一种环保重垢型清洗剂的配制研究

陈 红，朱宝伟，康 哲

(营口理工学院 化学与环境工程系，辽宁 营口 115014)

因受到炼油工艺的影响，我国汽油中烯烃、芳烃含量偏高，容易在发动机的燃油喷嘴处、进气阀及燃气室等部位产生积炭，使发动机的各项工作性能和尾气的排放受到影响。因此控制汽车发动机的积炭形成是一项当务之急的系统工程，不仅关系到汽车工业的发展和汽车技术的进步，并且与燃料种类选择和燃油质量的提高紧密相关[1-2]。在汽油中添加汽油清净剂是抑制和清除发动机沉积物，延长发动机设计工况寿命，改善汽车尾气排放的最快，最有效的办法[3-8]。

目前，国内除积炭的清洗剂还不是很多，主要是汽油、煤油等。不单能耗大而且清洗效果不是十分理想。因此实验准备研制出一种能有效并较为彻底地疏松和除去积炭，同时对环境没有污染的新型环保重垢清洗剂。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

主要仪器：FM200型高剪切乳化机(上海弗鲁克科技发展有限公司)；JJ-1型电动搅拌器、HH～2型数显恒温水浴锅(江苏金坛市环宇科学仪器厂)；JY系列电子天平；GZX-9246 数显鼓风干燥箱(上海博讯实业有限公司医疗设备厂)；pHS-3C精密酸度计(上海虹益仪器仪表有限公司)。

主要试剂：椰子油脂肪酸二乙醇酰胺(6501)(分析纯，忠信化工有限公司)；二乙二醇乙醚、苯并三氮唑(分析纯，国药集团化学试剂有限公司)；硅酸钠(分析纯，天津市大茂化学试剂厂)；三乙醇胺(分析纯，天津市致远化学试剂有限公司)；乙二胺四乙酸钠(分析纯，沈阳市新化试剂厂)； 十二烷基硫酸钠、十二烷基二甲基甜菜碱(化学纯，山东优索化工科技有限公司)；月桂醇醚硫酸钠(化学纯，临沂市兰山区绿森化工有限公司)；月桂醇聚氧乙烯(10)醚(化学纯，江苏省海安石油化工厂)；壬基酚聚氧乙烯醚(OP-10)(化学纯，天津市致远化学试剂有限公司)；乙二酰胺琥珀酸双月桂酯磺酸钠双子表面活性剂(实验室自制)。

1.2 实验部分

1.2.1 实验方法

通过不同类型表面活性剂、有机溶剂、缓蚀剂、螯合剂的选择，进行实验。实验步骤如下：在500 mL烧杯中加入一定量的蒸馏水后加热，水温控制在60 ℃；随后加入一定量的表面活性剂并不断搅拌至全部溶解；保持60 ℃并连续搅拌下加入一定量的椰子油脂肪酸二乙醇酰胺，搅拌30 min后依次加入一定量的硅酸钠、三乙醇胺、苯并三氮唑等其他助剂，搅拌至全部溶解后，改用乳化机乳化；乳化30 min后结束，得到目标产品。

1.2.2 高、低温稳定性的测定

将得到的产品分成两组，进行高、低温稳定性检测，分别是低温冷藏24 h、恒温50 ℃水浴24 h。冷藏、40 ℃水浴的产品恢复到室温后始终保持澄清透明状态即为满足高、低温稳定条件。

1.3 清洗剂的去污能力测定

本次实验制备的重垢清洗剂清洗的重垢主要为汽车发动机上的积炭，本次实验以营口大力汽保有限公司提供的重垢污垢为清洗对象。

(1)金属污板的制备

使用干燥的金属铜作为基材，称重为M0，然后分别涂抹上质量为0.15g左右的重垢污垢，使得铜片表面的污垢覆盖均匀，然后将涂好的金属片放在恒温干燥箱中，温度控制在(40+2)℃，干燥3h后取出，冷却称重M1。

(2)表面表面污垢的清洗处理实验过程如下：

在100mL的烧杯中，倒入配置好的清洗剂溶液，放入水浴锅中水浴加热，在一定的温度下，分别将金属铜片放入到不同配方的清洗剂溶液中浸泡一定时间后，取出金属铜片。使用钢丝球反复刷洗一定时间，烘干冷却后称重M2。

(3)清洗剂净洗率的计算

称量清洗过后的金属铜片的质量，该质量与未使用清洗剂清洗前的金属铜片的质量百分比即为重垢清洗剂的净洗率M。

1.4 清洗剂腐蚀性测试

清洗剂腐蚀性测试方法按文献[9]进行。

1.5 pH的测定

使用pH计准确测试清洗剂的pH值。

2 结果与讨论

2.1 筛选实验

预配制得到的产品是性质稳定、环保安全。通过表2进行筛选实验，初步实验配方如表1所示。

首先考察了不同配方产品的稳定性能，通过高低温稳定性的测试比较，配方D、E、F、G、H、I2、N、O、P稳定性能较差，由此可以看出，表面活性剂类型、用量、配比等均会影响重垢清洗剂的稳定性。对配方A、B、B2、H、I、K、L、M清洗剂产品进行了防锈性能的测试，结果显示对金属的腐蚀率较低。

表1 环保型重垢清洗剂的配方*

2.2 清洗剂的配方优化

按表1的实验配方，根据实验配方组分的差异，本次实验制备的重垢清洗剂可以分为以下两类：第一类为表面活性剂复配型清洗剂，第二类是表面活性剂复配+有机溶剂型清洗剂。上述两类重垢清洗剂的清洗性能对比如下表(以配方A、B、I、K为例)所示：

表2 不同配方的基本性能

通过实验过程及结果分析，第一类表面活性剂复配型清洗剂在清洗重垢污垢的时候，重垢污垢在清洗剂中的溶解效果不好，因而不能达到更好的清洗效果，清洗效果不佳。反观第二类清洗剂，重垢污垢在清洗剂中能更好地溶解，便于清洗，因此第二类清洗剂去污性能优于第一类。第二类清洗剂中，清洗实验结果表明，配方K优于配方I。

采用正交试验对配方K进行了优化，正交因素如表3、结果如表4。

表3 正交试验因素水平*

表4 正交试验及结果*

由表3、表4可知，各组分对清洗剂性能的影响大小顺序为：乙二酰胺琥珀酸双月桂酯磺酸钠用量 > 二乙二醇乙醚用量 >椰油酸二乙醇酰胺用量 >三乙醇胺用量，根据正交试验得到清洗剂的最佳配方组合为A3B2C3D3，即乙二酰胺琥珀酸双月桂酯磺酸钠用量为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。在此基础上进行了延伸实验，结果显示增加每个因素的量，虽然会提高清洗剂的去污力，但是提高效果不显著，以控制成本、节约资源为原则，选择正交试验所得到的配方为最终配方。

经测定，配方的pH值=8.43，弱碱性符合使用需要。

3 结论

通过筛选实验和正交试验对表面活性剂、溶剂用量进行了优化，配制得到了重垢型油污清洗剂清洗剂。较佳配方组成为：每100 g基准品中含乙二酰胺琥珀酸双月桂酯磺酸钠为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、硅酸钠0.5g，苯并三氮唑 0.3g、乙二胺四乙酸钠0.25g，余量为水。加料顺序为：水→乙二酰胺琥珀酸双月桂酯磺酸钠 →椰子油脂肪酸二乙酰胺→ 二乙二醇乙醚→硅酸钠→苯并三氮唑→乙二胺四乙酸二钠，乳化温度为60 ℃，乳化时间为30 min。

改清洗剂的高低温稳定性均良好，且常温下对于发动机油污的去污力较强并对金属板腐蚀性较低，具有一定的应用价值。