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淺談工業清洗劑用助劑的作用

發表日期:2015-08-17??? [0人閱讀]

工業化學清洗劑中包括溶劑、酸或堿、氧化劑或還原劑、表面活性劑、緩蝕劑和鈍化劑以及助劑等。為了充分清洗,同時保護基體,所以要在清洗劑中加入各種不同的助劑,如助洗劑、助溶劑等。下面我們一起談談工業清洗劑用的各種助劑。

一、助洗劑

(1)助洗劑的功能。助洗劑可起到降低水中鈣、鎂離子的濃度,穩定清洗液的pH,對污垢起分散作用,同時與表面活性劑產生協同效應。

① 去除CA2+ 、Mg2+等金屬離子

水中所含CA2+ 、Mg2+等金屬離子濃度較高時,會降低清洗劑的去污效果。因為清洗劑中的表面活性劑成分多數是一價負離子,如RCOO- 、RSO3- ,而這些負離子往往能與CA2+ 、Mg2+生成沉淀而失去活性。

若在清洗劑中加入掩蔽劑(偏硅酸鈉、Na2CO3、磷酸鈉、三聚磷酸鈉等),可以大大降低其自由Ca2+、Mg2+的濃度,使表面活性劑發揮最佳的去污效果。

② 穩定pH

化學清洗時,保持洗液的pH相對穩定非常關鍵,助劑在水溶液中具有堿性緩沖能力,保持溶液的pH相對穩定,另一方面堿性助劑可以使油污中的脂肪酸皂化。pH對助劑的螯合能力也有很大的影響。各種助劑在不同pH下對Ca2+ 的螯合值如下表所示。

表1 各種助劑在不同pH下對Ca2+  螯合值  單位:mg/g

螯合劑 pH
8 9 10 11 12
焦磷酸四鈉 2.4 2.4 3.7 4.0 3.6
STPP 3.9 7.1 7.5 7.4 7.0
NTA 3.0 5.0 11.5 13.7 13.3
EDTA   10.5 10.5 10.5 10.5

另外,pH偏高時有利于使清洗后污垢膠體表面帶負電荷,可防止污垢的絮凝,使再沉積的傾向減小。

一些助劑對鹽酸酸性的緩沖能力如表2所示。

表2 一些助劑的pH緩沖能力(助劑含量為0.4%,HCL深度為0.5mol/l)

HCL加入量/mL 0 5 10 15 20 25
助劑 反應后溶液pH
NaOH 12.7 12.6 12.5 12.5 12.4 12.3
偏硅酸鈉 12.3 12.2 12.2 11.7 11.0 10.4
Na2PO4 11.9 11.5 10.4 7.1 6.3 3.0
NaCO3 11.0 10.6 10.9 9.3 7.0 6.4
硼砂 9.2 9.0 8.6 8.2 6.6 2.2
水玻璃(Si:Na=1:3) 10.2 9.3 8.6 2.6    

從表2可以看出,助劑含量為0.4%時,NaOH、偏硅酸鈉對HCL有足夠的抵御能力,Na3PO4、Na2CO3與HCL反應分別生成Na2HPO4、NaHCO3,構成了酸堿緩沖對Na2HPO4-Na3PO4、NaHCO3-Na2CO3 ,在一定范圍內起到了穩定溶液pH值的作用,而硼砂和水玻璃對低濃度的HCL具有一定的緩沖能力,但HCL濃度偏高時,其緩沖作用相對較小,甚至失去緩沖作用。

③ 對污垢的分散作用

助洗劑還愛上你是一個錯有分散污垢的作用,從而大大減少污垢在基質表面的再次沉積。

在常用的助劑中,STPP(三聚磷酸鈉)對污垢的分散能力最好。STPP對極性污垢(如高嶺土)的分散能力明顯優于其他助劑。另外,STPP對氧化鐵粉末也有很好的分散效果。但對于非極性固體污垢(如石墨)的分散效果不明顯。

④助劑與表面活性劑的協同效應

若助劑與表面活性劑復配得當,可使表面活性劑的去污力明顯增加,這種現象稱為協同效應。

研究表明STTP與表面活性劑的協同效應明顯優于檸檬酸鈉。因此,它是更為有效的助劑。另外,STTP對極性的油垢有明顯的降低“油/水”界面張力的功能,即具有膠溶性能,使油污更易分散于水中。

(2)幾種清洗助劑。清洗助劑可分為有機助劑和無機助劑。常用的助劑有以下幾種:

① 磷酸鹽

清洗助劑中常用的磷酸鹽有正磷酸鹽、二聚磷酸鹽(焦磷酸鹽)、三聚磷酸鹽和六偏磷酸鹽等,而且多以鈉鹽形式作為助洗劑。

正磷酸是磷酸中最重要的一種,它可以形成三種類型的鹽,即:磷酸鹽(正鹽)M3PO4,如Na3PO4;磷酸氫鹽M2HPO4,如Na2HPO4;磷酸二氫鹽MH2PO4,NaH2PO4。大多數磷酸二氫鹽都易溶于水,而磷酸氫鹽和正鹽,除Na+、K+、NH4+ 的鹽外,一般都不溶于水。

用作清洗助劑的磷酸鹽主要是三聚磷酸鈉(STPP,Na5P3O10)和焦磷酸鈉(Na4P2O2),由于其多電荷膠體結構,被稱為“無機活化物”,其中以三聚磷酸鹽用得最多。

在清洗液中,當三聚磷酸鹽含量太少時,硬水中會發生渾濁現象,這是生成二鈣絡合物不溶的緣故。當三聚磷酸鹽過量時,二鈣絡合物可轉化為一鈣絡合物而溶解。三聚磷酸鈉對污垢具有良好的分散作用,同時對鋼還有緩蝕作用??偟膩碚f,三聚磷酸鈉是目前綜合性能最好的助洗劑。

但是,值得注意的是三聚磷酸鈉可其他磷酸鹽排放后將導致天然水體富營養化,造成嚴重的水質污染(過肥)。近年來世界各國相繼提出限磷和禁磷的措施。三聚磷酸鹽的代用品有NTA、檸檬酸鈉等、4A沸石(Na12AL12Si12O48.27H2O,是一種無毒、無臭、無味且流動性較好的白色粉末,具有較強的鈣離子交換能力,對環境無污染)。

② 硅酸鈉(Na2SiO3

硅酸鈉的濃水溶液通常稱為水玻璃,它是沒有固定組成的堿性硅酸鹽。清洗劑中的硅酸鈉是一種重要的助洗劑,它與其他助洗劑配合使用可起到協同效果,而且它在清洗劑中可以維持溶液一定的堿性,分散、懸浮污垢微粒、抑制金屬腐蝕等。

③ 碳酸鈉(Na2CO3 ,純堿)

碳酸鈉在水溶液中呈堿性,能使脂肪污垢皂化,提高表面活性劑對油性污垢的清洗能力,助對泡沫的生成有促進作用,同時可以與Ca2+ 生成CaCO3 沉淀,有效地降低溶液中Ca2+ 濃度,降低水的硬度。

④ 乙二胺四乙酸鈉(EDTA)

EDTA是一種很強的有機絡合劑,可與水中的鈣、鎂離子發生絡合反應,從而大大降低水的硬度。有EDTA存在時,清洗劑的去污作用雖然略有所提高,但遠不如添加復合磷酸鹽。它主要用于無磷或少磷洗滌劑中。EDTA也可以做酸洗助劑。

⑤ 次氨基三乙酸鈉(NTA)

化學式為N(CH2COOH)3,白色結晶粉末,不溶于水,溶于堿性溶液,具有非常強的絡合能力,對鈣、鎂離子的絡合能力強于STPP,但在20世紀60年代末發現它會造成胎兒畸變,后來又發現濃度高的NTA會致癌。盡管實際使用的清洗劑中NTA含量不致發生危險,但人們對它的擔心卻始終存在。1984年美國紐約頒布了禁用NTA的法令。

二、其他助劑

(1)金屬離子絡合劑

借助于和污垢中的金屬離子發生絡合反應,使污垢轉變為易溶于清洗劑的試劑,也可以與水中的金屬離子發生縫合反應,降低水的硬度,提高活性成分的去污能力。例如EDTA,一些有機絡合劑可與水中的鈣、鎂離子發生絡合反應,從而大大降低水中的硬度。絡合劑常用在銹垢及無機鹽垢的清洗劑中,用于掩蔽溶液中的金屬離子。

(2)吸附劑

通過對污垢的物理吸附或化學吸附而清除污垢的物質為清洗用的吸附劑。

(3)殺菌滅藻與污染剝離劑

可以殺滅基體表面的菌藻、剝離微生物污泥的化學藥劑。它可分為無機類與有機類,無機類的通常是強氧化劑。

(4)酶制劑

酶制劑是具有催化能力的蛋白質。在污垢的清洗中,它可以與有機污垢發生相應的生物化學反應,促進污垢的分散與脫落。例如把蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、纖維素酶等加入清洗液中,可加快相應污垢的清除。

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