輪胎自潔素的配方設(shè)計與優(yōu)化

林 凱

(上海喜赫精細化工有限公司，上海 201620)

汽車輪胎在行進過程中受到路面塵埃、泥沙、尾氣等污垢的污染，在采取制動過程中，剎車片與剎車盤之間發(fā)生摩擦產(chǎn)生大量金屬粉末，由于靜電作用吸附在輪轂表面，這些金屬粉末與路面灰塵、車輛剎車油等污垢在高溫條件下逐漸與輪轂黏合在一起，形成堅固的黑灰、黃色污漬，清洗難度隨之增加，特別是前輪，往往需要大量的手工擦拭，費時費力。

輪胎自潔素可實現(xiàn)對輪胎的免擦清洗，既能防止輪轂擦傷，也能節(jié)省大量人工，提高工作效率。為了實現(xiàn)免擦清洗輪胎，需要通過多種表面活性劑原料，復(fù)配出一種強力清洗劑，能夠在不腐蝕破壞輪轂鍍膜的前提下，將輪胎、輪轂、剎車片的污垢清洗干凈，特別是針對輪轂和剎車片上的鐵粉要有較強的清洗能力。喜赫PO嵌段脂肪酸甲酯乙氧基化物FMEE及其磺酸鹽FMES具有良好的乳化作用，適用于低溫條件下對瀝青、泥土等雜質(zhì)的清洗，同時具有優(yōu)異的分散作用，可以將污垢、鐵灰膨脹松動，有利于高壓水槍的清洗[1]。將FMEE和FMES作為汽車清洗劑的成分，復(fù)配陰離子型滲透劑伯烷基磺酸鈉、烷基醇酰胺6501、鐵灰去除劑無磷乙二胺二鄰苯基乙酸鈉，并通過正交試驗確定5種原料的最佳配比。

1 實驗

1.1 主要試劑與儀器

試劑與材料：PO嵌段FMEE、FMES、無磷乙二胺二鄰苯基乙酸鈉EDDHA-Na、伯烷基磺酸鈉PAS-80，工業(yè)級，上海喜赫精細化工有限公司；6501、Spaw-60，工業(yè)級，上海清奈實業(yè)有限公司；瀝青、潤滑油，上海意特瑪莎拉蒂4S店維修部提供；硼砂、二乙醇胺、三氯乙烯，分析級，國藥集團化學(xué)試劑有限公司；鋁合金片10 cm×20 cm×0.6 cm，蘇州華魯金屬制造有限公司；納米鐵粉，上海允復(fù)納米科技有限公司。

儀器：XPR精密電子天平，梅特勒-托利多；小型高壓噴淋清洗機SL5L，深圳市三莉科技有限公司；龍卷風(fēng)泡沫槍、高壓噴水槍，上海路暢洗車場。

1.2 油污試片的制備與測試方法

1.2.1鋁合金油污的配制

將瀝青、潤滑油、Spaw-60、納米鐵粉、水泥粉和少量石墨碳粉、自來水混合攪拌均勻備用。將準(zhǔn)備好的鋁合金試片準(zhǔn)確稱重(m0)，浸入人造混合污垢中靜置5 min，取出后烘箱180 ℃烘烤1 h，并準(zhǔn)確稱重(m1)。

1.2.2清潔率

清洗后的試片，80 ℃烘干室溫保持24 h后稱重(m2)。

清潔率=[1-(m2-m0)/(m1-m0)]×100%

1.2.3泡沫測試

用3 MPa高壓泡沫槍將配好的洗車工作液在車身表面噴泡，秒表計算泡沫消失的時間。

1.3 清潔工藝

將鋁合金試片平放在配好的清洗液中靜置60 s，取出瀝干后放于小型噴淋試驗機噴洗區(qū)，常溫自來水噴淋，壓力0.3 MPa，前后對噴循環(huán)噴淋2 min，取出鋁合金片，用熱風(fēng)吹干。

1.4 輪胎清洗工藝

將輪胎自潔素按1∶3兌水稀釋，加入噴壺中，直接噴灑在輪胎要清潔的部位并停留1～3 min，后用高壓清洗槍沖刷車輛，高壓泵的壓力保持10 MPa，水槍水流量15～20 L/min，高壓水槍的扇形角20°，沖洗干凈即可。

2 實驗內(nèi)容

2.1 正交試驗因素水平的確定

喜赫PO嵌段FMEE具有低溫除油污性能好、泡沫低、易漂洗等特點，分子鏈結(jié)構(gòu)中有末端甲基和引入的環(huán)氧丙烷甲基，多個極性甲基基團可同步吸附于油污污垢分子表面，將油污徹底清洗。喜赫FMES對瀝青和積碳的清洗力較強，并有優(yōu)異的分散性，有利于溶脹輪轂表面的靜電灰。伯烷基磺酸鈉能提高清洗體系的滲透力，幫助工作液滲入硬表面和污垢的結(jié)合處，對污垢起到剝離作用[2]。無磷乙二胺二鄰苯基乙酸鈉對鐵灰和銹跡有明顯的去除效果，可以有效地螯合工作液中的金屬離子，溶解沉積于車身表面不溶于水的金屬皂鹽[3]。以喜赫PO嵌段 FMEE、FMES、伯烷基磺酸鈉、無磷乙二胺二鄰苯基乙酸鈉為因素，確定了正交試驗因素水平，正交試驗因素水平如表1所示。試驗測試結(jié)果與極差分析見表2。

表1 正交試驗因素水平表

2.2 各因素對清潔率的影響

由表2可知，對清潔率的影響因素排序為無磷乙二胺二鄰苯基乙酸鈉>喜赫PO嵌段FMEE>伯烷基磺酸鈉>喜赫FMES。無磷乙二胺二鄰苯基乙酸鈉EDDHA-Na對鐵離子螯合性能優(yōu)異，鐵離子螯合值為100 mg/g，分子結(jié)構(gòu)中含有2個配位體，可以與鐵離子形成穩(wěn)定的六元環(huán)狀結(jié)構(gòu)絡(luò)合物，消除非水溶性鐵粉的極性，將鐵粉轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水性，快速溶解剎車粉與道路污垢，提高輪轂的光亮性，無磷乙二胺二鄰苯基乙酸鈉對輪轂表面的薄層致密污垢清洗影響因素最大。喜赫PO嵌段FMEE為十八碳長碳鏈結(jié)構(gòu)，與各種油污有相似的碳烴結(jié)構(gòu)，根據(jù)相似

表2 正交試驗結(jié)果

相溶原理，F(xiàn)MEE對油污有優(yōu)異的增溶作用，在低溫條件下更容易清洗礦物油，輪轂或輪胎表面的污垢一般是各種顆粒污垢與油污形成的拒水混合體[4-5]。隨著油污的乳化分解，車身的污垢也被隨之徹底清洗，因此，具有優(yōu)異的除油性能的FMEE對車輛清洗影響也較大。伯烷基磺酸鈉滲透力出眾，協(xié)助清洗工作液沿污垢邊緣進入輪胎表面的泥沙或污垢與輪轂表面的結(jié)合處，降低污垢在硬表面的附著力，對各種污垢有卷離作用。喜赫FMES主要是對輪胎上的積碳、瀝青和難以清除的柏油有很好的去除效果[6]。

通過正交試驗分析，無磷乙二胺二鄰苯基乙酸鈉與喜赫PO嵌段FMEE對凈洗性能影響最明顯，伯烷基磺酸鈉和FMES次之。參考表2中的8號試驗，無磷乙二胺二鄰苯基乙酸鈉用量15 g/L，喜赫PO嵌段FMEE用量15 g/L，喜赫FMES用量10g/L，伯烷基磺酸鈉用量5/L，能獲得最高的清潔率，清潔率為71.15%。根據(jù)上述用量，將無磷乙二胺二鄰苯基乙酸鈉、喜赫PO嵌段FMEE、伯烷基磺酸鈉、喜赫FMES 4種原料按照質(zhì)量配比3∶3∶2∶1復(fù)配制得免擦洗車液的表面活性劑組分A，進一步與堿劑、助洗劑、溶劑復(fù)配提高免擦清洗效果。

2.3 堿劑用量對清潔率的影響

表面活性劑的活性隨使用溫度的升高相應(yīng)提升，洗車是在常溫條件下進行，特別是在寒冷的冬季，洗車液的溫度很低，單靠表面活性劑很難徹底將污垢清洗干凈，都會輔以堿性物質(zhì)提高清洗效果。過多使用強堿，如氫氧化鈉、氫氧化鉀會損傷輪轂表面鍍層等外飾，特別是對高檔車型和個性化輪轂的傷害更為嚴重，為了減少對輪轂的傷害，選擇二乙醇胺作為堿劑，二乙醇胺堿性弱，具有緩蝕與防銹作用，不僅能保護輪轂，也是性能優(yōu)異的鋁合金增亮劑，使輪轂洗后發(fā)光發(fā)亮[7]。二乙醇胺用量對清潔率的影響見圖1。

圖1 二乙醇胺用量對清潔率的影響

由圖1可知，二乙醇胺有一定的助洗效果，隨著二乙醇胺用量的增加，清潔率越高，當(dāng)二乙醇胺用量>6 g/L后，清潔率相對穩(wěn)定，提升不明顯。由此可知，二乙醇胺的最佳用量為6 g/L。

2.4 溶劑對清潔率的影響

在輪胎清洗工藝中，不僅工作液溫度低，整個清洗時間僅有幾分鐘，需要借助溶劑來降低輪轂表面的表面張力，減弱污垢與硬表面的結(jié)合力；同時溶劑對牢固硬化的污垢，特別是對金屬粉末有很好的溶脹作用，因此針對輪轂清洗工藝，溶劑必不可少。溶劑三氯乙烯在常溫條件下不僅對輪轂有很好的清洗作用，對天然橡膠有較強的溶解能力，還可以使輪胎煥然一新，輪胎清洗后發(fā)黑發(fā)亮。溶劑三氯乙烯用量對清潔率的影響見圖2。

圖2 溶劑三氯乙烯用量對清潔率的影響

由圖2可知，三氯乙烯用量為0～3.0 g/L，清潔率隨乙二醇丁醚用量的增加相應(yīng)提高比較明顯；當(dāng)三氯乙烯用量為3.0～6.0 g/L，清潔率提升緩慢；三氯乙烯用量超過6.0 g/L后，清潔率幾乎保持不變。由此可知，三氯乙烯的最佳用量為3.0 g/L。

2.5 助洗劑對清潔率的影響

助洗劑可以協(xié)助表面活性劑更好地乳化分散和懸浮污垢，在輪胎清洗工藝中，硼砂是一種性能優(yōu)異的助洗劑，硼砂可以去除氧化鐵皮，對輪轂或剎車盤上的銹跡、氧化鐵粉有很好的清洗效果。硼砂也可以在輪胎或輪轂表面形成一層可增強紫外線的透射率的薄膜，提高輪胎的光亮性。硼砂的用量對清潔率的影響見圖3。

圖3 硼砂的用量對清潔率的影響

由圖3可知，助洗劑硼砂用量為0～2.0 g/L時，清潔率隨助洗劑硼砂用量的增加相應(yīng)提高比較明顯；當(dāng)助洗劑硼砂用量超過2.0 g/L后，清潔率提升緩慢，幾乎沒有變化，因此將硼砂的用量確定為2.0 g/L。

2.6 6501用量對泡沫的影響

免擦輪胎清洗工藝對泡沫的要求是不能無泡，但要求泡沫在100 s內(nèi)逐步消失，從而將清洗液緩慢地釋放在輪胎表面，對清洗液充分的利用，最終形成的無泡工作液也有利于清水的沖洗。6501的用量對泡沫的影響見圖4。

圖4 6501的用量對泡沫的影響

由圖4可知，表面活性劑A體系的泡沫較低，主要原因是PO嵌段FMEE和FMES都屬于低泡沫表面活性劑，加入6501后，泡沫增多，6501具有優(yōu)異的增泡和穩(wěn)泡效果，當(dāng)6501用量為2.0 g/L時，整個體系的泡沫100 s左右徹底消失，符合免擦清洗的要求。

通過測試與分析二乙醇胺、三氯乙烯、硼砂用量對清潔率的影響以及6501的用量對泡沫的影響，最終確定了輪胎自潔素的原料配比。將上述幾種原料按照該比例配制成固含量20%的輪胎自潔素，在洗車店進行實際應(yīng)用測評，按照洗車工藝流程，共清洗各種轎車100輛，洗車工目測評價合格率為90%以上。清潔時如噴泡沫之前不可預(yù)洗輪胎，經(jīng)過預(yù)洗的車輛最終洗車效果均不理想，噴泡沫之前要盡可能地保持輪胎表面的干燥。

3 結(jié)論

無磷螯合劑乙二胺二鄰苯基乙酸鈉EDDHA-Na對硬表面免擦拭清洗效果的影響最大，通過正交試驗和單因素試驗確定表面活性劑、堿劑、助洗劑、溶劑、泡沫調(diào)整劑的最佳質(zhì)量配比為無磷乙二胺二鄰苯基乙酸鈉∶喜赫PO嵌段FMEE∶伯烷基磺酸鈉∶喜赫FMES∶二乙醇胺∶三氯乙烯∶硼砂∶6501=3∶3∶2∶1∶1.2∶1.2∶0.4∶0.4。將自配輪胎自潔素應(yīng)用于洗車店實際輪胎清洗，輪胎清洗之前不能預(yù)洗，直接噴輪胎自潔素工作液，靜置3～5 min后即可用清水沖洗。除前車輪嚴重的銹斑需要人工擦拭，其它污垢清洗均符合要求，適用于高檔車型的輪胎清洗。