一种无泡阳离子表面活性剂的合成、性能及其在金属清洗中的应用

夏雨²，丁徽^1※，韩磊²

（1.河南省表面活性剂工程技术研究中心，河南 郑州 450002；2.河南省道纯化工技术有限公司，河南 郑州 450002）

关键词：无泡阳离子表面活性剂；性能；金属清洗

Synthesis , properties of a  non-foaming cationic surfactant and the application in industrial cleaning

Xia yu², Ding hui^1※, Han lei²

(1.He nan Engineering and Technology Research Center of Surfactent,

2.Henan Titaning Chemical Technology Co., Ltd)

Abstract：A polyhydric ternary-quaternary ammonium owing isomerism structure was prepared with tris (2-hydroxyethyl) amine, epichlorohydrin and glycerine as raw materials via chemical processes as quaternization and open-ring etherification with intermediate product. The foaming performance、compatible performance with some acid alkali and salt were measured. The results showed that the product exhibits non-foaming and good compatibility with the acid alkali and salt. Then the decontamination on metal surface was studied with swing wash method. The result showed that the product has special excellent decontaminating property on metal surface that the degreasing rate reached 99.38% when the  active ingredient content was 1.1%.

Key words: non-foaming cationic surfactant; performance; industrial cleaning

随着工业经济的发展，工业清洗的领域逐渐扩大至金属加工、食品、纺织、交通、船舶、医疗、电镀、印刷、石油加工、汽车制造、仪器仪表、电子、光学等工业领域，其中金属清洗是非常重要的一部分，无论是零件的加工、装配、工序清洗、热处理以及产品封存包装等，都需要对金属表面进行清洗。而对于该类清洗剂，清洗效果较好的清洗剂大部分泡沫比较多且难以除去，清洗剂的泡沫在生产过程中会极大影响机械效率、生产工艺以及产品性能，而市场上并没有效果特别好的无泡清洗剂产品^[1]，为适应低泡产品的需要，开发和应用低泡清洗剂就显得尤为重要。

目前，实现低泡清洗剂的方法主要是在清洗剂中添加消泡剂，大部分的消泡剂为油性^[2]，并不能很好的与水性清洗剂兼容，可以兼容的消泡剂价格昂贵，但又存在着消泡能力随着工作时间的延长而降低的问题。鉴于此，开发一种低泡表面活性剂相对而言是一个较为科学合理而又长远的发展方向。

1.实验

1.1实验原料和仪器

原料：三乙醇胺（美国陶氏化工）、环氧氯丙烷（工业品，齐鲁石化）、丙三醇（分析纯，上海埃彼化学试剂有限公司）、丙酮（分析纯，淄博库仑分析仪器有限公司）、焦磷酸钾（工业级，济宁佰一化工）、五水合偏硅酸钠（分析纯，广东翁江化学试剂）、8550（工业品，郑州易和精细化学品有限公司）、8818（工业品，郑州易和精细化学品有限公司）

仪器：JJ-1精密增力电动搅拌器，常州国华电器有限公司；电热恒温水浴锅，北京市永光明医疗仪器有限公司；RHBX-Ⅱ型表面摆洗机，上海银泽仪器设备有限公司；分析天平，上海衡平仪器仪表厂

1.2.合成路线

（1）以三乙醇胺和环氧氯丙烷为原料，在碱性催化剂作用下进行如下季铵化反应：

（2）以上述（1）合成的中间体和丙三醇为原料，进行如下开环成醚反应：

1.3合成方法

（1）阳离子活性中间体（2,3-环氧丙基三乙基氯化铵）的合成

在500ml干燥的三口烧瓶中，加入1mol环氧氯丙烷，加热至50度，然后缓慢滴加0.9mol三乙醇胺，滴加时间为1小时，控制反应温度为80度，反应5小时，抽滤分离出反应产物，真空干燥后得目标中间体。

（2）目标产物（PTQA）的合成

在250ml干燥的三口烧瓶中，加入0.6mol丙三醇，开启搅拌同时升温至70度，然后向反应烧瓶中缓慢滴加0.5mol上述合成中间体2,3-环氧丙基三乙基氯化铵。控制反应温度不超过80度，滴加时间2小时，加完后保温80度反应3小时,用丙酮重结晶、真空干燥后得目标产物(以下均简称PTQA)。

2.性能测定

2.1泡沫性能测试

采用振荡法[3]测定待测液的泡沫性能，将待测样稀释成1%水溶液,量取50ml待测液注入250ml具塞量筒中，上下振荡20次，停止振荡记录量筒内泡沫的体积，记录泡沫体积随着时间的变化情况，所有的泡沫性能检测均由一人操作，振荡幅度力求保持一致。

2.2与酸性及碱性助剂的兼容性

采用复配法^[4]测定待测样与助剂的兼容性，具体方法为：将待测样品和复配助剂样品均稀释成10%水溶液，然后将稀释后的待测样和复配样分别以1:1、1:2、1:5、1:10的比例进行复配，摇匀后静置24小时观察复配液的透明度，若复配液透明则兼容性良好，若浑浊或沉淀则表明不兼容。

复配助剂有：醋酸、草酸、盐酸、柠檬酸、硫酸、三乙醇胺、氢氧化钠、三聚磷酸钠、焦磷酸钾和硅酸钠。

2.3去油性能测试

在标准JB/T 4323.2-1999的基础上根据实际情况稍作调整形成如下的检测方法：

试片的材质：采用304#钢片作为去油率试验用试片，试片规格：2.5×5cm，厚度：2mm;

油污的制备：将N32HL液压油、工业白凡士林和优级石油磺酸钡以2：1：1在120度温度条件下混合搅拌均匀即可；

将按照标准JB/T 4323.2-1999打磨并清洗过的3片试片，分别用挂钩挂好，在分析天平上称重，准确至0.0001g,并记为m₀,然后将试片放入40℃的烘箱中恒温半小时，然后将试片浸入已预先加热至40℃的人工油污中浸涂1分钟，用提升器提出试片，挂于试片架上沥干至适当的时间，使挂油量达到85-110mg，并称量挂钩和挂油试片的质量，记为m₁，然后置于配置好的清洗剂工作液中静置3分钟，然后摆洗3分钟，再用清水摆洗1分钟，取出试片置于60度干燥箱中干燥1小时，取出冷却至室温后称量试片和挂钩重量，记为m₂。

按以下公式计算洗油率：

其中m₀：空白试片+挂钩的质量；

          m₁：挂油试片+挂钩的质量；

m₂：清洗干燥后试片+挂钩的质量；

3.结果

3.1泡沫性能

根据上述2.1所述方法，分别检测市场上现有较好的无泡清洗剂8550、8818以及PTQA的泡沫性能，结果如下：

图1 各待测样泡沫性能对比

Fig.2 foaming performance of 8550,8818 and PTQA

由上图1可以看出，样品8550起始泡沫和起泡液体积较大，共达到100ml,5分钟后下降至57.5ml,30分钟后下降至55ml直至60分钟仍未下降完全至50ml;而8818起始泡沫和起泡液体积较小，为52ml，1分钟后即下降至50ml(此时无泡)；而目标无泡清洗剂起始泡沫和起泡剂的体积为50ml（即无泡），直至60min仍然无泡，综上所述：PTQA的泡沫性能是最差的，而对于无泡清洗剂来说这样的泡沫性能是理想的。

3.2与酸碱性助剂的复配兼容性

根据上述2.2所述的方法，检测市场上现有较好的无泡清洗剂8550、8818以及PTQA与酸碱性助剂的兼容性，结果如下：

表1  目标样品及对比样与酸碱助剂的兼容性

Tab.1 Compatible performance with some acid alkali and salt of 8550,8818 and PTQA

注：√表示复配后水溶液透明，×表示复配后水溶液不透明

由上述表1可以看出，8550、8818及目标样品跟各酸性碱性助剂的兼容性均较好，除了8550在与醋酸和三聚磷酸钠在比例1:2、1:5和1:10出现浑浊现象外，其余均透明，说明该目标产品在实际应用过程中容易与其他酸性及碱性助剂复配兼容。

3.3 去油性能

经过大量的清洗性能测试，优选出复配去油性能较好的配方为：m（待测样）:m(焦磷酸钾):m(五水合偏硅酸钠)=8:3:4，根据上述2.3所述的去油性能检测方法，分别测定了8550、8818和目标产品最为待测样在含量0.6%和1%时的去油性能，结果如下：

表2 各样品在不同含量时的去油率

Tab.2 Degreasing rate of 8550, 8818 and PTQA at different content

注：上述表2中所述的含量0.3%、0.6%、1%、1.2%均指待测样品与助剂的总含量

由上述表2可以看出，目标样品的去油性能较为优异，在含量1%时已经达到96.95%，1.10%时达到99.38%,而8550和8818的去油率接近，去油效果均不理想，总体来说，目标产品的去油效果较为理想。

4.结论

该无泡表面活性剂具有如下特点：

（1）无泡，起始泡沫即为50ml（基础液为50ml），在工业清洗中应用范围较广；

（2）易于溶解，且与各酸性碱性助剂兼容性好，容易根据实际应用配置产品；

（3）良好的去油清洗能力，在有效物含量（主剂加助剂）1.10%的条件下去油率可达99.38%；

参考文献：

[1] 李高峰. 低泡表面活性剂及其在工业清洗中的应用[J]. 清洗世界,2015.31(7): 28-33.

[2] 王莉娟, 张高勇, 董金凤, 等. 泡沫性能的测定和评价方法进展[J]. 日用化学工业, 2005, 35(3): 171-173.

[3] 孙建彬. 新型三硅氧烷表面活性剂的合成与性能研究[M]. 上海. 东华大学, 2014.