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(yùn)鑫 王譯鋒 董昊

摘要：采用正交試驗(yàn)對(duì)金屬水基清洗劑配方進(jìn)行優(yōu)化?？疾炝伺浞街腥軇⑾輨┖捅砻婊钚詣┑挠昧繉?duì)清洗劑去污力的影響。正交實(shí)驗(yàn)結(jié)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(guān)鍵詞：金屬水基清洗劑；表面活性劑；正交試驗(yàn)；去污力

前言

金屬制品在全球范圍內(nèi)應(yīng)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(chǎn)品質(zhì)量，而且還涉及產(chǎn)品使用安全、能源及環(huán)保等重大問題[1]。金屬清洗作業(yè)是一項(xiàng)涉及多行業(yè)、普遍而經(jīng)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(chǎn)技術(shù)的不斷提升，金屬清洗劑也越來越備受人們關(guān)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(jī)溶劑作為清洗劑，但有機(jī)溶劑存在著易燃、有毒、防銹性差、成本高、污染環(huán)境等缺點(diǎn)，特別是在空氣濕度大的情況下，經(jīng)過有機(jī)溶劑清洗后，零件極易產(chǎn)生銹點(diǎn)，影響使用性能[1]。

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

1 實(shí)驗(yàn)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(yuǎn)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(fēng)干燥箱，上海實(shí)驗(yàn)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(xué)儀器（北京）有限公司。

1.2清洗劑配方優(yōu)化正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

經(jīng)過查閱文獻(xiàn)[2]及預(yù)實(shí)驗(yàn)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(zhì)量分?jǐn)?shù)及其相對(duì)比例。

實(shí)驗(yàn)以6個(gè)因素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行6因素5水平 正交試驗(yàn)，以清洗劑去污力作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，確定清洗劑的配方組合。正交試驗(yàn)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(xù)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(cè)定

1.4.1去污力的測(cè)定（參照QB/T4348-2012）

取工業(yè)用的原油，攪拌機(jī)攪拌均勻。形成一種無法自由流動(dòng)狀態(tài)的油污。

取若干不銹鋼片將經(jīng)過酒精清洗、烘干、冷卻，記錄質(zhì)量為m0（稱準(zhǔn)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(zhì)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(diào)節(jié)超聲波清洗器的溫度為40℃，時(shí)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(zhì)量并記錄為m2。

去污力計(jì)算公式為：去污力=[（m1-m2）/（m1-m0）]×100%

1.4.2腐蝕性測(cè)試（參照QB/T2177-1995）

分別測(cè)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(zhì)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(zhì)量為m4。試片腐蝕量為腐蝕前后的質(zhì)量差[6]。

1.4.3穩(wěn)定性和pH測(cè)定

參照國家標(biāo)準(zhǔn)QB/T4348-2012進(jìn)行

2 結(jié)果與討論

2.1 正交實(shí)驗(yàn)

為了優(yōu)化工業(yè)金屬清洗劑的較佳配方，采用正交試驗(yàn)探究不同因素的不同水平組合對(duì)清洗劑清洗效率的影響

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出，對(duì)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(zhì)量分?jǐn)?shù)，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的計(jì)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?yàn)?501對(duì)清洗劑的清洗效率有較大影響，所以設(shè)計(jì)5個(gè)單因素實(shí)驗(yàn)保持其他成分含量不變單獨(dú)探究6501在清洗劑中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)金屬清洗效率的影響，五個(gè)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)的結(jié)果顯示隨著6501濃度的增加，洗滌效率呈上升趨勢(shì)。因?yàn)?501跟其他表面活性劑相比具有更好的增容與穩(wěn)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(duì)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(cè)其穩(wěn)定性，實(shí)驗(yàn)結(jié)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(wěn)定性與耐硬水性。

2.3 清洗劑的性能對(duì)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(jié)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(jié)論

實(shí)驗(yàn)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(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化配方，再通過對(duì)6501設(shè)計(jì)單因素實(shí)驗(yàn)探究了質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)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(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)具有較高的清洗能力。實(shí)驗(yàn)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(xiàn)

[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(yīng)用及試驗(yàn)[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(shí)驗(yàn)和理論研究[D].中國石油大學(xué)，2011.

基金項(xiàng)目：黑龍江省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（201810214130，201810214108）

作者簡介：楊琨（1998-），男，哈爾濱理工大學(xué)榮成校區(qū)本科生。

（作者單位：哈爾濱理工大學(xué)榮成校區(qū)）