水基低泡工業清洗劑的探究范文

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摘要：本文介紹了工業清洗中低泡的實現方法，以及各種低泡水基工業清洗劑的作用機理，并介紹了應用消泡劑、低泡表面活性劑、電解質、有機溶劑實現對清洗劑的泡沫控制，以及不含表面活性劑的清洗劑、油污剝離型清洗劑等特殊類型低泡清洗劑體系。

關鍵詞：低泡；清洗劑；工業清洗

0引言

清潔化學品是一個基礎民生家庭生活用品，雖然未必是最重要的，卻是生活必須的，同樣，工業生產中清洗工序也是不可缺少的重要環節[1]。清洗藥劑與工藝的選擇直接影響清洗效果的好壞，清洗效果不僅涉及安全、能源及環保等重大問題，而且直接影響到產品的性能和質量，通常情況下，清洗工藝一般會受清洗設備、現場條件等因素所限，可改變的因素不多，因此，多數情況下只有調整清洗藥劑的配方，適應已經基本固定的清洗工藝，來實現良好的清洗效果，保證產品質量。工業清洗劑一般分溶劑型和水基型清洗劑兩種。水基金屬清洗劑具有以水代油、節省能源、不危害操作者健康、污染少、環境友好、不易燃燒(安全)和清洗成本低等一系列優越性[2]，但普遍存在洗凈率、消泡性、防銹性及穩定性等技術性能指標不能滿足工業生產的需要的缺點。泡沫是氣體在液體中的分散體系，人們在使用沐浴露、洗發水、洗衣液、洗潔精等清洗產品時會發現，當清洗劑量不足或污垢較多時，泡沫較少，于是會很容易用泡沫來衡量清洗劑的去污能力，實際并非如此，清洗劑中的表面活性劑的生成泡沫能力與其其他性能（如潤濕、乳化、去污等）并無一定關系。在大多數工業清洗中，泡沫不僅影響去污，還難以漂洗，容易殘留，甚至溢出清洗裝置，造成浪費，且泡沫會從清洗液本相中攜帶走表面活性劑，使得表面活性劑濃度降低[3]，去污力下降。因此低泡水基清洗產品在工業清洗中廣泛應用。

1工業清洗中泡沫的影響因素

工業清洗中泡沫的產生和穩定受到多種因素的影響[4-5]：油污、工業清洗劑、水硬度、清洗工藝條件等。清洗過程中油污與清洗液中的堿皂化，可形成脂肪酸皂，使得清洗液發泡；清洗劑中的表面活性劑是引發泡沫的主要因素，其它組分如酸/堿、電解質等助劑也會影響清洗液的發泡力及泡沫穩定性；另外清洗條件如清洗劑濃度、清洗溫度、清洗方式（尤其是機械力較大的清洗如高壓噴淋等）、清洗時間、藥劑使用周期等都會影響清洗液的泡沫行為。通常情況下，某生產過程基本形成了特定的油污，水質條件、清洗設備也基本固定，工藝條件可調整的空間有限，因此，多少情況下需要根據不同的清洗條件設計不同的清洗劑配方來滿足實際清洗要求。

2低泡水基工業清洗劑研究

工業清洗通常是機械化、連續化的過程，伴有較強的機械沖刷力，提高了清洗、生產效率，但也加劇了泡沫的產生。為適應工業生產的需要，人們開發了多種形式的低泡水基工業清洗劑。

2.1消泡劑的應用

在常規的清洗劑中加入消泡劑是最簡便的消除清洗泡沫的方法，付冬[6]等人開發了一種以碳酸鈉（Na2CO3）、硅酸鈉（Na2SiO3）、檸檬酸鈉（Na3C6H5O7）及戊二醛為主要成分，以二甲基硅油為消泡劑，發泡力較低的乳制品設備原位清洗低泡清洗劑。該配方中烷基糖苷（C0810APG）、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉（AES）本身易發泡，但體系中活性劑總量較低（4%），加入0.4%的硅油消泡劑實現清洗劑的低泡性能。筆者用陽離子與非離子表面活性劑復配，加入有機硅消泡劑開發了托礦物油的清洗劑[7]即為此類低泡清洗劑。

2.2低泡表面活性劑的應用

使用消泡劑降低清洗劑的泡沫已在清洗、水基加工液中普遍使用，但硅油消泡劑與水的相容性很差，使得清洗產品的穩定性變差，即產品存放較長時間后，硅油消泡劑容易析出，使得產品在使用時出現不均勻，含帶消泡劑的部分可以無泡，不含消泡劑的部分泡沫很多，且析出的消泡劑在高壓噴淋清洗時容易堵塞噴淋頭、過濾器等設備，為清洗帶來了不便。且有機硅消泡劑所含的乳化劑在有機硅被清洗液包裹后，會引起更多的泡沫。另外，一些消泡劑對去污力有負面影響[8]。因此，人們研究了不含消泡劑而清洗劑本身無泡的清洗劑。最簡便的做法就是使用低泡表面活性劑來替代原來常用的表面活性劑。筆者研究組研究了常見的低泡表面活性劑的結構類型及性能[9]，并應用低泡表面活性劑的低泡及抑泡性能開發了應用于不同清洗條件下的水基金屬清洗劑[10-14]。

2.3電解質的消泡作用

影響泡沫的因素很多，但最重要的是表面膜強度。溶液中電解質濃度較高時，擴散雙電層壓縮，電相斥作用變弱，膜厚度變小，穩定性變差。由于體系中需要較多的電解質，使得表面活性劑的復配性有較大挑戰，因此此類產品經常做成兩組分，即乳化劑與清洗添加劑，使用時按一定比例組合，配制成工作液。

2.4有機溶劑的消泡作用

低沸點溶劑蒸發可使泡沫破裂。如直接向泡沫噴灑乙醇，可快速消泡。當體系中含有較低表面張力的溶劑且含量較低，適度降低體系的表面張力，是有助于發泡的。此時，溶劑的益處在于增強配方的去污力，幫助減少表面活性劑用量，總體的效果是降低了泡沫量。

2.5不含表面活性劑的清洗劑

在一些場合，使用不含表面活性劑的清洗劑進行清洗，清洗劑本身無泡。常見的如乳制品工業CIP清洗中，酸、堿清洗。趙秀云[15]發明的乳制品CIP清洗方法中，堿洗采用氫氧化鈉，酸洗采用硝酸，是單一組分的酸、堿清洗劑，通常為了提高清洗效率，會加入螯合劑等助劑復配成復合清洗劑。

2.6油污剝離性清洗劑

通常低泡水基工業清洗劑的除油過程是利用體系的堿對油污皂化以及表面活性劑對油污的乳化進行的，隨著清洗的進行，與油污作用的堿和表面活性劑消耗較大，且由于油污皂化會引起體系泡沫增多。為了改善清洗中泡沫越來越多及清洗劑使用壽命較短問題，筆者開發了一種新型環境友好的水基金屬清洗劑[16]，該清洗劑不同于常見的水基金屬清洗劑的特點是它的清洗過程為油污從金屬表面的剝離過程，油污進入清洗液中，仍然保持油相狀態而不形成乳液，起到了很好的消泡作用，清洗停止后，清洗液靜置，油污可以很好的與清洗液分層，方便分離油污，延長了清洗液的使用壽命。

3清洗工藝的優化

工業清洗劑與污垢的作用主要是化學反應、溶解、分散、潤濕等作用，同時伴有機械力、加熱等物理輔助作用，為了減少機械力對清洗液的泡沫引發作用，可以加強引進超聲、電解等非機械能的輔助作用，或使用多種清洗力的組合。

4結論

綜上所述，低泡水基工業清洗劑有著廣闊的應用前景，設計開發時可根據不同的油污組成、水質條件、清洗條件進行開發特定條件下的最佳復配體系：對于動植物油脂類油污，某些條件下可使用高堿濃度、輔助螯合劑而不含表面活性劑的組合，利用皂化、螯合作用去污，形成的脂肪酸皂可在清洗中發揮其潤濕乳化作用，而高的堿濃度，使得體系中電解質濃度高，可以及時破乳，使得體系低泡、無泡。另外，對某些油脂皂化后泡沫會增多的情況，則需要在高堿、螯合劑的基礎上加入抑泡類活性劑。對一些礦物油含量較大的油污，可以在體系中加入環保溶劑，增強體系對油污的滲透力，降低表面活性劑的用量，來控制清洗液的泡沫。選擇不同結構的低泡表面活性劑及抑泡性活性劑的組合開發的低泡清洗劑是常用的低泡清洗劑的體系，在其基礎上，引入一些特殊功能的滲透劑、分散劑可以實現油污剝離，油污分散在清洗液中發揮其消泡作用，不僅控制了泡沫，還實現了油污分離，延長了清洗液的使用壽命。隨著新型清洗工藝的發展，較小機械力，會進一步改善泡沫對工業清洗的不利影響。

參考文獻：

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[10]李高峰，張惠文.低泡防銹性水基金屬清洗劑的研究與開發[J].電鍍與涂飾，2015,34(9):496~501.

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[14]李高峰.低溫高效低泡冷軋鋁板清洗劑的研究與開發[J].表面技術，2017,46(12):290~294.

[15]趙秀云.一種乳制品CIP清洗方法[P].中國專利：CN107931266A.

[16]李高峰，張惠文.油污剝離型水基金屬清洗劑的研究與開發[J].現代化工，2015,35(12):75~79.

作者:李高峰 單位:北京洛娃日化有限公司工業清洗事業部