低泡沫无印渍硬表面清洗剂配方的研究.pdf

清洗是金属、塑料、树脂、玻璃等制品表面处理加工过程中不可或缺的程序之一，清洗不彻底导致产品质量不良的比例超过 40%。表面清洗是否彻底，不但影响后续的电镀、彩涂、镀膜等精加工工艺操作，而且影响成品的外观和美观度1。传统的硬表面水基清洗剂，不仅会产生较多的泡沫，也容易在金属表面产生水印或水渍2。环氧乙烷/环氧丙烷（EO/PO）无规嵌段脂肪酸甲酯乙氧基化物（FMEE）是一种低表面张力表面活性剂，具有良好的硬表面铺展性能，其水溶液在硬表面上不聚集成水珠，可以快速有效地湿润和铺展表面，有效地避免清洗后在硬表面上形成竖条流痕、水印白点等痕迹，从而改善清洗后的最终外观3。FMEE不仅具有很强的表面润湿与净洗力，而且乙氧基化后进一步丙氧基化，分子结构式中同时含有亲水乙氧基和亲油丙氧基，这种亲油亲水结构交错排列，导致分子结构空间排列参差不齐，在液膜之间形成大量的空隙，减弱了液膜的强度与厚度，使 FMEE 具有低泡特性4。FMEE 主要性能见表 1。由表 1 可知，FMEE 具有良好的表面润湿性与铺展性，其表面张力和润湿接触角都较低，在硬表面被油污覆盖时，可以迅速沿油污边缘渗透进入油污内部，破坏油污与硬表面的结合力，易于清洗工作液将油污卷离表面，对污垢的清洗非常有效5。选用具有超级润湿与铺展作用的非离子表面活性剂 FMEE作为清洗剂的主体成分，将其与无机盐助洗剂进行合理复配，分析了清洗温度、时间、FMEE 的用量以及助洗剂等对清洗效果的影响，最终得到一种低泡沫的无印渍硬表面清洗剂。该清洗剂适用于连续式喷淋清洗工序，具有节水、高效的特点，符合节能减排的发展要求。1实验部分1.1主要材料与仪器无磷乙二胺二邻苯基乙酸钠（EDDHA-Na）、脂肪酸甲酯二丙酸钠 M400、FMEE，工业级，上海喜赫精细化工有限公司；二水合柠檬酸钠，工业级，山东英轩实业股份有限公司；306 不锈钢板（规格为 20mm20 mm2.5 mm），东莞键能五金制品有限公司；氧化铈（CeO2），四川省乐山钻石天然磨料有限责任公司。BN-002 电子分析天平，泉州懿恒电子有限公司；85-2 恒温磁力搅拌器，上海化科实验器材有限公司；ZK-82A 电加热真空小型烘箱，浙江路达机械仪器有限公司。低泡沫无印渍硬表面清洗剂配方的研究金 源郑 岩上海喜赫精细化工有限公司（上海201620）科研开发摘要研究了一种低泡沫无印渍清洗剂的配方。选用具有超级润湿与铺展作用的低泡表面活性剂脂肪酸甲酯乙氧基化物（FMEE）作为清洗剂的主体成分，分析了清洗温度、清洗时间、FMEE 以及助洗剂的用量等对清洗效果的影响。最终得到的低泡沫无印渍硬表面清洗剂的配方为：FMEE 10%，柠檬酸钠 5%，无磷乙二胺二邻苯基乙酸钠 5%，耦合剂 M400 5%，杀菌剂凯松 0.1%，纯水 74.9%。关键词泡沫印渍润湿性硬表面清洗剂中图分类号TQ 330.1作者简介：金源男1990 年生硕士研究生主要从事工业清洗剂的研发与应用表 1FMEE 主要性能参数参数数值表面张力/（mN m-1）25.726.2界面张力/（mN m-1）0.2接触角/（毅）3337泡沫体积/mL1015第 48 卷 第 4 期2023 年 8 月上 海 化 工Shanghai Chemical Industry29 1.2不锈钢油污的制备将石蜡 50 g、长城润滑油 200 g、花生油 100 g、切削液 100 g 和稀土 3 g 在（702）条件下搅拌均匀。将准备好的不锈钢片彻底洗净，准确称量其质量，记为 m0。将不锈钢片浸入自制油污确保油污充分粘附在其两面，在（802）下干燥 24 h 后，准确称量其质量，记为m1。1.3不锈钢片的清洗试验将不锈钢试片置于恒温搅拌的清洗剂工作液中，准确称量清洗前后的不锈钢试片的质量，并按照公式（1）计算清洁率（p）。p=1-（m2-m0）/（m1-m0）伊100%（1）式中：m0为不锈钢试片初始质量，mg；m1为附着油污后试片的质量，mg；m2为清洗后不锈钢试片的质量，mg。1.4耐洗性测试将 5 片涂覆有油污的不锈钢片依次按照 1.3 工艺进行清洗，计算每一片不锈钢片的油污清洁率，用平均油污去除率来表征清洗剂的耐洗性。2结果与讨论2.1温度对 FMEE 清洗效果的影响将清洗剂 FMEE 用量设定为 2%，不添加其他洗涤或助洗成分，参照 1.3，分析了不同清洗温度对清洁率和耐洗性的影响，实验结果见图 1。由图 1 可知：当清洗温度在 3060 之间时，清洁率随温度的升高相应提升，由 41.55%提高至81.29%；当温度超过 60 后，清洁率开始下降。这是由于 EO/PO 无规嵌段 FMEE 浊点（5052）较低，当清洗温度超出浊点太多，会导致非离子表面活性剂结构发生变化，其醚键中的氧原子与水中的氢原子之间的共价键发生断裂，其乳化和增溶油脂的能力快速下降6，因此当清洗温度超过 80 时，清洁率下降明显。温度升至 90，清洗率再次提高至83.22%，原因是高温条件下，热水本身也有很好的清洗能力。在耐洗性方面，温度较低时，FMEE 的耐洗性较好，在 60 时耐洗性相对于清洁率较差，是因为该温度条件下 FMEE 自身消耗比较大，导致耐洗性下降。温度继续升高至 90，耐洗性提高至80.19%，该温度条件下高温对清洗的影响比较明显。根据 FMEE 的浊点和实验数据，确定其最佳使用温度为 50。2.2FMEE 用量对清洗效果的影响将清洗温度设定为 50，参照 1.3，在未添加其他洗涤或助洗成分的条件下，分析了不同用量FMEE 对清洁率和耐洗性的影响，实验结果见图 2。由图 2 可知，随着 FMEE 用量的提升，清洁率逐渐升高，当 FMEE 在工作液中的质量分数超过 2%之后，清洁率基本维持在 80%左右，继续提升 FMEE的用量，清洁率提升的幅度很小。这说明当 FMEE 溶液的浓度达到了其临界胶束浓度（CMC）后，继续提高 FMEE 的浓度，对清洁率提升帮助不明显。另一方面，在长期存放过程中，金属表面会产生一些顽固的难以去除的油污，如经过氧化后的硬质老垢、缝隙或盲孔深处的油污等。对于此类难以清洗的污垢，仅靠提高工作液的浓度是远远不够的7。在耐洗性方面，随着 FMEE 用量的增加，耐洗性能相应提高。考虑表面活性剂应用成本，最终以形成 CMC 时的 FMEE 用量为最佳用量，该质量分数为 2%。2.3清洗时间对 FMEE 清洗效果的影响将清洗温度设定为 50，FMEE 质量分数设定为 2%，不添加其他洗涤或助洗成分，参照 1.3，分析了不同清洗时间对清洁率和耐洗性的影响，实验结果见图 3。由图 3 可知：在清洗工艺的初始阶段，清洁率与清洗时间成正比，随着时间的延长，清洁率不断提高；清洗时间超过 10 min 后，清洁率提升幅度变缓慢；清洗时间超过 20 min 后，清洁率几乎没有变化。另外，清洗时间对耐洗性的影响较小，耐洗性始终维图 1温度对 FMEE 清洗效果的影响图 2FMEE 用量对清洗效果的影响上 海 化 工第 48 卷30 图 4助洗剂对清洗效果的影响图 3时间对清洗效果的影响持在 45%50%之间。因此，在实际生产中，在保证清洁率的前提下，应尽可能缩短清洗时间，以提高生产加工效率、降低生产成本。通过实验最终确定 FMEE的最佳清洗时间为 10 min。2.4助洗剂对 FMEE 清洗效果的影响在清洗剂中加入一些助洗剂可以提高清洗剂的去污能力，因为助洗剂一般都具有螯合作用，并能通过缓冲作用稳定清洗工作液的 pH。另外，助洗剂一般都含有阴离子基团，可以使污垢表面携带相同的负电荷，相互之间产生排斥力，减少污垢聚集的倾向，更有利于分散污垢8。氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠和偏硅酸钠是目前常用的助洗剂，这类助洗剂存在的问题是在光滑的镜面容易产生明显水渍和流痕，清洗后需要用大量的去离子水或溶剂冲洗9。三聚磷酸钠、焦磷酸钠等磷酸盐也是常用助洗剂。含磷助洗剂在硬表面成膜透明，清洗后的硬表面不会残留可见的印渍，但磷酸盐类助洗剂不环保10。为了获得一种能替代磷酸盐，并且在硬表面不产生印渍的助洗剂，选择无磷环保的柠檬酸钠和 EDDHA-Na 作为助洗剂。EDDHA-Na 具有较强的螯合与分散作用，可以弥补柠檬酸钠螯合和分散力的不足，二者按照质量比 11 复配可以获得较好的助洗效果，清洗效率接近三聚磷酸钠11。将柠檬酸钠和 EDDHA-Na 按照质量比 11 复配的助洗剂与 FMEE 共同应用于不锈钢片的清洗，并考察助洗剂用量对 FMEE 的助洗作用，清洗结果见图 4。由图 4 可知，助洗剂质量分数为 2%时清洁率为 92.16%，继续提高助洗剂用量，清洁率变化不大。随着助洗剂用量的增加，耐洗性能也相应提高，说明增加助洗剂的用量，会弥补表面活性剂清洗过程中的损耗。最终将助洗剂的质量分数确定为 2%。通过实验确定了几种原料的用量：表面活性剂FMEE 质量分数为 2%、助洗剂柠檬酸钠质量分数为1%、EDDHA-Na 质量分数为 1%，3 种原料的用量比例为 211。为了方便清洗剂的使用，简化工作液配制程序,将 FMEE、柠檬酸钠、EDDHA-Na3 种原料按照 211 的比例复配得到低泡沫无印渍硬表面清洗剂，由于体系中盐类助剂占比例较大，为了保持体系稳定且久置不分层，加入耦合剂 M400 与杀菌剂，得到外观均匀的成品。清洗剂配方见表 2。按照表 2 各种组分比例，充分搅拌均匀后得到透明的淡黄色成品清洗剂，将成品稀释 5 倍，即将 1份清洗剂与 4 份纯水混合后即可制得 FMEE 质量分数为 2%、柠檬酸钠质量分数为 1%、EDDHA-Na 质量分数为 1%的清洗工作液，直接应用于硬表面油污清洗。3结论（1）FMEE 在硬表面清洗的最佳质量分数为2%，最佳清洗温度为 50，最佳清洗时间为 10min。（2）将 EDDHA-Na 和柠檬酸钠按照质量比 11 复配后作为无磷助洗剂，清洗后在表面不残留水渍、白点。复配无磷助洗剂的最佳用量为 2%。（3）低泡沫、无水印硬表面清洗剂的配方为：FMEE 质量分数为 10%，助洗剂柠檬酸钠和 ED-DHA-Na 质量分数分别为 5%，体系耦合剂 TEXZOM400 5%，杀菌剂凯松 0.1%，纯净水补足 100%。表 2低泡沫无流痕清洗剂配方类别名称质量分数/%表面活性剂喜赫 FMEE10.0助洗剂柠檬酸钠5.0助洗剂无磷 EDDHA-Na5.0耦合剂TEXZO M4005.0杀菌剂凯松0.1其他纯净水76.9金源，等：低泡沫无印渍硬表面清洗剂配方的研究第 4 期31 Study on Formulation of Low FoamCleaning Agent without Stain for Hard SurfaceJIN Yuan ZHENG YanAbstract:The formulation of a low foam cleaning agent without stain was studied.Fatty acid methyl ester ethoxylates(FMEE),a low-foam surfactant with super wetting ability and spreading effect,was selected as the main component of thecleaning agent.The effects of cleaning temperature,cleaning time,FMEE dosage and the amount of detergent aid on thecleaning effect were analyzed.The formulations of the final low foam cleaning agent without stain for hard surface are:FMEE 10%,sodium citrate 5%,ethylenediamine dio-phenylacetic sodium acetate 5%,coupling agent M400 5%,fungi鄄cide 0.1%,pure water 74.9%.Key words:Foam;Stain;Wetting ability;Hard surface;Cleaning agent参考文献：1陈小泉,王劲松,李珊.硬表面固体污垢的洗涤研究J.中南工学院学报,1996(1):68-71.2陈益锋.清洗剂在硬表面清洗中的使用 J.中国洗涤用品工业,2013(11):30-33.3徐军.FMEE 与 FMES 的合成及在除蜡水配方中的应用J.四川化工,2022,25(4):6-9.4王琛.低泡沫 PO 封端 FMEE 在金属中性脱脂中的的应用J.广东化工，2022,49(18):13-15.5王琛.PO 封端 FMEE 在皮革深层脱脂中的应用J.皮革与化工,2022,39(5):10-14.6贾路航.表面活性剂的复配及其在除油清洗中的应用J.安徽化工,2013,39(6):37-40.7李晓如,刘凯,张剑,等.脂肪酶在厨房油污硬表面洗涤中的研究J.中国洗涤用品工业,2020(2):35-42.8杨韶娟,李彩霞,李梦雪.不同助洗剂对餐具洗涤剂性能的影响J.中国洗涤用品工业,2015(12):77-79.9陶梅香.丙烯酸-衣康酸共聚物助洗剂的合成及性能研究D.青岛:青岛科技大学,2011.10 段付岗.甲醇装置污水排放总磷浓度超标原因及调控措施J.硫磷设计与粉体工程,2019(2):4-7.11 于兴凯,卫杰刚.乙二胺二邻苯基乙酸钠的合成及其在麦草浆漂白中的应用J.纸和造纸,2022,41(5):30-33.收稿日期：2022 年 11 月上 海 化 工第 48 卷巴斯夫携低碳理念、创新技术和解决方案亮相上海首届碳中和博览会6 月 11 日，巴斯夫以“创新开道，先行 碳 路”为主题，亮相上海首届国际碳中和技术、产品与成果博览会（简称“碳博会”），全面展示其贯穿整个价值链的低碳理念、创新技术和解决方案，赋能中国各行业的绿色发展。巴斯夫对可持续发展的承诺贯穿整个价值链，将负责任地采购、高效安全地生产、提供可持续的解决方案一起纳入到公司减碳的行动之中。值得一提的是，巴斯夫还在会上首次展示了其计算产品碳足迹的数字化解决方案互动模型。借助这一解决方案，巴斯夫为其近 4.5 万种全球在售产品提供“从摇篮到大门”的产品碳足迹数据，提高产品碳排放的透明度，帮助其客户了解并减少自身产品的碳足迹。巴斯夫大中华区董事长兼总裁楼剑锋博士表示：“我们非常高兴通过碳博会这一平台，全方位展现巴斯夫如何迈向 2050 温室气体净零排放的目标，并通过低碳创新的技术与解决方案助力整个化工行业的转型，推动中国经济的可持续发展。”（赵霞）32