金屬原件在生產(chǎn)、運輸、儲存過程中，不可避免的帶上一些污垢，如油污、固體顆粒污垢及氧化皮等。
金屬清洗是指在通過一定的技術(shù)手段將金屬表面的污物清除掉，從而，使其達到產(chǎn)品質(zhì)量的要求。
水基清洗劑的優(yōu)點是安全、環(huán)保、價格便宜，所需要的化學成分容易獲得。水基清洗劑的充分利用了水本身就是良好的極性溶劑的特點，再通過表面活性劑的潤濕和滲透作用，使污染物在金屬表面的附著力削弱，同時，輔助于加熱、刷洗、噴洗、振動或超聲波等清洗手段使污物更快地脫離工件表面，從而達到去除油污的目的。
水基金屬清洗劑配方主要由表面活性劑和各種功能性添加物組成。常用的表面活性劑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鈉、十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉等非離子表面活性劑和陰離子表面活性劑。配方中的添加物是協(xié)同表面活性劑達到清洗效果的必不可少的組分。按用途可分為堿性助洗劑、絡(luò)合劑、溶劑、緩蝕劑、消泡劑、增溶劑等。
水基清洗劑配方組成
1、表面活性劑
表面活性劑有良好的洗滌和去污能力，是水基金屬清洗劑中最主要的組成成分。表面活性劑在水基金屬清洗劑中的作用：
1）降低表面張力，通過潤濕、分散、增溶、乳化等作用，使油污從金屬表面脫離。
2）改善堿液對油脂表面的潤濕，加速反應物之間的接觸。表面活性劑的類型有很多種，根據(jù)表面活性劑的電離特點，將其分為四大類：陰離子、陽離子、兩性和非離子型的表面活性劑。表面活性劑按離子型分類如表1所示。
水基金屬清洗劑配方中廣泛使用去油性能優(yōu)異的非離子表面活性劑，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，異構(gòu)醇聚氧乙烯醚是異構(gòu)醇和環(huán)氧乙烷反應生成的非離子型表面活性劑。與典型直鏈AEO相比，支鏈化產(chǎn)品則具有許多特殊的優(yōu)良性能，特別是乳化與凈洗方面，表現(xiàn)出優(yōu)異的效果，支鏈型AEO有更好的清潔效果，對油脂的乳化效果也較理想，支鏈的結(jié)構(gòu)使產(chǎn)品具有更高的凈洗性能。
金屬清洗過程中，過多的泡沫不僅會削弱機械作用、降低清洗效率、造成清洗液的大量損失，而且還會引起設(shè)備的損壞。因此，選用低泡型表面活性劑是一條有效的途徑。聚醚類表面活性劑以聚氧丙烯基-CH2(CH2CH2O)n為疏水基團、聚氧乙烯基-HO(CH2CH2O)n為親水基團的嵌段高分子共聚物，這種親油親水混合結(jié)構(gòu)在水溶液里更易形成膠束，從而表面張力較大；另外這種親水親油基團交錯混合排列，空間相互阻礙并形成大量液膜之間的空隙，減弱了液膜的強度，最終所形成的泡沫膜壁更容易破裂，從而，具有低泡特性。常見的類型為EO-PO-EO、PO-EO-PO型嵌段聚醚、EO/PO無規(guī)嵌段、脂肪醇EO-PO嵌段共聚物（RO(EO)x(PO)y）等。在凈洗領(lǐng)域，特別是針對疏水的固體表面，EO/PO嵌段聚醚改性有機硅表面活性劑可以顯著加快對物體表面的潤濕速度，增強除油污的效果，減少清洗所用的時間。
非離子表面活性劑在濁點附近能發(fā)揮較佳清洗效能，由于清洗助劑，特別是鹽類產(chǎn)品的加入會進一步降低表面活性劑的實際濁點，可以通過加入陰離子、兩性離子表面活性劑和溶劑來提高體系的濁點，以保證清洗劑發(fā)揮最佳清洗效果。
陰離子表面活性劑清洗油污的性能弱于非離子表面活性劑，但其沒有濁點限制，耐堿性能好，產(chǎn)品價格低廉，可以降低清洗劑的成本，而且可以降低非離子表面活性劑的臨界膠束濃度，提高非離子表面活性劑的脫脂率。常用的陰離子表面活性劑主要為直鏈烷基苯磺酸鈉、油酸鈉、油酸三乙醇胺、脂肪醇醚硫酸鈉、十二烷基苯磺酸銨、甲氧基脂肪酰胺基苯磺酸鈉等陰離子表面活性劑。
為了提高的清洗劑的清洗能力，通常還使用去污效果較佳的表面活性劑進行復配，利用不同表面活性劑各自的特性，以及它們之間的協(xié)同作用，復配后的表面活性劑可以增強對金屬污垢的潤濕，滲透，乳化，增溶作用。
目前堿性水基清洗劑較常用的表面活性劑有異構(gòu)醇聚氧乙烯醚、聚醚類以及一些陰離子表面活性劑。幾種較常用的表面活性劑的性能指標如表2所示。
2、堿性助劑
水基金屬清洗劑使用的堿性助劑，包括化學結(jié)構(gòu)屬于堿類的物質(zhì)和水解顯堿性的鹽類，常用氫氧化鈉、碳酸鈉、磷酸鈉和硅酸鈉等，通常使用兩種或兩種以上的混合物，這些物質(zhì)不僅提供堿性，起清潔污垢的作用，還具有pH緩沖劑、硬水的軟化劑、金屬腐蝕的抑制劑等作用，不同堿的pH值如表3。
堿性助劑中，磷酸鹽的性價比高，不僅能起堿性作用，而且能與水中鈣、鎂離子螯合成在水中穩(wěn)定分散的螯合物。早期的水基金屬清洗劑中磷酸鹽被大量使用，但洗滌廢水的一部分排放到江河之中后，造成水生植物生長過快，消耗氧過多，使水中好細菌不能維持生命而使厭氧菌瘋長，后者在缺氧條件下分解有機物，并放出硫化氫等有惡臭的氣體，使水質(zhì)腐蝕變臭，因此，目前配方已基本向無磷化發(fā)展。
硅酸鈉在堿性介質(zhì)中，對鋁、鋅、錫等金屬有良好的緩蝕效果，而且對污垢具有分散和穩(wěn)定的作用，可以阻止污垢在表面的再沉積。但其在酸性條件會形成游離硅酸，易在被清洗的表面粘附，形成硅垢。使用過程中，應注意堿對玻璃和金屬表面有一定的親和力，易于形成堿的表面覆蓋膜，而且一些金屬與堿反應生成的氧化物水溶性差，也會沾污金屬表面。
此外，還應考慮不同金屬對堿的耐受性。通過表4可以看出：鋅、鋁、錫等有色金屬較易受到堿性水溶液的腐蝕。
3、螯合劑
螯合劑分無機和有機兩種。無機螯合劑主要是聚磷酸鹽類螯合劑，包括：三聚磷酸鈉以及焦磷酸鈉等，聚磷酸鹽的缺點是它們在高溫下會發(fā)生水解而分解，使螯合能力減弱或喪失，一般說來無機螯合劑對重金屬離子特別是鐵離子的螯合能力較差。通常只用于對鈣、鎂離子螯合，所以常作為硬水軟化劑。
有機類金屬離子螯合劑能與重金屬離子起螯合作用的有機化合物很多，如有機磷類、氨基羧酸類、羥基羧酸類、羥氨基羧酸類、羧酸類和聚羧酸類。
（1）有機磷類
有機多元膦酸與無機聚磷酸鹽相比有良好的化學穩(wěn)定性，不易水解，能耐較高溫度。對許多金屬離子如鈣、鎂、銅、鋅都有優(yōu)異的螯合能力。目前常用的有機磷類螯合劑有：羥基乙叉二膦酸（HEDP）、聚磷酸酯、乙二胺四亞甲基磷酸（DETMP）、二乙烯三胺五亞甲基膦酸（HTPMP）、三乙烯四胺六亞甲基膦酸（TETHMP）、雙（1,6-亞己基）三胺五亞甲基膦酸（BNHMTPMP）、多氨基多醚基四亞甲基膦酸（PAPEMP）、甲叉膦酸酯等。
（2）氨基羧酸類
氨基羧酸用作螯合劑的主要有乙二胺四乙酸（EDTA），次氮基三乙酸（NTA），二亞乙基三胺五乙酸及其鹽等[12]。它們對鈣、鎂離子均有較強的螯合作用。其中NTA和EDTA易與金屬離子形成螯合物，而且價格相對便宜。EDTA鈉鹽分子中含有兩個氮原子和四個氧原子可提供形成配位鍵的電子對與金屬離子形成六個配位鍵，在水中穩(wěn)定不易解離。特別注意在堿性條件下有些金屬離子會形成氫氧化物沉淀析出而不被螯合，例如Fe3+在pH>8的水溶液中會形成Fe(OH)3沉淀而不能用EDTA去螯合Fe3+。
（3）羥基羧酸類
這類羧酸主要是羥基乙酸、檸檬酸、蘋果酸、酒石酸和葡萄糖酸等化合物以及它們的鈉鹽。其中葡萄糖酸鈉是一種良好的全能螯合劑，對多種金屬離子都有很好的螯合能力，酒石酸鈉、檸檬酸鈉也能螯合大多數(shù)二價和三價金屬離子。檸檬酸與鐵離子形成的螯合物溶解度低，在水中會形成沉淀，為了增加其溶解度，加入適量銨鹽生成檸檬酸單銨與Fe3+、Fe2+離子螯合分別形成溶解度較大的檸檬酸亞鐵銨和檸檬酸鐵銨，這樣就不會在清除鐵銹時出現(xiàn)沉淀。
（4）羥氨基羧酸類
這類酸用作螯合劑的典型代表是羥乙基乙二胺三乙酸(HEDTA)和二羥乙基甘氨酸(DEG)。 它們在pH=9的弱堿性條件下可螯合鐵離子，但對其他離子螯合能力較差，如二羥乙基甘氨酸不能用螯合鈣、鎂離子，所以一般可用它們?nèi)コF銹垢而不用它們?nèi)コ妓徕}等水垢。
（5）羧酸、聚羧酸類
羧酸類螯合劑大多有易于生物降解不污染環(huán)境，無毒害的優(yōu)點。常用的羧酸類螯合劑有丁二酸、丙二酸等。聚羧酸類螯合劑有聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、水解聚馬來酸酐、富馬酸—丙烯磺酸共聚體。它們含有的聚合陰離子都是金屬離子的優(yōu)良螯合劑，因此也被用作阻垢劑。 其中聚丙烯酸及其鈉鹽是目前應用得最廣泛的聚羧酸型阻垢劑。
4、防銹緩蝕劑
水基金屬清洗劑中的緩蝕劑是為了保證清洗后金屬表面光亮，無腐蝕磨損。緩蝕劑主要通過是在金屬表面成膜，阻止金屬的被腐蝕，其主要形式有三種：
A、氧化膜型緩蝕劑：在金屬表面生成致密氧化膜且附著力極好，從而可以有效地抑制金屬的腐蝕。這類緩蝕劑亦有鈍化作用，因此又被稱為鈍化型緩蝕劑。
B、沉淀膜型緩蝕劑：此緩蝕劑本身無緩蝕性，但其能與金屬腐蝕產(chǎn)物或共軛陰極反應產(chǎn)物產(chǎn)生沉淀，可覆蓋在金屬氧化膜破損處，從而起到緩蝕作用。
C、吸附膜型緩蝕劑：可吸附在金屬/介質(zhì)界面上，形成一層致密的吸附膜，能有效地阻擋水分或腐蝕性物質(zhì)接觸金屬，從而抑制金屬的腐蝕，起到緩蝕作用。
緩蝕劑按其化學組成可分為無機緩蝕劑和有機緩蝕劑，如表5所示。
無機緩蝕劑的緩蝕作用一般是與金屬發(fā)生反應，在金屬表面生成鈍化膜或生成致密的金屬鹽的保護膜，可阻止金屬腐蝕。常用的無機緩蝕劑有磷酸三鈉、亞硝酸鈉、五水碳酸鈉、重鉻酸鈉、三聚磷酸鈉、磷酸氫二鈉、硅酸鈉、碳酸銨等。亞硝酸鹽及重金屬鹽（重鉻酸鹽、鉻酸鹽、亞砷酸鹽等）有毒，已要求禁止使用[16]。有機緩蝕劑是含有O、N、S、P等元素的有機物質(zhì)，該類緩蝕劑的緩蝕作用是由于有機物質(zhì)在金屬表面發(fā)生吸附作用，覆蓋金屬表面或活性部位，從而阻止了金屬的電化學腐蝕。常用的有機緩蝕劑有油酸肌氨酸鹽、有機酸、苯并三氮唑、咪唑啉系化合物、苯甲酸銨、乙醇胺、苯乙醇胺、三乙醇胺、尿素、烏洛托品、苯甲酸鈉、六次甲基四胺、尿素等，還有上面提到的油酸三乙醇胺皂、石油磺酸鹽、椰子油烷基醇酰胺磷酸酯等。
對于不同的清洗物質(zhì)和清洗介質(zhì)，所需的防銹緩蝕劑均不同，需要經(jīng)過大量試驗確定。銅合金的防銹劑為苯并三氮唑等，硅酸鈉、有機改性磷酸酯對鋁及鋁合金有優(yōu)異的防腐蝕作用。長碳鏈、含疏水基的防銹劑具有更好的防銹性能，長鏈聚三元羧酸酯對鋼材等黑色金屬有較好的緩蝕作用，且對有色金屬緩蝕有一定的增效作用，具有較好的抑泡性和抗硬水能力，而且對體系的pH有穩(wěn)定作用。
5、溶劑和增溶劑
溶劑不僅能增溶一部分表活性劑、提高配方的穩(wěn)定性，同時也能溶解油脂，促進污垢的去除，其用量一般不超過15%[17]。常用的溶劑有乙醇、異丙醇、乙二醇單丁醚、二丙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、二丙二醇甲醚等。增溶劑又稱助溶劑，它可以提高清洗劑中各組分在水中的溶解度，特別是提高表面活性劑的溶解度。常用的增溶劑有甲苯磺酸鈉、二甲苯磺酸鈉、磷酸酯、異丙苯磺酸鈉等。
6、其它助劑
消泡劑：可選擇乙醇或其它醇類、乳化硅油、聚醚類等消泡劑。
防霉殺菌劑：可選擇異噻唑啉酮、乙內(nèi)酰脲、連二亞硫酸鈉等防霉殺菌劑。
水基清洗劑配方參考
1、環(huán)保型工業(yè)水基金屬清洗劑
脂肪醇聚氧乙烯(9)醚用量10％，月桂酸二乙醇酰胺6％，淀粉糖苷表面活性劑7％，聚氧乙烯醚硫酸鹽2.2％，磺化琥珀酸二仲辛酯鈉鹽為1.8％，苯甲酸鈉l％，水玻璃0.1％，尿素1％。采用非離子型和陰離子型表面活性劑進行復配，將一定量的去離子水加入到100 mL的燒杯中，高速攪拌，控制溫度在55℃左右，依次加入脂肪醇聚氧乙烯(9)醚，待其完全溶解后加入淀粉糖苷表面活性劑，繼續(xù)攪拌，30 min后，再依次加入月桂酸二乙醇酰胺，聚氧乙烯醚硫酸鹽和尿素(配制時應準確控制溫度和聚氧乙烯醚硫酸鹽濃度，防止聚氧乙烯醚硫酸鹽形成凝膠)，繼續(xù)攪拌30～45 rain，降溫至40℃左右，加入磺化琥珀酸二仲辛酯鈉鹽，防腐劑等助劑，繼續(xù)攪拌幾分鐘，冷卻至室溫即可。
2、常溫環(huán)保清洗劑
復合表面活性劑:15.5%，碳酸鈉6.8%，油酸三乙醇胺13.6%，硼砂6.5%，三乙醇胺13.2%，水余量。
生產(chǎn)工藝：a.先將復合表面活性劑FBH與油酸三乙醇胺和三乙醇胺按所列配方的劑量進行混合，在常溫下充分攪拌，并同時加熱到60℃，冷卻后得到溶液I待用；
b.再將碳酸鈉和亞硝酸鈉按表2所列配方的劑量加入水中，在常溫下充分攪拌后得澄清溶液Ⅱ待用；
c.將溶液Ⅱ加入溶液I中，充分攪拌，并同時加熱至80℃，冷卻至室溫，即得本產(chǎn)品。
3、保型高效金屬清洗劑配制
將三乙醇胺14g、油酸11.7g 加到250ml 圓底燒瓶中，攪拌下用電熱套加熱至86度，并保持溫度在83-87度，反應3h 左右，取樣化驗pH 8-9.2水溶液呈均勻透明狀，即可結(jié)束反應。在攪拌下，依次向圓底燒瓶中加入尼納爾5g、平平加2g、緩蝕劑A0.8g、緩蝕劑B0.4g、消泡劑0.6g、苯甲酸鈉水溶液1g、乙醇6g（冬季可適當增大添加量）、水58.1g，攪拌均勻，取樣測消泡性。若生成的清洗劑泡沫多，可適量補加消泡劑至產(chǎn)品合格為止。
由于環(huán)保意識的普及，水基清洗劑也朝著更加安全、環(huán)保和效率的方向發(fā)展，含有對環(huán)境有害的化學物質(zhì)，例如：溶劑型清洗劑和水基含磷清洗劑正逐步淘汰。根據(jù)清洗目的，通過各功能組分的協(xié)同作用，開發(fā)出低溫清洗性能優(yōu)良、費用低、性能穩(wěn)定、安全、高效、易生物降解的金屬清洗劑有重要的現(xiàn)實意義。
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