一種多功能水基金屬清洗劑的配方研究 楊琨 劉飛

劉甲奇 楊帥 馬昊哲 王運鑫 王譯鋒 董昊

摘要：采用正交試驗對金屬水基清洗劑配方進行優化。考察了配方中溶劑、消泡劑和表面活性劑的用量對清洗劑去污力的影響。正交實驗結果顯示，金屬油污清洗劑的較佳配方是1%AES，0.5%聚乙二醇，5%6501，2%OP-10，2%泡敵，3%FMEE。

關鍵詞：金屬水基清洗劑；表面活性劑；正交試驗；去污力

前言

金屬制品在全球范圍內應用廣泛，金屬制品的清洗也是全球清洗工作者的重要研究方向。清洗工藝的選擇和清洗效果的好壞，不僅涉及產品質量，而且還涉及產品使用安全、能源及環保等重大問題[1]。金屬清洗作業是一項涉及多行業、普遍而經常性的工作，然而由于清洗造成的金屬腐蝕是不可避免的問題。隨著生產技術的不斷提升，金屬清洗劑也越來越備受人們關注，高效、安全、無毒的金屬清洗劑越來越受工廠所歡迎。一般均采用有機溶劑作為清洗劑，但有機溶劑存在著易燃、有毒、防銹性差、成本高、污染環境等缺點，特別是在空氣濕度大的情況下，經過有機溶劑清洗后，零件極易產生銹點，影響使用性能[1]。

本文研發了一種高效、安全、成本低、無毒、防銹、配置和操作都簡單的環保型的金屬水基清洗劑。

1 實驗部分

1.1試劑與儀器

脂肪醇醚硫酸鈉（AES），廣州橞欣化工有限公司；聚乙二醇，江蘇省海安石油化工廠；椰子油脂肪酸二乙醇酰胺（6501），江蘇省海安石油化工廠；OP-10，天津市致遠試劑有限公司；泡敵GPE，江蘇省海安石油化工廠；FMEE，廣州廣客源化工。

101A-2B電熱鼓風干燥箱，上海實驗儀器廠有限公司；KQ-250E超聲波清洗器，昆山市超聲波儀器廠；85-2控溫磁力攪拌器，江蘇金怡科技有限公司；電子天平，賽多利斯科學儀器（北京）有限公司。

1.2清洗劑配方優化正交試驗設計

經過查閱文獻[2]及預實驗可知，影響清洗劑去污力的主要因素有AES、聚乙二醇、6501、OP-10、抑泡劑泡敵GPE、FMEE這幾種試劑在金屬清洗液中的質量分數及其相對比例。

實驗以6個因素的質量分數進行6因素5水平 正交試驗，以清洗劑去污力作為評價指標，確定清洗劑的配方組合。正交試驗的因素水平表見表1。

1.3清洗劑的配置工藝

用自來水將溶液配置成50ml，用控溫磁力攪拌器攪拌至全部溶解，控制溫度為30度左右，在連續攪拌下逐步加入其他表面活性劑，攪拌至全部溶解為止。降溫室溫，依次加入其他溶劑和助劑，攪拌至全部溶解，降溫至室溫得澄清透明溶液。

1.4清洗劑的性能測定

1.4.1去污力的測定（參照QB/T4348-2012）

取工業用的原油，攪拌機攪拌均勻。形成一種無法自由流動狀態的油污。

取若干不銹鋼片將經過酒精清洗、烘干、冷卻，記錄質量為m0（稱準至0.0002g）。用毛刷均勻涂敷油污（涂抹量控制在0.20～0.30g/片），將涂好的試片放入恒溫干燥箱中，放于60℃干燥箱中干燥50min，取出試片，稱量記錄質量為m1。將制得的污片放在50mL清洗劑的燒杯中。將燒杯放入超聲波清洗器中，調節超聲波清洗器的溫度為40℃，時間10min，取出，用鑷子污片從燒杯中取出放在恒溫干燥箱中干燥1h（溫度60°C）最后，取出污片冷卻5min后稱其質量并記錄為m2。

去污力計算公式為：去污力=[（m1-m2）/（m1-m0）]×100%

1.4.2腐蝕性測試（參照QB/T2177-1995）

分別測試不銹鋼試片和鋁試片的腐蝕量。將不銹鋼試片和鋁試片洗凈，在干燥箱（40±2）℃中烘干稱其質量m3，然后將試片放入裝有清洗原液的燒杯中，置于（40°C）超聲波清洗器中，10min后取出，干燥冷卻稱其質量為m4。試片腐蝕量為腐蝕前后的質量差[6]。

1.4.3穩定性和pH測定

參照國家標準QB/T4348-2012進行

2 結果與討論

2.1 正交實驗

為了優化工業金屬清洗劑的較佳配方，采用正交試驗探究不同因素的不同水平組合對清洗劑清洗效率的影響

由實驗結果可以得出，對清洗劑的洗滌效率影響最大的因素是6501在金屬清洗液中所占質量分數，通過對實驗結果的計算與分析，得出金屬清洗劑的最佳配方為A1B1C5D4E4F3，即1%AES，0.5%聚乙二醇，5%6501，2%OP-10，2%泡敵，3%FMEE。

2.2 清洗劑的較佳配方確定

因為6501對清洗劑的清洗效率有較大影響，所以設計5個單因素實驗保持其他成分含量不變單獨探究6501在清洗劑中的質量分數對金屬清洗效率的影響，五個實驗中6501在整體金屬清洗劑中的占比分別為4.0%，4.5%，5.0%，5.5%，6.0%。

單因素實驗的結果顯示隨著6501濃度的增加，洗滌效率呈上升趨勢。因為6501跟其他表面活性劑相比具有更好的增容與穩泡的作用，與陰離子，陽離子，兩性表面活性劑都具有很好的相容性，所以該表面活性劑對洗滌效果能夠造成很大的影響，確定金屬清洗劑的最終配方為1%AES，0.5%聚乙二醇，6%6501，2%OP-10，2%泡敵，3%FMEE。用此配方配置金屬清洗劑檢測其穩定性，實驗結果見表4，表4顯示該清洗劑原液、2%稀釋液、4%稀釋液、2%濃縮液、4%濃縮液都具有較好的穩定性與耐硬水性。

2.3 清洗劑的性能對比

將用最終確定的方案配置出的清洗劑與市售的金屬清洗劑比較，結果見表5。由表5可知，研制出的金屬清洗劑的洗滌效率高于市售金屬清洗劑的平均水平

3 結論

實驗的原料采用了增容性、乳化作用、濕潤作用都較好的6501、FMEE、AES進行正交實驗優化配方，再通過對6501設計單因素實驗探究了質量分數對洗滌效率的影響，最終研制出的金屬清洗劑在滿足腐蝕性國家標準的同時具有較高的清洗能力。實驗研制出的最佳配方為1%AES，0.5%聚乙二醇，6%6501，2%OP-10，2%泡敵，3%FMEE。

參考文獻

[1]孫高翔，趙熠琳.水基金屬清洗劑在液壓元件清洗工藝中的應用及試驗[J].清洗世界，2015，31（10）：21-23+40.

[2]于立軍. 陰離子表面活性劑在油水界面吸附行為的實驗和理論研究[D].中國石油大學，2011.

基金項目：黑龍江省大學生創新創業訓練計劃項目（201810214130，201810214108）

作者簡介：楊琨（1998-），男，哈爾濱理工大學榮成校區本科生。

（作者單位：哈爾濱理工大學榮成校區）