室溫高效環(huán)保水基油污清洗劑的研制

王慧，趙永武*

（包頭職業(yè)技術(shù)學院，內(nèi)蒙古 包頭 014030）

【工藝開發(fā)】

室溫高效環(huán)保水基油污清洗劑的研制

王慧，趙永武*

（包頭職業(yè)技術(shù)學院，內(nèi)蒙古 包頭 014030）

研究了α?烯基磺酸鈉(AOS)、烷基糖苷(APG0814)、平平加O-10和聚乙二醇辛基苯基醚這4種表面活性劑對45鋼和HT300灰鑄鐵上油污的清洗能力，得到了一種高效環(huán)保的室溫水基油污清洗劑，其配方為：聚乙二醇辛基苯基醚7 g/L，AOS 6 g/L，平平加O-10 6 g/L，APG0814 2 g/L，消泡劑BL-8601 2 g/L，羧酸鹽防銹劑1.2 ～ 1.3 g/L。該清洗劑無毒，具有清洗率高、低泡、防銹性好的優(yōu)點，各項性能滿足JB/T 4323.1–1999《水基金屬清洗劑》的要求。

水基型清洗劑；室溫；環(huán)保；表面活性劑；防銹

在現(xiàn)代工業(yè)清洗領域，水基油污清洗劑以其以水代油、節(jié)約資源、無毒安全、環(huán)境友好等特點得到業(yè)界的廣泛重視。水基油污清洗劑主要以離子型、非離子型以及兩性離子型表面活性劑為主要組分，并輔以一些助洗劑復配而成。水基型油污清洗劑中常用的離子型表面活性劑有陽離子型表面活性劑(如季銨化物)和陰離子型表面活性劑(如α?烯基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉等)；非離子型表面活性劑主要有聚乙二醇辛基苯基醚、脂肪酸甘油酯、烷基糖苷、聚山梨酯、平平加等；兩性離子表面活性劑主要有氨基酸、卵磷脂等[1]。

水基油污清洗劑雖然發(fā)展較快，但普遍存在清洗效率、防銹性能、泡沫指標等性能達不到工業(yè)清洗實際要求的問題。本文以清潔生產(chǎn)、高效生產(chǎn)為理念，利用陰離子表面活性劑α?烯基磺酸鈉與非離子表面活性劑聚乙二醇辛基苯基醚、烷基糖苷APG0814、平平加O-10的協(xié)同效應進行復配，并輔以羧酸鹽防銹劑、消泡劑BL-8601等助劑，研制出一種高效、環(huán)保、低泡的水基型油污清洗劑，各項性能均達到JB/T 4323.1–1999《水基金屬清洗劑》的要求。

1 實驗

1. 1 基體和主要試劑

聚乙二醇辛基苯基醚，江蘇省海安石油化工廠；平平加O-10，杭州久靈化工有限公司；α?烯基磺酸鈉(AOS)，鄭州浩榮化工有限公司；烷基糖苷(APG0814)，武漢大華偉業(yè)醫(yī)藥化工有限公司；羧酸鹽防銹劑，常州旭峰環(huán)?？萍加邢薰?；消泡劑BL-8601，濟南贏?；び邢薰?；丙酮、無水乙醇、10% NaOH溶液、9%(質(zhì)量分數(shù))鹽酸溶液，鄭州卓利化工產(chǎn)品有限公司；150#液壓油，沈陽托克斯化工有限公司；硫酸銀溶液、重鉻酸鉀溶液、硫酸亞鐵溶液，天津硯橋化工有限公司；45鋼試片(50 mm × 50 mm × 5 mm)、HT300灰鑄鐵試片(20 mm × 20 mm × 5 mm)，揚州科力環(huán)保設備有限公司。

1. 2 主要設備

BS210S電子分析天平，沈陽華玻實驗室設備有限公司；HH-WO恒溫水浴鍋，上海浦東物理光學儀器廠；溫度計，赤峰九鼎中興實驗設備有限公司；DGL-2001電熱鼓風干燥箱，北京樂普納科技有限公司；PHS-3E型pH計，上海嘉鵬科技有限公司。100 mL燒杯、玻璃棒、500 mL廣口瓶、500 mL搪瓷藥物缸、球形冷凝器移液管、濕熱器、錐形瓶、試片架，無錫德凡儀器有限公司。

1. 3 性能測試方法

1. 3. 1 單一表面活性劑的性能測試

分別配制質(zhì)量分數(shù)為2%的AOS、APG0814、聚乙二醇辛基苯基醚、平平加O-10溶液，進行以下性能測試。

1. 3. 1. 1 濁點

對單一非離子型表面活性劑溶液進行加熱并不斷攪拌，杯內(nèi)插入溫度計，當溶液出現(xiàn)渾濁時停止加熱，記錄此時的溫度，即為溶液的濁點。

1. 3. 1. 2 清洗率

參照JB/T 4323.2–1999《水基金屬清洗劑 試驗方法》，包含除油試片制備和除油兩步，每種表面活性劑平行試驗3次。

(1) 除油試片制備：取HT300灰鑄鐵試片，打磨后用無紡布蘸無水乙醇或丙酮溶液擦拭干凈，稱重，記為m0。將灰鑄鐵試片一面均勻地涂覆HH型液壓油(屬礦物油型液壓油)，油污量控制在50 ～ 80 mg之間，稱重，記為m1。

(2) 除油：將涂油試片放入25 °C的單一表面活性劑溶液中浸泡3 min，再擺洗3 min，用清水漂洗5 s后吹干，放入干燥箱中干燥20 min，稱重，記為m2，按式(1)計算清洗率η。

1. 3. 2 清洗劑的性能測試

參考JB/T 4323.2–1999和QB/T 2117–1995《通用水基金屬凈洗劑》，分別以HT300灰鑄鐵和45鋼為基體，對清洗劑的清洗能力、防銹性、腐蝕性、消泡性、高低溫穩(wěn)定性、pH及廢液COD進行測試。清洗劑配方為：聚乙二醇辛基苯基醚7 g/L，AOS 6 g/L，平平加O-10 6 g/L，APG0814 2 g/L，消泡劑BL-8601 2 g/L，羧酸鹽防銹劑1.2 ～ 1.3 g/L。

1. 3. 2. 1 清洗率和防銹性

清洗率測定同1.3.1.2，清洗后的HT300灰鑄鐵試片和45鋼試片在室溫下放置一段時間，觀察是否有銹蝕。

1. 3. 2. 2 腐蝕性

將盛有400 mL清洗劑溶液的搪瓷藥物缸放入恒溫水浴鍋中，在(70 ± 2) °C下恒溫。將試片置于(35 ± 2) °C干燥箱中干燥30 min，冷卻，稱重，記為m3[2]。將試片全浸于試液中，每個缸中放45鋼試片和HT300灰鑄鐵試片各一片，2 h后取出。用蒸餾水擺洗10次，用乙醇脫水和熱風吹干，檢查試片外觀，再將試片置于(35 ± 2) °C干燥箱中干燥30 min，冷卻后稱重，記為m4。觀察試樣外觀并計算腐蝕量?m=m3–m4，要求?m≤2 mg。

1. 3. 2. 3 消泡性

將清洗劑預熱至(30 ± 2 ) °C，倒入量筒中，使液面距筒塞下端面70 mm，蓋上塞子，在(30 ± 2 ) °C的電烘箱中放置10 min后取出，立即上下?lián)u動1 min，上下?lián)u動的距離約為0.33 m，頻率100 ～ 110次/min。搖動完畢打開筒塞，將量筒置于(30 ± 2) °C的電烘箱中靜置10 min，記錄殘留泡沫高度(應為泡沫高、低峰值的平均數(shù))。

1. 3. 2. 4 高、低溫穩(wěn)定性

(1) 高溫穩(wěn)定性：將清洗劑倒入量筒，加塞后放入(60 ± 2 ) °C干燥箱中，6 h后取出，待冷卻至室溫，觀察清洗劑狀態(tài)。

(2) 低溫穩(wěn)定性：將經(jīng)高溫試驗無變化的試樣放入冰箱，在(2 ± 1) °C下保持24 h后恢復至室溫，觀察清洗劑狀態(tài)。

1. 3. 2. 5 廢液COD

參照GB/T 14420–1993《鍋爐用水和冷卻水分析方法 化學耗氧量的測定 重鉻酸鉀快速法》測定。

2 結(jié)果與討論

2. 1 單一表面活性劑用量的確定

2. 1. 1 單一表面活性劑的性能

不同表面活性劑的HLB值(親水親油平衡值，說明書提供)、濁點和清洗能力見表1。從表1可知，聚乙二醇辛基苯基醚、APG0814、平平加O-10這3種非離子型表面活性劑的濁點和清洗率較高，陰離子型表面活性劑AOS的清洗率最高，四者均能滿足實際使用要求。

表1 不同表面活性劑的性能參數(shù)Table1 Performance parameters of different surfactants

2. 1. 2 表面活性劑含量對清洗能力的影響

不同表面活性劑的清洗率與其質(zhì)量濃度間的關系見圖1。當表面活性劑達到臨界膠束濃度(CMC)時，溶液的表面張力降至最低，此時再提高表面活性劑濃度，溶液的表面張力不再降低，而是形成大量膠團[3]，其清洗效果也不會發(fā)生改變。由圖1可知，平平加O-10的臨界膠束濃度為6 g/L，APG0814和AOS的臨界膠束濃度均為5 g/L，聚乙二醇辛基苯基醚的臨界膠束濃度為8 g/L。

2. 1. 3 表面活性劑pH對清洗能力的影響

采用10% NaOH溶液和9%鹽酸溶液調(diào)節(jié)表面活性劑溶液的pH，其清洗率的變化見圖2。從圖2可知，4種表面活性劑清洗能力最強時的pH較接近，均在11.0 ～ 11.5范圍之間，說明這4種表面活性劑在一定的pH范圍內(nèi)具有配伍性，符合選材要求。

圖1 不同表面活性劑清洗率與質(zhì)量濃度的關系Figure1 Relationship of cleaning rate and mass concentration of different surfactants

圖2 不同表面活性劑清洗率與pH的關系Figure2 Relationship of cleaning rate and pH of different surfactants

在上述試驗的基礎上，對4種表面活性劑進行正交復配，最終確定了清洗劑中各組分的配比為：聚乙二醇辛基苯基醚7 g/L，AOS 6 g/L，平平加O-10 6 g/L，APG0814 2 g/L，BL-8601 2 g/L，羧酸鹽防銹劑1.2 ～ 1.3 g/L。

2. 2 清洗劑的性能

參照JB/T 4323.2–1999和QB/T 2117–1995測定清洗劑的各項性能，結(jié)果見表2。

表2 清洗劑的各項性能參數(shù)Table2 Performance parameters of the cleaner

由表2可知，該水基清洗劑具有非常優(yōu)良的清洗能力，在48 h內(nèi)的防銹性能優(yōu)異，泡沫低，高、低溫穩(wěn)定性好，而且對45鋼和HT300灰鑄鐵無明顯腐蝕。

2. 3 不同表面活性劑含量對清洗劑清洗能力的影響

在正交試驗結(jié)果的基礎上，改變其中一種表面活性劑的用量，在室溫下對45鋼清洗5 min，以研究不同組分對清洗劑清洗能力的影響，結(jié)果見圖3。由圖3可知，清洗劑的清洗率并非與不同表面活性劑的含量呈正比，各表面活性劑的含量均應適當。任一表面活性劑含量太低也清洗劑對油污的溶解和膨潤能力也低，去污效果差。任一表面活性劑的含量太高也都不利于對油污的濕潤和滲透，而且較難降低油相和水相之間的表面張力，去污率有所降低。

2. 4 溫度對清洗劑清洗能力的影響

清洗劑組分保持不變，在不同溫度下對45鋼清洗5 min，以研究溫度對清洗劑清洗能力的影響，結(jié)果見圖4。從圖4可知，在10 ～ 70 °C的溫度范圍內(nèi)，隨溫度升高，清洗率先迅速升高后變化不大。這是由于表面活性劑的分散和增溶作用隨著清洗溫度升高而增強。但高于70 °C時繼續(xù)升溫，清洗率反而下降。分析原因為：清洗溫度達到非離子表面活性劑的濁點而溶解度下降，一些成分甚至因受熱分解而失效。從圖4還可看出，溫度為20 °C時清洗率就已達90%，說明該清洗劑在室溫下即可高效除油。

圖3 表面活性劑含量對清洗劑清洗能力的影響Figure3 Effect of surfactant content on cleaning ability of the cleaner

圖4 清洗率與清洗溫度的關系Figure4 Relationship of cleaning rate and cleaning temperature

3 結(jié)論

較優(yōu)的水基油污清洗劑配方為：聚乙二醇辛基苯基醚7 g/L，AOS 6g/L，平平加O-10 6 g/L，APG0814 2 g/L，BL-8601 2 g/L，羧酸鹽防銹劑1.2 ～ 1.3 g/L。該水基清洗劑在室溫下使用的清洗率在90%以上，具有優(yōu)良的防銹性能，低泡，安全無毒，各項指標滿足JB/T 4323.1–1999的要求，是一種高效環(huán)保的水基清洗劑。

[1] 李茂生. 金屬清洗技術(shù)進展[J]. 清洗世界, 2009, 25 (2): 34-39.

[2] 馬穎, 張吉偉, 張蕾. 常溫水基金屬清洗劑的研制與應用[J]. 汽車工藝與材料, 2004 (9): 22-23, 28.

[3] 傅祖良. 水基型多種金屬清洗液的試驗與應用[J]. 表面技術(shù), 1992, 21 (2): 86-90.

[ 編輯：周新莉 ]

Development of a highly efficient and environmentally friendly water-based cleaner for degreasing at room temperature

WANG Hui, ZHAO Yong-wu*

The ability of 4 kinds of surfactants including sodium alpha-olefin sulfonate (AOS), alkyl polyglycoside (APG0814), Peregal O-10 and polyethylene glycol octyl phenyl ether for cleaning greasy dirt on 45 steel and HT300 grey cast iron were studied. A highly efficient and environmentally friendly water-based cleaner for degreasing at room temperature was obtained with a formulation as follows: polyethylene glycol octyl phenyl ether 7 g/L, AOS 6 g/L, Peregal O-10 6 g/L, APG0814 2 g/L, defoamer BL-8601 2 g/L, and carboxylate anti-rusting agent 1.2-1.3 g/L. The cleaner is nontoxic and features advantages of high cleaning rate, low foam and good anti-rusting performance, meeting the standard of JB/T 4323.1–1999Water-based Metal Cleaner.

water-based cleaner; room temperature; environment-friendliness; surfactant; anti-rusting

TQ639.1

A

1004 – 227X (2017) 08 – 0415 – 04

10.19289/j.1004-227x.2017.08.006

2016–10–24

2017–03–24

王慧（1984–），女，內(nèi)蒙古包頭人，碩士，主要從事表面工程及檢測技術(shù)等研究。

趙永武，教授，(E-mail) zhaoyw@jiangnan.edu.cn。

First-author’s address:Baotou Vocational and Technical College, Baotou 014030, China