室温高效环保水基油污清洗剂的研制

王慧，赵永武*

（包头职业技术学院，内蒙古 包头 014030）

【工艺开发】

室温高效环保水基油污清洗剂的研制

王慧，赵永武*

（包头职业技术学院，内蒙古 包头 014030）

研究了α−烯基磺酸钠(AOS)、烷基糖苷(APG0814)、平平加O-10和聚乙二醇辛基苯基醚这4种表面活性剂对45钢和HT300灰铸铁上油污的清洗能力，得到了一种高效环保的室温水基油污清洗剂，其配方为：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，消泡剂BL-8601 2 g/L，羧酸盐防锈剂1.2 ～ 1.3 g/L。该清洗剂无毒，具有清洗率高、低泡、防锈性好的优点，各项性能满足JB/T 4323.1–1999《水基金属清洗剂》的要求。

水基型清洗剂；室温；环保；表面活性剂；防锈

在现代工业清洗领域，水基油污清洗剂以其以水代油、节约资源、无毒安全、环境友好等特点得到业界的广泛重视。水基油污清洗剂主要以离子型、非离子型以及两性离子型表面活性剂为主要组分，并辅以一些助洗剂复配而成。水基型油污清洗剂中常用的离子型表面活性剂有阳离子型表面活性剂(如季铵化物)和阴离子型表面活性剂(如α−烯基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠等)；非离子型表面活性剂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；两性离子表面活性剂主要有氨基酸、卵磷脂等[1]。

水基油污清洗剂虽然发展较快，但普遍存在清洗效率、防锈性能、泡沫指标等性能达不到工业清洗实际要求的问题。本文以清洁生产、高效生产为理念，利用阴离子表面活性剂α−烯基磺酸钠与非离子表面活性剂聚乙二醇辛基苯基醚、烷基糖苷APG0814、平平加O-10的协同效应进行复配，并辅以羧酸盐防锈剂、消泡剂BL-8601等助剂，研制出一种高效、环保、低泡的水基型油污清洗剂，各项性能均达到JB/T 4323.1–1999《水基金属清洗剂》的要求。

1 实验

1. 1 基体和主要试剂

聚乙二醇辛基苯基醚，江苏省海安石油化工厂；平平加O-10，杭州久灵化工有限公司；α−烯基磺酸钠(AOS)，郑州浩荣化工有限公司；烷基糖苷(APG0814)，武汉大华伟业医药化工有限公司；羧酸盐防锈剂，常州旭峰环保科技有限公司；消泡剂BL-8601，济南赢裕化工有限公司；丙酮、无水乙醇、10% NaOH溶液、9%(质量分数)盐酸溶液，郑州卓利化工产品有限公司；150#液压油，沈阳托克斯化工有限公司；硫酸银溶液、重铬酸钾溶液、硫酸亚铁溶液，天津砚桥化工有限公司；45钢试片(50 mm × 50 mm × 5 mm)、HT300灰铸铁试片(20 mm × 20 mm × 5 mm)，扬州科力环保设备有限公司。

1. 2 主要设备

BS210S电子分析天平，沈阳华玻实验室设备有限公司；HH-WO恒温水浴锅，上海浦东物理光学仪器厂；温度计，赤峰九鼎中兴实验设备有限公司；DGL-2001电热鼓风干燥箱，北京乐普纳科技有限公司；PHS-3E型pH计，上海嘉鹏科技有限公司。100 mL烧杯、玻璃棒、500 mL广口瓶、500 mL搪瓷药物缸、球形冷凝器移液管、湿热器、锥形瓶、试片架，无锡德凡仪器有限公司。

1. 3 性能测试方法

1. 3. 1 单一表面活性剂的性能测试

分别配制质量分数为2%的AOS、APG0814、聚乙二醇辛基苯基醚、平平加O-10溶液，进行以下性能测试。

1. 3. 1. 1 浊点

对单一非离子型表面活性剂溶液进行加热并不断搅拌，杯内插入温度计，当溶液出现浑浊时停止加热，记录此时的温度，即为溶液的浊点。

1. 3. 1. 2 清洗率

参照JB/T 4323.2–1999《水基金属清洗剂 试验方法》，包含除油试片制备和除油两步，每种表面活性剂平行试验3次。

(1) 除油试片制备：取HT300灰铸铁试片，打磨后用无纺布蘸无水乙醇或丙酮溶液擦拭干净，称重，记为m0。将灰铸铁试片一面均匀地涂覆HH型液压油(属矿物油型液压油)，油污量控制在50 ～ 80 mg之间，称重，记为m1。

(2) 除油：将涂油试片放入25 °C的单一表面活性剂溶液中浸泡3 min，再摆洗3 min，用清水漂洗5 s后吹干，放入干燥箱中干燥20 min，称重，记为m2，按式(1)计算清洗率η。

1. 3. 2 清洗剂的性能测试

参考JB/T 4323.2–1999和QB/T 2117–1995《通用水基金属净洗剂》，分别以HT300灰铸铁和45钢为基体，对清洗剂的清洗能力、防锈性、腐蚀性、消泡性、高低温稳定性、pH及废液COD进行测试。清洗剂配方为：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，消泡剂BL-8601 2 g/L，羧酸盐防锈剂1.2 ～ 1.3 g/L。

1. 3. 2. 1 清洗率和防锈性

清洗率测定同1.3.1.2，清洗后的HT300灰铸铁试片和45钢试片在室温下放置一段时间，观察是否有锈蚀。

1. 3. 2. 2 腐蚀性

将盛有400 mL清洗剂溶液的搪瓷药物缸放入恒温水浴锅中，在(70 ± 2) °C下恒温。将试片置于(35 ± 2) °C干燥箱中干燥30 min，冷却，称重，记为m3[2]。将试片全浸于试液中，每个缸中放45钢试片和HT300灰铸铁试片各一片，2 h后取出。用蒸馏水摆洗10次，用乙醇脱水和热风吹干，检查试片外观，再将试片置于(35 ± 2) °C干燥箱中干燥30 min，冷却后称重，记为m4。观察试样外观并计算腐蚀量∆m=m3–m4，要求∆m≤2 mg。

1. 3. 2. 3 消泡性

将清洗剂预热至(30 ± 2 ) °C，倒入量筒中，使液面距筒塞下端面70 mm，盖上塞子，在(30 ± 2 ) °C的电烘箱中放置10 min后取出，立即上下摇动1 min，上下摇动的距离约为0.33 m，频率100 ～ 110次/min。摇动完毕打开筒塞，将量筒置于(30 ± 2) °C的电烘箱中静置10 min，记录残留泡沫高度(应为泡沫高、低峰值的平均数)。

1. 3. 2. 4 高、低温稳定性

(1) 高温稳定性：将清洗剂倒入量筒，加塞后放入(60 ± 2 ) °C干燥箱中，6 h后取出，待冷却至室温，观察清洗剂状态。

(2) 低温稳定性：将经高温试验无变化的试样放入冰箱，在(2 ± 1) °C下保持24 h后恢复至室温，观察清洗剂状态。

1. 3. 2. 5 废液COD

参照GB/T 14420–1993《锅炉用水和冷却水分析方法 化学耗氧量的测定 重铬酸钾快速法》测定。

2 结果与讨论

2. 1 单一表面活性剂用量的确定

2. 1. 1 单一表面活性剂的性能

不同表面活性剂的HLB值(亲水亲油平衡值，说明书提供)、浊点和清洗能力见表1。从表1可知，聚乙二醇辛基苯基醚、APG0814、平平加O-10这3种非离子型表面活性剂的浊点和清洗率较高，阴离子型表面活性剂AOS的清洗率最高，四者均能满足实际使用要求。

表1 不同表面活性剂的性能参数Table1 Performance parameters of different surfactants

2. 1. 2 表面活性剂含量对清洗能力的影响

不同表面活性剂的清洗率与其质量浓度间的关系见图1。当表面活性剂达到临界胶束浓度(CMC)时，溶液的表面张力降至最低，此时再提高表面活性剂浓度，溶液的表面张力不再降低，而是形成大量胶团[3]，其清洗效果也不会发生改变。由图1可知，平平加O-10的临界胶束浓度为6 g/L，APG0814和AOS的临界胶束浓度均为5 g/L，聚乙二醇辛基苯基醚的临界胶束浓度为8 g/L。

2. 1. 3 表面活性剂pH对清洗能力的影响

采用10% NaOH溶液和9%盐酸溶液调节表面活性剂溶液的pH，其清洗率的变化见图2。从图2可知，4种表面活性剂清洗能力最强时的pH较接近，均在11.0 ～ 11.5范围之间，说明这4种表面活性剂在一定的pH范围内具有配伍性，符合选材要求。

图1 不同表面活性剂清洗率与质量浓度的关系Figure1 Relationship of cleaning rate and mass concentration of different surfactants

图2 不同表面活性剂清洗率与pH的关系Figure2 Relationship of cleaning rate and pH of different surfactants

在上述试验的基础上，对4种表面活性剂进行正交复配，最终确定了清洗剂中各组分的配比为：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，羧酸盐防锈剂1.2 ～ 1.3 g/L。

2. 2 清洗剂的性能

参照JB/T 4323.2–1999和QB/T 2117–1995测定清洗剂的各项性能，结果见表2。

表2 清洗剂的各项性能参数Table2 Performance parameters of the cleaner

由表2可知，该水基清洗剂具有非常优良的清洗能力，在48 h内的防锈性能优异，泡沫低，高、低温稳定性好，而且对45钢和HT300灰铸铁无明显腐蚀。

2. 3 不同表面活性剂含量对清洗剂清洗能力的影响

在正交试验结果的基础上，改变其中一种表面活性剂的用量，在室温下对45钢清洗5 min，以研究不同组分对清洗剂清洗能力的影响，结果见图3。由图3可知，清洗剂的清洗率并非与不同表面活性剂的含量呈正比，各表面活性剂的含量均应适当。任一表面活性剂含量太低也清洗剂对油污的溶解和膨润能力也低，去污效果差。任一表面活性剂的含量太高也都不利于对油污的湿润和渗透，而且较难降低油相和水相之间的表面张力，去污率有所降低。

2. 4 温度对清洗剂清洗能力的影响

清洗剂组分保持不变，在不同温度下对45钢清洗5 min，以研究温度对清洗剂清洗能力的影响，结果见图4。从图4可知，在10 ～ 70 °C的温度范围内，随温度升高，清洗率先迅速升高后变化不大。这是由于表面活性剂的分散和增溶作用随着清洗温度升高而增强。但高于70 °C时继续升温，清洗率反而下降。分析原因为：清洗温度达到非离子表面活性剂的浊点而溶解度下降，一些成分甚至因受热分解而失效。从图4还可看出，温度为20 °C时清洗率就已达90%，说明该清洗剂在室温下即可高效除油。

图3 表面活性剂含量对清洗剂清洗能力的影响Figure3 Effect of surfactant content on cleaning ability of the cleaner

图4 清洗率与清洗温度的关系Figure4 Relationship of cleaning rate and cleaning temperature

3 结论

较优的水基油污清洗剂配方为：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，羧酸盐防锈剂1.2 ～ 1.3 g/L。该水基清洗剂在室温下使用的清洗率在90%以上，具有优良的防锈性能，低泡，安全无毒，各项指标满足JB/T 4323.1–1999的要求，是一种高效环保的水基清洗剂。

[1] 李茂生. 金属清洗技术进展[J]. 清洗世界, 2009, 25 (2): 34-39.

[2] 马颖, 张吉伟, 张蕾. 常温水基金属清洗剂的研制与应用[J]. 汽车工艺与材料, 2004 (9): 22-23, 28.

[3] 傅祖良. 水基型多种金属清洗液的试验与应用[J]. 表面技术, 1992, 21 (2): 86-90.

[ 编辑：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，内蒙古包头人，硕士，主要从事表面工程及检测技术等研究。

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

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