环保型水基清洗剂的研制及其应用进展.pdf

随着科技发展，各行各业都在追求品质提升，都在向高精尖方向不断发展，水基清洗剂作为一种清洁用品成为各行各业发展过程中必不可少的部分。生产生活中常用的清洗剂有以下三种：溶剂型、复合型和水基型清洗剂1。溶剂型清洗剂以有机溶剂为主要成分，清洗能力强，但大多易燃、易挥发，对生态环境和人体健康造成危害2。复合型清洗剂（又称半水基清洗剂）由有机溶剂和表面活性剂复配而成，由于其组成成分中含有有机溶剂，存在污染环境问题。水基清洗剂主要以水为主体，通过复配无机盐助洗剂、表面活性剂、其他助剂（pH调节剂、缓蚀剂、抗氧化剂、光亮剂和消泡剂等）从而起到除油、除灰的作用，安全可靠，绿色环保，应用邻域广泛3。水基清洗剂中各个成分发挥着不同作用。表面活性剂是水基清洗剂的核心组成成分，活性剂两端为憎水基团和亲水基团，可通过吸附和乳化作用来分散和去除油脂和污渍，容易被水冲洗掉，根据功能分为非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂和两性离子表面活性剂4。pH调节剂：可调整清洗剂的酸碱性，有效去除清洗件表面残留的酸（碱）性污染物5。水溶性有机溶剂：帮助清洗难以清洗的污垢，如油漆、涂料和胶水等，常见的水溶性有机溶剂有乙二醇和异丙醇等。稳定剂：用来保持清洗剂的稳定性和保质期，防止清洗剂在存储和使用过程中发生化学反应。缓蚀剂和抗氧化剂等：保持清洗件在放置一段时间后表面不会发生腐蚀、不被氧化。以上成分通常根据具体清洗要求和应用邻域进行一定比例的调配，使水基清洗剂展现出最佳清洗效果。1水基清洗剂的清洗机理水基清洗剂的去污实质就是污物经表面活性剂、乳化剂和渗透剂的润湿、渗透、乳化和增溶作用，降低其在物体表面的附着力6-7，再借助物理清洗方法，如升温、擦拭、喷淋冲洗、机械振动、超声波清洗等，使物件表面的污垢迅速脱离，从而完成清洗过程8。其清洗作用主要分为三步：（1）清洗剂对污垢进行润湿和渗透作用，使清洗剂与污垢结合；（2）清洗剂的核心成分表面活性剂开始产生乳化、分散以及增溶作用，使污垢脱离环保型水基清洗剂的研制及其应用进展*崔兴兰，陈立辉（兰州工业研究院，甘肃兰州730050）摘要：水基清洗剂是以水为基体溶剂，与表面活性剂、助溶剂、添加剂等组合而成的一种清洗媒介，其借助于表面活性剂、乳化剂、渗透剂地润湿、乳化、渗透、分散、增溶等作用来实现对污染物的清洗。其成本低廉、使用安全、绿色环保，有利于生态环境和人体健康，符合当今清洗技术朝着环境友好和可循环利用方向发展的趋势，在生产和生活中具有重要意义。本论述总结了近年来水基清洗剂在不同应用邻域的研制和应用进展，并对其未来发展趋势进行了展望，为新型环保型水基清洗剂的设计和开发提供参考。关键词：环保；水基清洗剂；表面活性剂中图分类号：TQ637文献标志码：A342023 年（第 52 卷）第 3 期甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横物件表面，然后分散到清洗介质中；（3）清洗过程是一个可逆过程，被清洗下来的污渍还可以再次吸附到物件表面，所以通常为防止出现这种情况，会利用一定的机械手段，把清洗下来的污渍及时处理掉。2 水基清洗剂的分类水基清洗剂因为需要应用到不同行业、清洗不同材料，所以清洗剂组成成分不一样，其分类也就多种多样，水基清洗剂的分类主要有以下三种。（1）根据其酸碱度不同，分为中性水基清洗剂（pH7）、酸性水基清洗剂（pH7）9。中性水基清洗剂主要依靠鳌合作用和溶解能力来完成清洗，使用安全、无腐蚀，但脱脂性能较差。碱性水基清洗剂主要成分是氢氧化钠、碳酸钠、硅酸钠或磷酸钠等无机碱和无机盐，主要用于铸铁和钢等表面防锈油、加工油地清洗，一般渗透性和乳化性较好，但需要漂洗且寿命较短。酸性水基清洗剂主要成分为硫酸、盐酸、硝酸、氢氟酸和磷酸等，主要用于各种物体表面锈垢地清洗，具有工艺稳定、寿命长等优点，但具有腐蚀性。（2）根据清洗方式不同分为物理清洗和化学清洗 10。物理清洗是利用机械摩擦、热能、电流、超声波、高压冲击、紫外线等外在能量进行去污清洗，不存在废水处理，也不会对环境造成危害，但对于结构复杂的物件存在清洗不均匀、不彻底等问题。化学清洗是利用化学品或其他溶剂与污染物的化学反应达到去污目的的清洗方法，化学清洗由于液体具有流动性，可均匀地到达被清洗物体的每个角落，弥补了物理清洗不彻底的缺点。在实际应用中，通常将二者结合使用，获得更好的清洗效果。（3）此外，水基清洗剂还可以从其泡沫量的多少来进行分类，可分为无泡型、低泡型、中泡型和高泡型，它们各自有各自的优缺点和适用范围。通常为了达到最佳清洗效果，根据清洗对象的不同，不同类型的水基清洗剂可辅以不同的清洗工艺，有机械搅拌清洗、浸泡清洗、喷淋清洗、超声波清洗和电解清洗等。例如余文博课题组制备了一种适合于高压喷淋的低泡型水基清洗剂11，用于金属表面污垢地清洗；结果表明该清洗剂的清洗效果、泡沫量、防腐和防锈等各项性能指标均优于市售产品，是一种环保型的低泡高效水基金属清洗剂。马静研发设计了一款大中型铝铸件超声水基清洗工艺12，该清洗工艺大幅降低人员工作强度，缩短生产周期，其清洗质量满足了铝合金铸件复杂、多孔的表面清洗要求，清洗效果及清洗工艺流程设置合理，是工业清洗的发展方向。3水基清洗剂的应用3.1金属表面高超13研发团队以水、一元和二元等羧酸混合物、醇胺混合物、植酸、硅烷化合物，复配表面活性剂（脂肪醇EO/PO嵌段聚醚和烷基封端醇醚）制备了一种镀锌金属用水基金属清洗剂，并对清洗剂的净洗力、防腐性、防锈性、消泡性等性能进行了研究，结果表明，该清洗剂对锌、钢铁、铝、铜等金属无腐蚀，具有良好的防锈性，可提升镀锌层及其它金属的耐蚀性，对多种不同油污均有良好的清洗能力，常温及加温条件下低泡或无泡，稳定性良好，适用于多种金属材质，尤其是镀锌金属，在机械加工及使用过程中的清洗，满足喷淋、浸泡、超声波等多种清洗方式要求。季伟课题组14以阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂复配为主成分，无机碱硅酸钠、消泡剂聚二甲基硅氧烷、缓蚀剂钼酸钠、软水剂乙二胺四乙酸二钠作为助剂，制备了一种对铝合金表面油污有较好清洗效果且绿色环保的水基清洗剂，并通过设计正交实验，单因素实验得到清洗剂最佳配方和最佳使用条件，最后比较了自制水基清洗剂和市售水基清洗剂对同种油污的清洗效果以及对铝合金基体的腐蚀性，结果表明，自制清洗剂的清洗效果略好，但腐蚀性明显降低。张巧云课题组15为解决大多数水基清洗剂除油不彻底和耐酸性差的问题，对市售5种非离子表面活性剂进行比较筛选，并与各种助剂复配，得到了一种性能优良的水基清洗剂，该水基清洗剂外观均匀无分层、除油效率高，易漂洗，无清洗剂残留。3.2 厨房油污随着人们生活品质的不断提高，对厨房用清洗剂的要求也越来越高，要求绿色环保、温和不刺激，去污效果好等。通过文献阅读调研，蔡卫权课题组长期致力于研究一种环保高效的厨房用水基清洗剂。2015年，该课题组研发了一种配方简单的高效稠油垢微碱性水基清洗剂16，通过优化实验条件及清洁效果测试，得到清洗剂配方为：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%椰子油脂肪酸二乙工业科技35甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横2023 年（第 52 卷）第 3 期醇酰胺，复配自来水。清洗剂的pH为7.5，接近中性，并且其原液、2倍稀释液、4倍稀释液清洗能力均优于市售清洗剂，具有广阔的应用前景。2016年，基于绿色化学的要求，在前期研究的基础上继续优化改进，制备了一种高效绿色多功能水基清洗剂17，主要成分为：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），上述成分均可在环境中自然降解，配方环境友好、高温和低温稳定性好，去污能力强。该清洗剂不但能够清洗厨房稠油垢，还能用于金属表面矿物油和抛光蜡清洗，应用范围较广，为后续多功能水基清洗剂研究开发提供了思路和方向。3.3电子行业随着电子信息行业的飞速发展，电子产品向着高精密微型化方向发展，因此对电子产品生产过程中的清洗提出更高要求。深圳市天得一环境科技有限公司新材料研发部杜植院科研团队研发了一种用于液晶显示器用环保型水基清洗剂18，清洗剂以阳离子表面活性剂X、异构脂肪醇聚氧乙烯醚Y、直链脂肪醇聚氧乙烯醚、渗透剂JFC、二乙二醇丁醚、异丙醇胺、ETDA为主要原料，配方体系对LCD残留液晶具有较好的清洁乳化作用，清洗去污率达99.0%以上，对LCD玻璃封框胶无腐蚀且挥发气味小，对人体皮肤及身体无明显刺激和损伤作用。刘青、马楠19研发了一种水基PCB电路板清洗剂，其配方原料组成为：硼酸钠23、焦磷酸钾 12、椰子油烷基醇酰胺磷酸酯34、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠 45、柠檬酸 23、乙醇 3040、助剂45、去离子水100120。实验结果表明该清洗剂对松香、焊锡、金属离子、指纹等有快速清除能力，且不易造成短路，极大降低废品率，进而降低了成本，印刷质量亦更好。此外该清洗剂中的助剂能够在电路板表面形成保护膜，隔绝空气，防止大气中水及其他分子腐蚀电路板，抗氧化，有利于进行下一步制作工艺。3.4其他行业刘腾20科研团队研发了一种用于胶版印刷机油墨清洗用的水基清洗剂，配方以水和乙醇为溶剂，吐温-80、十二烷基二甲基甜菜碱为表面活性剂，碳酸钠为碱性助剂复配达到清洗目的，通过实验设计得到最佳成分用量，在此条件下合成的产品为透明、无沉淀、无分层液体，清洗效果可达99.8%。黄选民、幸泽宽21研发了一款用于航空发动机零部件水基积炭清洗剂，该清洗剂适用于航空发动机所有类型积炭的清洗，对积炭具有高效和彻底的清洗能力，且适用于多种航空零部件清洗方式。贾金兰课题组研究了一种水基压敏胶清洗剂22，以N-甲基吡咯烷酮和N、N-二甲基甲酰胺为溶剂，AES为表面活性剂，三者相互促进，可快速有效去除压敏胶，具有清洗效率高、对基材无腐蚀、对人体安全且环境友好的特点。4结论与展望随着经济社会的进步和对环保理念的坚守，绿色环保水基清洗剂仍然具有很大的发展空间和应用前景。本论述对当前水基清洗剂的发展和应用进行了总结，对目前已经开发出来的水基清洗剂进行了简单归类，从中可以看出，水基清洗剂制备方法简单、性能优异，应用领域越来越广泛，对水基清洗剂的要求也就越来越高，使其不断向安全环保、低廉高效、工艺简单并可循环利用的方向发展。尽管水基清洗剂有以上优势，但仍然存在以下问题需要改进：（1）水基清洗剂废水的处理，目前，大多数研究只注重于清洁能力，却忽视了废水处理的问题，虽然所用材料大多无毒或低毒，但长期大量积累后，严重影响生态环境和人体健康，需要引起广大研究者的重视，应加强对废水处理的研究，使其达到可排放标准或通过新型工艺使其可循环利用；（2）水基清洗剂在使用时通常需要加热，随着温度升高水基清洗剂泡沫量也随之增加，不利于喷淋等清洗工艺，而且会增加冲洗时的耗水量，冲洗不干净时被洗物表面会有残留，影响产品外观和使用性能，尤其对高精尖产品的精密部件要求更高，因此对低温低泡型水基清洗剂的开发研究具有重要意义。参考文献：1 陶源，张威，王丰收.环保型水基金属清洗剂的研制及其性能研究 J.应用化工，2019，48（12）：2872-2875.2 孟令东，杨军伟，乔玉林，等.环保型水基金属清洗剂的研制 J.新技术新工艺，2011（6）：82-84.3 金佳惠，朱晓萍，陈爽，等.工业水基清洗剂应用与发展 J.山西化工，2023，43（2）：36-37，43.4 张咪，王金平.国内厨房水基清洗剂的现状及发展趋势 J.现代盐化工，2018，45（3）：13-14.5 曹华东，蒋刘杰，田谧哲，等.电子封装用清洗剂的研究进展 J .精密成形工程，2021，13（1）：146-152.工业科技（下转第53页）362023 年（第 52 卷）第 3 期甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横当胶质含量高、芳烃含量少时，沥青颗粒基本被胶质包裹，饱和烃作为润滑剂在其中起到填充作用，SBS改性剂在改性时吸收一部分饱和烃，但是由于胶质稳定性较高，SBS改性剂很难与胶质产生互溶作用，最终导致克炼改性效果较差。4结论通过研究和分析不同基质沥青、沥青与助剂、沥青老化组分迁移过程中的组分变化，得出以下结论：（1）基质沥青Ic值可以反映制备改性沥青的难易程度。通过分析三种沥青的Ic值，结果表明，SK沥青制备改性沥青最易，镇海沥青次之，克炼沥青最难。（2）通过研究对比沥青与助剂之间的组分差异性，表明沥青助剂的芳烃含量均较高，但芳烃含量不能越高越好，需要综合判断沥青助剂组分的综合应用。（3）沥青在发生老化过程中，主要是饱和烃和芳烃组分发生了迁移，其中在短期老化阶段主要是饱和烃含量的降低，PAV老化过程则是芳香烃向胶质迁移。参考文献：1 吴玉起，钟梅，亚力昆江 吐尔逊.低温煤焦油沥青组分的组成与结构分析 J.洁净煤技术，2023：1-12.2 王泽华，武新成，李宏亮，等.基质沥青四组分与常规指标相关性研究 J.石油沥青，2020，34（3）：26-32，36.3 王勤芳，曾海，田奕，等.浅谈基质沥青四组分组成对SBS改性沥青高低温性能影响 J.石油沥青，2019，33（6）：7-13.4 谭忆秋，李冠男，单丽岩，等.沥青微观结构组成研究进展 J.交通运输工程学报，2020，20（6）：1-17.5 郝培文，丁丰利，刘策.沥青四组分对沥青与集料黏附-黏聚性的影响 J.中国科技论文，2022（12）：1396-1401.6 柏林，刘云.沥青四组分对沥青与集料黏附-黏聚性的影响 J.华东交通大学学报，2021（1）：23-28.表2不同基质沥青改性效果测试指标软化点针入度5延度135布什旋转黏度25弹性恢复48 h离析软化点衰减（48 h）RTFOT后质量损失残留针入度比残留5延度单位0.1mmcmPa.S%60cmSK90号856539.41.92960.51.5-0.1677823.1镇海90号826840.12.13981.01.60.1827624.6克炼90号687131.73.4195302-0.2267019.1质量要求756080351.83.0802.5516020工业科技6 朱火清，蔡志红，刘宏江，等.汽车水箱铝合金热交换器用水基清洗剂的研制与应用 J.清洗世界，2015，31（5）：37-41.7 陶源，张威，王丰收.环保型水基金属清洗剂的研制及其性能研究 J.应用化工，2019，48（12）：2872-2875.8 牛世阳，石燕松，刘志祥，等.一种水基金属清洗剂的实验研究 J.广东化工，2020，47（5）：56-57.9 潘书.一种新型飞机用聚氧乙烯醚类水基清洗剂的开发 D .大连：大连海事大学，2012.10 李波，满瑞林，秘雪，等.水基型清洗剂的研究现状及发展趋势 J.清洗世界，2017，33（6）：30-38.11 余文博，陈启明，闫志平，等.低泡水基金属清洗剂的研制 J .清洗世界，2012，28（1）：10-15，25.12 马静.大中型铝铸件超声水基清洗工艺研究 J.电子工艺技术，2017，38（2）：114-117.13 高超，崔岩，李闯，等.镀锌金属水基清洗剂的研究 J.清洗世界，2021，37（6）：43-45.14 季伟，孟繁东，潘科宇，等.铝合金表面油污清洗剂的制备及其腐蚀性研究 J.电镀与精饰，2021，43（2）：38-43.15 张巧云，陈泽民，贾利蒙.20碳钢水基清洗剂的配制及应用效果 J.材料保护，2018，51（2）：85-86，104.16 刘璠，康娟，陈鑫铜，等.配方简单的高效稠油垢微碱性水基清洗剂的研制 J.化工进展，2015，34（11）：4019-4022.17 古蒙蒙，蔡卫权.高效绿色多功能水基清洗剂的研制 J.化工进展，2016，35（10）：3301-3305.18 杜植院，张文，谢明.液晶显示器用环保型水基清洗剂研究 J.海峡科技与产业，2017（1）：88-92.19 刘青，马楠.一种水基PCB电路板清洗剂及其制备方法 P.安徽省：CN103540460A，2014-01-29.20 刘腾，郑元林，武军，等.环保型水基油墨清洗剂的研究 J.包装工程，2019，40（7）：107-111.21 黄选民，幸泽宽.一种航空发动机零部件水基积炭清洗剂研制 J.清洗世界，2011，27（3）：33-38.22 贾金兰，石红翠，刘敏.压敏胶标签水基清洗剂的研制 J.山西化工，2009，29（6）：21-23.（上接第36页）53