一種環保重垢型清洗劑的配制研究

陳 紅，朱寶偉，康 哲

(營口理工學院 化學與環境工程系，遼寧 營口 115014)

因受到煉油工藝的影響，我國汽油中烯烴、芳烴含量偏高，容易在發動機的燃油噴嘴處、進氣閥及燃氣室等部位產生積炭，使發動機的各項工作性能和尾氣的排放受到影響。因此控制汽車發動機的積炭形成是一項當務之急的系統工程，不僅關系到汽車工業的發展和汽車技術的進步，并且與燃料種類選擇和燃油質量的提高緊密相關[1-2]。在汽油中添加汽油清凈劑是抑制和清除發動機沉積物，延長發動機設計工況壽命，改善汽車尾氣排放的最快，最有效的辦法[3-8]。

目前，國內除積炭的清洗劑還不是很多，主要是汽油、煤油等。不單能耗大而且清洗效果不是十分理想。因此實驗準備研制出一種能有效并較為徹底地疏松和除去積炭，同時對環境沒有污染的新型環保重垢清洗劑。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

主要儀器：FM200型高剪切乳化機(上海弗魯克科技發展有限公司)；JJ-1型電動攪拌器、HH～2型數顯恒溫水浴鍋(江蘇金壇市環宇科學儀器廠)；JY系列電子天平；GZX-9246 數顯鼓風干燥箱(上海博訊實業有限公司醫療設備廠)；pHS-3C精密酸度計(上海虹益儀器儀表有限公司)。

主要試劑：椰子油脂肪酸二乙醇酰胺(6501)(分析純，忠信化工有限公司)；二乙二醇乙醚、苯并三氮唑(分析純，國藥集團化學試劑有限公司)；硅酸鈉(分析純，天津市大茂化學試劑廠)；三乙醇胺(分析純，天津市致遠化學試劑有限公司)；乙二胺四乙酸鈉(分析純，沈陽市新化試劑廠)； 十二烷基硫酸鈉、十二烷基二甲基甜菜堿(化學純，山東優索化工科技有限公司)；月桂醇醚硫酸鈉(化學純，臨沂市蘭山區綠森化工有限公司)；月桂醇聚氧乙烯(10)醚(化學純，江蘇省海安石油化工廠)；壬基酚聚氧乙烯醚(OP-10)(化學純，天津市致遠化學試劑有限公司)；乙二酰胺琥珀酸雙月桂酯磺酸鈉雙子表面活性劑(實驗室自制)。

1.2 實驗部分

1.2.1 實驗方法

通過不同類型表面活性劑、有機溶劑、緩蝕劑、螯合劑的選擇，進行實驗。實驗步驟如下：在500 mL燒杯中加入一定量的蒸餾水后加熱，水溫控制在60 ℃；隨后加入一定量的表面活性劑并不斷攪拌至全部溶解；保持60 ℃并連續攪拌下加入一定量的椰子油脂肪酸二乙醇酰胺，攪拌30 min后依次加入一定量的硅酸鈉、三乙醇胺、苯并三氮唑等其他助劑，攪拌至全部溶解后，改用乳化機乳化；乳化30 min后結束，得到目標產品。

1.2.2 高、低溫穩定性的測定

將得到的產品分成兩組，進行高、低溫穩定性檢測，分別是低溫冷藏24 h、恒溫50 ℃水浴24 h。冷藏、40 ℃水浴的產品恢復到室溫后始終保持澄清透明狀態即為滿足高、低溫穩定條件。

1.3 清洗劑的去污能力測定

本次實驗制備的重垢清洗劑清洗的重垢主要為汽車發動機上的積炭，本次實驗以營口大力汽保有限公司提供的重垢污垢為清洗對象。

(1)金屬污板的制備

使用干燥的金屬銅作為基材，稱重為M0，然后分別涂抹上質量為0.15g左右的重垢污垢，使得銅片表面的污垢覆蓋均勻，然后將涂好的金屬片放在恒溫干燥箱中，溫度控制在(40+2)℃，干燥3h后取出，冷卻稱重M1。

(2)表面表面污垢的清洗處理實驗過程如下：

在100mL的燒杯中，倒入配置好的清洗劑溶液，放入水浴鍋中水浴加熱，在一定的溫度下，分別將金屬銅片放入到不同配方的清洗劑溶液中浸泡一定時間后，取出金屬銅片。使用鋼絲球反復刷洗一定時間，烘干冷卻后稱重M2。

(3)清洗劑凈洗率的計算

稱量清洗過后的金屬銅片的質量，該質量與未使用清洗劑清洗前的金屬銅片的質量百分比即為重垢清洗劑的凈洗率M。

1.4 清洗劑腐蝕性測試

清洗劑腐蝕性測試方法按文獻[9]進行。

1.5 pH的測定

使用pH計準確測試清洗劑的pH值。

2 結果與討論

2.1 篩選實驗

預配制得到的產品是性質穩定、環保安全。通過表2進行篩選實驗，初步實驗配方如表1所示。

首先考察了不同配方產品的穩定性能，通過高低溫穩定性的測試比較，配方D、E、F、G、H、I2、N、O、P穩定性能較差，由此可以看出，表面活性劑類型、用量、配比等均會影響重垢清洗劑的穩定性。對配方A、B、B2、H、I、K、L、M清洗劑產品進行了防銹性能的測試，結果顯示對金屬的腐蝕率較低。

表1 環保型重垢清洗劑的配方*

2.2 清洗劑的配方優化

按表1的實驗配方，根據實驗配方組分的差異，本次實驗制備的重垢清洗劑可以分為以下兩類：第一類為表面活性劑復配型清洗劑，第二類是表面活性劑復配+有機溶劑型清洗劑。上述兩類重垢清洗劑的清洗性能對比如下表(以配方A、B、I、K為例)所示：

表2 不同配方的基本性能

通過實驗過程及結果分析，第一類表面活性劑復配型清洗劑在清洗重垢污垢的時候，重垢污垢在清洗劑中的溶解效果不好，因而不能達到更好的清洗效果，清洗效果不佳。反觀第二類清洗劑，重垢污垢在清洗劑中能更好地溶解，便于清洗，因此第二類清洗劑去污性能優于第一類。第二類清洗劑中，清洗實驗結果表明，配方K優于配方I。

采用正交試驗對配方K進行了優化，正交因素如表3、結果如表4。

表3 正交試驗因素水平*

表4 正交試驗及結果*

由表3、表4可知，各組分對清洗劑性能的影響大小順序為：乙二酰胺琥珀酸雙月桂酯磺酸鈉用量 > 二乙二醇乙醚用量 >椰油酸二乙醇酰胺用量 >三乙醇胺用量，根據正交試驗得到清洗劑的最佳配方組合為A3B2C3D3，即乙二酰胺琥珀酸雙月桂酯磺酸鈉用量為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。在此基礎上進行了延伸實驗，結果顯示增加每個因素的量，雖然會提高清洗劑的去污力，但是提高效果不顯著，以控制成本、節約資源為原則，選擇正交試驗所得到的配方為最終配方。

經測定，配方的pH值=8.43，弱堿性符合使用需要。

3 結論

通過篩選實驗和正交試驗對表面活性劑、溶劑用量進行了優化，配制得到了重垢型油污清洗劑清洗劑。較佳配方組成為：每100 g基準品中含乙二酰胺琥珀酸雙月桂酯磺酸鈉為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、硅酸鈉0.5g，苯并三氮唑 0.3g、乙二胺四乙酸鈉0.25g，余量為水。加料順序為：水→乙二酰胺琥珀酸雙月桂酯磺酸鈉 →椰子油脂肪酸二乙酰胺→ 二乙二醇乙醚→硅酸鈉→苯并三氮唑→乙二胺四乙酸二鈉，乳化溫度為60 ℃，乳化時間為30 min。

改清洗劑的高低溫穩定性均良好，且常溫下對于發動機油污的去污力較強并對金屬板腐蝕性較低，具有一定的應用價值。