水基清洗劑的應(yīng)用

背景及概述^[1][2]

在機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)中，無論是零件加工裝配，還是在熱處理、電鍍、以及產(chǎn)品封存包 裝和啟封時，都要對金屬表面進(jìn)行清洗。目前，工業(yè)上金屬清洗主要包括溶劑清洗和水基金屬清洗劑清洗。溶劑清洗利用 的是有機(jī)溶劑相似相容的原理，溶解去除油污，分為石油溶劑清洗和氯化烴溶劑清洗。

溶劑清洗效率高，很容易洗凈金屬表面的油污，至今仍被廣泛使用，但是它們易燃易爆，易揮發(fā)，對人體中樞神經(jīng)有較強(qiáng)的刺激性，且易使金屬生銹。同時，浪費(fèi)大量能源，造成環(huán)境污染。相 比而言，水基金屬清洗劑具有以水代油、節(jié)省能源、安全環(huán)保和清洗成本低等一系列*性。水基清洗劑是借助于含有的表面活性劑、乳化劑、滲透劑等的潤濕、乳化、滲透、分散、增溶等作用來實(shí)現(xiàn)對物油污、油脂的清洗。

水基清洗劑（WBD）是ODS 類清洗劑的替代品，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、化工、石油、冶金、電力、紡織等各行業(yè)。但WBD 廢水是一種較處理的有機(jī)工業(yè)廢水，若不經(jīng)處理，直接排放，將會對日益惡的生態(tài)環(huán)境造成更加嚴(yán)重的危害。

清洗機(jī)理^[3]

水基清洗劑以表面活性劑為主要成分，同時添加各種添加劑如助劑、穩(wěn)定劑、緩蝕劑、增溶劑、消泡劑、防霉劑、防凍劑等。表面活性劑具有浮化、濕潤、增溶、滲透、分散、防腐、絡(luò)合等特性，在清洗液中起主要作用。表面活性劑是一種兩親分子，當(dāng)這種兩親分子附著于油-金屬界面時，其親油端容易吸附在油污表面，并伸向油污內(nèi)部，而極性親水端則吸附在金屬表面，在油-金屬界面間形成一層緊密的定向排列的表面活性劑分子膜。

這種膜能減弱油-金屬界面的附力，增加金屬零件的濕潤性。在水溶液浸泡、撞擊零件過程中，表面活性劑分子在水分子的吸引下，油污從金屬零件表面脫離，起到清洗零件的目的。當(dāng)這種兩親分子附著于油-水界面時，其親水端向水中伸入，形成一層膜，降低油-水的界面張力。當(dāng)溶液中的表面活性劑分子達(dá)到一定濃度時，就會使油污在溶液中形成穩(wěn)定的微小油污顆粒，形成溶解了油污的乳化液，達(dá)到清洗零件油污的目的。

分類^[4]

1. 微乳型水基清洗劑

微乳型水基清洗劑是以脂肪醇聚氧乙烯醚*/烷基*/烷醇酰胺/烷基苯磺酸鈉等表面活性劑、脂肪醇聚氧乙烯醚/烷基酚聚氧乙烯醚等乳化劑、丙二醇丁醚/二丙二醇丁醚/二乙二醇丁醚/乙二醇丁醚/三甘醇丁醚等有機(jī)溶劑、硅酸鈉/碳酸鈉等堿性助劑為主要原料，在一定條件下形成的具有熱力學(xué)穩(wěn)定性、低黏度的透明或半透明液體，是一種穩(wěn)定的水包油型（O/W）微乳液。它可以與油、水相互混溶，降低了油水界面的張力，滲透進(jìn)污垢內(nèi)部，從而使附著在物體表面的油污脫落。

2. 液霧泡沫型水基清洗劑

液霧泡沫型水基清洗劑是在微乳型水基清洗劑基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，以復(fù)合表面活性劑、堿性助劑、醇醚有機(jī)溶劑和三乙醇胺/三異丙醇胺/苯并三氮唑等助劑為原料，添加羥基乙叉二膦酸等緩蝕劑，在去除污垢的同時兼具優(yōu)良的緩蝕性能。

典型配方：烷基糖苷5%~10%，脂肪醇聚氧乙烯醚1%~5%，*1%~5%，丙二醇丁醚1%~5%，三乙醇胺0.5%~2%，五水偏硅酸鈉0.5%~3%，羥基乙叉二膦酸0.1%~0.5%，防腐劑0.1%~0.5%，水余量。*的液霧泡沫附著技術(shù)延長了清洗劑從油污表面向內(nèi)部的滲透時間，增強(qiáng)了去污效果，同時減少了洗滌劑的損耗。

3. 啫喱型水基清洗劑

啫喱型水基清洗劑相比于微乳型和液霧泡沫型水基清洗劑，具有較高的黏度，采用卡波姆之類原料增稠，典型配方：脂肪醇聚氧乙烯醚1%~10%，2-甲基-2，4-戊二醇1%~5%，甘油1%~5%，卡波姆0.1%~1%，三乙醇胺0.1%~1%，五水偏硅酸鈉0.5%~3%，防腐劑0.1%~0.5%，水余量。啫喱型水基清洗劑垂直黏附性好，能使清洗劑更好地附著在被洗滌物體表面，不易滴漏，能充分作用于油污，更適合用于垂直表面清洗。

主要成分及應(yīng)用^[4]

在設(shè)計水基清洗劑配方時，應(yīng)遵循以下原則：（1）去污力強(qiáng)，除油效率高，漂洗性良好。（2）滲透性好，可快速滲透至油污底層，去油速度快。（3）穩(wěn)定性好，液體不分層，使用方便。（4）適用于任何水質(zhì)，無腐蝕性。結(jié)合油污的特性，通常配方中會選用表面活性劑及有機(jī)溶劑來分解和溶化重污垢，配合堿性助劑可以加速分解油污，去除油脂和炭化沉積物。

1. 表面活性劑

表面活性劑是一類具有兩親結(jié)構(gòu)的化合物，少量加入即能顯著降低界面張力，改變體系界面狀態(tài)，促進(jìn)清洗劑溶液對油污表面的潤濕、滲透，通過分散、增溶、乳化等作用使油污分散成細(xì)小的粒子，使其從物體表面剝離。表面活性劑按其溶于水后的性質(zhì)通常分為非離子型、陰離子型、陽離子型、兩性離子型表面活性劑4類。

大量研究表明非離子型表面活性劑的脫脂率較高、臨界膠束濃度低，對動植物性油脂和礦物性油脂都具有較好的溶解能力，與陰離子型或兩性離子型表面活性劑配合使用，可以提供體系的脫脂率；但非離子型表面活性劑易受溫度影響，當(dāng)溫度超過濁點(diǎn)時其性質(zhì)會發(fā)生改變，進(jìn)而影響其脫脂性能；表面活性劑的親水-親油平衡值（HLB值）在12～16時，對油污的溶解力較強(qiáng)，并且易溶于水。

所以，在設(shè)計水基型油污清洗劑的配方時，需要對不同類型的表面活性劑進(jìn)行合理復(fù)配，宜選用滲透力強(qiáng)、潤濕速度快、去污效果好、泡沫低、對溫度不敏感、可生物降解的表面活性劑。目前，廚房清洗劑常用的表面活性劑主要有直鏈烷基苯磺酸及其鹽（LAS）、高級肪醇聚環(huán)氧乙烷醚硫酸鹽（AES）、脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO）、烷基酚聚環(huán)氧乙烷醚（TX、NP或OP）、嵌段型脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、脂肪醇酰胺、烷基葡糖苷（APG）等。

2.  堿性助劑

油脂中的不飽和脂肪烴在空氣中被氧化斷裂成羧酸，部分油脂水解生成脂肪酸，這類酸不溶于水，但在堿性水溶液中能發(fā)生皂化反應(yīng)，生成脂肪酸鹽，從而被除去；同時，堿性助劑還能對不飽和油脂聚合形成的樹脂狀物產(chǎn)生溶脹作用，使油污與固體表面的結(jié)合力和致密性下降，有利于薄膜型污垢的去除。

市場上多以*、氫氧化鉀、碳酸鈉、硅酸鈉等作為堿性助劑，有研究表明，碳酸鈉含量多少對去污力影響不明顯，但*和硅酸鈉含量對去污力的影響較大，均隨其含量增加而有所提高，與此同時腐蝕性也隨之增強(qiáng)。

在設(shè)計配方時宜選擇堿性相對較低的原料，如*、異丙醇胺、三乙醇胺等，在生產(chǎn)和使用過程中均可減輕對物體表面的腐蝕性和人體皮膚造成的損害，另外，三乙醇胺還可以螯合水中的重金屬軟化水質(zhì)，保護(hù)金屬表面，防止其氧化，起到緩蝕作用。

3. 有機(jī)溶劑

高沸點(diǎn)的醇醚有機(jī)溶劑能溶解油性污垢，尤其對褐色黏性的樹脂狀變質(zhì)油，有良好的膨脹和溶解作用，能降低污垢成分間以及污垢與固體表面間的結(jié)合力，有利于油污的去除。但是，溶劑量過多會導(dǎo)致清洗劑出現(xiàn)分層現(xiàn)象，所以需根據(jù)配方添加適量的有機(jī)溶劑，才能增強(qiáng)水基清洗劑對油脂的溶解能力。

市場上經(jīng)常使用的溶劑有檸檬油、*、乙醇、異丙醇、丙二醇醚、3-甲氧基-3-甲基丁醇、異己二醇等。3-甲氧基-3-甲基丁醇、異己二醇這些新型環(huán)保溶劑無臭氧消耗、低毒、低可燃性，可生物降解，不危害環(huán)境；*、*是從植物中提取的烴類有機(jī)物，使用安全性較好，去油脫污能力強(qiáng)，氣味溫和，具有良好的應(yīng)用前景。

制備^[5]

一種汽車零件用水基清洗劑及其制備方法，所述的水基清洗劑按重量百分比包括以下組分：復(fù)合表面活性劑8.5～12%、復(fù)合助劑6～10%、混合無機(jī)鹽5～8%、增溶劑二乙二醇乙mi8～10%、緩蝕劑苯并三氮唑0.25～0.4%、有機(jī)硅消泡劑0.05～0.1%，去離子水59.5～72.2%，所述的制備方法包括如下步驟：a）配制復(fù)合表面活性劑，b）稱取原料混合，c）加水混合攪拌。

主要參考資料

[1] 水基清洗劑廢水的處理技術(shù)應(yīng)用研究進(jìn)展

[2] CN201810516239.2 一種多功能高效水基清洗劑及其制備方法

[3] 水基清洗劑在表面處理中的應(yīng)用

[4] 國內(nèi)廚房水基清洗劑的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

[5] CN201510440282.1 一種汽車零件用水基清洗劑及其制備方法

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