МОЮЩЕЕ СРЕДСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ Российский патент 2005 года по МПК C11D3/48 C11D1/02 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 C 11 D 1/83, 1975 г.; А.С. SU №749888, МПК C 11 D 1783, 1979 г.; А.С. SU №1059001, МПК C 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 C 11 D 1/83,1978 г], "ТЕМП-100Д" [А.С. SU № 973607, МПК C 11 D 1/83, 1980 г], моющее средство "ОСА" [А.С. SU №1004466, МПК C 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 - A.C.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 C 11 D 1/83, 1995 г.], 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 АФ9-12 и Неонол АФ9-6, 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 C 11 D 14/83, 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.%:

неионогенное поверхностно-активное вещество2-5метасиликат натрия39-42тринатрийфосфат натрия14-16гидроксид натрия12-14алкиламмоний- или алкилпиридинийгалогенид0,2-0,8водадо 100.

[Пат. RU № 2100844, МПК С 11 D 1/83, 1994 г.].

Известен моющий состав, содержащий, мас.%.

неонол2,5-8,0тринатрийфосфат5-10метасиликат натрия5-30гидроокись натрия10-40натрий хлористый1-2,5натрий сернокислый5-10карбамид0,5-1,0водадо 100

[Пат. RU № 2179998, МПК C 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 C 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 того, 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 ПАВ4-20полиэлектролит2-12соли бензойной кислоты0,01-0,02активная составляющаядо 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;

- отсутствие дезинфицирующих и антикоррозионных свойств.

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 ПАВ, комплексообразователь и активатор моющего действия, в качестве которого используют силикат натрия и карбонат натрия при различных соотношениях, введена дополнительно бактерицидно-антикоррозионная добавка, а также внесены изменения в соотношение компонентов как общего состава моющего средства, так и его активной составляющей.

Новыми компонентами моющего средства являются:

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

R-С₆Н₄-O(С₂Н₄O)_nСН₂COONa

где R - изононил-; n - 6, 10, 12;

- бактерицидно-антикоррозионная добавка - продукт взаимодействия N',N'-тетраметил-диаминометана с алкил- и алкенилхлоридами - хлористые четвертичные аммонийные соли, имеющие общую формулу:

[А-R]⁺Cl^- или [R-A-R]²⁺2Cl^-,

где А - N,N'-тетраметил-диаминометан;

и техническое средство в своем составе имеет следующее соотношение компонентов, мас.%:

Синтерол10-12Метасиликат натрия (жидкое стекло)2-5Триполифосфат натрия15-20Бактерицидно-антикоррозионная добавка3-5Карбонат натриядо 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).

Введение в композицию хлористой четвертичной аммонийной соли позволит увеличить антикоррозионную и бактерицидную активность при высокой моющей способности средства в целом.

Четвертичные аммонийные соли получают в кристаллическом виде и в виде водных растворов.

Получение соли в кристаллическом виде осуществляют, например, следующим образом:

N,N'-тетраметил-диаминометана (бисамин) растворяют в обезвоженном ацетоне и при постоянном перемешивании добавляют 3-хлор-2-метил-пропен. Реакцию проводят при 50°С и атмосферном давлении в течение 8 ч. Образовавшуюся соль отфильтровывают, промывают свежей порцией ацетона и сушат до постоянного веса при 60°С.

На способ получения вышеуказанных четвертичных солей, предлагаемых к использованию в заявляемом техническом моющем средстве, подана заявка на изобретение № 2002101451 от 11.01.02 г.

Представленные четвертичные аммонийные соли обладают свойствами бактерицидов для подавления роста сульфатвосстанавливающих бактерий и ингибиторов сероводородной коррозии, расширяя тем самым область применения заявляемого моющего средства, а именно: это нефтедобывающая и нефтеперерабатывающая промышленности, где остро стоят данные проблемы.

При приготовлении моющего средства другие компоненты должны соответствовать следующим требованиям:

- 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;

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

Способ получения моющего средства осуществляют в следующей последовательности.

В стеклянный реактор, снабженной 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), карбонат натрия и бактерицидно-антикоррозионную добавку. 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 основан 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 грамма. Затем стеклянной палочкой наносят равномерным слоем загрязнения. Количество нанесенного загрязнения должно быть примерно одинаковым на всех деталях и составлять 0,08-0,085 грамм. Затем загрязненные детали помещают в лабораторную моечную машину и моют в течение 2-х 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;

P₂ - 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.

Оценку бактерицидной активности в отношении роста сульфатвосстанавливающих бактерий проводили по методике РД 03-00147275-067-2001 "Оценка зараженности нефтепромысловых сред и бактерицидного действия реагентов относительно сульфатвосстанавливающих бактерий, лабораторные, стендовые и опытно-промышленные испытания".

В испытаниях использовали культуру СВБ - штамм ДС-2198. В промысловую воду, содержащую СВБ, вводят определенное количество испытуемого образца ТМС и выдерживают 24 ч при 32°С. Затем по 1 мл этих проб вводят в бутылочки с питательной средой Постгейта. Пробы термостатируют при 32°С в течение 15 суток, а затем определяют в них содержание сероводорода. В качестве контроля используют пробы без добавок ТМС.

Бактерицидную активность оценивают по степени подавления роста СВБ, которую вычисляют по формуле

где C₁ и С₂ - содержание сероводорода соответственно в контролируемой и исследуемой пробах, мг/л.

Опыты повторяли дважды.

Все результаты испытаний приведены в табл. 2.

Как видно из табл. 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.

Применение 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 коррозию оборудования;

- снижает используемую концентрацию моющего средства;

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

- удобная транспортировка - сухое вещество.

Таблица 1.
Составы моющих средств по примерам.№Состав моющего средстваПримеры моющих составов   Прототип1234561.Неонол 9-66,05------2.Синтерол-10,010,012,012,012,012,03.Хлористый N-(β-метил-γ-хлораллил)-N,N',N,N'-тетраметил-диаминометан--1,0-2,0--4.Хлористый N-(1,2-эпоксипропан)-N,N',N,N'-тетраметил-диаминометан-----2,0-5.Хлористый N-(γ-хлораллил)-N,N',N,N'-тетраметил-диаминометан---2,0---6.Хлористый N,N'-ди(β-хлорметилаллил)-N,N',N,N'-тетраметил-диаминометан------2,07.Триполифосфат натрия (тринатрийфосфат)33,4515,015,018,018,020,020,08.Метасиликат натрия (стекло натриевое жидкое)-3,05,03,03,02,02,0 9.Карбонат натрия60,572,069,065,065,064,064,0

Таблица 2.
Свойства моющих средств по примерам.№п/пНаименование показателейПримеры моющих составов  Прототип*1234561Моющая способность,%97,297,697,898,098,397,598,42Высота столба пены, см2,11,31,31,51,71,81,73Смачивающая способность, сек252830313536394Степень защиты от сероводородной коррозии,%379491939297955Степень подавления роста СВБ,%3834100100100100100Примечание *концентрация моющего раствора прототипа составляет 0,5 мас.%.

Использование: во всех областях промышленности, где имеют место загрязнения поверхности продуктами органического происхождения: масло, смазка, нефть, эмульсии, асфальтосмолопарафиновые отложения, например, при производстве, ремонте оборудования, в том числе в машиностроении, на транспорте, а также на станциях технического обслуживания (автосервис), агрокомплексах. Сущность: моющее средство содержит в мас.%: синтерол 10-12, метасиликат натрия (жидкое стекло) 2-5, триполифосфат натрия или тринатрийфосфат 15-20, бактерицидно-антикоррозионная добавка 3-5, карбонат натрия до 100. В качестве бактерицидно-антикоррозионной добавки используют хлористую четвертичную аммонийную соль - продукт взаимодействия N^,,N-тетраметил-диаминометана с алкил- и алкенилхлоридами. Технический результат - получение моющего средства для очистки поверхностей от загрязнений органического характера, обладающего комплексом физико-химических свойств: растворяющей, смачивающей, обезжиривающей, эмульгирующей и антикоррозионной способностью, снижение расхода моющего средства и расширение спектра удаляемых загрязнений (нефтяные загрязнения, копоть, нагар и т.п.). 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Моющее средство для очистки металлической поверхности от органических загрязнений, содержащее поверхностно-активное вещество, тринатрийфосфат или триполифосфат, метасиликат натрия или жидкое стекло, карбонат натрия, отличающееся тем, что в качестве поверхностно-активного вещества используют натриевую соль карбоксиметилата этоксилированного изононилфенола и средство дополнительно содержит бактерицидно-антикоррозионную добавку, в качестве которой используют продукт взаимодействия N',N-тетраметил-диаминометана с алкил- и алкенилхлоридами - хлористая четвертичная аммонийная соль - при следующем содержании компонентов, мас.%:

Натриевая соль карбоксиметилата этоксилированного изононилфенола (Синтерол) 10-12Метасиликат натрия (жидкое стекло) 2-5Триполифосфат натрия или тринатрийфосфат 15-20Бактерицидно-антикоррозионная добавка 3-5Карбонат натрия До 100

R-С₆Н₄-O(С₂Н₄O)_nСН₂COONa

где R - изононил-; n - 6, 10, 12.

[А-R]⁺Cl^- или [R-A-R]²⁺2Cl^-,

где А - N,N'-тетраметил-диаминометан;