水基金属清洗剂的配方组成综述
水基金属清洗剂的研制
ｃ ｉｃｄ ｔ ｅｒｑ ｉ ｍｅ ｔｏ ｅＡｍｅｉａ ｔｎ ａｄＭ Ｉ — 一 ７ ３ Ｂ（ ９ ）ｂ ｔ ｌｏｈ ｄｈｇ ｆ ｃ ｎ ｙ ａ ｔ ｐ ｉ， ｏｍａ ｍｐ ｒｔｒ ｓｎ ｎ ｔｘｃｔ ｎ ｉｈ ｏｎ ｉｅｗｉ ｔ ｅ ｕｒ ｈｈ ｅ ｎｓ ｆｔ ｈ ｒｃｎｓａ ｄ ｒ Ｌ Ｃ ８ ９ ７ １ ４ ｕ ｓ ａ ｉｈｅｆ ｅ ｃ ， ｎｉ ｓｓｎ ｒ ｌｅ ｅａｕ ｅｕｅ ｏ ，ｏ ｉｉ ａ ｄｈｇ ９ ａ ｉ ｓ ｔ ｙ
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水基型金属清洗剂
金属清洗剂1水基金属清洗剂金属清洗是机械加工生产中不可缺少的工序之一，因为在不同的金属加工工序中，金属零件及设备的表面可能黏附各种类型的污垢，只有将这些污垢充分清洗干净，才能保证下一工序的顺利进行和产品的加工质量。
针对不同的污垢类型常选用化学酸洗(主要除去金属氧化物)、化学碱洗(除去动植物油脂)、有机溶剂清洗(靠溶剂溶解污垢)和水基清洗(以表面活性剂为主要活性组分)。
前几种清洗剂都存在不同的缺陷，而且使用范围较窄，以表面活性剂为主体的水基清洗剂则克服了其他几种清洗剂所具有的这样或那样的不足，成为金属清洗工业的主要发展方向，水基金属清洗剂主要有以下优点。
(1)清洗能力好，去污力强。
以表面活性剂为主要活性组分，配合各种助洗剂，将亲油性活性物和亲水性活性物合理搭配，实现了最和谐、最完美的去污过程，远比单一的酸洗、碱洗和溶剂清洗有效。
(2)不燃不爆，使用安全，不污染环境。
溶剂清洗会因有机溶剂的挥发，直接污染空气，破坏大气的臭氧层，易燃、易爆，不安全。
化学清洗也有污染，对设备有腐蚀，对工人不安全。
而水基清洗剂属于安全无污染的清洗过程，在微观和宏观方面都是安全的。
(3)节约能源，洗涤成本低。
(4)洗涤过程对被洗机件无损伤，洗后对机件不腐蚀。
水基清洗是金属清洗工业的发展方向，是最有潜力的工业洗涤剂品种。
水基清洗剂的去污作用是借助于表面活性剂的润湿、渗透、乳化、分散、增溶等性质来实现的，其去污机理参见前文，这里不再赘述。
1．1水基金属清洗剂的组成水基金属清洗剂属于硬表面洗涤剂系列，它不同于家用洗涤剂和纤维洗涤剂，所以水基金属清洗剂使用的各种原料也有所不同。
水基金属清洗剂的主要成分是表面活性剂和无机助剂：为避免金属在清洗过程中和清洗后的短期贮存中发生锈蚀，需要加入缓蚀防锈剂；为增加水基金属清洗剂在水中的溶解性和促进金属表面污垢在水中的分解效果，在配方中还需要加入一定量的助溶剂；为防止清洗过程中产生过多的泡沫而影响清洗效果，延长清洗时间还需加入一些消泡剂；为防止污垢在金属表面的再沉积，还需加入抗污垢再沉积剂，有时也加入一些有机溶剂，制成以水为主的水包油型(0／W)乳状液。
金属清洗剂配方
金属清洗剂配方一（重垢，低泡沫型）（重量％）改性的聚乙氧基加成物（100％活性物） 5.0氢氧化钠32.0硅酸钠32.0纯碱(碳酸钠）31.0共计100.0应用稀释度15～30克/升水注：表面活性剂可换用烷基芳基醚聚合物非离子型。
配方来源Rohm-Haas Co.配方二（重垢、低沫泡、低温）（重量％）改性的聚乙氧基加成物（非离子型） 5.0氢氧化钠15.0无水硅酸钠35.0纯碱25.0焦磷酸钠20.0应用稀释度15～30克/升水注：改性的聚乙氧基加成物赋予低泡沫特性，并且在低温（35℃或以下）时除污有效。
配方三（轻垢型）（重量％）聚乙二醇辛基苯基醚（9-10EO） 5.0磷酸酯盐（阴离子型，50％活性物） 4.0无水硅酸钠 3.0焦磷酸钠 3.0二丙甘醇甲醚 5.0氨基苯磺胺（分散剂） 1.0水79.0配方四（轻垢型、钻油井机械用）（重量％）脂肪酸羟基酰胺（100％活性物，润湿剂） 4.7壬基酚（9-10E，非离子型）7.8四硼酸钠（硼砂） 2.6乙二胺四醋酸四钠 1.6二丙甘醇甲醚 1.3水82.0共计100.0应用稀释度产品：水＝1：32（份）配方来源Rohm-Haas Co.配方五（低泡液体型）（重量％）〔A〕〔B〕〔C〕改性的酸式乙氧基化物（100％活性物） 2.0 2.0 2.0 焦磷酸钾 6.0 17.3 22.8氢氧化钾12.0 14.1 9.0硅酸钠12.0 15.2 16.0水68.0 51.4 50.2硅酸钠SiO2：Na2O 1.0 1.8 2.5配制方法将表面活性剂加到水中，再加氢氧化钾，最后加入其它组分。
配方来源Rohm-Haas Co.配方六（中垢型）（重量％）无水硅酸钠34.0磷酸三钠34.0聚乙二醇辛基苯基醚（9-10EO） 5.0两性钠盐（100％活性物） 3.0纯碱24.0应用稀释度产品：水＝1：20（份）金属清洗剂配方2009-09-24 13:311、钢铁、不锈钢清洗剂配方1（%）氢氧化钠0.5~1;碳酸钠5~10;水玻璃3~4;水余量。
金属清洗剂配方分析
金属清洗剂配方分析金属清洗剂配方分析1.1背景金属清洗剂在工业生产中应用十分广泛，常用于金属加工前后的表面除油、除垢及成品组装或包装前的清洗工艺。
在电子工业中，印制电路板焊接后也必须采用清洗剂洗去有害残留物。
此外，在机械设备维护保养过程中也常常用到金属清洗剂。
目前，常用的金属清洗剂分溶剂型、半溶剂型和水基型。
溶剂型金属清洗剂中，石油溶剂易燃、易爆而且浪费资源。
氯氟烃是最常用的溶剂型金属清洗剂，但由于其对大气臭氧层的破坏而被禁用。
因而，溶剂型金属清洗剂正逐步被半溶剂型和水基型金属清洗剂所替代。
随着氟氯烃(CFC)替代日期的逼近，水基清洗剂的研究和应用受到各方面的关注。
1.2水基清洗剂概述一般情况下，吸附于金属表面的污物由水溶性污物和非水溶性污物组成。
前者包括糖、淀粉、有机酸碱、血液、蛋白质及无机盐等，后者包括动植物油脂、脂肪醇、矿物油、灰尘、泥土、金属氧化物等。
水基清洗剂以表面活性剂为主要成分，同时添加各种添加剂如助剂、稳定剂、缓蚀剂、增溶剂、消泡剂、防霉剂、防冻剂等。
表面活性剂具有浮化、湿润、增溶、渗透、分散、防腐、络合等特性，在清洗液中起主要作用。
表面活性剂是一种两亲分子，当这种两亲分子附着于油-金属界面时，其亲油端容易吸附在油污表面，并伸向油污内部，而极性亲水端则吸附在金属表面，在油-金属界面间形成一层紧密的定向排列的表面活性剂分子膜。
这种膜能减弱油-金属界面的附着力，增加金属零件的湿润性。
在水溶液浸泡、撞击零件过程中，表面活性剂分子在水分子的吸引下，油污从金属零件表面脱离，起到清洗零件的目的。
当这种两亲分子附着于油-水界面时，其亲水端向水中伸入，形成一层膜，降低油-水的界面张力。
当溶液中的表面活性剂分子达到一定浓度时，就会使油污在溶液中形成稳定的微小油污颗粒，形成溶解了油污的乳化液，达到清洗零件油污的目的。
1.3水基金属清洗剂原料选择水基金属清洗剂的主要成份是表面活性剂和无机助剂，为了避免金属在清洗过程中发生腐蚀，还须加入缓蚀剂，为了增强溶解性和促进金属表面污垢在水中的分离效果，还要加入一定量的助溶剂。
水基清洗剂的成分及作用
水基清洗剂的成分及作用早期的水基清洗剂主要是用一些碱性较强的无机碱或者无机盐类物质，因为配方单一，碱性强从而导致清洗过程有很多弊端，清洗效果也是大打折扣。
现在发展的水基清洗剂一改往常的弊端，添加了表面活性剂、络合剂、缓蚀剂、稳定剂、增溶剂及多种效果的成分，根据所清洗的目的及基材的不同，合理调试不同的配方。
例如对于电镀前的除油处理，就采取使用聚醚、油酸三乙醇胺、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠等进行复配，基本对基材没有腐蚀性，使用时无需加热，泡沫少，清洗效果好，用量少，成本低，操作简单，无毒，对环境不会造成危害，人工清洗机械清洗均可，清洗后处理简单。
水基清洗剂的配方调整还同样适用于多种手段同时达成，比如说对于铜件的清洗，不仅可以达到清洗的作用，同时也可以在清洗剂的配方中添加抛光的作用成分，使得铜件一次清洗就可以同时达到清洗和抛光的作用，具体体现为通过椰子油脂肪酸二乙醇酰胺，甘油，十二烷基苯磺酸，再加入缓蚀剂，光亮剂等，不仅保证了配方的除油作用，还可以很好的控制配方的pH，使得铜件不至因为过低的pH而造成腐蚀。
缓蚀剂和光亮剂的加入又可以使清洗后的铜件具有一定的光亮度。
如果复配一些成膜保护剂，在铜件的表面形成一层保护膜，又可以使清洗后的铜件可以长期保持光亮。
本着绿色环保清洗的目的，水基清洗剂又发展出了以烷基糖苷类，槐糖脂类易生物降解，并且对人体无任何毒害的生物清洗成分的出现。
比如说由烷基糖苷、槐糖脂作为表面活性剂，次氮基三乙酸等作为络合剂，同时添加海藻酸钠等作为增稠剂，复配葡萄糖酸钠等均是生物相容性好，微生物降解率高，对皮肤刺激性极小的成分，同时助剂中不含有磷成分，具有很好的环保性，常作为厨房、浴室等生活区域的绿色环保清洗剂，具有很好的应用前景。
水基清洗剂补充了有机溶剂清洗剂的不足，具有价廉、安全、环保的优点，所需的成分容易获得与再生。
因此，同样清洗效果的情况下，水基清洗剂更能够替代有机溶剂清洗剂。
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面活性剂 度比离子型表面活性剂低、耐酸 剂、洗涤剂、消泡 性 R-O-（CH2CH2O）nH
耐碱、有浊点，价格比阴离子型 剂等
多元醇型非离子表面活性
高。
剂
配方分析/成分检测/研发外包/工业诊断
水基金属清洗剂配方中广泛使用去油性能优异的非离子表面活性剂，如脂肪 醇聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、烷醇酰胺及烷基糖苷等。在脂肪醇聚醚系列 中，异构醇聚氧乙烯醚是异构醇和环氧乙烷反应生成的非离子型表面活性剂。与 典型直链 AEO 相比，支链化产品则具有许多特殊的优良性能，特别是乳化与净 洗方面，表现出优异的效果，支链型 AEO 有更好的清洁效果，对油脂的乳化效 果也较理想，支链的结构使产品具有更高的净洗性能[6]。
6501
6503
AEO-9 OP-10 TX-10
AES
LAS
外观 淡黄至琥 微 黄 色 粘 白色膏状 浅黄色至 无 色 透 明 白 色 或 浅 白色固体
珀色粘稠 稠液体
黄色油状 液体
黄色凝胶
液体
液体
状膏体
HLB 值 12
14
12.5
13-14 13-14.5 35 左右 10.64
p（按近似值）
0.5%
1.0%
5%
10%
碳酸氢钠
8.65
8.52
8.38
8.26
8.10
氢氧化钠
12.34
12.89
13.08
13.51
13.79
碳酸钠
10.7
11.3
11.3
10.7
11.3
硼砂
9.33
9.30
9.31
9.41
9.45
磷酸钠
11.34
11.86
12.06
12.40
金属清洗过程中，过多的泡沫不仅会削弱机械作用、降低清洗效率、造成清 洗液的大量损失，而且还会引起设备的损坏。因此，选用低泡型表面活性剂是一 条有效的途径。聚醚类表面活性剂以聚氧丙烯基-CH2(CH2CH2O)n 为疏水基 团、聚氧乙烯基-HO(CH2CH2O)n 为亲水基团的嵌段高分子共聚物，这种亲油 亲水混合结构在水溶液里更易形成胶束，从而表面张力较大；另外这种亲水亲油 基团交错混合排列，空间相互阻碍并形成大量液膜之间的空隙，减弱了液膜的强 度，最终所形成的泡沫膜壁更容易破裂，从而，具有低泡特性。常见的类型为 EO-PO-EO、PO-EO-PO 型嵌段聚醚、EO/PO 无规嵌段、脂肪醇 EO-PO 嵌段 共聚物（RO(EO)x(PO)y）等[7]。在净洗领域，特别是针对疏水的固体表面，EO/PO 嵌段聚醚改性有机硅表面活性剂可以显著加快对物体表面的润湿速度，增强除油 污的效果，减少清洗所用的时间。
表 4 金属耐碱性腐蚀 pH 极限值
金属
锌
铝
锡
黄铜
硅铁
钢铁
pH 极限值 10.0 10.0 11.0
11.5
13.0 无限
3．螯合剂
螯合剂分无机和有机两种。无机螯合剂主要是聚磷酸盐类螯合剂，包括：三
聚磷酸钠以及焦磷酸钠等，聚磷酸盐的缺点是它们在高温下会发生水解而分解，
使螯合能力减弱或丧失，一般说来无机螯合剂对重金属离子特别是铁离子的螯合
能力较差。通常只用于对钙、镁离子螯合，所以常作为硬水软化剂。
有机类金属离子螯合剂能与重金属离子起螯合作用的有机化合物很多，如有
机磷类、氨基羧酸类、羟基羧酸类、羟氨基羧酸类、羧酸类和聚羧酸类。
（1）有机磷类
有机多元膦酸与无机聚磷酸盐相比有良好的化学稳定性，不易水解，能耐较
高温度。对许多金属离子如钙、镁、铜、锌都有优异的螯合能力。目前常用的有
他品种不耐酸；除肥皂外，其他 剂等，去污剂用量 磺酸盐 R-SO3Na
品种有良好的耐硬水性。
最大。
磷酸酯盐 R-OPO3Na3
阳离子型表 有良好的渗透、去污能力、泡沫 用作杀菌剂、抗静 伯胺盐 R-NH2·HCl
面活性剂 高、具有杀菌能力，对金属有缓 电剂，很少用于去 叔胺盐
蚀作用，价格较贵。
污，多用在化妆品 季胺盐
中。
两性离子表 好的去污、气泡和乳化能力，耐 用作抗静电剂、柔 氨基 酸两 性离 子表 面活 性
面活性剂 硬水性好、缓蚀等性能、对皮肤 软剂等，用于化妆 剂 R-NHCH2-CH2COOH
刺激小，但价格贵。
品及特殊的去污 甜菜碱型两性离子表面活
剂
性剂
非离子型表 具有高的表面活性、临界胶束浓 用作乳化剂、匀染 聚氧 乙烯 型非 离子 表面 活
制，耐碱性能好，产品价格低廉，可以降低清洗剂的成本，而且可以降低非离子 表面活性剂的临界胶束浓度，提高非离子表面活性剂的脱脂率[8]。常用的阴离子
表面活性剂主要为直链烷基苯磺酸钠、油酸钠、油酸三乙醇胺、脂肪醇醚硫酸钠、
十二烷基苯磺酸铵、甲氧基脂肪酰胺基苯磺酸钠等阴离子表面活性剂。
为了提高的清洗剂的清洗能力，通常还使用去污效果较佳的表面活性剂进行
（2）氨基羧酸类 氨基羧酸用作螯合剂的主要有乙二胺四乙酸（EDTA），次氮基三乙酸（NTA），
二亚乙基三胺五乙酸及其盐等[12]。它们对钙、镁离子均有较强的螯合作用。其 中 NTA 和 EDTA 易与金属离子形成螯合物，而且价格相对便宜。EDTA 钠盐分 子中含有两个氮原子和四个氧原子可提供形成配位键的电子对与金属离子形成 六个配位键，在水中稳定不易解离。特别注意在碱性条件下有些金属离子会形成 氢氧化物沉淀析出而不被螯合，例如 Fe3+在 pH>8 的水溶液中会形成 Fe(OH)3 沉淀而不能用 EDTA 去螯合 Fe3+。 （3）羟基羧酸类
复配，利用不同表面活性剂各自的特性，以及它们之间的协同作用，复配后的表
面活性剂可以增强对金属污垢的润湿，渗透，乳化，增溶作用。
目前碱性水基清洗剂较常用的表面活性剂有异构醇聚氧乙烯醚、聚醚类以及 一些阴离子表面活性剂[9]。几种较常用的表面活性剂的性能指标如表 2 所示。
表 2 几种常用的表面活性剂的性能指标
离特点，将其分为四大类：阴离子、阳离子、两性和非离子型的表面活性剂[4,5]。
表面活性剂按离子型分类如表 1 所示。
表 1 表面活性剂的分类
离子类型
主要特点
应用范围
按亲水基的种类分类
阴离子型表 良好的渗透、润湿、分散、呈中 用作渗透剂、润湿 羧酸盐 R-COONa
面活性剂 性、价格较低。除磺酸盐外，其 剂、乳化剂、去污 硫酸酯盐 R-OSO3Na
水基金属清洗剂配方主要由表面活性剂和各种功能性添加物组成。常用的表 面活性剂有脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、十二烷基二乙醇酰胺和油酸 钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠等非离子表面活性剂和阴离子表面活性 剂。配方中的添加物是协同表面活性剂达到清洗效果的必不可少的组分。按用途 可分为碱性助洗剂、络合剂、溶剂、缓蚀剂、消泡剂、增溶剂等。 1．表面活性剂
这类羧酸主要是羟基乙酸、柠檬酸、苹果酸、酒石酸和葡萄糖酸等化合物以 及它们的钠盐。其中葡萄糖酸钠是一种良好的全能螯合剂，对多种金属离子都有 很好的螯合能力，酒石酸钠、柠檬酸钠也能螯合大多数二价和三价金属离子。柠 檬酸与铁离子形成的螯合物溶解度低，在水中会形成沉淀，为了增加其溶解度， 加入适量铵盐生成柠檬酸单铵与 Fe3+、Fe2+离子螯合分别形成溶解度较大的柠 檬酸亚铁铵和柠檬酸铁铵，这样就不会在清除铁锈时出现沉淀。 （4）羟氨基羧酸类 这类酸用作螯合剂的典型代表是羟乙基乙二胺三乙酸(HEDTA)和二羟乙基甘氨 酸(DEG)。 它们在 pH=9 的弱碱性条件下可螯合铁离子，但对其他离子螯合能 力较差，如二羟乙基甘氨酸不能用螯合钙、镁离子，所以一般可用它们去除铁锈 垢而不用它们去除碳酸钙等水垢。 （5）羧酸、聚羧酸类
配方分析/成分检测/研发外包/工业诊断
游离硅酸，易在被清洗的表面粘附，形成硅垢。使用过程中，应注意碱对玻璃和
金属表面有一定的亲和力，易于形成碱的表面覆盖膜，而且一些金属与碱反应生
成的氧化物水溶性差，也会沾污金属表面。
此外，还应考虑不同金属对碱的耐受性。通过表 4 可以看出：锌、铝、锡等 有色金属较易受到碱性水溶液的腐蚀[11]。
用，但洗涤废水的一部分排放到江河之中后，造成水生植物生长过快，消耗氧过
多，使水中好气细菌不能维持生命而使厌氧菌疯长，后者在缺氧条件下分解有机
物，并放出硫化氢等有恶臭的气体，使水质腐蚀变臭，因此，目前配方已基本向
无磷化发展。
硅酸钠在碱性介质中，对铝、锌、锡等金属有良好的缓蚀效果，而且对污垢
具有分散和稳定的作用，可以阻止污垢在表面的再沉积。但其在酸性条件会形成
机磷类螯合剂有：羟基乙叉二膦酸（HEDP）、聚磷酸酯、乙二胺四亚甲基磷酸
（DETMP）、二乙烯三胺五亚甲基膦酸（HTPMP）、三乙烯四胺六亚甲基膦酸
（TETHMP）、双（1,6-亚己基）三胺五亚甲基膦酸（BNHMTPMP）、多氨基多
醚基四亚甲基膦酸（PAPEMP）、甲叉膦酸酯等。
配方分析/成分检测/研发外包/工业诊断
性的盐类，常用氢氧化钠、碳酸钠、磷酸钠和硅酸钠等，通常使用两种或两种以
配方分析/成分检测/研发外包/工业诊断
上的混合物，这些物质不仅提供碱性，起清洁污垢的作用，还具有 pH 缓冲剂、 硬水的软化剂、金属腐蚀的抑制剂等作用[10]。不同碱的 pH 值如表 3。
表 3 不同碱性物的质量分数与 pH 值的关系
水基金属清洗剂配方组成综述
金属清洗是指在通过一定的技术手段将金属表面的污物清除掉，从而，使其 达到产品质量的要求[1]。金属原件在生产、运输、储存过程中，不可避免的带上 一些污垢，如油污、固体颗粒污垢及氧化皮等。清洗是金属机械加工生产过程中 的一个重要环节，清洗质量的高低直接影响着金属部件的使用和器件的寿命，特 别是一些精密仪器，如电子产品、医疗设备等。合适的清洗剂有利于快速高效地 清除掉金属表面的污垢和杂质，从而减少腐蚀，延长其使用寿命。