水基低泡工业清洗剂的探究范文

时间：2022-01-09 11:36:27

水基低泡工业清洗剂的探究

摘要：本文介绍了工业清洗中低泡的实现方法，以及各种低泡水基工业清洗剂的作用机理，并介绍了应用消泡剂、低泡表面活性剂、电解质、有机溶剂实现对清洗剂的泡沫控制，以及不含表面活性剂的清洗剂、油污剥离型清洗剂等特殊类型低泡清洗剂体系。

关键词：低泡；清洗剂；工业清洗

0引言

清洁化学品是一个基础民生家庭生活用品，虽然未必是最重要的，却是生活必须的，同样，工业生产中清洗工序也是不可缺少的重要环节[1]。清洗药剂与工艺的选择直接影响清洗效果的好坏，清洗效果不仅涉及安全、能源及环保等重大问题，而且直接影响到产品的性能和质量，通常情况下，清洗工艺一般会受清洗设备、现场条件等因素所限，可改变的因素不多，因此，多数情况下只有调整清洗药剂的配方，适应已经基本固定的清洗工艺，来实现良好的清洗效果，保证产品质量。工业清洗剂一般分溶剂型和水基型清洗剂两种。水基金属清洗剂具有以水代油、节省能源、不危害操作者健康、污染少、环境友好、不易燃烧(安全)和清洗成本低等一系列优越性[2]，但普遍存在洗净率、消泡性、防锈性及稳定性等技术性能指标不能满足工业生产的需要的缺点。泡沫是气体在液体中的分散体系，人们在使用沐浴露、洗发水、洗衣液、洗洁精等清洗产品时会发现，当清洗剂量不足或污垢较多时，泡沫较少，于是会很容易用泡沫来衡量清洗剂的去污能力，实际并非如此，清洗剂中的表面活性剂的生成泡沫能力与其其他性能（如润湿、乳化、去污等）并无一定关系。在大多数工业清洗中，泡沫不仅影响去污，还难以漂洗，容易残留，甚至溢出清洗装置，造成浪费，且泡沫会从清洗液本相中携带走表面活性剂，使得表面活性剂浓度降低[3]，去污力下降。因此低泡水基清洗产品在工业清洗中广泛应用。

1工业清洗中泡沫的影响因素

工业清洗中泡沫的产生和稳定受到多种因素的影响[4-5]：油污、工业清洗剂、水硬度、清洗工艺条件等。清洗过程中油污与清洗液中的碱皂化，可形成脂肪酸皂，使得清洗液发泡；清洗剂中的表面活性剂是引发泡沫的主要因素，其它组分如酸/碱、电解质等助剂也会影响清洗液的发泡力及泡沫稳定性；另外清洗条件如清洗剂浓度、清洗温度、清洗方式（尤其是机械力较大的清洗如高压喷淋等）、清洗时间、药剂使用周期等都会影响清洗液的泡沫行为。通常情况下，某生产过程基本形成了特定的油污，水质条件、清洗设备也基本固定，工艺条件可调整的空间有限，因此，多少情况下需要根据不同的清洗条件设计不同的清洗剂配方来满足实际清洗要求。

2低泡水基工业清洗剂研究

工业清洗通常是机械化、连续化的过程，伴有较强的机械冲刷力，提高了清洗、生产效率，但也加剧了泡沫的产生。为适应工业生产的需要，人们开发了多种形式的低泡水基工业清洗剂。

2.1消泡剂的应用

在常规的清洗剂中加入消泡剂是最简便的消除清洗泡沫的方法，付冬[6]等人开发了一种以碳酸钠（Na2CO3）、硅酸钠（Na2SiO3）、柠檬酸钠（Na3C6H5O7）及戊二醛为主要成分，以二甲基硅油为消泡剂，发泡力较低的乳制品设备原位清洗低泡清洗剂。该配方中烷基糖苷（C0810APG）、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠（AES）本身易发泡，但体系中活性剂总量较低（4%），加入0.4%的硅油消泡剂实现清洗剂的低泡性能。笔者用阳离子与非离子表面活性剂复配，加入有机硅消泡剂开发了托矿物油的清洗剂[7]即为此类低泡清洗剂。

2.2低泡表面活性剂的应用

使用消泡剂降低清洗剂的泡沫已在清洗、水基加工液中普遍使用，但硅油消泡剂与水的相容性很差，使得清洗产品的稳定性变差，即产品存放较长时间后，硅油消泡剂容易析出，使得产品在使用时出现不均匀，含带消泡剂的部分可以无泡，不含消泡剂的部分泡沫很多，且析出的消泡剂在高压喷淋清洗时容易堵塞喷淋头、过滤器等设备，为清洗带来了不便。且有机硅消泡剂所含的乳化剂在有机硅被清洗液包裹后，会引起更多的泡沫。另外，一些消泡剂对去污力有负面影响[8]。因此，人们研究了不含消泡剂而清洗剂本身无泡的清洗剂。最简便的做法就是使用低泡表面活性剂来替代原来常用的表面活性剂。笔者研究组研究了常见的低泡表面活性剂的结构类型及性能[9]，并应用低泡表面活性剂的低泡及抑泡性能开发了应用于不同清洗条件下的水基金属清洗剂[10-14]。

2.3电解质的消泡作用

影响泡沫的因素很多，但最重要的是表面膜强度。溶液中电解质浓度较高时，扩散双电层压缩，电相斥作用变弱，膜厚度变小，稳定性变差。由于体系中需要较多的电解质，使得表面活性剂的复配性有较大挑战，因此此类产品经常做成两组分，即乳化剂与清洗添加剂，使用时按一定比例组合，配制成工作液。

2.4有机溶剂的消泡作用

低沸点溶剂蒸发可使泡沫破裂。如直接向泡沫喷洒乙醇，可快速消泡。当体系中含有较低表面张力的溶剂且含量较低，适度降低体系的表面张力，是有助于发泡的。此时，溶剂的益处在于增强配方的去污力，帮助减少表面活性剂用量，总体的效果是降低了泡沫量。

2.5不含表面活性剂的清洗剂

在一些场合，使用不含表面活性剂的清洗剂进行清洗，清洗剂本身无泡。常见的如乳制品工业CIP清洗中，酸、碱清洗。赵秀云[15]发明的乳制品CIP清洗方法中，碱洗采用氢氧化钠，酸洗采用硝酸，是单一组分的酸、碱清洗剂，通常为了提高清洗效率，会加入螯合剂等助剂复配成复合清洗剂。

2.6油污剥离性清洗剂

通常低泡水基工业清洗剂的除油过程是利用体系的碱对油污皂化以及表面活性剂对油污的乳化进行的，随着清洗的进行，与油污作用的碱和表面活性剂消耗较大，且由于油污皂化会引起体系泡沫增多。为了改善清洗中泡沫越来越多及清洗剂使用寿命较短问题，笔者开发了一种新型环境友好的水基金属清洗剂[16]，该清洗剂不同于常见的水基金属清洗剂的特点是它的清洗过程为油污从金属表面的剥离过程，油污进入清洗液中，仍然保持油相状态而不形成乳液，起到了很好的消泡作用，清洗停止后，清洗液静置，油污可以很好的与清洗液分层，方便分离油污，延长了清洗液的使用寿命。

3清洗工艺的优化

工业清洗剂与污垢的作用主要是化学反应、溶解、分散、润湿等作用，同时伴有机械力、加热等物理辅助作用，为了减少机械力对清洗液的泡沫引发作用，可以加强引进超声、电解等非机械能的辅助作用，或使用多种清洗力的组合。

4结论

综上所述，低泡水基工业清洗剂有着广阔的应用前景，设计开发时可根据不同的油污组成、水质条件、清洗条件进行开发特定条件下的最佳复配体系：对于动植物油脂类油污，某些条件下可使用高碱浓度、辅助螯合剂而不含表面活性剂的组合，利用皂化、螯合作用去污，形成的脂肪酸皂可在清洗中发挥其润湿乳化作用，而高的碱浓度，使得体系中电解质浓度高，可以及时破乳，使得体系低泡、无泡。另外，对某些油脂皂化后泡沫会增多的情况，则需要在高碱、螯合剂的基础上加入抑泡类活性剂。对一些矿物油含量较大的油污，可以在体系中加入环保溶剂，增强体系对油污的渗透力，降低表面活性剂的用量，来控制清洗液的泡沫。选择不同结构的低泡表面活性剂及抑泡性活性剂的组合开发的低泡清洗剂是常用的低泡清洗剂的体系，在其基础上，引入一些特殊功能的渗透剂、分散剂可以实现油污剥离，油污分散在清洗液中发挥其消泡作用，不仅控制了泡沫，还实现了油污分离，延长了清洗液的使用寿命。随着新型清洗工艺的发展，较小机械力，会进一步改善泡沫对工业清洗的不利影响。

参考文献：

[1]方华，朱再旭.机械行业金属零部件加工的化学清洗[J].清洗世界，2014,30(12):31~35.

[2]庞健.有机溶剂清洗作业安全风险浅析[J].安全，2013,(1):33~34.

[6]付东，李鹏，吴琼，等.乳制品设备原位清洗低泡清洗剂的制备[J].日用化学工业，2017,47(12):694~697.

[7]李高峰.水基高效脱矿物油用清洗剂的开发[J].清洗世界，2018,34(4):38~43.

[8]孙晓云，陈顺娥，陈民桥.消泡剂对合成洗涤剂去污作用影响的研究[J].日用化学工业，1981,11(6):6~8.

[9]李高峰.低泡表面活性剂及其在工业清洗中的应用[J].清洗世界，2015,31(7):28~32.

[10]李高峰，张惠文.低泡防锈性水基金属清洗剂的研究与开发[J].电镀与涂饰，2015,34(9):496~501.

[11]李高峰.低温高效低泡水基黑色金属清洗剂的研究与开发[J].清洗世界，2017,33(6):15~21.

[12]李高峰.低温高效低泡水基冷轧钢板脱脂剂的研制[J].电镀与精饰，2017,39(7):16~20.

[13]李高峰.低温低泡水基金属清洗剂的研究与开发[J].电镀与涂饰，2017,36(12):626~631.

[14]李高峰.低温高效低泡冷轧铝板清洗剂的研究与开发[J].表面技术，2017,46(12):290~294.