本发明涉及一种清洗剂，尤其涉及一种黑色金属水基清洗剂及其制备方法。
背景技术：
黑色金属材料为工业上对铁、铬和锰的统称，尤其指合金黑色金属钢及钢铁。金属材料在现代工农业生产中占有重要的地位。机械、交通、运输、国防和科学技术等各部门都需要大量的金属材料。金属材料在加工与处理前，表面通常存在一层以矿物油为主的防锈油与机械加工油污，后续加工前需要进行清洗处理。金属加工生产中要使用大量金属清洗剂，清洗效率直接影响后续工序的顺利进行和最终产品的质量。由于环境问题日益严峻，金属清洗剂必将朝着环保型的方向发展。金属清洗过程中的防锈也是金属清洗剂要解决的一个重要问题，特别是金属水基清洗剂。因此金属清洗剂在金属加工生产中具有重要作用。
水基金属清洗剂是目前前景最好、发展最快、使用最多的一种清洗剂，以多种表面活性剂复配物为主，结合一些洗涤助剂复配而成。这类清洗剂主要是通过表面活性剂降低清洗剂溶液的表面张力，增强其润湿、乳化、分散和增溶等作用，达到去污的目的。水基金属清洗剂对污垢具有良好的润湿分散性能和较高的去污能力，对金属没有腐蚀作用，有一定的防锈能力，对酸、碱、盐及硬水都有良好的稳定性。
表面活性剂是水基清洗剂的重要组成部分，含氟表面活性剂是近年来迅速发展的一类表面活性剂，是特种表面活性剂中最重要的品种之一，也是迄今为止在表面活性剂中表面活性最高的一个表面活性剂品种。含氟表面活性剂具有“三高二憎”的特性，使其具有很好的应用性能。“三高”是指高表面活性、高热稳定性和高化学惰性。“二憎”是指其同时具有憎水性和憎油性。
cn102766880a公开了一种黑色金属零件用水基金属清洗剂，其由以下质量分数的原料组成：2～10％醇醚羧酸盐、2～10％多元羧酸盐、5～20％醇醚表面活性剂、5～10％油酰胺、1～2.5％二乙醇胺、1～2.5％三乙醇胺、0.1～2％苯并三氮唑、0.5～2％苯甲酸盐、0.5～2％乙二胺四乙酸盐、2～10％醇类、0.001～0.01％着色剂、其余为去离子水加至100％。该技术方案提供的清洗剂对人体有毒害。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种黑色金属水基清洗剂及其制备方法。该清洗剂适用于黑色金属材料加工处理前以及后续加工过程的清洗，可常温清洗，加热清洗效果更好。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种黑色金属水基清洗剂，按照质量百分数计，由以下原料配制而成：全氟烷基甜菜碱0.01～0.5％，十二烷基苯磺酸钠0.5～2.5％，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠3～8％，椰油酸二乙醇胺2～6％，增溶剂1～4％，缓蚀剂0.5～3.5％，助洗剂1～3％，软水剂0.5～2％，余量为水。
优选地，按照质量百分数计，由以下原料配制而成：全氟烷基甜菜碱0.05～0.2％，十二烷基苯磺酸钠1～2.2％，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠5～8％，椰油酸二乙醇胺4～6％，增溶剂2～3％，缓蚀剂1.3～2.5％，助洗剂2～3％，软水剂1～2％，余量为水。
更优选地，按照质量百分数计，由以下原料配制而成：全氟烷基甜菜碱0.08％，十二烷基苯磺酸钠1.5％，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠7％，椰油酸二乙醇胺4％，增溶剂3％，缓蚀剂2％，助洗剂2％，软水剂1.2％，余量为水。
所述增溶剂为乙醇(体积分数95％)。
所述缓蚀剂为三乙醇胺与新癸酸反应制得的新癸酸三乙醇胺。缓蚀剂制备方法如下：新癸酸与三乙醇胺的摩尔比为1:2，在60℃下回流反应40min，即得该缓蚀剂。
所述助洗剂为碳酸钠。
所述软水剂为edta二钠。
所述水为自来水。
一种黑色金属水基清洗剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)向反应器中加入水，在常温下边搅拌边加入增溶剂，使其完全溶解；
(2)向步骤(1)制备的溶液中分别加入十二烷基苯磺酸钠、全氟烷基甜菜碱、椰油酸二乙醇胺和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，边搅拌边加热到30～40℃，再加入缓蚀剂、助洗剂和软水剂，继续搅拌至溶液分散均匀，静置冷却，即得黑色金属水基清洗剂。
本发明通过测试并对比多种表面活性剂不同浓度水溶液的表面张力，最终选取了四种表面活性剂，分别为：全氟烷基甜菜碱，十二烷基苯磺酸钠，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，椰油酸二乙醇胺，并采用正交设计的优化复配技术得到了四种不同表面活性剂的最佳配比，最佳配比可使水的表面张力降至15.392～16.837nm/m。全氟烷基甜菜碱可使水的表面张力降低至17.464mn/m，而普通表面活性剂可使水的表面张力最低降至25.155mn/m，全氟烷基甜菜碱具有更高的表面活性，故在配方中优先选用了该表面活性剂。
本发明的有益效果为：本发明的黑色金属水基清洗剂化学性质稳定，对环境友好，适用于黑色金属材料加工处理前以及后续加工过程的清洗，能够清洗钝化一次性完成，保证金属材料在加工过程中不生锈，具有良好的清洗性能，且制备工艺简单，易于推广应用。
具体实施方式
本发明提供一种黑色金属水基清洗剂，按照质量百分数计，由以下原料配制而成：全氟烷基甜菜碱0.01～0.5％，十二烷基苯磺酸钠0.5～2.5％，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠3～8％，椰油酸二乙醇胺2～6％，增溶剂1～4％，缓蚀剂0.5～3.5％，助洗剂1～3％，软水剂0.5～2％，余量为水。
优选地，按照质量百分数计，由以下原料配制而成：全氟烷基甜菜碱0.05～0.2％，十二烷基苯磺酸钠1～2.2％，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠5～8％，椰油酸二乙醇胺4～6％，增溶剂2～3％，缓蚀剂1.3～2.5％，助洗剂2～3％，软水剂1～2％，余量为水。
更优选地，按照质量百分数计，由以下原料配制而成：全氟烷基甜菜碱0.08％，十二烷基苯磺酸钠1.5％，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠7％，椰油酸二乙醇胺4％，增溶剂3％，缓蚀剂2％，助洗剂2％，软水剂1.2％，余量为水。
所述增溶剂为乙醇(体积分数95％)。所述缓蚀剂为三乙醇胺与新癸酸反应制得的新癸酸三乙醇胺。缓蚀剂制备方法如下：新癸酸与三乙醇胺的摩尔比为1:2，在60℃下回流反应40min，即得该缓蚀剂。所述助洗剂优选为碳酸钠。所述软水剂优选为edta二钠。所述水优选为自来水。
下面以几个具体实施例来进行说明。
实施例一
本实施例的黑色金属水基清洗剂，清洗剂按照质量百分数计，由以下原料配制而成：全氟烷基甜菜碱0.01％，十二烷基苯磺酸钠0.5％，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠5％，椰油酸二乙醇胺4％，增溶剂3％，缓蚀剂2.5％，助洗剂3％，软水剂2％，余量为水。
本实施例的制备方法如下：
(1)向反应器中加入水，在常温下边搅拌边加入增溶剂，使其完全溶解；
(2)向步骤(1)制备的溶液中分别加入十二烷基苯磺酸钠、全氟烷基甜菜碱、椰油酸二乙醇胺和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，边搅拌边加热到30～40℃，再加入缓蚀剂、助洗剂和软水剂，继续搅拌至溶液分散均匀，静置冷却，即得黑色金属水基清洗剂。
本发明所得到的黑色金属水基清洗剂具有良好的清洗性能，清洗剂溶液的表面张力为16.837nm/m，清洗效率为76％，清洗剂性质稳定且不腐蚀被清洗金属。
实施例二
本实施例的黑色金属水基清洗剂，清洗剂按照质量百分数计，由以下原料配制而成：全氟烷基甜菜碱0.05％，十二烷基苯磺酸钠1％，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠3％，椰油酸二乙醇胺2％，增溶剂4％，缓蚀剂3.5％，助洗剂3％，软水剂2％，余量为水。
本实施例的制备方法如下：
(1)向反应器中加入水，在常温下边搅拌边加入增溶剂，使其完全溶解；
(2)向步骤(1)制备的溶液中分别加入十二烷基苯磺酸钠、全氟烷基甜菜碱、椰油酸二乙醇胺和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，边搅拌边加热到30～40℃，再加入缓蚀剂、助洗剂和软水剂，继续搅拌至溶液分散均匀，静置冷却，即得黑色金属水基清洗剂。
本发明所得到的黑色金属水基清洗剂具有良好的清洗性能，清洗剂溶液的表面张力为16.594nm/m，清洗效率为79％，清洗剂性质稳定且不腐蚀被清洗金属。
实施例三
本实施例的黑色金属水基清洗剂，清洗剂按照质量百分数计，由以下原料配制而成：全氟烷基甜菜碱0.2％，十二烷基苯磺酸钠2.2％，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠8％，椰油酸二乙醇胺6％，增溶剂1％，缓蚀剂0.5％，助洗剂2％，软水剂1％，余量为水。
本实施例的制备方法如下：
(1)向反应器中加入水，在常温下边搅拌边加入增溶剂，使其完全溶解；
(2)向步骤(1)制备的溶液中分别加入十二烷基苯磺酸钠、全氟烷基甜菜碱、椰油酸二乙醇胺和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，边搅拌边加热到30～40℃，再加入缓蚀剂、助洗剂和软水剂，继续搅拌至溶液分散均匀，静置冷却，即得黑色金属水基清洗剂。
本发明所得到的黑色金属水基清洗剂具有良好的清洗性能，清洗剂溶液的表面张力为15.689nm/m，清洗效率为88％，清洗剂性质稳定且不腐蚀被清洗金属。
实施例四
本实施例的黑色金属水基清洗剂，清洗剂按照质量百分数计，由以下原料配制而成：全氟烷基甜菜碱0.5％，十二烷基苯磺酸钠2.5％，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠8％，椰油酸二乙醇胺6％，增溶剂2％，缓蚀剂1.3％，助洗剂1％，软水剂0.5％，余量为水。
本实施例的制备方法如下：
(1)向反应器中加入水，在常温下边搅拌边加入增溶剂，使其完全溶解；
(2)向步骤(1)制备的溶液中分别加入十二烷基苯磺酸钠、全氟烷基甜菜碱、椰油酸二乙醇胺和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，边搅拌边加热到30～40℃，再加入缓蚀剂、助洗剂和软水剂，继续搅拌至溶液分散均匀，静置冷却，即得黑色金属水基清洗剂。
本发明所得到的黑色金属水基清洗剂具有良好的清洗性能，清洗剂溶液的表面张力为16.038nm/m，清洗效率为83％，清洗剂性质稳定且不腐蚀被清洗金属。
实施例五
本实施例的黑色金属水基清洗剂，清洗剂按照质量百分数计，由以下原料配制而成：全氟烷基甜菜碱0.08％，十二烷基苯磺酸钠1.5％，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠7％，椰油酸二乙醇胺4％，增溶剂3％，缓蚀剂2％，助洗剂2％，软水剂1.2％，余量为水。
本实施例的制备方法如下：
(1)向反应器中加入水，在常温下边搅拌边加入增溶剂，使其完全溶解；
(2)向步骤(1)制备的溶液中分别加入十二烷基苯磺酸钠、全氟烷基甜菜碱、椰油酸二乙醇胺和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，边搅拌边加热到30～40℃，再加入缓蚀剂、助洗剂和软水剂，继续搅拌至溶液分散均匀，静置冷却，即得黑色金属水基清洗剂。
本发明所得到的黑色金属水基清洗剂具有良好的清洗性能，清洗剂溶液的表面张力为15.392nm/m，清洗效率为90％，清洗剂性质稳定且不腐蚀被清洗金属。
对比例1
本对比例的黑色金属水基清洗剂，清洗剂按照质量百分数计，由以下原料配制而成：烷基甜菜碱0.05％，十二烷基苯磺酸钠1％，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠3％，椰油酸二乙醇胺2％，增溶剂4％，缓蚀剂3.5％，助洗剂3％，软水剂2％，余量为水。
本对比例与实施例二大致相同，不同之处在于使用烷基甜菜碱代替全氟烷基甜菜碱。本对比例得到的黑色金属水基清洗剂性质稳定且不腐蚀被清洗金属，但清洗效率较实施例二低，清洗剂溶液的表面张力为22.087nm/m，清洗效率为68％。含氟特种表面活性剂的加入使本发明的黑色金属水基清洗剂具有更高的清洗效率。
对比例2
本对比例的黑色金属水基清洗剂，清洗剂按照质量百分数计，由以下原料配制而成：全氟烷基甜菜碱0.08％，十二烷基苯磺酸钠1.5％，椰油酸二乙醇胺4％，增溶剂3％，缓蚀剂2％，助洗剂2％，软水剂1.2％，余量为水。
本对比例与实施例五大致相同，不同之处在于使用全氟烷基甜菜碱0.08％，十二烷基苯磺酸钠1.5％，椰油酸二乙醇胺4％，而未使用脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠。本对比例得到的黑色金属水基清洗剂性质稳定且不腐蚀被清洗金属，但清洗效率较实施例五低，清洗剂溶液的表面张力为17.205nm/m，清洗效率为70％。全氟烷基甜菜碱，十二烷基苯磺酸钠，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，椰油酸二乙醇胺四种表面活性剂的优化复配使本发明的黑色金属水基清洗剂具有更高的清洗效率。