МОЮЩЕЕ СРЕДСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ Российский патент 2006 года по МПК C11D1/44 C11D3/04 C11D3/20 

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, асфальто-смолопарафиновые 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 C 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 С 11 D 1/72, 1991 г.; Пат. RU №2079550, МПК С 11 D 1/83, 1995 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 №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.

Известны моющие композиции для очистки металлических поверхностей, имеющие следующий состав, мас.%:

1. Поверхностно-активные вещества - 3-8; метасиликат натрия - 30-40 и карбонат натрия до 100 [Пат. № RU 2163923, МПК С 11 D 1/72 от 07.03.2000 г.];

2. Поверхностно-активные вещества - 0,5-1,5; метасиликат натрия - 28,5-59,5; триполифосфат натрия - 30-40 и карбонат натрия до 100 [Пат. RU №2109804, МПК С 11 D 1/00, 1996 г.];

3. Поверхностно-активные вещества - 1,2-1,6; метасиликат натрия - 43,5-45 и карбонат натрия до 100 [Пат. RU №2132368, МПК С 11 D 1/72, 1998 г.];

4. Неионогенное поверхностно-активное вещество 2-5; метасиликат натрия 39-42; тринатрийфосфат натрия 14-16; гидроксид натрия 12-14; вода до 100 и дополнительно алкиламмоний- или алкилпиридинийгалогенид 0,2-0,8 [Пат. RU №2100844, МПК C 11 D 1/66, 1992 г.];

5. 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 и вода до 100 [Пат. RU №2179998, МПК С 11 D 1/72, 2000 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 2 и 3 имеют 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 1/66, 1997 г.].

В качестве полиэлектролита используется натриевая соль полиакриловой кислоты или натриевая 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, метасиликат - 55,0-59,2 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.

Известно моющее средство для чистки металлической поверхности, которое имеет следующий состав, мас.%: кальцинированная сода 51-64; триполифосфат натрия 13-28; тринатрийфосфат 13-17; неонол АФ 9-6 2,4-3,6; неонол АФ 9-12 2,4-3,6; натриевая соль алкилбензолсульфокислоты 0,4-0,6 [Пат. RU №2194748, МПК С 11 D 1/83, 1999 г.].

Недостатком данного моющего средства является большой расход 15 г/л при относительно невысокой моющей способности 90-94%.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению - прототипом - является 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 С 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, и катионные ПАВ - аминсодержащие соединения, например триэтаноламин или аммониевые основания с алкильными цепями алифатической структуры, например четвертичные соли алкиламинов - тетранатрийсульфоаминосульфонат (алкилбензолсульфонатамин).

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;

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

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

- недостаточный спектр удаляемых загрязнений (нефтяные загрязнения, копоть, нагар и т.п.).

Технической задачей предлагаемого изобретения является улучшение моющей и эмульгирующей способности средства при снижении его расхода, а также расширение ассортимента моющих средств для металлических поверхностей и снижение его стоимости.

Технический результат достигается за счет того, что в водорастворимое моющее средство, содержащее ПАВ, полиэлектролит, соли бензойной кислоты и активатор моющего действия, в качестве которого используются метасиликат натрия (жидкое стекло), карбонат натрия, триполифосфат натрия при различных соотношениях, введены дополнительные компоненты, а также внесены изменения в соотношение компонентов как общего состава технического моющего средства (ТМС), так и его составляющей.

Новыми компонентами моющего средства являются продукт взаимодействия оксиэтилированного изононилфенола (неонола), триэтаноламина и гидроокиси натрия, используемого в качестве ПАВ, и бихромат натрия.

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

Продукт взаимодействия оксиэтилированного изононилфенола, триэтаноламина и гидроокиси натрия 20-25Метасиликат натрия (жидкое стекло) 5,0Триполифосфат натрия 20,0-24,9Бихромат натрия 0,07-0,10Полиэлектролит 8-12Натриевая соль бензойной кислоты (бензоат натрия) 0,01-0,02Карбонат натрия до 100

Эффективная очистка большинства загрязнений обеспечивается при рН, равном 11,5-13,0.

Источником щелочности является кальцинированная сода и продукт взаимодействия оксиэтилированного изононилфенола, триэтаноламина и гидроокиси натрия. Последний за счет высокой щелочности (рН 1%-ного водного раствора равен 11,5-12,5) усиливает отмывку деталей от органических загрязнений, а также используется как добавка для размягчения и разрыхления нагаров на деталях двигателей и машин. Кроме того, он позволит увеличить моющую способность средства и предотвратить обратное осаждение загрязнений на очищаемую поверхность.

Введение бихромата натрия наряду с метасиликатом натрия (жидким стеклом) повышает антикоррозионные свойства моющего средства.

В качестве полиэлектролита используется водорастворимый катионный флокулянт «Полиэктролит ВПК-402», представляющий собой водный раствор полидиметилдиаллиламмонийхлорида, который в свою очередь изготавливается из аллилхлорида и диметиламина нагреванием в щелочной среде, или полиэктролит синтетический «Каустамин-15», представляющий собой водный раствор полиэпихлоргидриндиметиламина.

Для синтеза продукта взаимодействия оксиэтилированного изононилфенола (неонола), триэтаноламина и гидроокиси натрия исходные реагенты должны соответствовать следующим требованиям:

- неонол используют по ТУ 2483-077-05766801-98;

- триэтаноламин применяют по ТУ 602-02-916-79 изм. 1-5 (марка Б);

- гидроокись натрия (натр едкий технический) используют по ГОСТ 2263-79.

Для приготовления заявляемого моющего средства исходные реагенты должны соответствовать следующим требованиям:

- триполифосфат натрия используют по ГОСТ 13493 или ТУ 2148-037-00194441-02, или ТУ 2148-095-43499406-98, или ТУ113-00-05759020-25-95);

- стекло натриевое (жидкое стекло) - по ГОСТ 13078-81 или ГОСТ 13079-93 или по ТУ 2145-026-00204872-2002;

- карбонат натрия (сода кальцинированная) - по ГОСТ 5100-85;

- бихромат натрия - согласно ГОСТ 2651-78.

- полиэлектролит ВПК-402 - согласно ТУ 6-05-2009-238-86 изм. 1 или полиэлектролит синтетический «Каустамин-15» согласно ТУ 2227-222-00203312-2002.

Техническая сущность изобретения подтверждается нижеприведенными примерами.

Пример 1. Синтез продукта взаимодействия оксиэтилированного изононилфенола, триэтаноламина и гидроокиси натрия.

В реакционную колбу с мешалкой и обратным холодильником загружают при перемешивании 67,3 г (0,1 моль) неонола, 9,5 г 42%-ного водного раствора гидроокиси натрия (0,1 моль) и 15,2 г (0,1 моль) триэтаноламина. Нагревают реакционную массу до температуры 60°С и выдерживают 8 ч. После окончания реакции образовавшийся продукт выделяют упариванием реакционной массы, в результате чего выпадает соль, которую промывают бензолом, отфильтровывают и сушат до постоянного веса при температуре кипения растворителя. Целевой продукт представляет собой белый кристаллический порошок, с температурой плавления 255°С, хорошо растворимый в воде и не растворимый в углеводородах. Выход целевого продукта - 70,8 г (88%).

Полученный продукт обладает поверхностно-активными свойствами, высокими эмульгирующей и моющей способностями, что позволяет использовать его в качестве ПАВ для получения моющего средства.

Пример 2. Способ получения моющего средства.

В стеклянный реактор, снабженной рубашкой обогрева и мешалкой, загружают расчетное количество продукта взаимодействия оксиэтилированного изононилфенола, триэтаноламина и гидроокиси натрия, затем метасиликат натрия (жидкое стекло), полиэлекролит. Нагревают до температуры 40°С, затем в реактор при постоянном перемешивании добавляют триполифосфат и карбонат натрия. Далее добавляют натриевую соль бензойной кислоты (бензоат натрия) и бихромат натрия. По окончании процесса готовый продукт, представляющий собой сыпучий порошок, выгружается в тару. Насыпной вес полученного порошка составляет 1000-1200 г/см³, рН 1%-ного водного раствора равен 11,5-12,5.

Изобретение может быть использовано как для непосредственной отмывки от загрязнений, так и с предварительным замачиванием загрязненных деталей в моющем растворе на 2-12 ч 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 быстрого и лучшего растворения моющего средства используют воду с температурой 50-60°С.

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

Испытания проводили на пластинах из стали марки 3 и/или 12Х18Н10Т размером 30×30 мм. На пластины наносили загрязнения из сырой нефти и оставляли на 7 суток.

Пластины взвешивали до и после нанесения на них загрязнения, затем погружали в емкость с раствором моющего средства и выдерживали их при постоянном перемешивании в течение 20 мин. Во всех опытах применялся 0,2%-ный раствор моющего средства. Затем пластины промывали водой, сушили и взвешивали.

Моющую способность (степень очистки) определяли по формуле:

где А - масса пластины с загрязнением, г;

В - масса пластины после очистки, г;

С - исходная масса пластины, г.

Моющая способность вторично использованного состава практически не изменялась.

Эмульгирующую способность определяли следующим образом.

В стакане при помощи пропеллерной мешалки смешивали равные объемы машинного масла и 2%-ный водный раствор заявляемого образца моющего средства до получения однородной эмульсии. Количество масла и раствора моющего средства составляло 50 мл для каждого. Затем эту смесь переливали в мерный цилиндр и оценивали количество воды, выделившееся через определенный промежуток времени (1, 2, 3 и 4 часа). За результат принимали среднее значение. Чем меньше выделяется воды, тем выше эмульгирующая способность [Е.Валесян. Алкилполигликозиды в средствах бытовой химии - химическое строение, свойства и применение. //Бытовая химия №13, 2003. С.24-29].

Составы, моющая и эмульгирующая способность известного и предлагаемого моющих средств приведены в таблице.

Как видно из примеров (см. табл.), при заявляемом соотношении компонентов моющие средства по примерам 5 и 6 по моющей способности не уступают прототипу при использовании последнего в большей концентрации (0,5 мас.%).

По эмульгирующей способности заявляемые образцы значительно превосходят прототип при использовании водного раствора концентрации 2 мас.%.

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

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.

Использование: во всех областях промышленности, где имеют место загрязнения поверхности продуктами органического происхождения: масло, смазка, нефть, эмульсии, асфальто-смолопарафиновые 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.%: продукт взаимодействия оксиэтилированного

изононилфенола, триэтаноламина и гидроокиси натрия 20-25; метасиликат натрия (жидкое стекло) 5,0; триполифосфат 20,0-24,9; бихромат натрия 0,07-0,10; полиэлектролит 8-12; соли бензойной кислоты 0,01-0,02; карбонат натрия до 100. Технический результат - улучшение моющей и эмульгирующей способности средства при снижении его расхода, а также расширение ассортимента моющих средств для металлических поверхностей. 3 з.п. ф-лы.

1. Моющее средство для очистки металлической поверхности от органических загрязнений, содержащее поверхностно-активное вещество, триполифосфат, метасиликат натрия или жидкое стекло, кальцинированную соду, соли бензойной кислоты, полиэлектролит, отличающееся тем, что в качестве поверхностно-активного вещества используют продукт взаимодействия оксиэтилированного изононилфенола, триэтаноламина и гидроокиси натрия и дополнительно содержит бихромат натрия при следующем содержании компонентов, мас.%:

Продукт взаимодействия оксиэтилированного изононилфенола, триэтаноламина и гидроокиси натрия20-25Метасиликат натрия (жидкое стекло)5,0Триполифосфат20,0-24,9Бихромат натрия0,07-0,10Полиэлектролит8-12Соли бензойной кислоты0,01-0,02Карбонат натрияДо 100