環保型水基清洗劑的研制及其應用進展

崔興蘭 陳立輝

摘 要：水基清洗劑是以水為基體溶劑，與表面活性劑、助溶劑、添加劑等組合而成的一種清洗媒介，其借助于表面活性劑、乳化劑、滲透劑地潤濕、乳化、滲透、分散、增溶等作用來實現對污染物的清洗。其成本低廉、使用安全、綠色環保，有利于生態環境和人體健康，符合當今清洗技術朝著環境友好和可循環利用方向發展的趨勢，在生產和生活中具有重要意義。本論述總結了近年來水基清洗劑在不同應用鄰域的研制和應用進展，并對其未來發展趨勢進行了展望，為新型環保型水基清洗劑的設計和開發提供參考。

關鍵詞：環保；水基清洗劑；表面活性劑

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隨著科技發展，各行各業都在追求品質提升，都在向高精尖方向不斷發展，水基清洗劑作為一種清潔用品成為各行各業發展過程中必不可少的部分。生產生活中常用的清洗劑有以下三種：溶劑型、復合型和水基型清洗劑[1]。溶劑型清洗劑以有機溶劑為主要成分，清洗能力強，但大多易燃、易揮發，對生態環境和人體健康造成危害[2]。復合型清洗劑（又稱半水基清洗劑）由有機溶劑和表面活性劑復配而成，由于其組成成分中含有有機溶劑，存在污染環境問題。水基清洗劑主要以水為主體，通過復配無機鹽助洗劑、表面活性劑、其他助劑（pH 調節劑、緩蝕劑、抗氧化劑、光亮劑和消泡劑等）從而起到除油、除灰的作用，安全可靠，綠色環保，應用鄰域廣泛[3]。

水基清洗劑中各個成分發揮著不同作用。表面活性劑是水基清洗劑的核心組成成分，活性劑兩端為憎水基團和親水基團，可通過吸附和乳化作用來分散和去除油脂和污漬，容易被水沖洗掉，根據功能分為非離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、陽離子表面活性劑和兩性離子表面活性劑[4]。pH 調節劑：可調整清洗劑的酸堿性，有效去除清洗件表面殘留的酸（堿）性污染物[5]。水溶性有機溶劑：幫助清洗難以清洗的污垢，如油漆、涂料和膠水等，常見的水溶性有機溶劑有乙二醇和異丙醇等。穩定劑：用來保持清洗劑的穩定性和保質期，防止清洗劑在存儲和使用過程中發生化學反應。緩蝕劑和抗氧化劑等：保持清洗件在放置一段時間后表面不會發生腐蝕、不被氧化。以上成分通常根據具體清洗要求和應用鄰域進行一定比例的調配，使水基清洗劑展現出最佳清洗效果。

1水基清洗劑的清洗機理

水基清洗劑的去污實質就是污物經表面活性劑、乳化劑和滲透劑的潤濕、滲透、乳化和增溶作用，降低其在物體表面的附著力[6-7]，再借助物理清洗方法，如升溫、擦拭、噴淋沖洗、機械振動、超聲波清洗等，使物件表面的污垢迅速脫離，從而完成清洗過程[8]。其清洗作用主要分為三步：（1）清洗劑對污垢進行潤濕和滲透作用，使清洗劑與污垢結合；（2）清洗劑的核心成分表面活性劑開始產生乳化、分散以及增溶作用，使污垢脫離物件表面，然后分散到清洗介質中；（3）清洗過程是一個可逆過程，被清洗下來的污漬還可以再次吸附到物件表面，所以通常為防止出現這種情況，會利用一定的機械手段，把清洗下來的污漬及時處理掉。

2水基清洗劑的分類

水基清洗劑因為需要應用到不同行業、清洗不同材料，所以清洗劑組成成分不一樣，其分類也就多種多樣，水基清洗劑的分類主要有以下三種。

（1）根據其酸堿度不同，分為中性水基清洗劑（pH≈7）、酸性水基清洗劑（pH<7）、堿性水基清洗劑（pH>7）[9]。中性水基清洗劑主要依靠鰲合作用和溶解能力來完成清洗，使用安全、無腐蝕，但脫脂性能較差。堿性水基清洗劑主要成分是氫氧化鈉、碳酸鈉、硅酸鈉或磷酸鈉等無機堿和無機鹽，主要用于鑄鐵和鋼等表面防銹油、加工油地清洗，一般滲透性和乳化性較好，但需要漂洗且壽命較短。酸性水基清洗劑主要成分為硫酸、鹽酸、硝酸、氫氟酸和磷酸等，主要用于各種物體表面銹垢地清洗，具有工藝穩定、壽命長等優點，但具有腐蝕性。

（2）根據清洗方式不同分為物理清洗和化學清洗[10]。物理清洗是利用機械摩擦、熱能、電流、超聲波、高壓沖擊、紫外線等外在能量進行去污清洗，不存在廢水處理，也不會對環境造成危害，但對于結構復雜的物件存在清洗不均勻、不徹底等問題。化學清洗是利用化學品或其他溶劑與污染物的化學反應達到去污目的的清洗方法，化學清洗由于液體具有流動性，可均勻地到達被清洗物體的每個角落，彌補了物理清洗不徹底的缺點。在實際應用中，通常將二者結合使用，獲得更好的清洗效果。

（3）此外，水基清洗劑還可以從其泡沫量的多少來進行分類，可分為無泡型、低泡型、中泡型和高泡型，它們各自有各自的優缺點和適用范圍。通常為了達到最佳清洗效果，根據清洗對象的不同，不同類型的水基清洗劑可輔以不同的清洗工藝，有機械攪拌清洗、浸泡清洗、噴淋清洗、超聲波清洗和電解清洗等。例如余文博課題組制備了一種適合于高壓噴淋的低泡型水基清洗劑[11]，用于金屬表面污垢地清洗；結果表明該清洗劑的清洗效果、泡沫量、防腐和防銹等各項性能指標均優于市售產品，是一種環保型的低泡高效水基金屬清洗劑。馬靜研發設計了一款大中型鋁鑄件超聲水基清洗工藝[12]，該清洗工藝大幅降低人員工作強度，縮短生產周期，其清洗質量滿足了鋁合金鑄件復雜、多孔的表面清洗要求，清洗效果及清洗工藝流程設置合理，是工業清洗的發展方向。

3水基清洗劑的應用

3.1金屬表面

高超[13]研發團隊以水、一元和二元等羧酸混合物、醇胺混合物、植酸、硅烷化合物，復配表面活性劑（脂肪醇 EO/PO 嵌段聚醚和烷基封端醇醚）制備了一種鍍鋅金屬用水基金屬清洗劑，并對清洗劑的凈洗力、防腐性、防銹性、消泡性等性能進行了研究，結果表明，該清洗劑對鋅、鋼鐵、鋁、銅等金屬無腐蝕，具有良好的防銹性，可提升鍍鋅層及其它金屬的耐蝕性，對多種不同油污均有良好的清洗能力，常溫及加溫條件下低泡或無泡，穩定性良好，適用于多種金屬材質，尤其是鍍鋅金屬，在機械加工及使用過程中的清洗，滿足噴淋、浸泡、超聲波等多種清洗方式要求。季偉課題組[14]以陰離子表面活性劑和非離子表面活性劑復配為主成分，無機堿硅酸鈉、消泡劑聚二甲基硅氧烷、緩蝕劑鉬酸鈉、軟水劑乙二胺四乙酸二鈉作為助劑，制備了一種對鋁合金表面油污有較好清洗效果且綠色環保的水基清洗劑，并通過設計正交實驗，單因素實驗得到清洗劑最佳配方和最佳使用條件，最后比較了自制水基清洗劑和市售水基清洗劑對同種油污的清洗效果以及對鋁合金基體的腐蝕性，結果表明，自制清洗劑的清洗效果略好，但腐蝕性明顯降低。張巧云課題組[15]為解決大多數水基清洗劑除油不徹底和耐酸性差的問題，對市售5種非離子表面活性劑進行比較篩選，并與各種助劑復配，得到了一種性能優良的水基清洗劑，該水基清洗劑外觀均勻無分層、除油效率高，易漂洗，無清洗劑殘留。

3.2廚房油污

隨著人們生活品質的不斷提高，對廚房用清洗劑的要求也越來越高，要求綠色環保、溫和不刺激，去污效果好等。通過文獻閱讀調研，蔡衛權課題組長期致力于研究一種環保高效的廚房用水基清洗劑。2015年，該課題組研發了一種配方簡單的高效稠油垢微堿性水基清洗劑[16]，通過優化實驗條件及清潔效果測試，得到清洗劑配方為：8.0%烷基糖苷、3.5%脂肪醇聚氧乙烯醚、3.5%壬基酚聚氧乙烯醚和2.0%椰子油脂肪酸二乙醇酰胺，復配自來水。清洗劑的 pH 為7.5，接近中性，并且其原液、2倍稀釋液、4倍稀釋液清洗能力均優于市售清洗劑，具有廣闊的應用前景。2016年，基于綠色化學的要求，在前期研究的基礎上繼續優化改進，制備了一種高效綠色多功能水基清洗劑[17]，主要成分為：烷基糖苷（APG0810）、脂肪酸甲酯乙氧基化物（FMEE ）和椰子油脂肪酸二乙醇酰胺（6501），上述成分均可在環境中自然降解，配方環境友好、高溫和低溫穩定性好，去污能力強。該清洗劑不但能夠清洗廚房稠油垢，還能用于金屬表面礦物油和拋光蠟清洗，應用范圍較廣，為后續多功能水基清洗劑研究開發提供了思路和方向。

3.3電子行業

隨著電子信息行業的飛速發展，電子產品向著高精密微型化方向發展，因此對電子產品生產過程中的清洗提出更高要求。深圳市天得一環境科技有限公司新材料研發部杜植院科研團隊研發了一種用于液晶顯示器用環保型水基清洗劑[18]，清洗劑以陽離子表面活性劑 X、異構脂肪醇聚氧乙烯醚 Y、直鏈脂肪醇聚氧乙烯醚、滲透劑 JFC、二乙二醇丁醚、異丙醇胺、ETDA 為主要原料，配方體系對 LCD 殘留液晶具有較好的清潔乳化作用，清洗去污率達99.0%以上，對 LCD 玻璃封框膠無腐蝕且揮發氣味小，對人體皮膚及身體無明顯刺激和損傷作用。劉青、馬楠[19]研發了一種水基 PCB 電路板清洗劑，其配方原料組成為：硼酸鈉2～3、焦磷酸鉀1～2、椰子油烷基醇酰胺磷酸酯3～4、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉4～5、檸檬酸2～3、乙醇30～40、助劑4～5、去離子水100～120。實驗結果表明該清洗劑對松香、焊錫、金屬離子、指紋等有快速清除能力，且不易造成短路，極大降低廢品率，進而降低了成本，印刷質量亦更好。此外該清洗劑中的助劑能夠在電路板表面形成保護膜，隔絕空氣，防止大氣中水及其他分子腐蝕電路板，抗氧化，有利于進行下一步制作工藝。

3.4其他行業

劉騰[20]科研團隊研發了一種用于膠版印刷機油墨清洗用的水基清洗劑，配方以水和乙醇為溶劑，吐溫-80、十二烷基二甲基甜菜堿為表面活性劑，碳酸鈉為堿性助劑復配達到清洗目的，通過實驗設計得到最佳成分用量，在此條件下合成的產品為透明、無沉淀、無分層液體，清洗效果可達99.8%。黃選民、幸澤寬[21]研發了一款用于航空發動機零部件水基積炭清洗劑，該清洗劑適用于航空發動機所有類型積炭的清洗，對積炭具有高效和徹底的清洗能力，且適用于多種航空零部件清洗方式。賈金蘭課題組研究了一種水基壓敏膠清洗劑[22]，以 N-甲基吡咯烷酮和 N、N-二甲基甲酰胺為溶劑，AES 為表面活性劑，三者相互促進，可快速有效去除壓敏膠，具有清洗效率高、對基材無腐蝕、對人體安全且環境友好的特點。

4結論與展望

隨著經濟社會的進步和對環保理念的堅守，綠色環保水基清洗劑仍然具有很大的發展空間和應用前景。本論述對當前水基清洗劑的發展和應用進行了總結，對目前已經開發出來的水基清洗劑進行了簡單歸類，從中可以看出，水基清洗劑制備方法簡單、性能優異，應用領域越來越廣泛，對水基清洗劑的要求也就越來越高，使其不斷向安全環保、低廉高效、工藝簡單并可循環利用的方向發展。

盡管水基清洗劑有以上優勢，但仍然存在以下問題需要改進：（1）水基清洗劑廢水的處理，目前，大多數研究只注重于清潔能力，卻忽視了廢水處理的問題，雖然所用材料大多無毒或低毒，但長期大量積累后，嚴重影響生態環境和人體健康，需要引起廣大研究者的重視，應加強對廢水處理的研究，使其達到可排放標準或通過新型工藝使其可循環利用；（2）水基清洗劑在使用時通常需要加熱，隨著溫度升高水基清洗劑泡沫量也隨之增加，不利于噴淋等清洗工藝，而且會增加沖洗時的耗水量，沖洗不干凈時被洗物表面會有殘留，影響產品外觀和使用性能，尤其對高精尖產品的精密部件要求更高，因此對低溫低泡型水基清洗劑的開發研究具有重要意義。

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