一种金属加工制品表面清洗剂及其制备方法与流程

本发明涉及金属表面清洗剂，尤其涉及一种金属加工制品表面清洗剂及其制备方法。

背景技术：

1、铝及其合金因其密度小、比强度高、导热导电性能优良等特性，被广泛应用于新能源汽车电池壳体、电子设备外壳、航空航天结构件等领域。新能源电池铝壳（包括方形铝壳和圆柱形铝壳）在生产加工过程中，壳体表面会附着大量的拉伸油、冲压油、防锈油等油脂类污垢，同时在冲压拉伸和后续储存运输过程中还会产生和积聚细小的铝粉、灰尘等固体颗粒物。在电池组装前，必须对这些铝壳进行高效彻底的清洗处理，以保证后续焊接、涂装、封装等工序的工艺质量。

2、目前，铝壳清洗领域常用清洗剂主要有：（1）溶剂型清洗剂：用有机溶剂（如煤油、氯代烃等）清洗，清洗效率高，但有机溶剂易燃易爆，危害人体健康、污染环境，不符合环保法规要求。（2）酸性水基清洗剂：以无机酸或有机酸为主，能去除铝材表面氧化皮和部分油污，但除油能力弱，有腐蚀设备的潜在风险，含氟类除灰组分存在环境合规压力。（3）强碱型水基清洗剂：以高浓度氢氧化钠、碳酸钠等强碱为主成分，靠碱对油脂的皂化作用除油。但铝是两性金属，在强碱条件下易过腐蚀，使壳体表面发黑、失光甚至产生腐蚀坑点，影响产品外观和尺寸精度。（4）一般碱性水基清洗剂：采用偏硅酸钠等弱碱性助剂搭配非离子表面活性剂，是目前较为主流的方向。然而，此类清洗剂普遍存在以下不足：除灰能力不足，仅依靠乳化除油过程对固体粉尘的悬浮分散，对铝壳表面静电吸附的细微铝粉和灰尘去除效果有限，清洗后表面仍可见挂灰残留；硬水敏感性强，在硬水条件下钙镁离子与碱性组分及部分阴离子表面活性剂反应生成沉淀，削弱有效清洗成分并产生白斑等二次污染；表面活性剂体系单一，多仅采用非离子型表面活性剂，对混合型污垢（油脂与固体颗粒复合污染）的综合去除能力不够理想。

3、因此，迫切需要开发一种兼具高效除油、强力除灰、对铝基体无腐蚀，且抗硬水能力强、环保安全的水基铝壳清洗剂。

技术实现思路

1、针对现有铝壳水基清洗剂除灰能力不足、抗硬水性能差、表面活性剂体系单一导致综合清洗性能受限等问题，提供一种金属加工制品表面清洗剂及其制备方法，具有碱性温和、不腐蚀铝基体、除油和除灰能力均优异、抗硬水能力强且绿色环保的效果。

2、第一方面，本技术提供一种金属加工制品表面清洗剂，采用如下的技术方案：

3、一种金属加工制品表面清洗剂，由以下重量百分比计的原料制得：五水偏硅酸钠2-8%、碳酸钠 3-8%、乙二胺四乙酸衍生物 1-5%、脂肪醇聚氧乙烯醚类表面活性剂 6-10%、烷基糖苷类表面活性剂 1-5%、直链烷基多甲基氯化铵类阳离子表面活性剂5-10%、高级脂肪酸盐 5-10%，去离子水补足余量。

4、通过上述技术方案，利用脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基糖苷、季铵盐阳离子表面活性剂及高级脂肪酸盐的四元复配，实现宽温高效除油。通过烷基糖苷“氢键初捕”与季铵盐“静电锁定”的接力机制，强力去除黑灰，表面无残留；五水偏硅酸钠在铝基体形成保护膜，配合碳酸钠缓冲，无腐蚀、无变色；乙二胺四乙酸衍生物与烷基糖苷协同抵抗硬水，高硬水下清洗液仍保持清澈，清洗后无水痕白斑。且配方不含磷和apeo，组分易生物降解，绿色环保。

5、优选的，所述乙二胺四乙酸衍生物为乙二胺四乙酸四钠、乙二胺四乙酸二钠中任意一种。

6、通过上述技术方案，乙二胺四乙酸衍生物在碱性体系中钙镁离子螯合，与碳酸钠协同维持ph稳定，有效防止钙镁皂垢生成及表面活性剂失活，确保清洗剂在高硬水条件下仍保持高效去污力。

7、优选的，所述脂肪醇聚氧乙烯醚类表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚aeo-7、脂肪醇聚氧乙烯醚aeo-9、脂肪醇聚氧乙烯醚jfc和异构十三醇聚氧乙烯中的一种或多种。

8、优选的，所述脂肪醇聚氧乙烯醚类表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚和异构十三醇聚氧乙烯醚按质量比为(2-3):1制成。

9、通过上述技术方案，脂肪醇聚氧乙烯醚aeo-9直链结构与异构十三醇聚氧乙烯醚to-8多支链结构的协同效应；aeo-9具有较长的乙氧基链段，对油脂的乳化增溶能力强，可有效包裹并分散油污；to-8的异构支链结构赋予其极低的表面张力和优异的铺展渗透速度，能快速钻入油污与铝壳间的微观缝隙，实现“先渗透、再乳化”的分工协作。该组合可显著缩短清洗时间，对高黏度拉伸油与轻质防锈油均适用，且在30-50℃中低温区间仍保持高效，工艺窗口宽。

10、优选的，所述烷基糖苷类表面活性剂为癸基葡萄糖苷、辛基葡萄糖苷和月桂基葡萄糖苷中的一种或多种。

11、优选的，所述烷基糖苷类表面活性剂为辛基葡萄糖苷和月桂基葡萄糖苷按质量比为1:(0.5-1)制成。

12、通过上述技术方案，选用辛基葡萄糖苷与月桂基葡萄糖苷复配，可利用短碳链与长碳链的梯度分工实现“速渗稳态”协同。辛基葡萄糖苷碳链最短，动态表面张力低，接触油污时率先快速铺展渗透，打开油膜通道；月桂基葡萄糖苷碳链较长，乳化增溶能力强，持续包裹分散油污并稳定悬浮于清洗液中，防止二次沉积。二者配合在除灰过程中形成“瞬时铺展+持续乳化”的时间梯度分工，弥补了单一apg渗透慢或乳化弱的短板，尤其适用于高黏度拉伸油与细微铝粉混合型污垢，可在短时间清洗周期内获得优异的表面洁净度。

13、优选的，所述直链烷基多甲基氯化铵类阳离子表面活性剂为十二烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵一种或多种。

14、优选的，所述直链烷基多甲基氯化铵类阳离子表面活性剂为十二烷基三甲基氯化铵和十六烷基三甲基氯化铵按质量比为1:(0.8-1.3)制成。

15、通过上述技术方案，选用不同碳链长度的直链烷基三甲基氯化铵，可通过调节疏水性实现除灰与体系相容性的最优平衡。短链（c12）季铵盐扩散吸附快，能迅速中和黑灰微粒表面电荷；长链（c16）季铵盐疏水性强，可形成厚实包覆层，与高级脂肪酸盐组装为稳定的离子对复合物。十二烷基三甲基氯化铵和十六烷基三甲基氯化铵二者协同实现“快吸-强包”的梯度除灰机制，兼顾速效与长效抗再沉积，且与aeo/apg非离子体系相容性良好，全温域稳定性优异。

16、优选的，所述高级脂肪酸盐选自油酸钠、椰子油脂肪酸钾、硬脂酸钠、月桂酸钠、油酸三乙醇胺皂中的一种或多种。

17、优选的，所述金属加工制品表面清洗剂，还包括聚醚改性有机硅消泡剂 0.1-0.5%。

18、优选的，所述金属加工制品表面清洗剂，还包括异构十三醇聚氧乙烯醚磷酸酯 1-3%。

19、通过上述技术方案，加入聚醚改性有机硅消泡剂，可有效破坏非离子与阴离子表面活性剂在喷淋和超声波清洗中产生的大量泡沫，消除溢槽隐患，且与体系相容性优异，不易析出漂油，保证清洗液长期循环使用的稳定性和透明度。加入渗透增强剂异构十三醇聚氧乙烯醚磷酸酯，其兼具非离子与阴离子特性，具有极低表面张力，能快速渗透至厚油污与铝壳界面，加速油膜溶胀剥离，与非离子和阳离子表面活性剂协同实现“渗透-乳化-分散”接力，显著提升重垢清洗效率。两者联合保障了配方在动态喷淋工艺下的工业适用性。

20、第二方面，本技术提供一种金属加工制品表面清洗剂的制备方法，包括以下步骤：

21、s1.先将去离子水加入配制容器，开启搅拌，缓慢加入碳酸钠和五水偏硅酸钠，搅拌至完全溶解；

22、s2.加入乙二胺四乙酸衍生物，搅拌至完全溶解；

23、s3.加入高级脂肪酸盐，升温至40-50℃，搅拌至完全溶解；

24、s4.将体系降温至30-40℃，依次加入脂肪醇聚氧乙烯醚类表面活性剂和烷基糖苷类表面活性剂，搅拌至体系呈均一透明；

25、s5.向步骤s4所得体系中加入直链烷基多甲基氯化铵类阳离子表面活性剂和异构十三醇聚氧乙烯醚磷酸酯，搅拌至均一；

26、s6.加入聚醚改性有机硅消泡剂，去离子水补足，搅拌均匀后静置消泡，即得所述金属加工制品表面清洗剂。

27、优选的，所述搅拌釜材质为304不锈钢。

28、通过上述制备方法，先将高级脂肪酸盐在40-50℃热碱液中充分溶解并完成皂化反应，再降温至30-40℃后与非离子及阳离子表面活性剂依次混合，可有效避免阴阳离子表面活性剂在局部高浓度下直接接触产生沉淀，确保体系均一稳定。采用304不锈钢搅拌釜，耐酸碱腐蚀，避免金属离子溶出污染清洗剂，保证产品长期储存的稳定性与外观品质。全程常压操作、工艺简单可控，无需高温高压设备，适合规模化工业生产。

29、第三方面，本技术提供一种金属加工制品表面清洗剂在铝壳清洗中的应用。

30、优选的，金属加工制品表面清洗剂在铝壳清洗中的应用，是将所述金属加工制品表面清洗剂用水稀释至清洗剂质量分数5-10%，在清洗设备中对铝壳进行清洗处理；所述清洗设备为超声波清洗设备、喷淋清洗设备或浸泡清洗设备中的一种。

31、优选的，所述清洗设备为超声波清洗设备，超声频率为28-80khz，功率密度为0.2-0.5w/cm²。

32、通过上述技术方案，将清洗剂稀释至5-10%质量分数使用，可在保证高效除油除黑灰性能的前提下有效控制使用成本，避免有效成分浪费。适用超声波、喷淋及浸泡多种清洗设备，工艺适配性强，可灵活嵌入现有铝壳生产线。优选超声波清洗时，在28-80khz频率和0.2-0.5w/cm²功率密度下，空化效应产生的微射流可加速清洗液渗透至铝壳表面微观凹陷与缝隙处，将油污和黑灰从基体表面彻底剥离，同时避免了过高功率密度对铝壳表面造成气蚀损伤。该应用方案操作窗口宽、清洗效率高、对铝基体安全，适合规模化连续生产。

33、综上所述，本技术具有以下有益效果：

34、1、本技术通过构建脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基糖苷、直链烷基三甲基氯化铵与高级脂肪酸盐的四元表面活性剂协同体系，实现“氢键初捕-静电锁定-离子对包裹”的接力除灰机制，除油率高达99.5%、除灰率达98.3%；五水偏硅酸钠在铝基体表面形成硅酸盐保护膜，配合碳酸钠缓冲体系，腐蚀速率低至0.30 g/m²·h，从根本上解决传统碱性清洗剂对铝材过腐蚀的行业难题；异构醇聚氧乙烯醚磷酸酯渗透增强剂实现“渗透-乳化-分散”分步协同，显著缩短重垢清洗时间。

35、2、本技术通过乙二胺四乙酸四钠的高效螯合与烷基糖苷羟基对硬水离子的屏蔽作用协同构建双重抗硬水机制，在350ppm硬水条件下清洗液清澈透明，工件表面无水痕白斑；聚醚改性有机硅消泡剂在碱性体系中均匀分散、不析出漂油，泡沫高度可控，完全满足喷淋与超声波清洗工艺要求；配方不含磷、apeo、重金属及强酸强碱，组分易生物降解，绿色环保。