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(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014030）

【工藝開(kāi)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(xué)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(duì)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(wú)毒，具有清洗率高、低泡、防銹性好的優(yōu)點(diǎn)，各項(xiàng)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(lǐng)域，水基油污清洗劑以其以水代油、節(jié)約資源、無(wú)毒安全、環(huán)境友好等特點(diǎn)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(fù)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(yáng)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(biāo)等性能達(dá)不到工業(yè)清洗實(shí)際要求的問(wèn)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(yīng)進(jìn)行復(fù)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(xiàng)性能均達(dá)到JB/T 4323.1–1999《水基金屬清洗劑》的要求。

1 實(shí)驗(yàn)

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(jì)南贏?；び邢薰?；丙酮、無(wú)水乙醇、10% NaOH溶液、9%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))鹽酸溶液，鄭州卓利化工產(chǎn)品有限公司；150#液壓油，沈陽(yáng)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(yáng)州科力環(huán)保設(shè)備有限公司。

1. 2 主要設(shè)備

BS210S電子分析天平，沈陽(yáng)華玻實(shí)驗(yàn)室設(shè)備有限公司；HH-WO恒溫水浴鍋，上海浦東物理光學(xué)儀器廠；溫度計(jì)，赤峰九鼎中興實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；DGL-2001電熱鼓風(fēng)干燥箱，北京樂(lè)普納科技有限公司；PHS-3E型pH計(jì)，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(wú)錫德凡儀器有限公司。

1. 3 性能測(cè)試方法

1. 3. 1 單一表面活性劑的性能測(cè)試

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

1. 3. 1. 1 濁點(diǎn)

對(duì)單一非離子型表面活性劑溶液進(jìn)行加熱并不斷攪拌，杯內(nèi)插入溫度計(jì)，當(dāng)溶液出現(xiàn)渾濁時(shí)停止加熱，記錄此時(shí)的溫度，即為溶液的濁點(diǎn)。

1. 3. 1. 2 清洗率

參照J(rèn)B/T 4323.2–1999《水基金屬清洗劑 試驗(yàn)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(yàn)3次。

(1) 除油試片制備：取HT300灰鑄鐵試片，打磨后用無(wú)紡布蘸無(wú)水乙醇或丙酮溶液擦拭干凈，稱(chēng)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(chēng)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(chēng)重，記為m2，按式(1)計(jì)算清洗率η。

1. 3. 2 清洗劑的性能測(cè)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(duì)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(jìn)行測(cè)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(cè)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(shí)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(chēng)重，記為m3[2]。將試片全浸于試液中，每個(gè)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?dāng)[洗10次，用乙醇脫水和熱風(fēng)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(chēng)重，記為m4。觀察試樣外觀并計(jì)算腐蝕量?m=m3–m4，要求?m≤2 mg。

1. 3. 2. 3 消泡性

將清洗劑預(yù)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(dòng)1 min，上下?lián)u動(dòng)的距離約為0.33 m，頻率100 ～ 110次/min。搖動(dòng)完畢打開(kāi)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(yīng)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(yàn)無(wú)變化的試樣放入冰箱，在(2 ± 1) °C下保持24 h后恢復(fù)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(xué)耗氧量的測(cè)定 重鉻酸鉀快速法》測(cè)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(shuō)明書(shū)提供)、濁點(diǎn)和清洗能力見(jiàn)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(diǎn)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(shí)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(duì)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(guān)系見(jiàn)圖1。當(dāng)表面活性劑達(dá)到臨界膠束濃度(CMC)時(shí)，溶液的表面張力降至最低，此時(shí)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(tuán)[3]，其清洗效果也不會(huì)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(duì)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(jiàn)圖2。從圖2可知，4種表面活性劑清洗能力最強(qiáng)時(shí)的pH較接近，均在11.0 ～ 11.5范圍之間，說(shuō)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(guān)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(guān)系Figure2 Relationship of cleaning rate and pH of different surfactants

在上述試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)4種表面活性劑進(jìn)行正交復(fù)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J(rèn)B/T 4323.2–1999和QB/T 2117–1995測(cè)定清洗劑的各項(xiàng)性能，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 清洗劑的各項(xiàng)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(duì)45鋼和HT300灰鑄鐵無(wú)明顯腐蝕。

2. 3 不同表面活性劑含量對(duì)清洗劑清洗能力的影響

在正交試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，改變其中一種表面活性劑的用量，在室溫下對(duì)45鋼清洗5 min，以研究不同組分對(duì)清洗劑清洗能力的影響，結(jié)果見(jiàn)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(yīng)適當(dāng)。任一表面活性劑含量太低也清洗劑對(duì)油污的溶解和膨潤(rùn)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(duì)油污的濕潤(rùn)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(duì)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(duì)45鋼清洗5 min，以研究溫度對(duì)清洗劑清洗能力的影響，結(jié)果見(jiàn)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(qiáng)。但高于70 °C時(shí)繼續(xù)升溫，清洗率反而下降。分析原因?yàn)椋呵逑礈囟冗_(dá)到非離子表面活性劑的濁點(diǎn)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(shí)清洗率就已達(dá)90%，說(shuō)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(duì)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(guān)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(wú)毒，各項(xiàng)指標(biāo)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(jìn)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(yīng)用[J]. 汽車(chē)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(yàn)與應(yīng)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(cè)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