新型環(huán)保清洗劑的優(yōu)選

孫坤，章文捷，趙文忠

(1.中國電子科技集團(tuán)公司第二十研究所，西安 710068；2.中電科西北集團(tuán)有限公司，西安 710068)

近年來，化學(xué)品燃燒、爆炸的意外事件時(shí)有發(fā)生，往往造成嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)物資損失。國家已將堅(jiān)持安全發(fā)展、綠色發(fā)展作為可持續(xù)發(fā)展的必由之路，相關(guān)主管部門先后制定了多個(gè)綱領(lǐng)性文件和法律法規(guī)，明確要求相關(guān)單位通過優(yōu)化生產(chǎn)布局、工藝革新和技術(shù)改造等措施，減少危險(xiǎn)化學(xué)品使用量，提高本質(zhì)安全度[1]。

目前，本公司在軸承等金屬結(jié)構(gòu)件清洗過程均以汽油為清洗劑，采用傳統(tǒng)手工清洗方式。操作時(shí)需將汽油傾倒于敞口容器中，由于汽油的閃點(diǎn)和沸點(diǎn)極低，會(huì)快速揮發(fā)至工作場所，當(dāng)空氣中汽油含量達(dá)到2%～7%時(shí)，遇到火花就會(huì)引起爆炸燃燒，安全隱患較大；同時(shí)，汽油中含有苯等致癌物，長期吸入對人體危害較大；此外，汽油采購審批流程復(fù)雜，手續(xù)繁瑣，且運(yùn)輸需具備相關(guān)資質(zhì)，存儲(chǔ)需使用配備視頻監(jiān)控設(shè)備的專用庫房并24 h監(jiān)控和定期巡查[2-4]。

因此，采用新型環(huán)保清洗劑替代汽油進(jìn)行軸承等金屬零件清洗，對降低涉及危險(xiǎn)化學(xué)品工藝的安全風(fēng)險(xiǎn)，避免汽油采購、運(yùn)輸、存儲(chǔ)相關(guān)流程審批，從根本上解決汽油在使用、存儲(chǔ)中的安全隱患，進(jìn)一步踐行國家安全發(fā)展、綠色發(fā)展戰(zhàn)略都意義重大，且十分必要。

1 技術(shù)分析

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，水基清洗劑、溶劑型清洗劑已在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用，而碳?xì)淝逑磩┰趪鈶?yīng)用較多，在國內(nèi)應(yīng)用較少。目前可以替代汽油進(jìn)行金屬結(jié)構(gòu)件清洗的相關(guān)方案有3種：1)采用現(xiàn)有的專用于大型金屬零件清洗的水基超聲清洗設(shè)備與軸承進(jìn)行并線清洗，這種方案投入小，但槽內(nèi)殘留的細(xì)小鋁屑難以清除，極易進(jìn)入軸承內(nèi)部造成軸承卡死、滾動(dòng)體損傷等問題，同時(shí)槽內(nèi)殘留的切削液、油污等將對軸承造成二次污染；2)新購超聲清洗設(shè)備，并采用配套清洗劑進(jìn)行軸承清洗[5]，這種方案具有自動(dòng)化程度高，適用于大批量清洗作業(yè)，而對于軸承清洗具有小批量、多批次、間歇式的特點(diǎn)，新購軸承清洗設(shè)備會(huì)造成設(shè)備閑置，資源浪費(fèi)；3)采用適于手工清洗的新型清洗劑替代汽油，但所使用的清洗劑未能完全消除安全環(huán)保方面存在的潛在隱患。

基于上述分析，目前尚無適合本公司生產(chǎn)使用、可直接借鑒的汽油清洗替代方案，需要根據(jù)安全生產(chǎn)實(shí)際需求，開展清洗劑的優(yōu)選及應(yīng)用研究。首先對清洗劑的作用機(jī)理進(jìn)行分析，確定適應(yīng)于手工作業(yè)的清洗劑類別；再根據(jù)生產(chǎn)需求及安全生產(chǎn)目標(biāo)確定清洗劑的性能指標(biāo)，并以此為依據(jù)進(jìn)行清洗劑的初選；然后開展清洗劑的試驗(yàn)驗(yàn)證，優(yōu)選滿足生產(chǎn)、采購、運(yùn)輸、存儲(chǔ)等方面要求的新型清洗劑。

2 清洗劑初選

2.1 清洗劑機(jī)理

按照清洗劑的作用機(jī)理，現(xiàn)有清洗劑可分為兩類。第1類為水基清洗劑，其清洗去污機(jī)理如圖1所示：清洗劑中的表面活性分子與油脂污垢(以下簡稱油污)相接觸，降低油污的表面張力，使其變得松散、柔軟，并懸浮于溶液中或被增溶于膠束中，在外力作用下從固體表面脫離[6]。第2類為溶劑型清洗劑和碳?xì)淝逑磩饔脵C(jī)理為利用清洗劑對油污的良好溶解性進(jìn)行清洗，如圖2所示：油污與清洗劑混合后，基于相似相溶的原則，清洗劑進(jìn)入油污中并與其中的物質(zhì)分子鏈接觸，發(fā)生溶劑化作用；隨著清洗劑中分子不斷向內(nèi)層擴(kuò)散，溶劑化程度加深，油污中的物質(zhì)分子逐漸分散到清洗劑中，形成均勻的高分子化合物溶液，油污被清除[7]。同時(shí)，和水基清洗劑中的表面活性劑類似，該類清洗劑中的添加劑可以加速油污脫離固體表面。

待清洗油污含有酯基(RCOOR)、氨基(-NH2)、羥基(-OH)等大量親油基團(tuán)，水基清洗劑機(jī)理決定其與油污發(fā)生作用時(shí)，只有與清洗設(shè)備配合使用才能有較好的清洗效果，且清洗后工件表面的清洗劑殘液不能及時(shí)干燥，易對金屬基材產(chǎn)生腐蝕；而第2類清洗劑則通過與油污良好的相似相溶作用，在較短時(shí)間內(nèi)便可溶解油污，并能快速揮發(fā)：因此選擇第2類清洗劑替代汽油。

2.2 清洗劑性能指標(biāo)

目標(biāo)清洗劑的初選首先需確定性能指標(biāo)，但有關(guān)于清洗劑替代研究報(bào)道中，尤其是安全環(huán)保指標(biāo)，在實(shí)際篩選中可操作性不強(qiáng)，對本文所述清洗劑初選參考價(jià)值不大。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求，目標(biāo)清洗劑的清洗效果應(yīng)滿足間歇式、小批量作業(yè)需求，能快速揮發(fā)且滿足相關(guān)安全環(huán)保要求，還應(yīng)充分考慮清洗劑采購、存儲(chǔ)及廢液處理等問題。據(jù)此，在查閱相關(guān)資料基礎(chǔ)上對目標(biāo)清洗劑的宏觀要求進(jìn)行分解并細(xì)化重組，得到性能指標(biāo)具體要求。目標(biāo)清洗劑性能指標(biāo)確定過程如圖3所示，具體性能指標(biāo)見表1。

表1 目標(biāo)清洗劑性能指標(biāo)

2.3 初選結(jié)果

根據(jù)目標(biāo)清洗劑的具體性能指標(biāo)和廠家提供的資料，對調(diào)研獲取的10種第2類清洗劑進(jìn)行初選，見表2。結(jié)合清洗劑性能指標(biāo)，初步篩選出365AZ，KX-360，CARE-14A共3種符合性能指標(biāo)要求的清洗劑。

表2 清洗劑理化特性分析及初選意見匯總

3 清洗劑優(yōu)選

3.1 試片清洗試驗(yàn)

為驗(yàn)證清洗劑對常用潤滑油脂的溶解清洗能力，根據(jù)目標(biāo)清洗劑理化特性初選結(jié)果選擇符合技術(shù)指標(biāo)要求的365AZ，KX-360，CARE-14A及待廠家提供支撐資料的QR100，QAD660共5種清洗劑開展試片浸泡清洗試驗(yàn)，記錄試片表面油脂被清洗干凈所需時(shí)間，結(jié)果見表3。365AZ，KX-360，CARE-14A 清洗劑對于幾種典型常用潤滑油脂的去除能力強(qiáng)，而QR100和QAD660的去除效果較差，予以篩除。

表3 不同清洗劑清洗試片上油脂所需時(shí)間

3.2 軸承清洗試驗(yàn)

為驗(yàn)證不同牌號清洗劑對軸承潤滑油脂污垢的去除能力，以含有大量油污混合物的廢舊軸承為待清洗對象，分別將其浸泡于365AZ，KX-360，CARE-14A清洗劑中，記錄油污清洗所需時(shí)間。清洗過重油污軸承的清洗劑均由澄清透明變?yōu)楹谏⒂泻谏珰堅(jiān)恋?。為進(jìn)一步考察清洗劑的清潔能力，采用上述清洗過重油污軸承的3種清洗劑分別再次清洗重油污軸承，記錄油污清洗所需時(shí)間，廢舊軸承清洗前后外觀如圖4所示。記錄的清洗時(shí)間顯示，3種牌號干凈清洗劑及含油污清洗劑均能將重油污軸承在15 min內(nèi)清洗干凈，表明365AZ，KX-360，CARE-14A清洗劑均對油污溶解性良好。

3.3 揮發(fā)性試驗(yàn)

揮發(fā)性也是清洗劑一項(xiàng)主要指標(biāo)。揮發(fā)過慢，清洗劑容易殘留在工件表面，影響后續(xù)作業(yè)，延長生產(chǎn)周期，甚至?xí)斐闪慵P蝕；揮發(fā)過快，則會(huì)導(dǎo)致存儲(chǔ)和作業(yè)過程中清洗劑損耗過大。為測試不同清洗劑的揮發(fā)性，將浸泡于365AZ，KX-360，CARE-14A清洗劑中清洗干凈的試片和軸承分別取出，室溫晾曬，記錄晾干所需時(shí)間，結(jié)果見表4。

表4 不同清洗劑清洗后樣件晾干情況

根據(jù)晾干情況，365AZ和KX-360清洗后的試片均可在較短時(shí)間內(nèi)晾干(干燥時(shí)間不大于5 min)，而軸承結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在清洗劑中浸泡后晾干時(shí)間相比試片較長，但15 min時(shí)已無溶劑殘留，表明這2種清洗劑的晾曬效果與汽油相當(dāng)；而CARE-14A清洗后的試片和軸承晾曬30 min時(shí)樣件表面均有清洗劑殘留，表明CARE-14A揮發(fā)性較差，予以篩除。

3.4 腐蝕性試驗(yàn)

為驗(yàn)證清洗劑對軸承的腐蝕性，并考慮到清洗劑將用于其他金屬零件清洗，分別將鋼(25#)鍍鋅試片、鋁合金(5A06)導(dǎo)電氧化試片、鋁合金(5A06)鍍鎳試片、鋁合金(5A06)陽極化試片、不銹鋼(1Cr18Ni9Ti)鈍化試片和軸承浸泡在365AZ和KX-360清洗劑中4 h后取出，室溫晾干，檢查其外觀。所有試片及軸承表面狀態(tài)良好，未發(fā)現(xiàn)鍍層脫落、金屬銹蝕等破壞，表明這2種清洗劑均無腐蝕性。

3.5 刺激性氣味及可燃性測試

為測試清洗劑是否有刺激性氣味，記錄多名操作人員在面部距離清洗劑容器約1.5 m時(shí)正常呼吸感知365AZ和KX-360的氣味情況。為測試清洗劑的可燃性，室溫下分別將少量365AZ和KX-360置于金屬器皿中，用明火嘗試點(diǎn)燃。結(jié)果表明，這2種清洗劑在室溫常壓下無明顯氣味且遇明火不燃。

3.6 優(yōu)選結(jié)果

綜合考慮清洗劑試驗(yàn)效果、安全環(huán)保性能及采購、運(yùn)輸、存儲(chǔ)等因素可知：365AZ和KX-360均可滿足軸承清洗要求，并能快速揮發(fā)；根據(jù)廠家提供的第三方檢測報(bào)告，2種清洗劑均為非危險(xiǎn)化學(xué)品，可按照常規(guī)化學(xué)品要求進(jìn)行運(yùn)輸和存儲(chǔ)；2種清洗劑均為國內(nèi)生產(chǎn)，采購不受限，廢液可回收再利用或經(jīng)相關(guān)廢液回收機(jī)構(gòu)處置。但考慮長期使用365AZ的成本較高，最終確定采用KX-360型清洗劑替代汽油，進(jìn)行軸承等金屬零件的清洗。

4 結(jié)束語

本文通過分析清洗劑的作用機(jī)理和確定目標(biāo)清洗劑的性能指標(biāo)，完成清洗劑的初選，通過對比清洗試驗(yàn)、揮發(fā)性試驗(yàn)、腐蝕性試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果，確定采用KX-360清洗劑替代汽油對軸承等金屬零件進(jìn)行清洗，以滿足對清洗劑的清洗效果、安全環(huán)保性能及采購、運(yùn)輸、存儲(chǔ)等要求。