一種環(huán)保重垢型清洗劑的配制研究

陳 紅，朱寶偉，康 哲

(營口理工學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境工程系，遼寧 營口 115014)

因受到煉油工藝的影響，我國汽油中烯烴、芳烴含量偏高，容易在發(fā)動機的燃油噴嘴處、進氣閥及燃?xì)馐业炔课划a(chǎn)生積炭，使發(fā)動機的各項工作性能和尾氣的排放受到影響。因此控制汽車發(fā)動機的積炭形成是一項當(dāng)務(wù)之急的系統(tǒng)工程，不僅關(guān)系到汽車工業(yè)的發(fā)展和汽車技術(shù)的進步，并且與燃料種類選擇和燃油質(zhì)量的提高緊密相關(guān)[1-2]。在汽油中添加汽油清凈劑是抑制和清除發(fā)動機沉積物，延長發(fā)動機設(shè)計工況壽命，改善汽車尾氣排放的最快，最有效的辦法[3-8]。

目前，國內(nèi)除積炭的清洗劑還不是很多，主要是汽油、煤油等。不單能耗大而且清洗效果不是十分理想。因此實驗準(zhǔn)備研制出一種能有效并較為徹底地疏松和除去積炭，同時對環(huán)境沒有污染的新型環(huán)保重垢清洗劑。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

主要儀器：FM200型高剪切乳化機(上海弗魯克科技發(fā)展有限公司)；JJ-1型電動攪拌器、HH～2型數(shù)顯恒溫水浴鍋(江蘇金壇市環(huán)宇科學(xué)儀器廠)；JY系列電子天平；GZX-9246 數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱(上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠)；pHS-3C精密酸度計(上海虹益儀器儀表有限公司)。

主要試劑：椰子油脂肪酸二乙醇酰胺(6501)(分析純，忠信化工有限公司)；二乙二醇乙醚、苯并三氮唑(分析純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司)；硅酸鈉(分析純，天津市大茂化學(xué)試劑廠)；三乙醇胺(分析純，天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司)；乙二胺四乙酸鈉(分析純，沈陽市新化試劑廠)； 十二烷基硫酸鈉、十二烷基二甲基甜菜堿(化學(xué)純，山東優(yōu)索化工科技有限公司)；月桂醇醚硫酸鈉(化學(xué)純，臨沂市蘭山區(qū)綠森化工有限公司)；月桂醇聚氧乙烯(10)醚(化學(xué)純，江蘇省海安石油化工廠)；壬基酚聚氧乙烯醚(OP-10)(化學(xué)純，天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司)；乙二酰胺琥珀酸雙月桂酯磺酸鈉雙子表面活性劑(實驗室自制)。

1.2 實驗部分

1.2.1 實驗方法

通過不同類型表面活性劑、有機溶劑、緩蝕劑、螯合劑的選擇，進行實驗。實驗步驟如下：在500 mL燒杯中加入一定量的蒸餾水后加熱，水溫控制在60 ℃；隨后加入一定量的表面活性劑并不斷攪拌至全部溶解；保持60 ℃并連續(xù)攪拌下加入一定量的椰子油脂肪酸二乙醇酰胺，攪拌30 min后依次加入一定量的硅酸鈉、三乙醇胺、苯并三氮唑等其他助劑，攪拌至全部溶解后，改用乳化機乳化；乳化30 min后結(jié)束，得到目標(biāo)產(chǎn)品。

1.2.2 高、低溫穩(wěn)定性的測定

將得到的產(chǎn)品分成兩組，進行高、低溫穩(wěn)定性檢測，分別是低溫冷藏24 h、恒溫50 ℃水浴24 h。冷藏、40 ℃水浴的產(chǎn)品恢復(fù)到室溫后始終保持澄清透明狀態(tài)即為滿足高、低溫穩(wěn)定條件。

1.3 清洗劑的去污能力測定

本次實驗制備的重垢清洗劑清洗的重垢主要為汽車發(fā)動機上的積炭，本次實驗以營口大力汽保有限公司提供的重垢污垢為清洗對象。

(1)金屬污板的制備

使用干燥的金屬銅作為基材，稱重為M0，然后分別涂抹上質(zhì)量為0.15g左右的重垢污垢，使得銅片表面的污垢覆蓋均勻，然后將涂好的金屬片放在恒溫干燥箱中，溫度控制在(40+2)℃，干燥3h后取出，冷卻稱重M1。

(2)表面表面污垢的清洗處理實驗過程如下：

在100mL的燒杯中，倒入配置好的清洗劑溶液，放入水浴鍋中水浴加熱，在一定的溫度下，分別將金屬銅片放入到不同配方的清洗劑溶液中浸泡一定時間后，取出金屬銅片。使用鋼絲球反復(fù)刷洗一定時間，烘干冷卻后稱重M2。

(3)清洗劑凈洗率的計算

稱量清洗過后的金屬銅片的質(zhì)量，該質(zhì)量與未使用清洗劑清洗前的金屬銅片的質(zhì)量百分比即為重垢清洗劑的凈洗率M。

1.4 清洗劑腐蝕性測試

清洗劑腐蝕性測試方法按文獻[9]進行。

1.5 pH的測定

使用pH計準(zhǔn)確測試清洗劑的pH值。

2 結(jié)果與討論

2.1 篩選實驗

預(yù)配制得到的產(chǎn)品是性質(zhì)穩(wěn)定、環(huán)保安全。通過表2進行篩選實驗，初步實驗配方如表1所示。

首先考察了不同配方產(chǎn)品的穩(wěn)定性能，通過高低溫穩(wěn)定性的測試比較，配方D、E、F、G、H、I2、N、O、P穩(wěn)定性能較差，由此可以看出，表面活性劑類型、用量、配比等均會影響重垢清洗劑的穩(wěn)定性。對配方A、B、B2、H、I、K、L、M清洗劑產(chǎn)品進行了防銹性能的測試，結(jié)果顯示對金屬的腐蝕率較低。

表1 環(huán)保型重垢清洗劑的配方*

2.2 清洗劑的配方優(yōu)化

按表1的實驗配方，根據(jù)實驗配方組分的差異，本次實驗制備的重垢清洗劑可以分為以下兩類：第一類為表面活性劑復(fù)配型清洗劑，第二類是表面活性劑復(fù)配+有機溶劑型清洗劑。上述兩類重垢清洗劑的清洗性能對比如下表(以配方A、B、I、K為例)所示：

表2 不同配方的基本性能

通過實驗過程及結(jié)果分析，第一類表面活性劑復(fù)配型清洗劑在清洗重垢污垢的時候，重垢污垢在清洗劑中的溶解效果不好，因而不能達(dá)到更好的清洗效果，清洗效果不佳。反觀第二類清洗劑，重垢污垢在清洗劑中能更好地溶解，便于清洗，因此第二類清洗劑去污性能優(yōu)于第一類。第二類清洗劑中，清洗實驗結(jié)果表明，配方K優(yōu)于配方I。

采用正交試驗對配方K進行了優(yōu)化，正交因素如表3、結(jié)果如表4。

表3 正交試驗因素水平*

表4 正交試驗及結(jié)果*

由表3、表4可知，各組分對清洗劑性能的影響大小順序為：乙二酰胺琥珀酸雙月桂酯磺酸鈉用量 > 二乙二醇乙醚用量 >椰油酸二乙醇酰胺用量 >三乙醇胺用量，根據(jù)正交試驗得到清洗劑的最佳配方組合為A3B2C3D3，即乙二酰胺琥珀酸雙月桂酯磺酸鈉用量為8 g，三乙醇胺用量1g，二乙二醇乙醚用量1.5 g，椰油酸二乙醇酰胺用量10g。在此基礎(chǔ)上進行了延伸實驗，結(jié)果顯示增加每個因素的量，雖然會提高清洗劑的去污力，但是提高效果不顯著，以控制成本、節(jié)約資源為原則，選擇正交試驗所得到的配方為最終配方。

經(jīng)測定，配方的pH值=8.43，弱堿性符合使用需要。

3 結(jié)論

通過篩選實驗和正交試驗對表面活性劑、溶劑用量進行了優(yōu)化，配制得到了重垢型油污清洗劑清洗劑。較佳配方組成為：每100 g基準(zhǔn)品中含乙二酰胺琥珀酸雙月桂酯磺酸鈉為8 g、三乙醇胺1g、二乙二醇乙醚1.5 g、椰油酸二乙醇酰胺10g、硅酸鈉0.5g，苯并三氮唑 0.3g、乙二胺四乙酸鈉0.25g，余量為水。加料順序為：水→乙二酰胺琥珀酸雙月桂酯磺酸鈉 →椰子油脂肪酸二乙酰胺→ 二乙二醇乙醚→硅酸鈉→苯并三氮唑→乙二胺四乙酸二鈉，乳化溫度為60 ℃，乳化時間為30 min。

改清洗劑的高低溫穩(wěn)定性均良好，且常溫下對于發(fā)動機油污的去污力較強并對金屬板腐蝕性較低，具有一定的應(yīng)用價值。