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 препятство-вания 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 ценообразования — 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 ценообразования (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 (CMC), 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 г/м2). 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 г/м2). 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 ºС.

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 вывороч-ных 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 — 10...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 Ю...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, окси-фос 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 CMC 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 CMC. 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 CMC до 0,1... 0,36 г/л при использовании Темп-101 Д. После отстаивания в течение 12ч содержание масел снижается до 15...20 мг/л против 1300... 1500 мг/л для существующих CMC.

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 асфальте -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;

AM-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, ме-тилхлороформ 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 %-и 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 AM-15 и 4...6 раз быстрее, чем CMC. 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 CMC. 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, трикре-зола — 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 ºС.

Лабомид-312 содержит (% по массе): трихлорэтана — 60, три-крезола — 30, синтанола ДС-10 — 5, алкилсульфатов — 5. Применяют для тех же целей, что и Лабомид-311. 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

Крезольные жидкости для удаления нагаров

 

Состав	Концентрация, %	Температура применения, °С	Время выдержки, ч
Состав 1: трикрезол мыльный эмульгатор вода		80...85	2...3
Состав 2: о-дихлорбензол трикрезол олеат калия вода			2...3

 

Таблица 5.7

Жидкости для удаления нагара

 

Состав	Деталь из стали	Деталь из алюминия
Гидроксид натрия, кг	2,5	—
Карбонат натрия, кг	3,1	2,0
Силикаты натрия, кг	1,0	0,8
Мыло, кг	0,8	1,0
Бихромат калия, кг	0,5	0,5
Вода, л

 

Лаковые пленки удаляются с помощью крезольной жидкости (см. табл. 5.6) в следующем порядке: проводят предварительное обезжиривание струйным способом водным раствором, содержащим карбонат натрия (0,2%) и бихромат калия (0,2%), при температуре 80 °С; обрабатывают крезольной жидкостью в течение 15...25 мин; промывают горячей водой (80...90°С) в течение 5...10 мин; проводят окончательное обезжиривание (см. предварительное обезжиривание); сушат сухим сжатым воздухом; проводят противокоррозионную обработку и обработку в уайт-спирите в течение 10 мин.

Из маслобаков углеродистые осадки удаляют следующим образом: пропаривают маслобак в течение 2 ч; заливают в маслобак водно-креолиновую эмульсию (1:1), подогретую до 60...70°С, в количестве 0,2 части вместимости маслобака; промывают (при непрерывном качании бака) в течение 11,5 ч, заменяя эмульсию каждые 30 мин; промывают маслобак горячей водой до полного удаления креолиновой эмульсии; сушат сжатым воздухом.

Из маслорадиаторов осадки удаляют следующим образом: предварительно удаляют остатки масла прокачиванием керосина в течение 0,5...2 с; проводят промывку прокачкой чистого подогретого до 70...75°С креолина (по внешнему виду креолин фенольный маслоподобная жидкость темно-коричневого цвета, прозрачная в тонком слое, имеет фенольный запах, при температуре —20 °С теряет подвижность, температура вспышки в пределах 80...90°С, горит сильно коптящим пламенем, вызывает набухание любой резины, агрессивен по отношению к металлам и их сплавам, особенно алюминию, меди и латуни) через маслорадиатор в течение 1,5...2 ч (направление прокачки меняется каждые 10... 15 с); проводят промывку маслорадиатора вначале горячей (80 °С), а затем проточной (10... 20°С) водой до полного удаления креолина; осуществляют контроль полноты промывки маслорадиатора (заполняют его водой и выдерживают в течение 10...20 мин, затем воду сливают); для удаления остатков углеродистых отложений, не смытых водой, через маслорадиатор прокачивают керосин в прямом и обратном направлениях в течение 20 мин (после прокачки необходимо проверить полноту удаления углеродистых отложений и полностью слить керосин); проводят окончательную промывку — прокачка горячим (90... 100°С) маслом в течение 30 мин в различных направлениях. Все перечисленные выше операции промывки должны следовать одна за другой без перерыва.

Старую краску на ремонтных предприятиях удаляют путем окунания в водный раствор карбоната натрия различной концентрации с последующей промывкой водой (60...70°С); погружения их в ванну с горячим карбоната натрия с последующей промывкой в горячей воде, нейтрализацией 5 % раствором ортофосфорной кислоты и окончательной промывкой и пассивацией (для повышения противокоррозионной стойкости лакокрасочных покрытий).

Старую краску кузова автобуса удаляют струйным методом в такой последовательности: обработка 6% раствором карбоната натрия при 70... 80°С в течение 15 мин; сток раствора; промывка кузова горючей водой при 80...90°С в течение 15 мин (вода для промывки периодически обновляется из расчета 30 л на 1 м2 обрабатываемой поверхности); сушка кузова; обработка 3 %-ным раствором ортофосфорной кислоты для нейтрализации остатков карбаната натрия; сток кислоты в течение 5 мин; промывка водой.