Моющий раствор для очистки черновой фибры

(51) 11 1/00 (2006.01) 11 9/00 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН Технический результат, который достигается при использовании заявляемого раствора, заключается в том, что введение в его состав нового компонента поверхностно-активного вещества в заявляемых пределах, улучшает моющую способность раствора. В присутствии в моющем растворе поверхностноактивного вещества(хозяйственного мыла) загрязнения,находящиеся на поверхности проволоки в виде тонкой пленки, распадаются на более мелкие частицы и смываются с поверхности металла. Частицы не налипают обратно на очищенную поверхность и не слипаются между собой. В состав моющего раствора входит минимальное количество компонентов при заявляемом соотношении, обеспечивающих высокое качество очистки поверхности фибры. Раствор является экологически безопасным и может применяться многократно. Сущность изобретения заключается в следующем. Предложен моющий раствор для очистки черновой фибры, полученной из отрезков стальных канатов, содержащий соду и воду,отличающийся тем, что дополнительно содержит поверхностно-активное вещество, при следующем соотношении компонентов, мас.(72) Дудкин Михаил Васильевич Серая Наталья Владимировна Гурьянов Георгий Александрович Вавилов Андрей Владимирович(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения ВосточноКазахстанский государственный технический университет им. Д. Серикбаева Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) МОЮЩИЙ РАСТВОР ДЛЯ ОЧИСТКИ ЧЕРНОВОЙ ФИБРЫ(57) Изобретение относится к моющим растворам,применяемым для очистки металлической черновой фибры, полученной из отрезков отработанных стальных тросов, а также других металлических изделий, от различных видов смазок и загрязнений,и может быть использовано в сфере строительства,производства материалов, эксплуатации и ремонта машин, в машиностроении и других отраслях промышленности. Задачей изобретения является повышение моющей способности раствора, достаточной для очистки поверхности черновой металлической фибры от смазки и других загрязнений, снижение токсичности и себестоимости моющего раствора. Изобретение относится к моющим растворам,применяемым для очистки металлической черновой фибры, полученной из отрезков отработанных стальных тросов, а также других металлических изделий, от различных видов смазок и загрязнений,и может быть использовано в сфере строительства,производства материалов, эксплуатации и ремонта машин, в машиностроении и других отраслях промышленности. Смазки, применяемые для стальных канатов,разнообразны и их состав зависит от назначения стального троса, но, большинство из них выполнены на основе нефтяных масел. Смазки предназначаются для защиты поверхности каната от коррозии и других химических реакций, поэтому также содержат в разных пропорциях растворы битума,машинного и нефтяного масла, ингибиторов коррозии и других материалов, которые, в основном,можно удалить раствором кальцинированной соды, которая является активным моющим компонентом. Например, канатная смазка (Патент Российской Федерации 2185424, МПК С 10 М 159/12, опубл. 20.07.2002),содержит нефтяное масло,пластификатор Пн-6 к,органическую часть асфальтосмолисто-парафиновых отложений и амид цероксона. Смазка для стальных канатов (А.с. СССР 859430, МПК С 10 М 5/08, опубл. 30.08.1981 г.,бюллетень 32), содержит нефтяной церезин,монтан-воск,экстракт селективной очистки нефтяных масел, окисленный нефтяной церезин и нефтяное масло. Известная смазка(Технологические трубопроводы промышленных предприятий, часть 2. Под ред. Е.Я. Николаевского и С.Л. Стерлина. М., Стройиздат, 1964. С.466, табл. 14), содержит машинное масло и олифу. Смазка для пропитки сердечников стальных канатов (А.с. СССР 1663020, МПК С 10 М 163/00,опубл. 1991 г., бюл. 26), содержит нефтяное масло, экстракт селективной очистки нефтяных масел, нефтяной церезин и буроугольный воск. Известно множество других смазок, схожих по составу, которые при производстве металлической фибры из отрезков стальных канатов, следует удалить с поверхности отдельных проволок, из которых состоит фибра, путем погружения в ванну с моющим раствором. Известно моющее средство для очистки металлической поверхности, содержащее воду,кремневокислый натрий и кальцинированную соду,в котором с целью снижения токсичности и улучшения моющей способности,средство дополнительно содержит бихромат калия при следующем соотношении компонентов, мас. бихромат калия 0,4-0,6, кремневокислый натрий 0,40,6, кальцинированная сода 3,8-4,2, вода до 100 (А.с. СССР 1796673, МПК 5 11 3/04, 23.02.1993,бюл. 7). Недостатками известного моющего средства являются его токсичность из-за применяемого бихромата калия и недостаточная моющая 2 способность при качестве очистки поверхности металла, т.к. кремневокислый натрий образует с кальцинированной содой кристаллогидраты,которые высаливаются на поверхности очищенного металла и плохо удаляются при промывке, что приводит к вторичной (щелочной) коррозии металла, что для металлической фибры будет являться негативным признаком. Известен моющий раствор для очистки и обезжиривания металлической поверхности,содержащий кальцинированную соду, натрий кремневокислый и воду, который дополнительно содержит калий кремневокислый и натрий азотнокислый при следующем соотношении компонентов, мас. калий кремневокислый - 0,200,50 натрий кремневокислый - 0,10-0,25 натрий азотнокислый - 0,03-0,05 кальцинированная сода 2,0-4,0 и вода - остальное (Патент 2247142,МПК 11 7/10, опубл. 2005.02.27). Недостатком известного изобретения является недостаточная моющая способность, сложность изготовления и неоправданно высокая стоимость. Известно моющее средство для очистки металлической поверхности,содержащее обезжиривающую композицию пероксисольват карбоната натрия 2 СО 31,5 Н 2 О 2,кремнефтористый натрий 26, ингибитор коррозии - хромат калия К 2 С 4 и воду при следующем соотношении компонентов, мас. пероксисольват карбоната натрия 2 О 31,522 5,0-8,0, кремнефтористый натрий 6 - 2,0-3,5,хромат калия К 2 С 4 - 3,0-4,5, вода остальное(Патент РФ 2387706, МПК 11 7/10. Опубл. 27.04.2010). Рабочая температура раствора 50-80 С. Недостатками указанного моющего средства являются недостаточная экологичность средства, изза применения в качестве ингибитора коррозии хромата калия К 2 С 4 высокая температура водного раствора для отмывки, которую надо поддерживать в процессе мойки, что невозможно, кроме того,недостаточная эффективность при очистке металлических поверхностей от загрязнений в труднодоступных местах и микротрещинах, в местах окалины и коррозии. Недостатком указанного моющего средства также является недостаточная степень отмывки поверхности при температурах ниже 20 С. Известен способ очистки деталей двигателя внутреннего сгорания от отложений,предусматривающий подачу в неработающий двигатель очищающей жидкости,выдержку жидкости в двигателе в течение заданного периода времени и прокручивание вала двигателя,отличающийся тем, что перед подачей очищающей жидкости в двигатель осуществляют его прогрев,после чего выполняют демонтаж деталей,обеспечивающий доступ во внутрицилиндровое пространство, количество вводимой очищающей жидкости при этом составляет 5-25 мл на каждые 100 см 3 объема цилиндра, после выдержки,прокручивания вала двигателя и монтажа снятых деталей осуществляют его запуск, а в качестве очищающей жидкости используют состав,содержащий карбоновые кислоты формулы 1 СООН, где 1 содержит 12-18 атомов углерода, в количестве 8-15 мас., низкомолекулярные амины формулы 2(3)2, где 2 Н-, СН 3-,3 СН 3-,С 2 Н 5-, С 3 Н 7-, С 4 Н 9-, в количестве 3-7 мас. ароматические углеводороды с температурами кипения 60-250 С в количестве 20-45 мас.,водорастворимые жидкие органические растворители с мол. м. 46-400, в количестве 1525 мас. и диметилформамид в количестве 1540 мас. (Патент РФ 2166111, М. кл. 02 77/04,опубл. 27.04.2001 г.). В упрощенном виде очищающая жидкость содержит ПАВ и растворители. В качестве ПАВ данный состав содержит жирные кислоты, а в качестве растворителей низкомолекулярные амины формулы 2-(3)2, где 2-, СН 3-,3 СН 3, С 2 Н 5-, С 3 Н 7-, С 4 Н 9, в количестве 3-7 мас., ароматические углеводороды с температурой кипения от 60 до 250 С в количестве 20-45 мас.,водорастворимые жидкие органические растворители с молекулярной массой от 46 до 400 в количестве 15-25 мас. и диметилформамид в количестве 15-40 мас Данный очищающий состав предназначен для очистки на холодном двигателе, т.е. без его запуска. Этот состав может также использоваться для очистки деталей разобранного двигателя. Однако, несмотря на то, что использование данного очищающего состава позволяет снизить длительность и трудоемкость процесса очистки и значительно повышает эффективность способа очистки, он все же не лишен некоторых недостатков. Моющая способность данного очищающего состава недостаточна для очистки трудноудаляемых нагарообразных отложений. Кроме того, для удаления образовавшихся отложений требуется значительное количество данного очищающего состава, что отрицательно влияет на экологию окружающей среды, поскольку в результате использования требуемого для качественной очистки количества очищающего состава образуется значительное количество трудноперерабатываемых отходов. Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению, выбранным в качестве прототипа,является моющий раствор для очистки сварочной проволоки, предназначенной для омеднения,содержащий соду и воду, отличающийся тем, что дополнительно содержит сульфат натрия при следующем соотношении компонентов, мас. сода - 1,5-2,5 сульфат натрия 0,3-0,6 вода остальное (Патент 2407779, МПК 11 7/10,публикация патента 27.12.2010). Недостатками указанного моющего средства являются недостаточная эффективность при очистке металлических поверхностей от загрязнений в труднодоступных местах и микротрещинах, в местах окалины и коррозии, недостаточная антикоррозийная защита очищаемой поверхности и отложение на ней следов сульфата натрия, вследствие чего внешний вид металлической поверхности не производит достаточно чистого впечатления и очень быстро происходит повторное осаждение загрязнений на очищаемой поверхности,особенно в местах окалины и коррозии, даже в процессе непосредственной очистки, то есть данное моющее средство обладает низкими эксплуатационными характеристиками при использовании его в промышленных целях. Задачей изобретения является повышение моющей способности раствора, достаточной для очистки поверхности черновой металлической фибры от смазки и других загрязнений, снижение токсичности и себестоимости моющего раствора. Технический результат, который достигается при использовании заявляемого раствора, заключается в том, что введение в его состав нового компонента поверхностно-активного вещества в заявляемых пределах, улучшает моющую способность раствора. В присутствии в моющем растворе поверхностноактивного вещества(хозяйственного мыла) загрязнения,находящиеся на поверхности проволоки в виде тонкой пленки, распадаются на более мелкие частицы и смываются с поверхности металла. Частицы не налипают обратно на очищенную поверхность и не слипаются между собой. В состав моющего раствора входит минимальное количество компонентов при заявляемом соотношении, обеспечивающих высокое качество очистки поверхности фибры. Раствор является экологически безопасным и может применяться многократно. Изобретение поясняется двумя рисунками, где на фиг.1 представлен график зависимости степени извлечения смазочного материала с поверхности черновой фибры от массы карбоната натрия в моющем растворе, а на фиг.2 - зависимость степени извлечения смазочного материала с поверхности черновой фибры от массы ПАВ в моющем растворе. Реализация предлагаемого состава осуществлялась следующим образом. Удаление канатного смазочного материала с поверхности фибры проводили при кипячении(100) и перемешивании пучков металлических канатов и тросов в растворе кальцинированной соды(23) в присутствии поверхностно-активного вещества ПАВ (хозяйственного мыла). Для проведения эксперимента на электрическую плитку, оснащенную электромагнитной мешалкой,помещали термостойкий лабораторный стакан емкостью 250 мл с реакционной смесью, раствор доводили до кипения и загружали навеску пучков металлических канатов и тросов, полученную на технохимических лабораторных весах. В процессе обработки данным химическим способом в большинстве случаев происходит расщепление пучков канатов и тросов на отдельные волокна(металлическую проволоку). Раствор окрашивается в темно-бурый цвет, с легким запахом мыла, через несколько минут происходит осаждение мелкокристаллического осадка темно-бурого цвета. После проведения очистки, реакционную смесь с фибры сливали в другой термостойкий 3 лабораторный стакан (емкостью 250 мл), при этом часть осадка остается на дне стакана вместе с очищенной фиброй, а часть - переходит в отработанный раствор, который использовали для повторной очистки новой навески пучков металлических канатов и тросов(без дополнительных процессов фильтрования и декантации). Повторную очистку начинали проводить сразу, не давая жидкости остыть, довели объем реакционной смеси до 100 мл водой (если при первичной обработке произошла слишком большая потеря воды испарением), довели раствор до кипения и загрузили новую порцию фибры. Процесс повторяли. После обработки (промывания водой) и извлечения очищенных расщепленных волокон пучков канатов и тросов (черновой фибры) их высушивали на воздухе, взвешивали и рассчитывали степень извлечения канатного смазочного материала с поверхности фибры. Для определения оптимальных условий очистки было изучено влияние различных факторов(времени очистки, концентрации очищающих реагентов реакции, соотношения компонентов реакции) на степень извлечения канатного смазочного материала с поверхности фибры. Были проведены две серии опытов, которые позволили выбрать и установить оптимальные концентрации компонентов очищающего раствора. При проведении первой серии опытов концентрацию ПАВ оставляли постоянной, а концентрацию карбоната натрия постепенно увеличивали (таблица 1). Таблица 1 Результаты исследования влияния массы карбоната натрия в очищающем растворе на степень извлечения смазочного материала с поверхности черновой фибры (100 (2 О)100 мл 60 мин)Масса навески Масса навески до реакции, после реакции,(1), г Масса смазочного материала 1-2, г 0,052 0,231 0,322 0,341 0,416 0,433 0,454 На основании полученных данных было установлено,что выбранная максимальная концентрация 2 О 3 ( 3 г) в очищающем растворе приводит к наибольшей степени извлечения смазочного материала с поверхности пучков металлических канатов и тросов (фиг.1). Сода является активным моющим компонентом. При содержании в растворе соды более 2,5 мас. происходит ухудшение качества очистки поверхности проволоки, так как моющий раствор плохо удаляется с металлической поверхности, а при содержании менее 1,5 мас. раствор имеет недостаточную моющую способность. При содержании в моющем растворе кальцинированной соды менее 2 мас. не обеспечивается степень очистки металлической поверхности, т.е. раствор проявляет низкую моющую способность. Увеличивать содержание кальцинированной соды в растворе более 4 мас. нежелательно, т.к. такой моющий раствор плохо удаляется с металлической поверхности после промывки. Во второй серии опытов концентрацию карбоната натрия оставляли постоянной, а концентрацию ПАВ увеличивали (таблица 2). Таблица 2 Результаты исследования влияния массы ПАВ в очищающем растворе на степень извлечения смазочного материала с поверхности черновой фибры (100 (2 О)100 мл 60 мин) Масса Масса навески после навески до реакции, (2), г реакции, (1), г 10,137 10,186 10,041 10,190 10,072 10,137 10,172 Масса смазочного материала 1-2, г 0,261 0,390 0,461 0,424 0,543 0,462 0,502 Анализ экспериментальных данных показывает,что некоторая очистка поверхности фибры от смазочного материала происходит даже в отсутствие ПАВ, однако в присутствие только карбоната натрия в очищающем растворе и кипячении, смазочный материал всплывает на поверхность раствора и налипает на внутренние стенки стакана в виде вязких темно-коричневых образований,раствор при этом остается прозрачным. При постепенном увеличении содержания ПАВ в очищающих растворах смазочный материал растворяется, растворы становятся мутными и окрашиваются в светложелтые - темно-бурые цвета. Достаточно высокая степень очистки поверхности фибры от смазочного материала уже наблюдается при содержании ПАВ порядка 1 г. Дальнейшее увеличение содержания ПАВ приводит лишь к незначительному повышению степени извлечения смазочного материала (фиг.2). Таким образом, для очищения поверхности фибры от смазочного материала содержание ПАВ в очищающем растворе может варьироваться от 1-3 г на 100 мл воды. Следующая серия опытов была направлена на поиск оптимального соотношения компонентов реакционной смеси. Для ее проведения были подготовлены три раствора с различным соотношением компонентов и проведена очистка образцов, результаты эксперимента представлены в таблице 3. Таблица 3 Результаты исследования влияния соотношения компонентов (23 и ПАВ) очищающего раствора на степень извлечения смазочного материала с поверхности черновой фибры (100 (2)100 мл 60 мин) Масса Масса навески навески после реакции,до Масса смазочного материала 1 - 2, г 0,35 0,38 0,44 После проведения эксперимента, при осмотре очищенных образцов было установлено, что наилучший результат достигается при максимальном выбранном соотношении компонентов реакционной смеси (опыт 3) образцы чистые, смазочный материал на поверхности проволоки отсутствует, ржавчины нет. По мере уменьшения соотношения компонентов очищающей смеси на поверхности отдельных образцов, на внутренней поверхности стаканов увеличивается количество нерастворенного смазочного материала. Таким образом, на основании полученных опытных данных выбрано оптимальное соотношение компонентов реакционной смеси(моющего раствора) - 2 С 3 ПАВН 23 г 3 г 100 мл, обеспечивающее максимальную степень очистки черновой фибры от смазки и загрязнений. Экспериментально подтверждена возможность снижения содержания ПАВ в моющем растворе, при необходимости экономии материалов, в следующем соотношении компонентов - 23 П 2 О 3 г 1 г 100 мл. Анализ полученных данных показал, что даже при кратковременном воздействии очищающего раствора на образцы происходит достаточно высокая очистка поверхности черновой фибры от смазочного материала и различных загрязнений,однако увеличение времени воздействия очищающего раствора на пучки металлических канатов и тросов приводит к более высокой степени очистки. Для очищения поверхности черновой фибры от смазочного материала содержание ПАВ в очищающем растворе может варьироваться от 1-3 г на 100 мл воды. Выбранная максимальная концентрация 2 О 3 ( 3 г) в очищающем растворе приводит к наибольшей степени извлечения смазочного материала с поверхности пучков металлических канатов и тросов. Предлагаемый моющий раствор промышленно применим для очистки черновой металлической фибры, полученной из отрезков отработанных стальных канатов, от смазки и загрязнений и может быть многократно использован. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Моющий раствор для очистки черновой фибры,полученной из отрезков стальных канатов,содержащий соду и воду, отличающийся тем, что дополнительно содержит поверхностно-активное вещество - хозяйственное мыло, при следующем соотношении компонентов, мас. кальцинированная сода 3 поверхностно-активное вещество - хозяйственное мыло 1-3 вода остальное.