МОЮЩЕЕ СРЕДСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ Российский патент 2004 года по МПК C11D1/835 C11D3/02 C11D3/04 

Изобретение относится к техническим моющим средствам для очистки и обезжиривания металлических поверхностей и может найти применение во всех областях промышленности, где имеют место загрязнения поверхности продуктами органического происхождения: масло, смазка, нефть, эмульсии, асфальтосмолопарафиновые отложения, например, при производстве, ремонте оборудования практически во всех отраслях промышленности, в том числе в машиностроении, на транспорте, а также на станциях технического обслуживания (автосервис), агрокомплексах.

В настоящее время известен целый ряд составов, технических моющих средств, применяемых для очистки различных металлических поверхностей, содержащих поверхностно-активные вещества (ПАВ) различных типов и активную щелочную добавку, включающую кальцинированную соду, силикат натрия в виде его различных модификаций, натриевые соли фосфорной кислоты [пат. US 3888783, МПК С 11 D 1/83, 1975 г.; а.с. SU №749888, МПК С 11 D 1/83, 1979 г.; а.с. SU №1059001, МПК С 11 D 1/83, 1982 г.; Рекомендации по применению моющих средств для очистки машин и деталей и прочем ремонте, М., ГОСНИТИ, 1984 г.].

Но вышеуказанные средства характеризуются пониженной смачивающей способностью, образованием большого количества пены, недостаточно высокой моющей способностью и, соответственно, сравнительно низким качеством очистки металлических изделий.

Известны моющие средства для очистки металлических поверхностей “ТЕМП-100” [а.с. SU №644819, МПК С 11 D 1/83, 1978 г], “ТЕМП-100Д” [а.с. SU №973607, МПК С 11 D 1/83, 1980 г.], моющее средство “ОСА” [а.с. SU №1004466, МПК С 11 D 1/83, 1981 г), содержащие неионогенные ПАВ, метасиликат натрия, ди- или тринатрийфосфат, кальцинированную соду и небольшое количество калиевой соли оксиэтилированных алкилфенолов фосфорной кислоты.

Основным недостатком известных моющих средств является низкая моющая способность, а также большое содержание фосфатсодержащих соединений, попадание которых в сточные воды наносит вред окружающей среде.

Из уровня техники также известны моющие средства для очистки металлических поверхностей:

- моющее средство для очистки металлической поверхности [ОПМ-1, а.с. SU №1382845, МПК С 11 D 1/83, 1986 г.; пат. RU №2041927, МПК C 11 D 1/72, 1993 г.; пат. RU №2079550, МПК С 11 D 1/83, 1995], содержащее неионогенные ПАВ Неонол АФ_9-12 и Неонол АФ_9-6, триполифосфат натрия или тринатрийфосфат, кальцинированную соду;

- моющее средство для очистки металлической поверхности [пат. RU №2079550, МПК С 11 D 1/83, 1995 г.; пат. RU №2132368, МПК С 11 D 1/72, 1999 г.], содержащее неионогенные ПАВ Неонол АФ_9-12 и Неонол АФ_9-6, триполифосфат натрия или тринатрийфосфат, кальцинированную соду;

- состав для очистки металлической поверхности [пат. RU №2109804, МПК С 11 D 1/00, 1996 г.; пат. RU 2163923, МПК С 11 D 1/72 от 07.03.2000 г.; пат. RU №2194748, МПК С 11 D 1/83, 2001 г.], содержащий анионное (преимущественно, алкилбензосульфонат натрия) и неионогенные (преимущественно, Неонолы) ПАВ, комплексообразователь - триполифосфат натрия и активатор моющего действия - жидкое стекло и карбонат натрия.

К основным недостаткам известных моющих композиций следует отнести:

- недостаточно высокую моющую способность, особенно к нефтяным смолистым соединениям, к графитовым смазкам;

- недостаточная смачиваемость очищаемой поверхности;

- невозможность использования моющего средства многократно;

- корродирование металлических поверхностей.

Известна также моющая композиция для очистки металлических поверхностей, имеющая следующий состав, мас.%:

карбонат натрия 19-23

тринатрийфосфат 14-16

гидроксид натрия 12-14

метасиликат натрия 39-42

неионогенное поверхностно-активное вещество 2-5

алкиламмоний- или алкилпиридинийгалогенид 0,2-0,8

вода До 100

[Пат. RU №2010844, МПК С 11 D 1/83, 1994 г.].

Известен моющий состав, содержащий, мас.%:

неонол 2,5-8,0

тринатрийфосфат 5-10

метасиликат натрия 5-30

гидроокись натрия 10-40

натрий хлористый 1-2,5

натрий сернокислый 5-10

карбамид 0,5-1,0

вода до 100

[Пат. RU №2179998, МПК С 11 D 1/72, 2002 г.].

Общим недостатком данных моющих средств является большое содержание метасиликата натрия, так как при содержании его более 20% на очищаемой поверхности происходит выделение SiO₂, который препятствует очистке, т.е. снижает моющую способность средства. К тому же моющие средства имеют сравнительно низкое содержание ПАВ, что влияет на качество очистки от загрязнений.

Известно водорастворимое моющее средство для очистки поверхности от органических загрязнений, которое имеет следующий состав, мас.%: неионогенное ПАВ - 0,2-14,0; полиэлектролит - 2,2-5,5; активная добавка - остальное до 100 [пат. RU №2132367, МПК С 11 D 1/72, 1999 г.].

В качестве полиэлектролита используют натриевую соль полиакриловой кислоты или натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы, в качестве неионогенного ПАВ - неонол с количеством оксидных групп от 9 до 12.

Активная добавка имеет три варианта, причем соотношение ее компонентов следующее, мас.%: а) кальцинированная сода - 81-83,4 и карбамид - 16,6-19,0; б) кальцинированная сода - 40-46 и метасиликат - 54-60; в) кальцинированная сода - 39,5-44 и карбамид - 0,8-1,5.

Недостаток моющих составов, содержащих большое количество метасиликатов (потеря степени очистки из-за выделения SiO₂ на очищаемой поверхности), уже был отмечен выше.

Кроме этого, моющее средство, имеющее в составе активную добавку по варианту а), нецелесообразно для чистки металлических поверхностей, т.к. оно обладает ярко выраженными коррозионными свойствами из-за присутствия в нем карбамида и большого количества карбонатных ионов. Количество неионогенного ПАВ, обладающего свойствами ингибитора коррозии, явно мало, чтобы уменьшить этот эффект. Кроме того, к недостаткам данного моющего средства следует отнести его большой расход (15 г/л) при относительно невысокой моющей способности 90-94%.

Известно моющее средство для очистки металлических поверхностей от органических загрязнений, которое имеет следующий состав, мас.%:

смесь неионогенных и анионогенных ПАВ 4-20

полиэлектролит 2-12

соли бензойной кислоты 0,01-0,02

активная составляющая до 100

причем, массовое соотношение неионогенного к ионогенному ПАВ равно 2-8:1 [пат. RU №2169175, МПК C 11 D 1/83, 1999 г.]

В качестве неионогенного ПАВ используют неонолы, и/или синтанол. В качестве анионного ПАВ используют анионоактивные ПАВ, например, соли алкилбензосульфокислоты, алкилбензолсульфонатамин и катионные ПАВ - аминсодержащие соединения, например, триэтаноламин или аммониевые основания с алкильными цепями алифатической структуры, например, четвертичные соли алкиламинов - тетранатрийсульфоаминосульфонат.

В качестве активной составляющей используют кальцинированную соду, триполифосфат или тринатрийфосфат и метасиликат или жидкое стекло.

В качестве полиэлектролита используют, например, полиакрилат натрия, который обеспечивает флокуляцию загрязнений, что позволяет использовать моющее средство неоднократно.

Хотя моющее средство характеризуется хорошими моющими, коагулирующими свойствами, но в то же время имеет и ряд недостатков:

- большое содержание метасиликата натрия, которое провоцирует выделение SiO₂ на очищающей поверхности, что препятствует очистке, т.е. снижает моющую способность средства;

- наличие большого количества фосфатсодержащих соединений, попадание которых в сточные воды наносит вред водоемам и окружающей среде;

- большое содержание кальцинированной соды, что вызывает корродирование оборудования;

- сравнительно большой расход средства для очистки, что впоследствии сказывается на стоимости очистки;

- высокая стоимость моющего средства в целом из-за содержания в нем дорогостоящего неионогенного ПАВ (синтанол) в большом количестве.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению - прототипом является моющее средство для очистки металлической поверхности, которое содержит неионогенное и/или анионное поверхностно-активное вещество, комплексообразователь и активатор моющего действия при соотношении комплексообразователя, поверхностно-активных веществ и активатора моющего действия соответственно (0,41-1,09):(0,11-0,40):(1) [пат. RU №2200188, МПК С 11 D 1/66, 2000 г.].

В качестве неионогенного ПАВ используют хотя бы одно соединение из ряда: оксиэтилированные алкилфенолы тримера пропилена (Неонолы), моноалкиловые эфиры полиэтиленгликоля на основе первичных жирных спиртов, полиоксиэтилированные эфиры моноэтаноламидов синтетических жирных кислот, полиоксиэтиленгликолевые эфиры олеиновой кислоты, полигликолевые эфиры жирных спиртов, жирные спирты с добавлением этиленоксида и пропиленоксида, смачиватели.

В качестве анионного поверхностно-активного вещества средство содержит хотя бы одно соединение из ряда: алкилсульфаты, алкилсульфонаты, алкилфосфаты, соли третичных аминов и жирных кислот.

В качестве комплексообразователя средство содержит хотя бы одно соединение из ряда: двузамещенные фосфаты, трехзамещенные фосфаты и полифосфаты щелочных металлов.

В качестве активатора моющего действия используют хотя бы одно соединение из ряда: бораты, тетрабораты, силикаты, карбонаты щелочных металлов.

Данное техническое моющее средство обладает комплексом полезных свойств - высокая моющая и смачивающая способности, низкое пенообразование, но в то же время обладает недостатками, присущими вышеуказанным моющим средствам, а именно:

- сравнительно высокий расход средства для очистки;

- невозможность использования средства многократно;

- недостаточно высокая антикоррозионная способность.

Технической задачей предлагаемого изобретения является получение моющего средства для очистки поверхностей от загрязнений органического характера, который обладал бы комплексом физико-химических свойств: растворяющей, смачивающей, обезжиривающей, эмульгирующей и антикоррозионной способностью, а также снижение расхода моющего средства и пенообразования, расширение спектра удаляемых загрязнений (нефтяные загрязнения, копоть, нагар и т.п.).

Технический результат достигается за счет того, что моющее средство, содержащее неионогенное ПАВ, комплексообразователь и активатор моющего действия, в качестве которого используют метасиликат натрия и карбонат натрия при различных соотношениях, введены дополнительные компоненты, а также внесены изменения в соотношение компонентов как общего состава моющего средства, так и его активной составляющей.

Новыми компонентами моющего средства являются:

- натриевая соль карбоксиметилата этоксилированного изононилфенола (Синтерол) - соединение общей формулы:

R-C₆H₄-O(C₂H₄O)_nCH₂COONa,

где: R - изононил-; n - 6, 10, 12;

- катионоактивные ПАВ (КПАВ) - продукт взаимодействия гексаметилентетрамина с эпихлоргидрином, металлилхлоридом, хлористым аллилом или отходами их производств - хлористые четвертичные аммонийные соли, имеющие общую формулу:

[А-R]⁺Cl^-,

где: А - уротропин (гексаметилентетрамин);

- гидроокись натрия;

- бихромат калия (Хромпик),

причем, массовое соотношение “синтерола” к катионному ПАВ равно (1-2):1, а массовое соотношение неионного ПАВ “неонола” к смеси “синтерола” и катионного ПАВ равно (1-3):1 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Смесь неионогенных и

катионного ПАВ 10-12

Метасиликат натрия (жидкое стекло) 2-5

Триполифосфат натрия или тринатрийфосфат 15-20

Гидроокись натрия 5-10

Бихромат калия 0,07-0,10

Карбонат натрия до 100

Синтерол обладает хорошими моющими свойствами, действует как антиресорбент, препятствуя обратному осаждению загрязнений на очищаемую поверхность.

В заявляемом моющем средстве используют синтерол АФМ 9-12 (ТУ 2428-031-0151489-94).

Хлористые N-алкил- и алкенилгексаметилентетрамины получают алкилированием гексаметилентетрамина с алкил- и алкенилхлоридами [SU №1100879 от 04.10.82 г., SU №1107540 от 25.11.82 г., SU №1039891 от 19.04.82 г., SU №1833779 от 07.05.90 г.).

Представленные в качестве КПАВ четвертичные аммонийные соли обладают свойствами ингибиторов сероводородной коррозии, расширяя тем самым область применения заявляемого моющего средства, а именно это нефтедобывающая и нефтеперерабатывающая промышленности, где остро стоит проблема коррозии.

Эффективная очистка большинства загрязнений обеспечивается при щелочности рН 11,5-13. Источником щелочности является кальцинированная сода и гидроокись натрия. Гидроокись натрия, повышая щелочность раствора, усиливает отмывку деталей от органических загрязнений. Кроме того, гидроокись натрия используется как добавка для размягчения и разрыхления нагаров на деталях двигателей и машин.

В предлагаемом средстве гидроокись натрия используют по ГОСТ 2263-79.

Бихромат калия (хромпик) наряду с КПАВ предотвращает коррозию металлических изделий и усиливает моющее действие. В предлагаемом моющем средстве бихромат калия используют по ГОСТ 4220-75.

Остальные компоненты должны соответствовать следующим требованиям:

- Неонол - по ТУ 2483-077-057-66801-98.

- Метасиликат натрия (жидкое стекло) - ГОСТ 13078-81, ТУ 2145-026-00204872-2002 или ГОСТ 13079-93.

- Триполифосфат натрия - ГОСТ 13493-93 или ТУ 2148-037-00194441-02.

- Тринатрийфосфат - ГОСТ 201-76.

- Карбонат натрия - (сода кальцинированная) - ГОСТ 5100-85.

Способ получения моющего средства осуществляют в следующей последовательности:

В стеклянный реактор, снабженный рубашкой обогрева и мешалкой, загружают расчетное количество ПАВ и метасиликата натрия (жидкое стекло). Нагревают до температуры 40°С и выдерживают в течение 20 мин. Затем в реактор при постоянном перемешивании добавляют триполифосфат (ТПФ) и карбонат натрия. Далее в получаемый продукт добавляют предварительно растертую гидроокись натрия и бихромат калия. По окончании процесса готовый продукт, представляющий собой сыпучий порошок, выгружают в тару.

Примеры приготовления моющего средства представлены в таблице 1.

Изобретение может быть использовано как для непосредственной отмывки от загрязнений, так и с предварительным замачиванием загрязненных деталей в моющем растворе на 2-12 часа с последующей механической очисткой набухшего и рыхлого загрязнения.

Для очистки поверхности от загрязнений применяют водный раствор предлагаемого моющего средства с концентрацией в зависимости от объекта очистки и рода загрязнения. Для испытания готовят 0,1-0,2%-ный водный раствор.

Для быстрого и лучшего растворения моющего средства используют воду с температурой 50-60°С.

Моющую способность определяют по известной методике весовым методом, который основывается на определении процента смываемости загрязнений с поверхности детали.

Взятые для испытания детали с шероховатостью поверхности 0,32-0,61 размером 100×50×1,5 мм обезжиривают эфиром и выдерживают 5-10 минут до полного испарения эфира и принятия ими постоянной температуры. Детали взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,0001 г. Затем стеклянной палочкой наносят равномерным слоем загрязнения. Количество нанесенного загрязнения должно быть примерно одинаковым на всех деталях и составлять 0,08-0,085 г. Затем загрязненные детали помещают в лабораторную моечную машину и моют в течение 2 минут.

После мойки детали промывают дистиллированной водой и сушат путем обдува воздухом от вентилятора при комнатной температуре. После сушки их взвешивают. Процент удаленного загрязнения с поверхности определяют по формуле:

где P₀ - начальный вес образца (чистого), г;

P₁ - вес загрязненного образца, г;

Р₂ - вес образца после мойки, г.

Высоту столба пены определяют известным методом встряхивания мерного цилиндра с 5%-ным раствором моющего средства.

При определении смачивающей способности образцы (металлические пластины размером 150-70 мм) сначала погружают в приготовленный раствор моющего средства, а затем - в деминерализованную воду на 10 секунд. Далее образцы вынимают из воды и фиксируют нарушение сплошности водяной пленки визуально. При этом не принимают во внимание поверхность, удаленную от краев и острых кромок менее чем на 10 мм. Смачивающая способность характеризуется временем в секундах от начала испытаний до разрыва водяной пленки.

Степень защиты от сероводородной коррозии определяют по РД 39-519-81 “Методика испытания ингибиторов коррозии в двухфазных сероводородсодержащих средах”.

Для опытов берут стальные образцы марки 08-КП, которые предварительно обрабатывают пескоструйным аппаратом, обезжиривают соляной кислотой, затем промывают водой и ацетоном. После этого сушат 2 часа в эксикаторе и взвешивают. В качестве среды используют предварительно обескислороженную углекислотой воду, которую затем насыщают сероводородом до концентрации 100 мг/л. Предварительно обработанный и взвешенный стальной образец помещают на 6 часов в подготовленную среду, содержащую моющее средство в количестве 0,1 мас.%.

Для сравнения берут сероводородсодержащую среду без содержания моющего средства.

После проведения испытаний стальные образцы обезжиривают соляной кислотой, промывают водой и ацетоном, сушат в эксикаторе 2 часа и взвешивают.

Защитный эффект L (%) определяют по формуле:

где С_к, С_и - скорости коррозии в сероводородсодержащей среде, соответственно, без моющего средства и с моющим средством, г/(м²·ч).

Скорость коррозии определяют по формуле:

где: m₁, m₂ - соответственно массы стального образца до проведения испытания и после проведения испытания, грамм;

t - время проведения испытания, час;

S - площадь стального образца, м².

Все результаты испытаний приведены в табл. 2.

Как видно из таблицы 2, при выбранном соотношении компонентов по примерам 5 и 6 моющее средство обладает высокой моющей способностью при очистке поверхности. Причем по данному показателю заявляемые моющие составы не уступают прототипу при использовании последнего в большей концентрации (0,5 мас.%).

При повторном и третьем разе использования моющего средства (после отделения загрязнения) показатели средства не изменялись.

При применении моющего состава, содержащего заявляемые компоненты в большем соотношении, чем заявлено - нецелесообразно, в меньшем - не достигается заявляемый технический результат.

На основании представленных данных, использование заявляемого моющего средства позволит обеспечить следующие технико-экономические показатели:

- высокое качество очистки металлической поверхности при невысокой температуре обработки;

- снижение энергоресурсов и трудозатрат;

- улучшение условий труда работающих;

- расширяет спектр очищаемых металлических изделий, например, от нагара, копоти, не вызывая коррозии оборудования;

- снижает используемую концентрацию моющего средства;

- позволяет использовать моющее средство многократно, тем самым экономя его расход;

- удобная транспортировка - сухое вещество.

Изобретение относится к техническим моющим средствам для очистки и обезжиривания металлических поверхностей и может найти применение во всех областях промышленности, где имеют место загрязнения поверхности продуктами органического происхождения: масло, смазка, нефть, эмульсии, асфальтосмолопарафиновые отложения. Моющее средство содержит следующие компоненты, мас.%: смесь неионогенных ПАВ и катионного ПАВ 10-12; метасиликат натрия (жидкое стекло) 2-5; триполифосфат натрия или тринатрийфосфат 15-20; гидроокись натрия 5-10; бихромат калия 0,07-0,10; карбонат натрия до 100, где в качестве неионогенных ПАВ используют натриевую соль карбоксиметилата этоксилированного изононилфенола (“Синтерол”) и “неонол”, а в качестве катионного ПАВ - хлористую четвертичную аммонийную соль - продукт взаимодействия гексаметилентетрамина с эпихлоргидрином или с хлористым аллилом. Моющее средство обладает комплексом физико-химических свойств: растворяющей, смачивающей, обезжиривающей, эмульгирующей и антикоррозионной способностью. Также достигается снижение расхода моющего средства и пенообразования, расширение спектра удаляемых загрязнений (нефтяные загрязнения, копоть, нагар и т.п.). 3 з. п. ф-лы, 2 табл.

1. Моющее средство для очистки металлической поверхности от органических загрязнений, содержащее неионогенные поверхностно-активные вещества, триполифосфат натрия или тринатрийфосфат, метасиликат натрия и карбонат натрия, отличающееся тем, что в качестве неионогенных поверхностно-активных веществ используют “неонол” и натриевую соль карбоксиметилата этоксилированного изононилфенола - “синтерол” и дополнительно средство содержит катионоактивное поверхностно-активное вещество - продукт взаимодействия гексаметилентетрамина с эпихлоргидрином, металлилхлоридом, хлористым аллилом или отходами их производств (хлористые четвертичные аммонийные соли), гидроокись натрия и бихромат калия, причем массовое соотношение “синтерола” к катионному ПАВ равно (1-2):1, а массовое соотношение неионогенного ПАВ “неонола” к смеси “синтерола" и катионного ПАВ (1-3):1, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Смесь неионогенных ПАВ и катионного ПАВ 10-12

Метасиликат натрия (жидкое стекло) 2-5

Триполифосфат натрия или тринатрийфосфат 15-20

Гидроокись натрия 5-10

Бихромат калия 0,07-0,10

Карбонат натрия До 100

R-C₆H₄-О(C₂H₄O)_nCH₂COONa

где R - изононил-;

n - 6, 10, 12.

[А-R]⁺Cl^-,

где А - гексаметилентетрамин (уротропин);