Nguyên tắc làm sạch kim loại nước và các ứng dụng chất hoạt động bề mặt

Làm sạch kim loại nước chủ yếu đạt được thông qua các chức năng của các chất hoạt động bề mặt, chẳng hạn như nhũ hóa, làm ướt, hòa tan, thâm nhập, phân tán, ức chế ăn mòn và chelation.

Các chất hoạt động bề mặt có thể sửa đổi (thường giảm) lực căng giữa hai pha. Chúng là các hợp chất amphiphilic chứa cả nhóm ưa nước và lipophilic. Nhóm lipophilic thường bao gồm các chuỗi hydrocarbon, trong khi nhóm ưa nước thường bao gồm các nhóm chức chứa oxy như hydroxyl, carboxyl hoặc ether. Do đó, các tính chất của chất hoạt động bề mặt không chỉ phụ thuộc vào kích thước và hình dạng của nửa kỵ nước mà còn chặt chẽ vào loại nhóm ưa nước. Dựa trên khả năng ion hóa trong nước và điện tích của các ion hoạt động kết quả, các chất hoạt động bề mặt có thể được phân loại thành bốn loại: nonionic, anion, cation và lưỡng tính. Trong số này, các chất hoạt động bề mặt không ion và anion là những chất hoạt động chất tẩy rửa kim loại phổ biến nhất trong các chất tẩy rửa kim loại.

Các thông số để đánh giá các thuộc tính chất hoạt động bề mặt

Sự cân bằng lipophilic ưa nước (HLB)

Để mô tả công suất lipophilic ưa nước của chất hoạt động bề mặt và sự cân bằng của nó, giá trị HLB được giới thiệu. Một HLB thấp cho thấy tính mỡ trong nước mạnh và độ hòa tan trong nước kém, khiến việc rửa sạch. Một HLB cao cho thấy tính ưa nước mạnh và độ hòa tan tốt, nhưng sự hấp phụ kém hiệu quả hơn tại giao diện. Đối với các chất hoạt động bề mặt không ion, các giá trị HLB thường nằm trong khoảng từ 0 đến 20; Đối với các chất hoạt động bề mặt ion, chúng dao động từ 1 đến 40. Đối với các chất tẩy rửa được sử dụng trong làm ướt, thâm nhập và nhũ hóa, HLB là 13 Ném15 được coi là tối ưu.

Điểm đám mây

Điểm đám mây là một chỉ số quan trọng cho các chất hoạt động bề mặt không ion. Nó đề cập đến nhiệt độ tới hạn mà tại đó dung dịch nước 1% trở nên khó chịu khi sưởi ấm và sau đó chuyển đổi rõ ràng khi làm nóng thêm hoặc làm mát. Trên điểm đám mây, hoạt động chất hoạt động bề mặt giảm, trong khi ở dưới nó, hoạt động tăng lên. Điểm đám mây bị ảnh hưởng bởi chiều dài của nhóm lipophilic, loại nhóm ưa nước và nồng độ chất điện phân trong dung dịch.

Các chất hoạt động bề mặt không ion thường trở nên ít hòa tan trong nước khi nhiệt độ tăng lên vì các nhóm ưa nước (mậtToch₂ch₂,, INOH) tạo thành liên kết hydro với các phân tử nước. Khi nhiệt độ tăng, các phân tử nước phân tách và tính ưa nước giảm. Do đó, các chất hoạt động bề mặt không ion là thành phần chính của các chất làm sạch kim loại nhiệt độ thấp.

Đối với các chất hoạt động bề mặt không ion ethoxylated (ví dụ, alkylphenol ethoxylat), chuỗi carbon dài hơn làm giảm điểm đám mây, trong khi số lượng mol oxit ethylene cao hơn (N) làm tăng điểm đám mây và tăng cường tính ưa nước. Do đó, các sản phẩm có điểm đám mây thích hợp nên được chọn theo các yêu cầu thực tế.

Các chất hoạt động bề mặt phổ biến để làm sạch bằng kim loại

Các chất hoạt động bề mặt không ion

Những chất hoạt động bề mặt này không ion hóa trong nước. Các nhóm ưa nước của chúng thường bao gồm các gốc chứa oxy (ete hoặc hydroxyl), và các nhóm lipophilic của chúng là chuỗi hydrocarbon dài.

• Các ete alkyl polyoxyetylen : ví dụ, ether dodecyl polyoxyetylen có chứa một nhóm lipophilic và một nhóm ưa nước (CH₂CH₂O) ₆H.

• Ether alkylphenol polyoxyetylen (Sê -ri OP) : thường dựa trên phenol Octyl (C₈) và Nonyl (C₉). Khi số bổ sung oxit ethylene (M) là 8 Ném12, chúng cung cấp các đặc tính làm ướt, nhũ hóa và thâm nhập tuyệt vời. Ví dụ, polyoxyethylen octylphenol ether (TX-10) có HLB là 12,8 và điểm đám mây là 61 nhiệt67 ° C. Khi m> 15, khả năng nhũ hóa giảm.

• Ether polyoxyetylen rượu béo (sê -ri AEO) : với công thức chung RTHER O (CH₂CH₂O) ₙ H, trong đó R = C₁₂, C₁₈ và N = 7. Ví dụ, AEO-9. Những chất hoạt động bề mặt này không chỉ nhũ hóa, phân tán và sạch hiệu quả mà còn cung cấp khả năng chống nước cứng và hiệu suất làm ướt tốt. Được sử dụng rộng rãi trong làm sạch dệt và nhuộm.

• Alkanolamides (ví dụ: dầu dừa diethanolamide, RCON (CH ₂ CH ₂ OH) ₂ ) : Được sử dụng trong chất tẩy rửa tổng hợp để ổn định bọt và tăng cường chất tẩy rửa. Cũng được áp dụng trong phòng ngừa rỉ sét ngắn hạn trong quá trình tẩy kim loại.

Các chất hoạt động bề mặt không ion thể hiện sự ổn định tuyệt vời trong môi trường axit và kiềm, khả năng tương thích với các chất hoạt động bề mặt khác và độ hòa tan tốt trong nhiều dung môi. Chúng cho thấy sự hấp phụ yếu trên bề mặt kim loại, để lại dư lượng tối thiểu và do đó là vật liệu lý tưởng để làm sạch kim loại.

Các chất hoạt động bề mặt anion

Những ion hóa trong nước để tạo ra các nhóm hoạt động tích điện âm, chủ yếu bao gồm:

• Carboxylates : EG, natri oleate (C₁₇h₃₃coona).

• Sulfates : EG, natri dodecyl sulfate (C₁₂hh₂₅oso₃na, SDS).

• Sulfonates : EG, natri dodecyl sulfonate (C₁₂H₂₅so₃na).

• Alkylbenzene sulfonate : EG, Natri dodecylbenzene sulfonate (LAS).

Trong số này, LAS là sản phẩm được sản xuất và sử dụng rộng rãi nhất. Hiệu suất của nó phụ thuộc vào chiều dài chuỗi alkyl và vị trí của nhóm sulfonic trên vòng benzen. Các chuỗi alkyl tuyến tính thường cung cấp chất tẩy rửa mạnh hơn các chuỗi phân nhánh, trong khi các cấu trúc phân nhánh cải thiện độ hòa tan.

Đối với các chất hoạt động bề mặt este rượu béo cao hơn, muối natri thường có khả năng tẩy rửa tốt nhất. Ethoxylated sunfat như AES (ether ether sunfat) và apeo-sulfates kết hợp các nhóm ưa nước non-ion và anion, mang lại chất tẩy rửa mạnh, hiệu quả tẩy rửa và kháng nước cứng tốt.

Các chất hoạt động bề mặt anion có xu hướng hấp phụ trên cả bề mặt kim loại và các chất gây ô nhiễm hạt (như các hợp chất đánh bóng, mỡ và sáp), truyền đạt cùng một điện tích và gây ra lực đẩy lẫn nhau. Điều này làm giảm độ bám dính và tạo điều kiện loại bỏ đất. Tuy nhiên, họ thường để lại nhiều dư lượng trên bề mặt kim loại và do đó cho thấy hiệu suất rửa tương đối yếu hơn. Ngoài ra, các chất hoạt động bề mặt anion và cation không nên được trộn lẫn để tránh hình thành các kết tủa không hòa tan.

Chất hoạt động bề mặt cation và lưỡng tính

• Các chất hoạt động bề mặt cation (ví dụ, cetyltrimethylammonium bromide) tạo ra các ion tích điện dương trong nước. Chúng thường có chất tẩy rửa yếu nhưng tính chất diệt khuẩn mạnh, vì vậy chúng thường không được sử dụng để tẩy kim loại.

• Các chất hoạt động bề mặt amphoteric chứa cả hai nhóm anion và cation trong cùng một phân tử, chẳng hạn như betaine (RTHER N⁺ (ch₃) ₂ch₂coo⁻). Chúng thể hiện cả chức năng làm sạch và kháng khuẩn, nhưng thường được sử dụng hơn trong dầu gội cao cấp, chất tẩy rửa trẻ em, chất làm mềm vải, chất chống tĩnh điện và chất khử trùng thay vì tẩy rửa kim loại.

Mối quan hệ giữa cấu trúc chất hoạt động bề mặt và hiệu suất làm sạch là đáng chú ý: trong giới hạn độ hòa tan, chuỗi kỵ nước dài hơn cung cấp làm sạch mạnh hơn; chuỗi tuyến tính hoạt động tốt hơn chuỗi phân nhánh; Các nhóm ưa nước tại các vị trí thiết bị đầu cuối thuận lợi hơn các nhóm bên trong; Các chất hoạt động bề mặt không ion có điểm đám mây cao hơn làm sạch hiệu quả hơn; Và đối với các chất hoạt động bề mặt không ion polyoxyetylen, khả năng làm sạch giảm khi chiều dài chuỗi ethylene oxit tăng.

Đại lý xây dựng (phụ gia)

Các nhà xây dựng, còn được gọi là các chất phối hợp, được sử dụng để tăng cường hiệu suất của chất hoạt động bề mặt trong việc tẩy nhờn, tăng tốc loại bỏ đất và ngăn chặn sự tái định vị trên bề mặt kim loại. Các loại phổ biến bao gồm:

• Các tác nhân chelating : Liên kết các ion kim loại trái đất kiềm như Ca²⁺ và Mg²⁺ thành các phức chất hòa tan, ngăn chặn sự hấp phụ thứ cấp.

• Các chất ức chế ăn mòn : Ví dụ, benzotriazole được thêm vào khi làm sạch đồng và hợp kim của nó; Natri metasilicate được thêm vào khi làm sạch nhôm, kẽm và hợp kim của chúng.

• Chất làm mềm nước : chẳng hạn như natri tripolyphosphate (Na₅p₃o₁₀), chuyển đổi các ion canxi và magiê thành phốt phát hòa tan.