本申请属于表面活性剂的技术领域，尤其涉及一种正庚酸三异丙醇胺皂及其制备方法和应用、金属清洗剂。
背景技术：
金属清洗是现代工业生产中不可或缺的工序之一，是针对金属加工前后处理过程以及金属设备使用过程中的清理、洗涤。污垢的存在不仅影响产品的外观质量、使用性能和寿命，严重时更会影响整个工序的进行。
目前常用的金属清洗剂一般分为溶剂型、半溶剂型和水基型。溶剂型清洗主要靠有机溶剂溶解污垢来达到清洗的目的，其清洗效果好，但易挥发，闪点低、毒性强，且产生大量voc排放，不环保。半溶剂型同样存在环保的问题。水基型金属清洗剂主要以表面活性剂为主，此外还添加少量助洗剂、缓蚀剂、消泡剂、助溶剂、抗再沉积剂等。
开发清洗效果好，效率高、成本低、范围广、更加环保的清洗剂已成为金属清洗发展的必然趋势，因而表面活性剂的选择起到关键性的作用。现有的表面活性剂往往无法兼备防锈、润滑、清洗、无/低泡、耐碱、抗硬水等多种性能。因此，开发一种兼备防锈、润滑、清洗、无/低泡、耐碱、抗硬水等多种性能的物质是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现要素：
有鉴于此，本申请提供了正庚酸三异丙醇胺皂及其制备方法和应用、金属清洗剂，有效解决现有现有的表面活性剂往往无法兼备防锈、润滑、清洗、无/低泡、耐碱和抗硬水性能的缺陷。
本申请第一方面提供了一种正庚酸三异丙醇胺皂，其结构式如式ⅰ所示：
本申请第二方面提供了正庚酸三异丙醇胺皂的制备方法，包括以下步骤：
将正庚酸与三异丙醇胺加热反应，制得正庚酸三异丙醇胺皂。
具体的，本申请的正庚酸三异丙醇胺皂的制备方法中选择低碳链的正庚酸和异构的三异丙醇胺反应，使得正庚酸三异丙醇胺皂具备无/低泡性。
作为优选，所述加热反应的温度为110℃～130℃；所述加热反应的时间为2～4h。
作为优选，所述正庚酸为温度为75℃～85℃的正庚酸。
作为优选，按照质量百分比计算，包括：
正庚酸18％～25％；
三异丙醇胺75％～82％。
更为优选，按照质量百分比计算，包括：
正庚酸21％；
三异丙醇胺79％。
具体的，本申请的正庚酸三异丙醇胺皂的制备方法中正庚酸和三异丙醇胺的反应比例会影响合成物的性能。正庚酸比例越高，润滑性越好，水溶性越差。相应的，三异丙醇胺越多，水溶性越好。要想得到水溶性佳、润滑性好，防锈良的多功能表面活性剂，庚酸和三异丙醇胺的反应比例是关键。
本申请第三方面提供所述正庚酸三异丙醇胺皂或所述制备方法制得的正庚酸三异丙醇胺皂在金属清洗剂中的应用。
本申请第四方面提供一种金属清洗剂，包括所述正庚酸三异丙醇胺皂或所述制备方法制得的正庚酸三异丙醇胺皂。
作为优选，所述金属清洗剂包括：正庚酸三异丙醇胺皂、碱性助剂、有机溶剂、螯合剂和水。
作为优选，按照质量百分比计算，包括：
作为优选，所述碱性助剂选自苛性碱、碳酸钠、无水偏硅酸钠、碳酸氢钠、三乙醇胺中的一种或多种；
所述有机溶剂选自异丙醇、乙二醇单丁醚、二丙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、二丙二醇甲醚中的一种或多种；
所述螯合剂选自乙二胺四乙酸四钠盐、酒石酸钠、海藻酸钠、葡糖糖酸钠、三聚磷酸钠、焦磷酸钾中的一种或多种。
更为优选，所述金属清洗剂按照质量百分比计算，包括
优选的，所述金属清洗剂的ph值9.0～10.0。
需要说明的是，添加碱性助剂，尤其是苛性钠等强碱可以有效的提高金属清洗剂的清洗性。一般，碱性清洗体系，碱性越高，越有利于清洗。但过高的碱性往往也会引起伤手、腐蚀金属等问题。本申请的金属清洗剂的ph值为9.0～10.0，可实现强碱性清洗剂的清洗效果。
本申请旨在开发一种多功能表面活性剂，兼备防锈、润滑、清洗、无/低泡、耐碱、抗硬水等多种性能，性能全面且优越的表面活性剂，使金属清洗变得方便、低廉且高效，有效解决现有金属清洗剂中组分不相容、分层、析出等问题。本申请提供了正庚酸三异丙醇胺皂及其制备方法和应用、金属清洗剂，本申请的正庚酸三异丙醇胺皂相对市面上常用的表面活性剂和油酸钾盐，本申请合成的正庚酸三异丙醇胺皂具有如下优势：
1、本申请提供的正庚酸三异丙醇胺皂制备方法简单、操作容易，相对地生产成本也较低，更利于工业化。
2、本申请的正庚酸三异丙醇胺皂不含苯环等有害组分，健康环保。
3、本申请的正庚酸三异丙醇胺皂在实际应用中，具有无泡、耐碱、除油和相容性好的性能。可广泛应用于不同碱度体系作为清洗类表面活性剂使用。
4、本申请的正庚酸三异丙醇胺皂具有很好的防锈性，在实际应用中可减少防锈剂的用量，节约生产成本。
综上所述，本申请正庚酸三异丙醇胺皂同时兼备无/低泡性，润滑、防锈、耐碱、清洗、耐强碱和无需加入消泡剂的性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本申请提供的正庚酸三异丙醇胺皂在氘水中的红外光谱图；
图2为本申请提供的正庚酸三异丙醇胺皂在氘水中的核磁共振氢谱测试结果图；
图3为本申请提供的实施例6中2h铸铁屑评判标准的对比参考图。
图4为本申请实施例提供的不同的润滑剂的攻丝扭矩曲线图。
具体实施方式
本申请提供了一种正庚酸三异丙醇胺皂及其制备方法和应用、金属清洗剂，用于解决现有技术中表面活性剂往往无法兼备防锈、润滑、清洗、无/低泡、耐碱和抗硬水性能的缺陷。
下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的正庚酸三异丙醇胺皂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将质量百分比为18％～25％的正庚酸投入到反应釜中，升温至80℃，备用；
(2)将质量百分比为75％～82％的三异丙醇胺缓慢投入到反应釜中，在110～130℃下反应2～4h，
(3)停止加热，自然冷却至室温，出料，即为正庚酸三异丙醇胺皂。
其中，以下实施例所用试剂或原料均为市售或自制；其中，对比例1为现有的常用的金属清洗剂—三乙醇胺油酸皂；对比例2为现有的非离子表面活性剂—脂肪酸甲酯聚氧乙烯醚。
实施例1
本申请实施例提供了第一种正庚酸三异丙醇胺皂的制备方法：
(1)将21％正庚酸投入到反应釜中，升温至80℃，备用；
(2)将79％三异丙醇胺缓慢投入到反应釜中，在125℃下反应3h，
(3)停止加热，自然冷却至室温，出料，标记为实施例1。
对本申请实施例制得的正庚酸三异丙醇胺皂进行红外光谱图和核磁共振氢谱检测，结果如图1～2所示，图1～2说明本申请实施例成功制得正庚酸三异丙醇胺皂。
实施例2
本申请实施例提供了第二种正庚酸三异丙醇胺皂的制备方法：
(1)将18％正庚酸投入到反应釜中，升温至80℃，备用；
(2)将82％三异丙醇胺缓慢投入到反应釜中，在125℃下反应3h，
(3)停止加热，自然冷却至室温，出料，标记为实施例2。
实施例3
本申请实施例提供了第三种正庚酸三异丙醇胺皂的制备方法：
(1)将25％正庚酸投入到反应釜中，升温至80℃，备用；
(2)将75％三异丙醇胺缓慢投入到反应釜中，在125℃下反应3h，
(3)停止加热，自然冷却至室温，出料，标记为实施例3。
实施例4
本申请实施例提供了测定实施例1的正庚酸三异丙醇胺皂的发泡力的试验，具体步骤如下：
依据gb/t7462-94《表面活性剂发泡力的测定改进ross-miles法》中发泡能力的测试方法，测试实施例1、对比例1(三乙醇胺油酸皂)、对比例2(脂肪酸甲酯聚氧乙烯醚)的发泡力。
1、配制工作液：分别将实施例1、对比例1和对比例2配置成0.25％的工作液，其中工作液中溶质为实施例1、对比例1和对比例2，溶剂为自来水；
2、恒温水浴，带有循环水泵，控制实施例1、对比例1和对比例2的温度在50±0.5℃；
3、仪器清洗：先用水冲洗，再用少量待测液润洗；
4、将部分待测液灌入分液漏斗至150mm刻度处；
5、将部分待测液灌入量筒至50ml刻度处；
6、量取500ml保持在50±0.5℃的待测液倒入分液漏斗，缓慢进行此操作，以免生成泡沫，待测液分别为实施例1、对比例1和对比例2的0.25％的工作液；
7、使分液漏斗中的液体不断流下，直到液面降至150mm刻度处；
8、以所形成的泡沫在液流停止后30s、3min、5min、8min、10min、12min和15min时的毫升数(泡沫体积)来表示结果。
9、试验结果如表1所示。
表1实施例1、对比例1和对比例2的不同时刻泡沫高度
10、试验结论：
对比例1初始泡沫量为320ml，15min时泡沫量为90ml，其泡沫非常丰富。对比例2有少量泡沫，属于低泡产品。实施例1初始泡沫量为0，属于无泡的表面活性剂，可避免其应用过程中泡沫造成的负面影响，具有很好的实际应用前景。
实施例5
本申请实施例提供了测定实施例1的正庚酸三异丙醇胺皂对人工油污的去除效率的试验，具体步骤如下：
参考jb/t4323.2-1999《水基金属清洗剂试验方法》中除油率的试验方法，测试实施例1、对比例1和对比例2对人工油污的去除效率。
1、将打磨并清洗过的试片3片，分别用挂钩挂好，在天平上称重，准确到0.1mg，此重量以p1表示；
2、将称量过的试片浸入到预先已加热到55℃±2℃的人工油污中5min以上，待试片与油温度相同后，提出试片，沥干至试片底部无明显油滴滴落。连同原挂钩一起称重，此重量以p2表示。p2-p1为试片的油污浸涂量。
3、将浸油并称重后的试片(用原挂钩固定)分别浸入到待测液中，25℃超声清洗2min，取出试片在55℃±2℃的烘箱中烘干15-30min，取出冷却到室温后进行称重，此重量以p3表示。p2-p3为被洗掉油污重量。
4、结果评定：
清洗能力以洗油率hi表示并按式(1)计算：首先分别求出3个试样的hi值，再求出他们的算术平均值h’，试样的hi值与算术平均值h’比较，误差不超过±2％的hi值为有效值，有效值的平均值为最后试验结果。若有效值少于2个，应重新试验。
5、试验结果如表2所示。
表2实施例1、对比例1和对比例2的除油率
6、实验结论：
实施例1、对比例1、对比例2的除油率分别为78.56％、54.97％、69.71％。所以，对比例1的除油率最低，实施例1的除油率最高。可见，实施例1具有较好的除油效果，可应用于清洗中作为除油脱脂剂。
实施例6
本申请实施例提供了测定实施例1的正庚酸三异丙醇胺皂的铸铁屑试验，具体步骤如下：
1、配制工作液：分别将实施例1、对比例1和对比例2配置成1％的对应的工作液，其中工作液中溶质为实施例1、对比例1和对比例2，溶剂为自来水；空白对比例为自来水。
2、试验步骤：取滤纸放入培养皿内，称取gg25铸铁屑2g±0.1g，散布于滤纸上，用滴管移取待测液2ml，使所有的铸铁屑润湿，盖上培养皿，18℃～28℃自然放置2小时，用自来水冲掉滤纸上的铸铁屑，滤纸在丙酮液中浸5秒钟，室温(18℃～28℃)自然干燥，铸铁屑评判标准如表3所示。试验结果根据滤纸上锈斑的多少按0～4级评定；
表3现有的2h铸铁屑评判标准
3、试验结果，结果如表4所示。
表4实施例1、对比例1和对比例2的2h铸铁屑试验结果
4、试验结论：
对比自来水2h铸铁屑试验结果说明，实施例1具有优异的防锈性。对比例1和对比例2的防锈性也不及本申请的实施例1。
实施例7
本申请实施例提供了测定实施例1的正庚酸三异丙醇胺皂的最大耐碱性试验，具体步骤如下：
配制不同氢氧化钠浓度的水溶液，分别测试实施例1、对比例1、对比例2的最大耐碱性。
1、用氢氧化钠和蒸馏水配制不同碱度的水溶液。
2、使用不同碱度的水溶液去配制1％浓度实施例1、对比例1、对比例2的溶液。
3、观察1％浓度实施例1、对比例1和对比例2在不同碱度水条件下的稳定性，出现分层或漂油时的碱用量即为最大耐碱量。
4、试验结果如表6所示。
表6实施例1、对比例1和对比例2的耐碱性
5、试验结论：
由耐碱性试验可知，对比例1不耐片碱，对比例2最高可耐4％片碱，可见，现有常规的表面活性剂不耐强碱，在强碱性体系会分层；而实施例1在2％～20％片碱体系下均没有发生分层情况，可见本申请的正庚酸三异丙醇胺皂可耐20％片碱，其耐碱性能远优于对比例1和对比例2，可见，对于本申请的正庚酸三异丙醇胺皂可在碱性和强碱性清洗剂中的广泛应用。
通过对比实施例1、对比例1和对比例2发现：对比例1和实施例1一样，均为皂类，但对比例1泡沫丰富难消，除油率也较差，防锈性一般。对比例2具有一定的除油效果，但防锈很差。实施例1兼备了对比例1和对比例2的所有优势，且性能更为优异，不仅无泡、耐碱、防锈性好，且单剂对人工油污有很好的的除油效果，本申请的正庚酸三异丙醇胺皂是一种多功能表面活性剂。
实施例8
本申请实施例提供了实施例1、对比例1和对比例2的攻丝试验，具体步骤包括：
用模拟试验机在设置有预留孔的金属材料直接进行攻丝试验，并用平均扭矩值来评价其加工的润滑性能。理论上说，攻丝扭矩值越低，润滑性越好。
分别以实施例1、对比例1和对比例2为溶质，自来水为溶剂，配制实施例1、对比例1和对比例2的1％工作液。
将实施例1、对比例1和对比例2的1％工作液分别进行攻丝试验。测试参数如下：转速：1200rpm；攻丝深度：12mm；扭力：400ncm；丝锥类型：m4挤压丝锥；测试块材质：7075铝。平均扭矩值如表7，攻丝扭矩曲线图如图4。
表7平均扭矩值
实施例9
本申请实施例提供了一种金属清洗剂，具体制备方法包括：
按预设的金属清洗剂总质量计，依次加入质量百分比为12％的正庚酸三异丙醇胺皂、质量百分比为2％的氢氧化钠、质量百分比为5％的五水偏硅酸钠、质量百分比为3％的碳酸钠、质量百分比为1％的乙二胺四乙酸四钠盐和77％去离子水。用搅拌器充分搅拌至混合均匀，标记为产物1。
对比例3
本申请实施例提供了一种对照产物，具体制备方法包括：
按预设的对照产物总质量计，依次加入质量百分比为12％的三乙醇胺油酸皂、质量百分比为2％的氢氧化钠、质量百分比为5％的五水偏硅酸钠、质量百分比为3％的碳酸钠、质量百分比为1％的乙二胺四乙酸四钠盐和77％去离子水。。用搅拌器充分搅拌至混合均匀，标记为产物2。
实施例10
本申请实施例提供了测定实施例9的产物1和对比例3的产物2对人工油污的去除效率的试验，具体步骤如下：
本申请实施例的测试方法参照实施例5的方法，试验结果如表8所示。
表8产物1和产物2的除油率
从表8可知，实施例9的产物1和对比例3的产物2的除油率分别为96.48％和77.06％。可见，正庚酸三异丙醇胺皂可应用于金属清洗剂中作为除油脱脂剂。
以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
1.一种正庚酸三异丙醇胺皂，其特征在于，其结构式如式ⅰ所示：
2.权利要求1所述的正庚酸三异丙醇胺皂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将正庚酸与三异丙醇胺加热反应，制得正庚酸三异丙醇胺皂。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述加热反应的温度为110℃～130℃；所述加热反应的时间为2～4h。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述正庚酸为温度为75℃～85℃的正庚酸。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，按照质量百分比计算，包括：
正庚酸18％～25％；
三异丙醇胺75％～82％。
6.权利要求1所述的正庚酸三异丙醇胺皂或权利要求2至5任意一项所述的制备方法制得的正庚酸三异丙醇胺皂在金属清洗剂中的应用。
7.一种金属清洗剂，其特征在于，包括权利要求1所述的正庚酸三异丙醇胺皂或权利要求2至5任意一项所述的制备方法制得的正庚酸三异丙醇胺皂。
8.根据权利要求7所述的金属清洗剂，其特征在于，所述金属清洗剂包括：正庚酸三异丙醇胺皂、碱性助剂、有机溶剂、螯合剂和水。
9.根据权利要求8所述的金属清洗剂，其特征在于，按照质量百分比计算，包括：
10.根据权利要求8所述的金属清洗剂，其特征在于，所述碱性助剂选自苛性碱、碳酸钠、无水偏硅酸钠、碳酸氢钠、三乙醇胺中的一种或多种；
所述有机溶剂选自异丙醇、乙二醇单丁醚、二丙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、二丙二醇甲醚中的一种或多种；
所述螯合剂选自乙二胺四乙酸四钠盐、酒石酸钠、海藻酸钠、葡糖糖酸钠、三聚磷酸钠、焦磷酸钾中的一种或多种。
技术总结