一种环保型纳米绝缘子清洗剂及其制备方法 |
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申请号 | CN202310373498.5 | 申请日 | 2023-04-10 | 公开(公告)号 | CN116376642B | 公开(公告)日 | 2024-03-22 |
申请人 | 北京中铁科新材料技术有限公司; 铁科金化检测中心有限公司; 中国铁道科学研究院集团有限公司金属及化学研究所; 铁科金化科技有限公司; 中国铁道科学研究院集团有限公司; | 发明人 | 伊钟毓; 杜玮; 王涛; 相若函; 石振平; 彭山青; 袁磊; 史懿; 魏曌; 贾恒琼; 吴韶亮; 郭犇; 董宏伟; | ||||
摘要 | 本 发明 涉及一种环保型纳米绝缘子 清洗剂 及其制备方法,所述清洗剂以 质量 百分含量计,由以下组分构成:pH调节剂0.5‑2%、 表面活性剂 8‑20%、成膜保护剂0.2‑1%、缓蚀剂0.2‑0.8%、 碳 量子点 0.2‑0.8%、螯合剂0.5‑1%,余量的 水 。本发明的清洗剂pH值适中,对人体及环境危害小,电导率极低,作业安全性高,对 橡胶 、陶瓷及金属均无 腐蚀 作用,适合多种应用。 | ||||||
权利要求 | 1.一种环保型纳米绝缘子清洗剂,其特征在于,所述清洗剂以质量百分含量计,由以下组分构成:pH调节剂0.5‑2%、表面活性剂8‑20%、成膜保护剂0.2‑1%、缓蚀剂0.2‑0.8%、碳量子点0.2‑0.8%、螯合剂0.5‑1%,余量的水; |
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说明书全文 | 一种环保型纳米绝缘子清洗剂及其制备方法技术领域[0001] 本发明涉及轨道交通技术领域,具体涉及一种环保型纳米绝缘子清洗剂及其制备方法。 背景技术[0002] 绝缘子是动车组及接触网系统常用的电子元器件,在沿海地区或高污染地区,绝缘子表面需要定期清洗,以达到清洁的目的。否则,绝缘子表面污秽堆积后,会使绝缘子的绝缘性能大幅度下降,甚至会击穿,形成闪络,又称污闪。若污闪形成后,绝缘子将会被破坏,导致其绝缘性能进一步下降,形成恶性循环,故绝缘子清洗工艺及清洗剂的使用,是决定绝缘子寿命的关键因素。现有的绝缘子清洗剂产品分为溶剂型、水基型及半水基型,目前产品以水基型和半水基型居多。现有的绝缘子清洗剂大多只关注清洗性能,而对清洗剂可能造成的腐蚀及环保问题研究较少。 [0003] CN112812895A提供了一种具有修复功能的复合绝缘子用清洗组合物,包括污垢清洗剂和有机硅橡胶修复剂,不含腐蚀性与禁限用物质,可以形成修复层,修复表层被腐蚀与凹凸不平的部分,含有的防尘剂可有效减小绝缘子后续的存污机率,延长清理周期。 [0005] 但是现有的硅橡胶复合绝缘子清洗剂存在着以下明显的不足:(1)VOC含量普遍较高,不符合环保要求;(2)电导率普遍偏高,在对电器元件的清洗中容易造成残留,增加安全隐患;(3)未考虑金属腐蚀性,在清洗过程中很容易对线路或者可能接触到的金属部件造成腐蚀。 发明内容[0007] 为了克服传统绝缘子清洗剂的缺点,本发明提供一种环保型纳米绝缘子清洗剂,该清洗剂具有适宜的pH值(弱碱性),对人体及环境危害小,电导率极低,作业安全性高,对橡胶、陶瓷及金属均无腐蚀作用,适合多种应用。本发明清洗剂VOC含量低于100g/L,属于低VOC清洗剂,该清洗剂在保证去污能力的同时,极大地降低了产品的电导率。本发明使用的表面活性剂可生物降解,对环境污染较小。本发明对于多种污垢都具有较好的清洗效果,具有很强的实用性。本发明清洗后表面形成一层高分子保护膜,能在一定时间内有效保护元器件。本产品含碳量子点纳米材料,可提升清洗效果,防止金属腐蚀。 [0008] 针对上述问题,本发明一方面提供了一种环保型纳米绝缘子清洗剂,该清洗剂以质量百分含量计,由以下组分构成:pH调节剂0.5‑2%、表面活性剂8‑20%、成膜保护剂0.2‑1%、缓蚀剂0.2‑0.8%、碳量子点0.2‑0.8%、螯合剂0.5‑1%,余量的水。 [0009] 优选的,所述清洗剂以质量百分含量计,由以下组分构成:pH调节剂0.5‑1%、表面活性剂10‑15%、成膜保护剂0.4‑0.8%、缓蚀剂0.2‑0.4%、碳量子点0.2‑0.5%、螯合剂0.5‑0.8%,余量的水。 [0010] 进一步优选的,所述清洗剂以质量百分含量计,由以下组分构成:pH调节剂0.8%、表面活性剂15%、成膜保护剂0.6%、缓蚀剂0.4%、碳量子点0.5%、螯合剂0.6%,余量的水。 [0011] 在一种实施方式中,所述pH调节剂选自三乙醇胺、异丙醇胺、二甘醇胺中的一种或多种。 [0012] 优选的,所述pH调节剂为三乙醇胺。 [0013] 在一种实施方式中,所述表面活性剂为非离子表面活性剂。 [0015] 进一步优选的,所述非离子表面活性剂为AEO‑9。 [0017] 优选的,所述成膜保护剂为月桂亚氨基二丙酸钠。 [0020] 进一步优选的,所述苯甲酸钠和苯并三氮唑的质量比为3:1。 [0021] 在一种实施方式中,所述碳量子点为氮掺杂柠檬酸碳量子点。 [0022] 优选的,所述氮掺杂柠檬酸碳量子点以乙二胺、柠檬酸为原料采用微波法制备而成。 [0023] 在一种实施方式中,所述氮掺杂柠檬酸碳量子点的制备方法包括以下步骤: [0024] (1)将1‑3g柠檬酸、0.5‑1g乙二胺,加入30‑50ml水中并完全溶解。 [0025] (2)将步骤(1)得到的溶液放入微波设备中,进行微波。 [0026] (3)将步骤(2)微波处理后的氮掺杂柠檬酸碳量子点进行冻干处理,得到固体粉末。 [0027] 优选的,所述步骤(1)为将2g柠檬酸、0.94g乙二胺,加入40ml水中并完全溶解。 [0028] 在一种实施方式中,步骤(2)中,所述微波条件为:微波功率为600‑900W,微波温度为160‑200℃,反应时间为15‑25min。 [0029] 优选的,所述微波条件为:微波功率为800W,微波温度为190℃,反应时间为20min。 [0030] 在一种实施方式中,所述螯合剂选自聚天冬氨酸或甲基甘氨酸二乙胺中的一种或多种。 [0031] 优选的,所述螯合剂为聚天冬氨酸。 [0032] 进一步优选的,所述聚天冬氨酸的平均分子量为5000‑10000。比如,购自于河北协同环保科技股份有限公司,CAS号:181828‑06‑8。 [0033] 一般而言,金属防腐体系(一般为无机盐类)的加入会使电导率提升,而在此体系下,本申请的发明人加入氨基酸盐类及碳量子点,不但可以减少无机盐类加入含量,又能起到防腐蚀,提升洗净力的作用。可能的原因是,氮掺杂柠檬酸碳量子点具有水溶性好、尺寸小、生物毒性低,可以快速,深入结合绝缘子表面污垢,提高清洗效果,并且,污垢清洗完成后,残留在绝缘子表面的碳量子点在成膜保护剂的作用下,在绝缘子表面形成了保护膜,可以进一步防止金属腐蚀。但是,该保护膜不稳定,发明人在大量实验中发现,加入聚天冬氨酸,并控制平均分子量为5000‑10000可以解决上述问题,提高保护膜的稳定性。可能的原因是,聚天冬氨酸加入清洗剂配方后,与成膜保护剂,碳量子点进一步结合,使得表面膜更加平滑,并具有自动净化功能,长期使用,能降低表面污物附着力,提高清洗效果。由于添加了抗腐蚀体系及碳量子点纳米材料,不但保护了绝缘子不受损害,也同时保证了清洗过程中可能接触的金属部件不受损害。本发明的清洗剂VOC含量低于100g/L,属于低VOC清洗剂产品。 [0034] 本发明另一方面提供上述环保型纳米绝缘子清洗剂的制备方法,该方法包括如下步骤:取去离子水,然后再依次加入表面活性剂、成膜保护剂、缓蚀剂、碳量子点、螯合剂,最后加入pH调节剂,搅拌,静置后即得。 [0035] 在一种实施方式中,加入pH调节剂调节pH值为7.0‑9.5。 [0036] 在一种实施方式中,搅拌过程转速为200‑500rpm,搅拌时间为10‑30min。 [0037] 优选的,搅拌过程转速为200‑500rpm,搅拌时间为20min。 [0038] 在一种实施方式中,静置时间为1‑5h。 [0039] 优选的,静置时间为2h。 [0040] 有益效果 [0041] 本发明的清洗剂电导率远低于现有清洗剂,清洗电器相对其他产品较安全;本发明的清洗剂pH值适中,对人体及橡胶损害极小。本发明的清洗剂可达到较高的清洗效果和防腐蚀性能,其洗净力相较其余产品都有较大提升。本发明的清洗剂的VOC限定值为19g/L,符合环保要求。本发明的清洗剂可以有效抑制腐蚀,提高清洗效果。本发明的清洗剂包含高分子成膜组分,可在一定时间内对绝缘子表面产生保护作用,提高其抗闪络能力。 具体实施方式[0042] 下面对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是,对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明,但并不构成对本发明的限定。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。 [0043] 实施例1‑6 [0044] 实施例1‑6的配方如下表1所示: [0045] 表1 [0046] [0047] [0048] 实施例1‑6氮掺杂柠檬酸碳量子点制备方法为: [0049] (1)将2g柠檬酸、0.94g乙二胺,加入40ml水中并完全溶解。 [0050] (2)将溶液放入微波设备中,设定功率为800W,温度为190℃,反应时间为15min。 [0051] (3)将步骤(2)微波处理后的氮掺杂柠檬酸碳量子点做冻干处理,得到固体粉末。 [0052] 所述聚天冬氨酸购自于购自于河北协同环保科技股份有限公司,CAS号:181828‑06‑8。 [0053] 实施例1‑6清洗剂的制备方法为:取去离子水,然后再依次加入AEO‑9、月桂亚氨基二丙酸钠、苯甲酸钠、苯并三氮唑、氮掺杂柠檬酸碳量子点,聚天冬氨酸,最后加入三乙醇胺调节pH为8.25,搅拌20min,搅拌转速为350rpm,静置2h,即得。 [0054] 实施例7 [0055] 与实施例6不同之处在于,聚天冬氨酸平均分子量为10000。 [0056] 实施例8 [0057] 实施例8与实施例6不同之处在于,螯合剂使用甲基甘氨酸二乙胺。 [0058] 对比例1 [0059] 对比例1与实施例6的不同之处在于,氮掺杂柠檬酸碳量子点采用水热法制备,制备方法为: [0060] (1)将2g柠檬酸、0.94g乙二胺,加入40ml水中并完全溶解。 [0061] (2)将溶液放置在水热反应釜中,放入烘箱,设置反应温度为190℃,时间为6h。 [0062] (3)将步骤(2)微波处理后的氮掺杂柠檬酸碳量子点进行冻干处理,得到固体粉末。 [0063] 对比例2 [0064] 对比例2与实施例6不同之处在于,AEO‑9含量为5%。 [0065] 对比例3 [0066] 对比例3与实施例6不同之处在于,氮掺杂柠檬酸碳量子点含量为0.1%。 [0067] 对比例4 [0068] 对比例4与实施例6不同之处在于,氮掺杂柠檬酸碳量子点含量为1%。 [0069] 对比例5与实施例6不同之处在于,采用柠檬酸代替氮掺杂柠檬酸碳量子点。 [0070] 试验例: [0071] 性能测试: [0072] 1、金属腐蚀性:参照Q/CR 468‑2015动车组外表面清洗剂标准对实施例1‑8、对比例1‑5进行测试。具体方法为:将45#钢试片浸入至5%清洗剂溶液中,在40℃条件下实验4h,取出后观察外观,计算失重量,结果计入下表2。 [0073] 2、洗净力:参照Q/CR 468‑2015动车组外表面清洗剂标准对实施例1‑8、对比例1‑5进行测试。具体方法为:将油污涂刷至特定试片表面,浸没到5%清洗剂溶液中,通过摆洗机进行浸泡,摆洗,随后称重,计算洗掉油污的百分比,结果计入下表2。 [0074] 3、电导率:使用电导率测试仪测试实施例1‑8、对比例1‑5原液电导率,结果计入下表2。 [0075] 表2 [0076] [0077] 4、接触角实验 [0078] 试验样品:样品1:聚天冬氨酸分子量为3000,其余与实施例6相同;样品2:实施例6的清洗剂;样品3:实施例7的清洗剂;样品4:聚天冬氨酸分子量为20000,其余与实施例6相同。 [0079] 实验方法:采用样品1‑4对绝缘子材质的样片进行浸泡,2h后取出,测试材料与水的接触角。结果如下表3所示: [0080] 表3 [0081] [0082] [0083] 由于接触角越大,疏水性越高,膜的质量越好,因此,上述样品2‑3接触角均超过120,因此,二者的膜质量优于样品1和样品4。 [0085] 上述实验结果说明,在相同的浓度条件下,产品具有适中的pH值,且拥有更低的电导率,离子含量更低,更加安全。且对45#钢的腐蚀性很低,有效保护清洗过程中可能接触到的钢部件。 [0086] 6、VOC含量测试:采用GB/T 38508‑2020《清洗剂挥发性有机化合物含量限值》对实施例6的产品进行测试,其VOC含量为=19g/L,符合GB/T 38508‑2020《清洗剂挥发性有机化合物含量限值》中低VOC清洗剂的要求。 [0087] 7、非离子表面活性剂的选择:采用实施例6的配方以及制备方法,区别仅在于使用了不同的非离子表面活性剂:AEO‑9、AEO‑7、6501,参考Q/CR468‑2015洗净力测试方法测试洗净力,结果如下表4所示。 [0088] 表4 [0089]成分 AEO‑9 AEO‑7 6501 洗净力(%) 98.01 82 84 |