一种多功能水基金属清洗剂的配方研究 杨琨 刘飞
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摘要：采用正交试验对金属水基清洗剂配方进行优化。考察了配方中溶剂、消泡剂和表面活性剂的用量对清洗剂去污力的影响。正交实验结果显示，金属油污清洗剂的较佳配方是1%AES，0.5%聚乙二醇，5%6501，2%OP-10，2%泡敌，3%FMEE。
关键词：金属水基清洗剂；表面活性剂；正交试验；去污力
前言
金属制品在全球范围内应用广泛，金属制品的清洗也是全球清洗工作者的重要研究方向。清洗工艺的选择和清洗效果的好坏，不仅涉及产品质量，而且还涉及产品使用安全、能源及环保等重大问题[1]。金属清洗作业是一项涉及多行业、普遍而经常性的工作，然而由于清洗造成的金属腐蚀是不可避免的问题。随着生产技术的不断提升，金属清洗剂也越来越备受人们关注，高效、安全、无毒的金属清洗剂越来越受工厂所欢迎。一般均采用有机溶剂作为清洗剂，但有机溶剂存在着易燃、有毒、防锈性差、成本高、污染环境等缺点，特别是在空气湿度大的情况下，经过有机溶剂清洗后，零件极易产生锈点，影响使用性能[1]。
本文研发了一种高效、安全、成本低、無毒、防锈、配置和操作都简单的环保型的金属水基清洗剂。
1 实验部分
1.1试剂与仪器
脂肪醇醚硫酸钠（AES），广州橞欣化工有限公司；聚乙二醇，江苏省海安石油化工厂；椰子油脂肪酸二乙醇酰胺（6501），江苏省海安石油化工厂；OP-10，天津市致远试剂有限公司；泡敌GPE，江苏省海安石油化工厂；FMEE，广州广客源化工。
101A-2B电热鼓风干燥箱，上海实验仪器厂有限公司；KQ-250E超声波清洗器，昆山市超声波仪器厂；85-2控温磁力搅拌器，江苏金怡科技有限公司；电子天平，赛多利斯科学仪器（北京）有限公司。
1.2清洗剂配方优化正交试验设计
经过查阅文献[2]及预实验可知，影响清洗剂去污力的主要因素有AES、聚乙二醇、6501、OP-10、抑泡剂泡敌GPE、FMEE这几种试剂在金属清洗液中的质量分数及其相对比例。
实验以6个因素的质量分数进行6因素5水平 正交试验，以清洗剂去污力作为评价指标，确定清洗剂的配方组合。正交试验的因素水平表见表1。
1.3清洗剂的配置工艺
用自来水将溶液配置成50ml，用控温磁力搅拌器搅拌至全部溶解，控制温度为30度左右，在连续搅拌下逐步加入其他表面活性剂，搅拌至全部溶解为止。降温室温，依次加入其他溶剂和助剂，搅拌至全部溶解，降温至室温得澄清透明溶液。
1.4清洗剂的性能测定
1.4.1去污力的测定（参照QB/T4348-2012）
取工业用的原油，搅拌机搅拌均匀。形成一种无法自由流动状态的油污。
取若干不锈钢片将经过酒精清洗、烘干、冷却，记录质量为m0（称准至0.0002g）。用毛刷均匀涂敷油污（涂抹量控制在0.20～0.30g/片），将涂好的试片放入恒温干燥箱中，放于60℃干燥箱中干燥50min，取出试片，称量记录质量为m1。将制得的污片放在50mL清洗剂的烧杯中。将烧杯放入超声波清洗器中，调节超声波清洗器的温度为40℃，时间10min，取出，用镊子污片从烧杯中取出放在恒温干燥箱中干燥1h（温度60°C）最后，取出污片冷却5min后称其质量并记录为m2。
去污力计算公式为：去污力=[（m1-m2）/（m1-m0）]×100%
1.4.2腐蚀性测试（参照QB/T2177-1995）
分别测试不锈钢试片和铝试片的腐蚀量。将不锈钢试片和铝试片洗净，在干燥箱（40±2）℃中烘干称其质量m3，然后将试片放入装有清洗原液的烧杯中，置于（40°C）超声波清洗器中，10min后取出，干燥冷却称其质量为m4。试片腐蚀量为腐蚀前后的质量差[6]。
1.4.3稳定性和pH测定
参照国家标准QB/T4348-2012进行
2 结果与讨论
2.1 正交实验
为了优化工业金属清洗剂的较佳配方，采用正交试验探究不同因素的不同水平组合对清洗剂清洗效率的影响
由实验结果可以得出，对清洗剂的洗涤效率影响最大的因素是6501在金属清洗液中所占质量分数，通过对实验结果的计算与分析，得出金属清洗剂的最佳配方为A1B1C5D4E4F3，即1%AES，0.5%聚乙二醇，5%6501，2%OP-10，2%泡敌，3%FMEE。
2.2 清洗剂的较佳配方确定
因为6501对清洗剂的清洗效率有较大影响，所以设计5个单因素实验保持其他成分含量不变单独探究6501在清洗剂中的质量分数对金属清洗效率的影响，五个实验中6501在整体金属清洗剂中的占比分别为4.0%，4.5%，5.0%，5.5%，6.0%。
单因素实验的结果显示随着6501浓度的增加，洗涤效率呈上升趋势。因为6501跟其他表面活性剂相比具有更好的增容与稳泡的作用，与阴离子，阳离子，两性表面活性剂都具有很好的相容性，所以该表面活性剂对洗涤效果能够造成很大的影响，确定金属清洗剂的最终配方为1%AES，0.5%聚乙二醇，6%6501，2%OP-10，2%泡敌，3%FMEE。用此配方配置金属清洗剂检测其稳定性，实验结果见表4，表4显示该清洗剂原液、2%稀释液、4%稀释液、2%浓缩液、4%浓缩液都具有较好的稳定性与耐硬水性。
2.3 清洗剂的性能对比
将用最终确定的方案配置出的清洗剂与市售的金属清洗剂比较，结果见表5。由表5可知，研制出的金属清洗剂的洗涤效率高于市售金属清洗剂的平均水平
3 结论
实验的原料采用了增容性、乳化作用、湿润作用都较好的6501、FMEE、AES进行正交实验优化配方，再通过对6501设计单因素实验探究了质量分数对洗涤效率的影响，最终研制出的金属清洗剂在满足腐蚀性国家标准的同时具有较高的清洗能力。实验研制出的最佳配方为1%AES，0.5%聚乙二醇，6%6501，2%OP-10，2%泡敌，3%FMEE。
参考文献
[1]孙高翔，赵熠琳.水基金属清洗剂在液压元件清洗工艺中的应用及试验[J].清洗世界，2015，31（10）：21-23+40.
[2]于立军. 阴离子表面活性剂在油水界面吸附行为的实验和理论研究[D].中国石油大学，2011.
基金项目：黑龙江省大学生创新创业训练计划项目（201810214130，201810214108）
作者简介：杨琨（1998-），男，哈尔滨理工大学荣成校区本科生。
（作者单位：哈尔滨理工大学荣成校区）
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