Механизм действия моющих средств

Механизм действия моющих средств состоит в удалении жид­ких и твердых загрязнений с поверхности и перевод их в моющий раствор в виде растворов или дисперсий. Моющее действие прояв­ляется в сложных процессах взаимодействия загрязнений, мою­щих средств и поверхностей. Основные явления, определяющие моющее действие, — смачивание, пенообразование и стабилиза­ция. Указанные явления тесно связаны с поверхностным натяже­нием и поверхностной активностью моющих средств.

Поверхностное натяжение и поверхностная активность образу­ются потому, что силы притяжения молекул поверхностного слоя молекулами нижних слоев не уравновешиваются притяжением мо­лекул воздуха, которые граничат с жидкостью. Поэтому молекулы стремятся втянуться внутрь жидкости, вследствие чего поверхность жидкости стремится к уменьшению. Силы, стремящиеся сократить поверхность, получили название сил поверхностного натяжения, которые измеряют работой, которую необходимо затратить для уве­личения поверхности жидкости на 1 см². Произведение поверхно­стного натяжения на величину поверхности называется свободной поверхностной энергией. Способность веществ понижать свободную поверхностную энергию характеризуется поверхностной активно­стью. Вещества, понижающие поверхностное натяжение раствора, называются поверхностно-активными веществами (ПАВ).

Смачивание заключается в растекании капли жидкости, поме­щенной на поверхность твердого тела. При этом угол, образуемый касательной к поверхности растекающейся капли с поверхностью тела, называется краевым углом. Если краевой угол меньше 90 °С, то поверхность тела смачивается (гидрофильная поверхность), если краевой угол больше 90 "С — поверхность не смачивается (гидро­фобная поверхность). Добавление в воду ПАВ понижает поверхно­стное натяжение воды и обеспечивает смачивание загрязненных маслами поверхностей. В большинстве случаев загрязнения состоят из двух фаз — жидкой (масла, смолы) и твердой (асфальтены, карбены, пылевые частицы и т.п.). Удаление таких загрязнений с поверхности осуществляют двумя путями: эмульгированием жид­кой фазы (образование эмульсий) и диспергированием твердой фазы (образованием дисперсий).

Важным этапом в моющем процессе является стабилизация в растворе отмытых загрязнений и предупреждение их повторного осаждения на очищенную поверхность. Стабилизация загрязнений зависит в основном от состава моющего раствора и технологичес­ких условий его применения (концентрация, температура, загряз­ненность).

Моющий процесс состоит из следующих этапов:

вода, обладающая большим поверхностным натяжением, не смачивает загрязненные поверхности, а стягивается в отдельные капли;

растворение в воде моющего средства; поверхностное натяже­ние раствора уменьшается; раствор смачивает загрязнение, про­никая в его трещины и поры;

снижение сцепляемости частиц загрязнения между собой и с поверхностью. При механическом воздействии увлекаемые моле­кулами моющего средства грязевые частицы переходят в раствор;

обволакивание молекулами моющего средства загрязнения и отмытой поверхности; тем самым происходит процесс препятствования укрупнения частиц и оседания их на поверхности;

стабилизация в растворе частиц загрязнения во взвешенном состоянии и удаление их вместе с раствором.

При очистке поверхности металлов пенообразование имеет боль­шое значение. Пена способствует удержанию диспергированного загрязнения и предотвращению его осаждения на очищенную по­верхность. Положительное свойство пенообразования — это пре­дотвращение слоем пены разбрызгивания моющего раствора и со­здание защитного слоя, уменьшающего проникновение едких ис­парений в атмосферу (характерно для пароводоструйной и элект­ролитической очистки). Отрицательное свойство пенообразования (проявляется в большинстве случаев) — это ограничение исполь­зования интенсивного перемешивания моющего раствора (харак­терно для струйных машин).

На эффективность очистки в значительной степени влияет фак­тор щелочности моющих растворов, который определяет способ­ность растворов нейтрализовывать кислотные компоненты загряз­нений, омылять масла, снижать контактное напряжение раство­ров, жесткость воды и т. п. Различают щелочность общую и актив­ную. Моющее действие растворов зависит только от уровня актив­ной щелочности. Показателем щелочности служит водородный по­казатель рН. При очистке поверхностей металлов во избежание их коррозии необходимо поддерживать определенный рН раствора (для цинка и алюминия рН = 9...10, олова рН < 11, латуни рН < 12... 12,5, стали рН < 14). В состав таких растворов обязатель­но входят силикаты (метасиликат натрия, жидкое стекло) или различные ингибиторы, которые предотвращают коррозию алю­миния, цинка, меди. На выбор рН также влияет загрязненность поверхности (асфальто-смолистые загрязнения очищают при рН - 11,8... 13,6, а масляные — при рН = 10,8... 11,5). В процессе очистки необходимо поддерживать оптимальное значение рН.

Моющие средства

Наибольшее распространение во всех процессах мойки и очи­стки, в том числе и на ремонтных предприятиях, получили син­тетические моющие средства (СМС), основу которых составляют ПАВ и ряд щелочных солей. Синтетические моющие средства до­пускают очистку деталей одновременно из черных, цветных и легких металлов и сплавов. Они хорошо растворяются в воде, не токсичны, не вызывают ожогов кожи, пожаробезопасны и био­логически разлагаемы при сливе в канализацию. Очищенные узлы и детали после мойки не корродируют и не требуют специально­го ополаскивания.

Аэрол — кремнеобразная масса от белого до светло-желтого цвета (рН = 7,0...8,5). Состав по массе: 12... 13% карбоната на­трия, 25...30 % пасты ДМС, 18...20 % синтетических жирных кис­лот и остальное — вода. Применяют для мойки и очистки дета­лей. С помощью аэрола удаляются маслянистые и грунтовые заг­рязнения. Очистка деталей, узлов и агрегатов проводится в ван­нах и моечных машинах. Концентрация средства в рабочем ра­створе составляет 80 г/л. После очистки поверхность деталей про­мывают водой.

Анкрас — порошок от белого до светло-желтого цвета. Состоит из ПАВ, органического растворителя, сорастворителя, щелочных ком­понентов и наполнителя. Применяют для тех же целей, что и аэрол.

МС-6— зернистый порошок от белого до светло-желтого цвета (рН = 11,5... 12,2). Состав средств (% по массе): синтанол ДС-10— 6, триполифосфат натрия — 25, метасиликат натрия — 6,5, карбо­нат натрия — 34... 37, вода — до 100. Применяют для очистки шас­си, а также для очистки сильно загрязненых поверхностей деталей (свыше 75 т/и¹). Рабочая концентрация раствора составляет: 10 г/л — при наружной очистке автомобилей; 15 г/л — для очистки агрегатов трансмиссии и ходовой части в сборе; 15...20 г/л — для агрегатов и ходовой части в разобранном виде.

МС-8 — зернистый порошок светло-желтого цвета (рН = - 11,5... 12,2). Состав средств (% по массе): синтамид — 5...8, три­полифосфат натрия — 25, метасиликат натрия — 6,5, карбонат натрия — 32...36, вода — до 100. Применяют для очистки сильно загрязненных двигателей, их сборочных единиц и деталей (свыше 75 т/и²). Используют в виде подогретых до 75... 80 °С водных раство­ров в концентрациях: 25...30 г/л — для очистки двигателя в сборе в выварочных ваннах, 10 г/л — для очистки двигателей в сборе в струйных моечных машинах, 20 г/л — для очистки внутренних поверхностей циркулярным способом, для очистки сборочных еди­ниц и деталей.

МС-15— порошок белого цвета (рН = 11,2... 12,1). Состав средств (% по массе): оксифос Б — 6...8, триполифосфат натрия - 22...24, метасиликат натрия — 5,5, карбонат натрия — 41 ...44, вода — до 100. Применяют для очистки двигателей, их сборочных единиц и деталей от смолообразных и масляных отложений методом погруже­ния в ванну, струйных и циркуляционных способах мойки. Исполь­зуется в виде водных растворов концентрацией 20 г/л при 80... 90°С.

Лабомид имеет несколько модификаций: 101, 102, 203 и 204. Их состав приведен в табл.5.5.

Таблица 5.5

Состав Лабомида (% по массе)

Наименование компонента
Синтанол ДТ-7
Алкилсульфаты натрия (первичные)	—	—
Карбонат натрия
Триполифосфат натрия
Метасиликат натрия	—		—
Силикат натрия (жидкое стекло)		—

Все модификации Лабомида при обычных условиях являются порошками от белого до светло-желтого цвета (рН = 10... 12). При­меняют для очистки агрегатов от эксплуатационных загрязнений, отдельных деталей из черных и цветных сплавов от масляных и асфальтено-смолистых отложений.

Модификации 101 и 102 применяют в машинах струйного типа в виде водных растворов концентрацией 20...30 г/л при 70...80°С. Лабомиды 203 и 204 используют в машинах погружного типа с раз­личными средствами возбуждения, температура раствора в выбороч­ных ваннах 90...100°С, в ваннах с возбуждением раствора или его циркуляцией, колебаниями платформы или перемешиванием дета­лей — при 80...90°С, концентрация раствора при этом — Ю...35°С.

МЛ-51, МЛ-52 — сыпучие порошки от белого до светло-желто­го цвета, не вызывают коррозионного воздействия на черные и Цветные металлы.

Состав МЛ-51 (% по массе): карбонат натрия — 44, тринатрий-фосфат или триполифосфат натрия — 34,5, метасиликат натрия или водный раствор силиката натрия (жидкое стекло) — 20, смачива­тель ДБ — 1,5. Предназначен для очистки агрегатов и деталей от горюче-смазочных материалов и масляных отложений. Применяют в виде подогретых до 60...85°С водных растворов концентрацией 10...20 г/л в струйных, мониторных и комбинированных машинах.

Состав МЛ-52 (% по массе): карбонат натрия — 50, тринатрий-фосфат или триполифосфат натрия — 30, метасиликат натрия или водный раствор силиката натрия (жидкое стекло) — 10, смачива­тель ДБ — 8,2, сульфонол — 1,8. Предназначен для очистки агре­гатов и деталей от ТСМ и асфальтено-смолистых отложений. При­меняют в виде подогретых до 80...100 °С водных растворов концен­трацией 20...25 г/л.

Водные растворы МЛ-51 и МЛ-52 образуют на очищаемой по­верхности малостойкие эмульсии, которые в моечных машинах самопроизвольно распадаются. Обезвоженные масляные загряз­нения самопроизвольно всплывают. Нижняя часть моющего ра­створа остается незагрязненной и пригодной для дальнейшего ис­пользования.

Темп-100 — сыпучие порошки от белого до светло-желтого цве­та. Состав (% по массе): синтанол ДС — 10 или ДТ-7 — 1,5, оксифос или эстефат — 0,5, тринатрийфосфат — 20 (или динатрий фос­фат — 25), триполифосфат натрия — 15, метасиликат натрия — 10, карбонат натрия — 26, сульфат натрия — до 100. Предназначен для струйной очистки агрегатов перед разборкой и дефектацией с це­лью удаления основной массы масляных загрязнений, смолистых отложений. Растворы этого средства образуют с загрязнением ма­лостабильную эмульсию, которая расслаивается. Липкие загрязне­ния всплывают на поверхность, а механические примеси осаждают­ся на дне бака, что позволяет многократно использовать моющий раствор. Рабочая концентрация раствора — 5 ...20 г/л, очистка прово­дится при температуре 70... 85 °С. В раствор вводят ингибитор корро­зии. Этот препарат по сравнению с СМС Лабомид-101 обеспечива­ет более высокое качество очистки при сокращении времени очист­ки на 20...30%, что равносильно снижению затрат энергии на вы­полнение технологического процесса. Разработаны модификации препарата Темп-100 — это Темп-101А, Темп-101Д. Темп-101А обес­печивает наряду с высоким качеством очистки изделий одновремен­ную защиту от коррозии на период до 24 дней, т.е. в 2...3 раза выше, чем СМС. Темп-101Д обладает пониженными стабилизирую­щими свойствами по отношению к нефтепродуктам за счет введе­ния в рецептуру полиэлектролита, который разрушает масляные эмульсии, что упрощает процесс очистки и регенерацию моющих растворов и масел. Во время циркуляции моющего раствора в струй­ных машинах концентрация масел снижается с 1 ...2,5 г/л для су­ществующих СМС до 0,1 ...0,36 г/л при использовании Темп-101Д. После отстаивания в течение 12 ч содержание масел снижается до 15...20 мг/л против 1300... 1500 мг/л для существующих СМС.

Растворяющие эмульгирующие средства (РЭС) в последнее вре­мя находят более широкое применение для очистки деталей. Вна­чале очистка происходит за счет растворения загрязнений. Затем детали помещают в воду или водный раствор, где происходит эмуль­гирование растворителя и оставшихся загрязнений и переход их в (раствор, что обеспечивает более эффективную очистку деталей по сравнению с применением только растворителей. Растворяющие эмульгирующие средства применяют при очистке деталей от проч­ных по отношению к деталям загрязнений (например, асфальто-смолистых отложений). Они включают: базовый растворитель, ко­торый обеспечивает основной эффект очистки (ксилол, керосин, уайт-спирит, хлорированные углеводороды и др.); сорастворитель, который обеспечивает однородность и стабильность раствора; ПАВ, обеспечивающие смачиваемость и эмульгируемость РЭС; воду, необходимую для обеспечения необходимой концентрации раствора. Различают две группы РЭС.

Средства, входящие в первую группу, получают смешиванием органических веществ с ПАВ и растворителем:

Термос-1 — жидкость, получаемая смешиванием компонентов (% по массе): уайт-спирит — 40, ОП-4 — 10, ОП-7 — 1, сульфонат — 0,2, вода — до 100. Рабочим раствором является смесь указанных составов (10... 12 г/л) в дизельном топливе. Применяется для пред­варительного разрыхления прочных продуктов преобразования ГСМ. Детали выдерживаются в препарате в течение 20...40 мин при 40...60°С, затем ополаскиваются водным раствором триполифосфата натрия (1...5 г/л) при 40...50°С;

Эмульсин (Лабомид-301) — жидкость, получаемая смешивани­ем компонентов (% по массе): ПАВ ОС-20 — 7... 10 и ОП-4 — 10... 12, вода — 5...7, керосин — до 100. Детали выдерживаются в препарате в течение 30...60 мин при 40...60°С, после чего ополас­киваются водными растворами технических моющих средств типа МЛ и МС. Применяют для очистки деталей шасси и двигателей при подогреве до (50 ± 10) °С.

ДВП-1 «Цистерин» состоит из смеси компонентов (% по массе): уайт-спирит — (78 ± 0,5), масло талловое — (11 ± 0,5), ПАВ ОП-7 — 5, гидроксид натрия — 1,2, вода — 4,8. Рабочая концентрация сред­ства составляет 50 % смеси в дизельном топливе. Применяют для очистки подразобранных двигателей, узлов от асфальтено-смоли­стых отложений при температуре смеси 20...40°С;

Карбозоль является смесью компонентов (% по массе): масло каменноугольное поглотительное — 7,45, бутиловый эфир с 30 % этилацетата — 9,3, ПАВ ОП-7 — 14,7, отдушка земляная — 1,7, вода — до 100. Применяют для очистки двигателей и их деталей от нагарообразных и маслянистых загрязнений при 40...50°С;

АМ-15 состоит из смеси компонентов (% по массе): ксилол нефтяной — 70...76, масло касторовое сульфинированное — 22...28, синтанол ДС-10 или ПАВ ОС-20 — 2. Применяют для очистки двигателей и их деталей от асфальтено-смолистых отло­жений и для восстановления пропускной способности фильтров грубой очистки при 20...40°С в течение 40 мин. Детали выдержи­вают в препарате, после чего промывают водными растворами Лабомида или МС;

МК-3 состоит из смеси компонентов (% по массе): уайт-спи­рит — 50,7, канифоль сосновая — 33,9, вода — 12,4, карбонат натрия — 3. Рабочий объем готовят путем смешивания смеси с дизельным топливом в соотношении 1:1. Применяют для очистки двигателей и их деталей от асфальтено-смолистых отложений и масла при подогреве смеси до 50°С в течение 40 мин.

Преимущества РЭС первой группы являются дешевизна, просто­та приготовления и незначительная токсичность, а недостатки — пожароопасность, сравнительно низкая эффективность очистки, особенно от асфальтено-смолистых веществ.

Вторая группа РЭС более эффективна, поскольку для их изготов­ления используются хлорированные углеводороды (трихлорэтилен, перхлорэтилен, метиленхлорид, четыреххлористый углерод, метилхлороформ и др.). Преимущества РЭС второй группы — это высо­кая растворяющая способность, они неогнеопасны, хорошо сме­шиваются с органическими растворителями, недостатки — высо­кая токсичность, склонность к окислению, наличие конденсирован­ной влаги, разложение при определенных условиях с выделением хлорида водорода, который сильно корродирует металлические де­тали (для предотвращения выделения хлорида водорода добавляется стабилизатор — триэтаноламин, дифениламин в количестве 0,01...0,02%, а в качестве ингибиторов коррозии применяют ла­нолин, МСДА-11 или Акор-2). Наиболее широко применяются сле­дующие РЭС:

Лабомид-315 (Ритм) содержит хлорированный растворитель, алифатические или ароматические углеводороды, ПАВ, соли карбоновых кислот и воду. Применяют в 100 %-й концентрации для удаления углеродистых отложений, остатков некоторых лакокра­сочных покрытий. Ритм обеспечивает очистку изделий от асфаль­тено-смолистых загрязнений при комнатной температуре в 2...3 раза быстрее, чем препарат АМ-15 и 4...6 раз быстрее, чем СМС. Увеличение выдержки до 2...3 ч Лабомид-315 (Ритм) очищает из­делия от загрязнений, близких к нагарообразным. Технология очи­стки двухстадийная: обработка в препарате Ритм и ополаскивание раствором СМС. Пониженные рабочие температуры способствуют сокращению затрат тепловой энергии на операциях очистки от асфальтено-смолистых отложений в 5...6 раз.

Лабомид-ЗП содержит (% по массе): трихлорэтана — 60, трикрезола — 30, синтанола ДС-10 — 5, алкилсульфатов — 5. Для упо­требления готовят смесь указанных компонентов в керосине или воде в концентрациях от 5 до 100 % (по массе). Средство используют для растворения и удаления асфальтено-смолистых отложений с поверхности деталей. Очистку производят при температуре 20 °С.

Лабомид-ЗП содержит (% по массе): трихлорэтана — 60, три-крезола — 30, синтанола ДС-10 — 5, алкилсульфатов — 5. Применя­ют для тех же целей, что и Лабомид-ЗП. Для очистки деталей вы­держивают в водном растворе препарата (1:0,25) или в растворе

керосина (1:1) в течение 10...20 мин при 20...30°С, после чего ополаскивают в щелочном растворе в течение 2...3 мин.

5.4. Очистка деталей от продуктов преобразования ТСМ, накипи и лакокрасочных покрытий

Для удаления нагара применяют жидкости с наиболее высоки­ми моющими и растворяющими свойствами. К ним относятся крезольные составы, которые представляют собой маслянистые жид­кости черного цвета плотностью при 20 °С — 1,06 г/см³, состав которых приведен в табл. 5.6. Жидкость не вызывает коррозии метал­лов. Для удаления нагара со стальных и алюминиевых деталей ис­пользуют жидкости, состав которых приведен в табл. 5.7. Температура применения жидкостей — 80...95°С, время выдержки — 2...3 ч.

Для удаления накипи чаще всего используют растворы соля­ной кислоты с ингибитором коррозии или контакт Петрова. Для очистки раствор прокачивают через систему двигателя или отдель­ные ее детали окунают (погружают) в специальную ванну с ра­створом моющего средства. При применении раствора соляной кислоты (10... 15% концентрации по массе) детали погружают в ванну с раствором, прогретым до 40...60°С, на 20...30 мин. Затем детали ополаскивают проточной водой и погружают на 3...5 мин в ванну со щелочным раствором (10 г/л карбоната натрия и 3..5 г/л нитрита натрия) при температуре 60... 70 "С.

Наиболее эффективная очистка деталей от накипи производит­ся с помощью щелочного расплава, который используют также для очистки деталей от нагара и продуктов коррозии. Способ с использованием щелочного расплава основан на химико-термичес­ком процессе. Расплав состоит из следующих компонентов (% по массе): гидроксид натрия — 60...70, нитрат натрия — 25...35, хлорид натрия — 5. Каждый компонент выполняет определенные функ­ции в общем механизме разрушения накипи. Технология процесса удаления накипи включает 4 этапа: обработка деталей расплавом, промывка в проточной воде, травление в кислотном растворе и промывка в горячей воде. В расплаве детали выдерживают в тече­ние 5... 12 мин. Бурное парообразование способствует быстрому раст­ворению остатков расплава. Образующийся пар способствует так­же разрушению разрыхленных частиц окалины и удалению их с поверхности деталей. При очистке деталей из чугуна и сталей пос­ле двух этапов их выдерживают в 50 % ингибированном растворе соляной кислоты при температуре 50...60°С в течение 5...6 мин. Затем детали промывают в растворе, содержащем карбонат нат­рия (3...5 г/л) и тринатрийфосфат (1,5...2 г/л) при 80...90°С в течение 5...6 мин. При одновременной обработке деталей из чугу­на, стали и алюминиевых сплавов в раствор соляной кислоты добав­ляют фосфорную кислоту и триоксид хрома из расчета соответствен­но 85 и 125 г/л добавляемой воды. Продолжительность обработки этим раствором — 5...6 мин при 85...95°С.

Таблица 5.6