МОЮЩЕЕ СРЕДСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТИ ОТ ОРГАНИЧЕСКИХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ
DETERGENT FOR REMOVING ORGANIC CONTAMINANTS FROM SURFACES

Изобретение относится к техническим моющим средствам для очистки и обезжиривания поверхностей и может найти применение во всех отраслях промышленности и в быту, где имеют место загрязнения поверхности продуктами органического происхождения: масло, смазка, нефть, эмульсии, асфальтосмолопарафиновые отложения. Композиция технических моющих средств в виде водных растворов применима при производстве, ремонте оборудования практически во всех отраслях промышленности, на транспорте, в пищевой промышленности, на станциях технического обслуживания, агрокомплексах.
9-12
6-9
Известно техническое моющее средство для очистки металлических поверхностей от масляных и нефтяных загрязнений по патенту РФ №2194748 (опубл. 2002.12.20). Это средство содержит в качестве поверхностно-активных веществ (ПАВ) неонол АФ в количестве 2,4-3,6 мас.%, неонол АФ - 2,4-3,6 мас.%, 0,4-0,6 мас.% натриевой соли алкилбензол-сульфокислоты (сульфонол). Дополнительно указанное моющее средство содержит,  мас.%: кальцинированную соду 51,0-64,0; триполифосфат натрия 13,0-28,0; тринатрийфосфат 13,0-17,0.
К недостаткам этого средства можно отнести высокое пенообразование и устойчивость пены водных растворов, что затрудняет его использование при очистке емкостного оборудования. Высокое содержание фосфорсодержащих компонентов отрицательно влияет на экологию, учитывая трудность удаления остаточных фосфатов из щелочных стоков при их сбросе в водоемы.
9-12
9-6
Из уровня техники также известен ряд моющих средств для очистки металлических поверхностей по патентам РФ №2079550 (опубл. 20.05.95) и №2132368 (опубл. 27.06.99), содержащих неионогенные ПАВ - неонол АФ и неонол АФ, триполифосфат натрия или тринатрийфосфат и кальцинированную соду. Эти средства являются модификацией вышеописанного аналога по патенту №2194748.
К основным недостаткам указанных средств следует отнести недостаточно высокую моющую способность к органическим загрязнениям, высокое содержание фосфатов и невозможность многократного использования растворов моющих средств.
Известно моющее средство для очистки коптильных камер и труб дымоходов по патенту РФ №2010844 (опубл. 15.04.94), содержащее,  мас.%: карбонат натрия 19-29; тринатрийфосфат 14-16; гидроксид натрия 12-14; метасиликат натрия 39-42; неионогенное ПАВ 2-5; вода до 100, дополнительно содержит катионоактивное ПАВ типа алкиламмоний- или алкилпиридинийгалогенид в количестве 0,2-0,8 мас.%.
2
Недостатком данного состава является высокое содержание метасиликата натрия, дающего в щелочной среде осадок в виде гелеобразного SiO, затрудняющего процесс отмывки очищаемой поверхности и образующего взвешенный, труднофильтруемый осадок, что затрудняет очистку использованных растворов от примесей:
Тринатрийфосфат не обладает высокой комплексообразующей способностью, вследствие чего снижена моющая способность растворов вышеуказанной композиции.
Наиболее близким по достигаемому результату и составу моющей композиции является моющее средство «ПАН», патент РФ №2309979 (опубл. 31.07.2006). Основой моющей композиции является,  мас.%: метасиликат натрия 8-15; триполифосфат натрия 2-10; тринатрийфосфат 10-15; полифосфат натрия 2-10; сода каустическая 1-5 и кальцинированная 15-23; неонол 0,5-4,0; синтамид-5 1-5; сульфат натрия до 100. Массовое отношение неонола к синтамиду составляет 1:(0,25-10). Дополнительно в состав входит пеногаситель до 0,3 мас.% и комплексообразователь - трилон Б - в количестве 1,0-3,0 мас.%.
2
5
Основным недостатком данной композиции является высокое содержание фосфора, составляющее в пересчете на PO до 20 мас.%. Введение дополнительного количества комплексообразователя нецелесообразно, т.к. полифосфаты натрия, типичным представителем которых служит триполифосфат натрия, являются комплексообразователями и наилучшими умягчителями вод различного происхождения, применяемых для приготовления рабочих растворов моющих композиций.
Одновременно фосфаты являются одним из трудноудаляемых компонентов при очистке щелочных стоков предприятий и введение избыточного количества фосфатов в состав композиции нецелесообразно.
n+2
n
3n+1
Из указанных полифосфатов натрия общей формулы NaPO в промышленном масштабе выпускается только триполифосфат натрия. Применение других полифосфатов затруднительно, т.к. они присутствуют на рынке в лучшем случае в виде дорогостоящих химических реактивов в незначительном количестве.
Совместное применение больших количеств ПАВ (до 10 мас.%) и пеногасителя снижает действие ПАВ уже на стадии приготовления рабочих растворов, подавляя способность их к образованию водномасляных эмульсий, повышающих степень очистки обрабатываемой поверхности.
Технической задачей предлагаемого изобретения является получение моющего средства для очистки поверхностей от загрязнений органического характера, которое обладало бы комплексом физико-химических свойств: смачивающей, растворяющей, обезжиривающей, эмульгирующей и антикоррозионной способностью, с одновременным снижением содержания фосфатов и уменьшением риска загрязнения окружающей среды при сохранении моющей способности.
2
5
Поставленная техническая задача решается тем, что в состав моющей композиции вводится триполифосфат натрия в количестве 10-15 мас.%, что в пересчете на PO составляет 5-8 мас.%, катионоактивное ПАВ - катамин в количестве 2 мас.% при массовом соотношении катамина и неонола, равном 1:(1-2,5), и натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы, составляющая 2 мас.%.
Композиция моющего средства имеет следующее соотношение компонентов,  мас.%:
метасиликат натрия (Na<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub>)
15-20
триполифосфат натрия (Na<sub>5</sub>P<sub>3</sub>O<sub>10</sub>)
10-15
сода каустическая (NaOH)
10-15
сода кальцинированная (Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>)
25-30
Na - карбоксиметилцеллюлоза
2
неонол АФ<sub>9-12</sub>
2-5
катамин
2
сульфат натрия (Na<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>)
до 100
2
3
2
3
2
2
3
2
В рецептуре указано действующее вещество - силиката натрия - NaSiO, при приготовлении моющей композиции необходимо учитывать кристаллизационную воду, входящую в состав товарного продукта (NaSiO·5HO или NaSiO·9HO), используемого в качестве исходного компонента. Количество вводимого сульфата натрия рассчитывается с учетом кристаллизационной воды исходного сырья.
Количество триполифосфата натрия в составе моющей, композиции определяется необходимостью комплексообразования с частицами загрязнений, увеличения моющей способности и умягчения воды, применяемой для приготовления рабочего раствора моющего средства за счет образования нерастворимых соединений с ионами жесткости. Триполифосфат натрия проявляет ингибирующее действие за счет абсорбции на очищаемой поверхности и создания на них защитных пленок.
Необходимое количество триполифосфата натрия обусловлено с экономической точки зрения ценовыми различиями между стоимостью каустической и кальцинированной соды и триполифосфата натрия. Оптимальным для создания стабильного pH рабочего раствора моющего средства и комплексообразующими свойствами найдено количественное соотношение между суммой каустической и кальцинированной соды и триполифосфатом натрия, равным (2-4):1. Введение менее 10 мас.% триполифосфата натрия снижает комплексообразующую способность моющей композиции, более 15 мас.% - является экономически невыгодным.
Введение в состав моющей композиции ионогенного ПАВ - катамина, являющегося смесью алкилбензилдиметиламмонийхлоридов, увеличивает смачивающую способность растворов моющих средств с одновременным обеспечением обеззараживающего действия. Массовое соотношение, катамина и неонола 1:(1-2,5) является достаточным для оптимального пенообразования при сохранении ингибирующих свойств моющей композиции.
2
2
2
3
2
Силикат натрия в щелочных растворах гидролизуется с выделением коллоидных поликремниевых кислот, которые при оптимальном содержании их в составе композиции повышают способность растворов диспергировать загрязнения и удерживать их в объеме раствора. Наилучшим вариантом является использование метасиликата натрия с модулем 0,97 (NaO:SiO). Силикат натрия проявляет ингибирующие свойства, что снижает коррозионное поражение металлической поверхности и позволяет осуществлять процесс при pH=11,5-12,8. Содержание NaSiO менее 15 мас.% ухудшает моющие свойства композиции, более 20 мас.% - снижает степень очистки из-за выделения SiO на поверхности очищаемого изделия.
2
Для повышения степени разрушения масляно-водных эмульсий и снижения времени отстаивания отработанных растворов с целью их последующего использования в качестве адсорбента-деэмульгатора в состав композиции моющего средства вводится натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы. При этом в осадок переходят комплексные соединения, содержащие фосфор, укрупненные гели кремниевой кислоты (SiO) и достигается наиболее полное осветление отработанного раствора.
Осветленные растворы используются для первичной обработки и замачивания очищаемых поверхностей или после нейтрализации сбрасываются на очистные сооружения.
Изобретение может быть использовано как для непосредственной отмывки от загрязнений, так и для предварительного замачивания загрязненных деталей в моющем растворе на 2-12 часов с последующей очисткой набухшего и рыхлого загрязнения.
Для определения качества моющей композиции приготовлены составы, массовые соотношения компонентов в которых представлены в таблице 1. Композиция №6 повторяет состав прототипа.
3
3
Получение композиции, заявленной в формуле изобретения, осуществляют в смесителе, представляющем собой горизонтальный цилиндрический аппарат с мешалкой, узлом загрузки сыпучих компонентов, штуцерами для загрузки жидких компонентов и узлом выгрузки. При изготовлении смеси необходимо соблюдать условия загрузки, при которых сначала загружают и перемешивают при закрытом реакторе рассчитанное количество сульфата натрия, триполифосфат натрия, метасиликат натрия, Na-карбоксиметилцеллюлозу. Затем в подготовленную сухую смесь вводят предварительно смешанные жидкие неонол и катамин. Смеситель закрывают и вновь перемешивают в течение 10-15 минут. Затем смеситель открывают и вводят расчетное количество каустической и кальцинированной соды. Закрывают узел загрузки, включают привод мешалки и перемешивают содержимое смесителя в течение 4-5 минут. Частота вращения мешалки 30 об/мин. Номинальный объем аппарата 1,0 м, рабочий объем 0,5 м. Готовый продукт анализируют на соответствие требованиям технических условий, упаковывают.
Для очистки поверхности от загрязнений применяют водный раствор предлагаемого средства с концентрацией в зависимости от объекта очистки и рода загрязнения. Растворение моющего средства осуществляют при температуре 50-60°С. Для испытания готовят 0,5% водный раствор.
Моющую способность определяют по известной методике - весовым методом, который основан на определении процента смываемости загрязнений с поверхности детали.
Для испытания берут пластинки с шероховатостью поверхности 0,32-0,61 размером 100×50×1,5 мм, обезжиривают эфиром и выдерживают 5-10 минут до полного испарения эфира и принятия ими постоянной температуры. Пластинки взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,0001 грамма, затем стеклянной палочкой наносят равномерным слоем загрязнения. Количество нанесенного загрязнения должно быть примерно одинаковым на всех пластинках и составлять 0,08-0,085 грамм. Затем загрязненные пластинки помещают в моющий раствор и моют в течение двух минут. После мойки пластинки промывают дистиллированной водой и сушат путем обдува воздухом от вентилятора при комнатной температуре. Высохшие пластинки взвешивают. Процент удаленного с поверхности загрязнения определяют по формуле
1
2
1
0
%=100(P-P)/(P-P),
0
где Р - начальный вес образца (чистого), г,
1
P - вес загрязненного образца, г,
2
P - вес образца после мойки, г.
При определении смачивающей способности образцы (металлические пластинки размером 100×50×1,5 мм) сначала погружают в приготовленный раствор моющего средства, а затем в деминерализованную воду на 10 секунд. Далее образцы вынимают из воды и фиксируют нарушение сплошной водяной пленки визуально. Смачивающая способность характеризуется временем в секундах от начала испытания до разрыва водяной пленки.
3
3
Пенообразующую способность определяли путем встряхивания в стандартном цилиндре на 250 см раствора моющего средства концентрации 1,0 мас.% в количестве 100 см при температуре 60°С с последующим замером высоты столба пены.
3
3
Скорость расслоения отработанного раствора моющего средства оценивали по времени осветления мутного раствора с образованием твердой и жидкой фаз. Твердая фаза представляет собой суспензию твердого в жидкости. Для испытания в стандартный цилиндр объемом 250 см заливали предварительно перемешанные растворы в количестве 200 см, фиксировали время начала испытания и замеряли высоту суспензии твердой фазы в сантиметрах по истечении 30 минут. Отработанный раствор с наименьшей высотой суспензии твердой фазы обладает наилучшей расслаивающей способностью, что является благоприятным для повторного использования рабочего раствора моющей композиции.
2
5
3
Остаточное содержание фосфатов в осветленной части отработанного моющего раствора определяли по методике ПНД Ф 14.1:2.112-97 «Методика выполнения измерений массовой концентрации фосфат-ионов в пробах природных и очищенных сточных вод фотометрическим методом восстановлением аскорбиновой кислотой». Результат анализа пересчитывали на содержание PO в мг/дм.
Полученные результаты представлены в таблице 2. При выбранном соотношении компонентов моющая способность и смачиваемость на всех образцах находится на уровне прототипа. Наибольшая пенообразующая способность наблюдается у образца, соответствующего моющей способностью по прототипу, что может отрицательно отразиться на обработке внутренних поверхностей закрытых объемов.
Время расслоения отработанного моющего раствора и содержание фосфатов в осветленной части имеет лучшие показатели у растворов на основе заявляемой композиции, что является удобным при сбросе отработанных растворов на очистку либо на повторное использование.
В настоящее время на территории предприятия организовано производство технического моющего средства, состав которого соответствует заявленной патентной формуле с годовым выпуском до 1000 тонн продукта. Моющая композиция реализуется и используется во всех отраслях промышленности, включая бытовые потребности и автосервис.
Таблица 1
№ п/п
Компоненты
Состав композиции,  мас.%
1
2
3
4
5
6*
1
Сода кальцинированная (Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>)
25
30
25
30
27
20
2
Метасиликат натрия пятиводный Na<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub>×5H<sub>2</sub>O (или метасиликат натрия Na<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub>)
26 (15)
30 (20)
35 (20)
26 (15)
30 (17)
26 (15)
3
Триполифосфат натрия Na<sub>2</sub>P<sub>3</sub>O<sub>10</sub>
10
15
10
15
12
28
4
Сода каустическая (NaOH)
10
15
15
10
12
12
5
Неионогенное ПАВ - неонол АФ<sub>9-12</sub>
2,0
5,0
5,0
2,0
3,5
2,5
синтамид
3,0
6
Катионное ПАВ - катамин
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
-
7
Na - Карбоксиметилцеллюлоза
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
-
8
Сульфат натрия (Na<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>)
23,0
1,0
6,0
13,0
11,5
8,2
9
Пеногаситель
-
-
-
-
-
0,3
2
4
2
3
2
5
3
10
При расчете количества NaSO в составе композиции учитывали силикат натрия в виде кристаллогидрата NaSiO·5HO, фосфаты - в виде триполифосфата натрия NaPO.
Таблица 2
Состав моющего средства п/п
Моющая способность
Смачиваемость за 30 сек
Пенообразующая способность, мм
Высота суспензии, мм
Содержание ост. P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> в осветленном растворе, мг/дм<sup>3</sup>
Индустриальное масло
Загрязнение орган. происхождения
1
96,5
99,4
Хор.
28
130
205
2
95,8
98,0
уд.
25
130
210
3
96,8
98,6
Хор.
22
100
308
4
98,0
97,8
Хор.
22
100
315
5
97,3
99,0
Хор.
30
120
240
6*
96,7
98,5
Хор.
35
150
560
* по прототипу.