книги из ГПНТБ / Лисовская Э.П. Физико-химические методы очистки поверхности деталей и изделий в судостроении обзор

Углеводородные растворители

Жидкие углеводороды (алифатические, алициклические, аро­ матические) нашли применение для целей очистки и обезжири­ вания одними из первых среди различных органических раство­ рителей.

Обладая низкой полярностью и сильной гидрофобностыо, углеводороды являются хорошими растворителями для непо­ лярных или слабополярных материалов, таких, как минеральные масла и смазки, битумы, пеки, каучук, жиры, некоторые смолы.

Втехнике очистки редко применяются чистые углеводороды,

аобычно смеси их. Так, например, большинство применяемых для очистки промышленно производимых продуктов, получае­ мых переработкой нефти или каменноугольной смолы, представ­

ля е т собой не индивидуальные соединения, а смесь различных углеводородов, содержащих алифатические и ароматические соединения. Типичный представитель таких растворителей — уайт-спирит (бензин-растворитель для лакокрасочной промыш­

спиртом», «минеральным скипидаром», «уайт-спиритом», в США^—«обычным минеральным спиртом».

Этот углеводородный растворитель, в основном алифатиче­ ского характера (состоящий из предельных углеводородов), со­ держит до 15% ароматических углеводородов. Также до 20% ароматических углеводородов содержится в авиационном бен­ зине Б-70 [70], [71] (ГОСТ 1012—54), находящем применение в практике очистки и обезжиривания и представляющем про­ дукт прямой перегонки нефти.

Основными достоинствами углеводородных растворителей яв­ ляется доступность, дешевизна и относительно высокая способ­ ность растворять различные жиры и масла.

Однако серьезнейшим недостатком этих веществ является легкая воспламеняемость, что послужило причиной непрерыв­ ного сокращения их использования для очистки с постепенной заменой либо негорючими органическими растворителями, либо водными и эмульсионными очищающими составами.

А л и ф а т и ч е с к и е ( н а с ы щ е н н ы е ) у г л е в о д о р о д ы линейной или разветвленной структуры широко используются в технике очистки и обезжиривания.

Основную долю органических растворителей этого состава, применяемых при очистке, составляли до недавнего времени продукты нефтепереработки — керосины, бензины, сольвент неф-

74

тяной. Дешевизна, относительная биологическая безвредность и хорошая растворяющая способность по отношению к твердым

вальных, полировальных и доводочных паст, консервационных смазок, вязких и жидкотекучих минеральных и растительных масел, эмульсолов, жировых загрязнений [18] с поверхности чер­ ных и цветных металлов и сплавов.

Для предварительной (перед ультразвуковой) очистки от тех же загрязнений производят замочку в бензине или керосине

мов — бензольного кольца или ядра, составляют заметную часть органических растворителей, применяемых в технике очистки и обезжиривания.

Применение они находят как в чистом виде (реже), так и входя в состав растворителей — продуктов перегонки нефти в смеси с алифатическими и алициклическими углеводородами.

Ароматические углеводороды растворяют большее число не­ полярных или слабополярных веществ (минеральных масел, би­ тумов, пеков, воска, каучука, жиров), чем парафиновые или

ложение между алифатическими и ароматическими по сеосй природе и свойствам. Как растворители они близки к алифати­ ческим растворителям. Для целей очистки из этих соединений наиболее широко используются некоторые циклопарафины, в ча­ стности, шестичленный циклогексан. Эти углеводороды называ­ ют также нафтенами.

Кроме углеводородов — насыщенных и ненасыщенных, в тех­ нике очистки и обезжиривания широко применяют различные их производные, в частности, содержащие кислород — спирты, эфи-

(ОН) группами и которые обладают, благодаря этому, сильной полярностью, хорошо растворяют масла, содержащие гидроксильные группы (например касторовое).

75

О

водные углеводородов, используемые для очистки, — алифатиче­ ские кетоны (ацетон, метилэтилкетон) и циклические кетоны (циклогексанон, метилциклогексанон), активные растворители многих смол (нитроцеллюлозные, сополимеры винилхлорида с винилацетатом, винилиденхлоридом, акрилонитрилом), в том чис­ ле таких, которые трудно растворяются в других растворителях.

Так, например, при температуре 18—20° С и в присутствии ультразвуковых колебаний интенсивностью 1 Вт/см2 ацетон за 1—2 мин удаляет пицеиновый клей с поверхности германия и кремния. Предварительная (перед ультразвуковой) очистка от консервирующих смазок, шлифовальных и полировальных паст, минеральных масел, жиров производится в ацетоне при 18—20° С в течение 1—30 мин.

нических растворителей могут служить препараты типа АМ-15, разработанные ВНИИЖ .

Они могут применяться в чистом виде и могут служить ос­ новой эмульсионных составов (концентрация 5—10% в воде).

Препараты обладают высокой растворяющей, диспергирую­ щей и эмульгирующей (в воде) способностью по отношению к мазутам, минеральным маслам и продуктам их разложения (на­

76

0,0008 мг/л, предельно допустимая концентрация паров раство­ рителя в воздухе производственных помещений 0,05 мг/л, верх­ ний предел взрываемости смеси паров с воздухом 43,5 мг/л,

получаемые при взаимодействии окиси этилена с различными спиртами. Они находят применение в составе различных очи­ щающих композиций и смывок, в частности, для удаления лако­ красочных пленок.

Г и д р о ц и к л и ч е с к и е у г л е в о д о р о д ы — производные нафталина, получаемые путем его гидрирования (присоединения водорода) в присутствии катализаторов. Благодаря высокой рас­ творяющей способности и низкой токсичности, некоторые из них (тетралин, декалин) применяются в технике очистки и обезжи­ ривания для растворения масел, жиров, смол, каучука и других

у г л е в о д о р о д о в — соединения, получаемые замещением од­ ного или нескольких атомов водорода в углеводородах гало­ идами.

Из весьма большого числа известных галоидпроизводных в технике очистки и обезжиривания находит применение ограни­ ченное количество — в основном хлор- и фторпроизводные (хлор- и фторуглеводороды).

77

В практически применяемых составах для очистки и обезжи­ ривания находят использование не только индивидуальные уг­

моющие средства содержат жидкое ПАВ, носитель, содержащий высокообъемный окисел металла или неметалла с величиной частиц 1—100 мкм, средней площадью поверхности 50—800 м2 /г и объемным весом 10—180 г/л, соль органической или неоргани­ ческой кислоты и 0,02—5% по массе донора протонов кислотного компонента (А). Компонентами (А) могут быть неорганические или органические кислоты, их соли, например KHSO4, двунатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты и ангидриды кис­ лот, например, уксусной, фталевой, янтарной.

В качестве ПАВ предпочтительны неиногенные ПАВ, которые могут быть смешаны с анионактивными, катионактивными или; амфотерными ПАВ, включая мыла.

В качестве носителей применяют двуокись кремния, алюмо­ силикат, окись магния, окись железа или окись титана.

Органическими связующими солями могут быть щелочнометаллические соли аминополикарбоновых кислот, этаноксифосфиновой кислоты, аминофосфиловых кислот, сополимеры этилена с малеиновым ангидридом, полиакрилаты, алкепилсукцинаты и фитат натрия. Неорганическими солями могут быть поли-, пиро- и метафосфаты, бораты и карбонаты щелочного металла.

Дополнительными компонентами могут быть: эмульгаторы, например диэтаноламид лауриновой кислоты; отбеливатели, на­ пример перборат натрия; ферменты, растворители, например эти­ ловый спирт, бензол и сульфокись диметила; бактерициды и дру­ гие вспомогательные моющие вещества.

Тр их л о р э т и л ен (ТХЭ)—один из старейших (1920 г.) хлоруглеводородных растворителей, используемых в технике очистки.

Основные показатели свойств приведены в табл. 27. Хорошо растворяет жиры, масла, воск, битумы, асфальт, па­

рафин. Смешивается в любых соотношениях с бензином, керо­ сином, минеральными маслами, бензолом, спиртом. Не действует на металлы.

Под действием УФ-лучей ТХЭ подвергается фотохимиче­ скому разложению, поэтому должен храниться в непрозрачной таре.

Попадание следов кислот в ТХЭ ведет к каталитическому его разложению с образованием хлористого водорода. Также

в ТХЭ. В дальнейшем могут протекать реакции по схеме Фри- дель-Крафтса.

78

Схематически каталитическое разложение ТХЭ и некоторых других хлоруглеводородов происходит по типу

Хлоруглеводороды

Наиболее широкое распространение в технике очистки по­ лучили некоторые хлорзамещенные углеводороды, галоидныепроизводные метана (СН4) —дихлорметан, трихлорметан, тетрахлорметан; этана (С2 Н6 ) —дихлорэтан, трихлорэтан; этилена- (С2 Н4 )—трихлорэтилен, тетрахлорэтилен [76]—[83].

Многие хлоруглеводороды обладают наркотическим дей­ ствием. Наиболее явно оно выражено у трихлорметана (хлоро­ форма) и тетрахлорметана, слабее у метиленхлорида, трихлорэтилена, трихлорэтана.

При соприкосновении ТХЭ с -открытым пламенем образуется: хлористый водород и углекислота и в качестве побочного про­ дукта— ядовитый газ фосген (СОСЬ).

ТХЭ разлагается также при соприкосновении с щелочными и щелочноземельными металлами (К, Na, Ва, Sr, Са), а также с. магнием и алюминием.

В ТХЭ нельзя обезжиривать детали, смоченные водным рас­ твором и эмульсиями, так как образуется нерастворимая клей­ кая масса.

Реагируя с едким натром, растворитель ТХЭ образует трихлорацетилен, способный вызывать опасные взрывы.

Применяемый для очистки ТХЭ должен быть стабилизирован: добавками, затрудняющими или предотвращающими возможное его разложение.

Составы таких добавок различны. Так, например, стабилиза­ ция трихлорэтилена по [84] производится с помощью компози­

коксигруппа, количество каждого из фенолов А и Б 0,002 — 1,0% от массы трихлорэтилена.

Могут дополнительно вводиться антиоксиданты, акцепторы', кислоты, металлоиндуцирующие ингибиторы разложения.

79»

Для предупреждения разложения три- и тетрахлорэтилена в них вводят различные стабилизирующие добавки в основном из класса алифатических аминов—дифениламин, диэтиламин и их смеси, имеющие tKim выше tKim растворителя. Концентрация обычно до 0,1%. Стабилизированный ТХЭ должен иметь р Н > 7 .

очищающего действия и свойствам весьма близок к ТХЭ и при­ меняется примерно в одинаковых масштабах. Основные показа­ тели свойств см. табл. 27.

Тетрахлорэтилен более устойчив, чем ТХЭ, но при г!>140°С под действием озона, кислорода, света разлагается.

При £>600°С разложение, как и у ТХЭ, сопровождается об­ разованием фосгена.

В отличие от ТХЭ тетрахлорэтилен инертен по отношению к алюминию и хлориду алюминия.

Для обезжиривания в паровой фазе использование перхлорэтилена предпочтительнее перед ТХЭ, так как температура кипе­ ния его на 34° выше, чем у ТХЭ, и более высокий удельный вес

фреон-30) очень хорошо растворяет жиры, масла, смолы, хлоркаучуки, поливинилхлорид, полистирол и другие при комнатной температуре. На металлы (кроме цинка) не действует, легка регенерируется и не изменяет свойств при многократной дистил­ ляции.

Так же, как и ТХЭ, разлагается под действием ультрафиоле­ товых лучей с образованием хлористого водорода.

При практическом использовании содержит небольшое коли­ чество стабилизатора (уротропин или триэтаноламин).

При продолжительном нагревании с водой выше 180° С раз­ лагается с образованием соляной и муравьиной кислот, хлори­ стого метила и метанола.

Дихлорметан успешно применяется [76] для удаления все­ возможных технологических загрязнений, например: удаления полировочных и притирочных паст при изготовлении лопаток

82