обработанных в растворах различного состава, контролировали с помощью портативного ультрафиолетового диагностического аппарата УФД-1. Данный прибор предназначен для диагностики неоднородности поверхности методом фотолюминесцентного анализа в ультрафиолетовых лучах с длиной волны 300-400 мкм.

В нашем случае была использована способность большинства жировых загрязнений люминесцировать в лучах ультрафиолетового участка спектра. При нанесении на опытный образец компрессорного или индустриального масла, которые были выбраны для загрязнения поверхности, наблюдалось интенсивное свечение пленки масла. По мере обработки поверхности обезжиривающими составами интенсивность люминесценции снижалась. Это позволяет производить оценку обезжиривающих свойств исследуемых композиций путем сравнения интенсивности свечения с эталонными пробами растворов масляных загрязнений во фреоне.

ПРИМЕР:
Для приготовления 100 кг заявляемой композиции брали 0,5 кг препарата Унифлок, 0,5 кг препарата неонол АФ 9-12, 1,0 кг Na₂СО₃, 0,3 кг Na₂SiO₃, 0,01 кг ПАВ ЧАС Д, которые растворяли в 97,69 л Н₂O путем простого смешивания компонентов. Эта композиция содержит 23,1 г моющих средств на 1 л моющего раствора. Полученный раствор заливали в ванну, в которую погружали опытные образцы, загрязненные индустриальным маслом. Данные определения степени очистки поверхности с помощью известных моющих составов и предлагаемой композиции представлены в таблице.

Как видно из этой таблицы, предлагаемая композиция в отличие от других ТМС обеспечивает такую же степень очистки до остаточного загрязнения 20 мг/м², как и при использовании фреона 113 при комнатной температуре. Суммарная концентрация моющих составляющих в предлагаемом составе не превышает 2,5 мас.%, что уменьшает количество сухого остатка предлагаемого средства на обработанной поверхности после процесса промывки ее водой.

Результаты оценки качества обезжиривания с помощью предлагаемой моюще-обезжиривающей композиции отвечали требованиям технических условий для подготовки поверхностей, контактирующих с жидким кислородом, т.е. степень очистки поверхности была близкой к чистоте, достигаемой при применении фреона-113.

По сравнению с известными ТМС предлагаемый состав является более экологически чистым, т.к. не содержит токсичных аминов, фосфоросодержащих добавок или добавок, обладающих озоноразрушающим действием.

Соотношение минеральных и органических составляющих в составе предлагаемого ТМС обеспечивает сохранение пожаробезопасности в случае полного удаления влаги (в то время как большинство известных составов на 80 - 90% состоят из органических составляющих), и при удалении влаги (при сушке) не исключается опасность образования горючих в кислороде веществ, способных вызвать возгорание конструкций подобно тому, какой эффект оказывают остатки жировых загрязнений.

При создании предлагаемой композиции основными требованиями к ней являлись:
- эффективность очистки поверхностей, контактирующих с жидким кислородом, от жировых загрязнений на уровне эффективности очистки с помощью фреона 113;
- экологическая безопасность;
- пожарная безопасность;
- совместимость с конструкционными материалами, применяемыми в технике.

Предлагаемая композиция отвечает этим требованиям. Предлагаемое средство может быть использовано также для отмывания и обезжиривания (очистки) керамической, стеклянной, фарфоровой и пластиковой поверхности.

Изобретение относится к жидким техническим моющим и обезжиривающим средствам для очистки твердой поверхности, преимущественно металлической, от маслогрязевых отложений и может быть использовано для подготовки поверхностей, контактирующих с жидким кислородом, а также для очистки керамической, стеклянной, фарфоровой и пластиковой поверхности. Указанное средство содержит, мас.%: полиоксиэтилированный моноалкилфенол на основе тримеров пропилена 0,01-4,0; натриевая соль полиакриловой кислоты 0,01-2,0; карбонат натрия 0,1-4,0; силикат натрия 0,01-5,0; фторсодержащее поверхностно-активное вещество 0,001-0,4 и вода остальное до 100. Технический результат: эффективная очистка обрабатываемой поверхности, экологическая и пожарная безопасность средства, а также совместимость с конструкционными материалами, применяемыми в технике. 6 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Моющее и обезжиривающее средство для очистки твердой поверхности, преимущественно металлической, включающее полиоксиэтилированный моноалкилфенол на основе тримеров пропилена и воду, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит натриевую соль полиакриловой кислоты, карбонат натрия, силикат натрия и фторсодержащее поверхностно-активное вещество при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Полиоксиэтилированный моноалкилфенол на основе тримеров пропилена - 0,01-4,0
Натриевая соль полиакриловой кислоты - 0,01-2,0
Карбонат натрия - 0,1-4,0
Силикат натрия - 0,01-5,0
Фторсодержащее поверхностно-активное вещество - 0,001-0,4
Вода - Остальное до 100
2. Моющее и обезжиривающее средство по п. 1, отличающееся тем, что в качеств полиоксиэтилированного моноалкилфенола на основе тримеров пропилена оно содержит препарат марки "неонол АФ 9-12" или "неонол АФ 2-12". 3. Моющее и обезжиривающее средство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве натриевой соли полиакриловой кислоты оно содержит препарат марки "унифлок", имеющий мол. массу 30000-120000. 4. Моющее и обезжиривающее средство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве фторсодержащего поверхностно-активного вещества оно содержит четвертичную аммониевую соль димера оксигексафторпропилена или четвертичную аммониевую соль перфторпеларгоновой кислоты, или их смесь. 5. Моющее и обезжиривающее средство по п. 4, отличающееся тем, что в качестве четвертичной аммониевой соли димера оксигекафторпропилена оно содержит препарат марки "час Д". 6. Моющее и обезжиривающее средство по п. 4, отличающееся тем, что в качестве четвертичной аммониевой соли перфторпеларгоновой кислоты оно содержит препарат марки "час 9". 7. Моющее и обезжиривающее средство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве карбоната натрия оно содержит соду кальцинированную техническую.