新型環保清洗劑的優選

孫坤，章文捷，趙文忠

(1.中國電子科技集團公司第二十研究所，西安 710068；2.中電科西北集團有限公司，西安 710068)

近年來，化學品燃燒、爆炸的意外事件時有發生，往往造成嚴重的人員傷亡和財產物資損失。國家已將堅持安全發展、綠色發展作為可持續發展的必由之路，相關主管部門先后制定了多個綱領性文件和法律法規，明確要求相關單位通過優化生產布局、工藝革新和技術改造等措施，減少危險化學品使用量，提高本質安全度[1]。

目前，本公司在軸承等金屬結構件清洗過程均以汽油為清洗劑，采用傳統手工清洗方式。操作時需將汽油傾倒于敞口容器中，由于汽油的閃點和沸點極低，會快速揮發至工作場所，當空氣中汽油含量達到2%～7%時，遇到火花就會引起爆炸燃燒，安全隱患較大；同時，汽油中含有苯等致癌物，長期吸入對人體危害較大；此外，汽油采購審批流程復雜，手續繁瑣，且運輸需具備相關資質，存儲需使用配備視頻監控設備的專用庫房并24 h監控和定期巡查[2-4]。

因此，采用新型環保清洗劑替代汽油進行軸承等金屬零件清洗，對降低涉及危險化學品工藝的安全風險，避免汽油采購、運輸、存儲相關流程審批，從根本上解決汽油在使用、存儲中的安全隱患，進一步踐行國家安全發展、綠色發展戰略都意義重大，且十分必要。

1 技術分析

調研發現，水基清洗劑、溶劑型清洗劑已在國內外得到廣泛應用，而碳氫清洗劑在國外應用較多，在國內應用較少。目前可以替代汽油進行金屬結構件清洗的相關方案有3種：1)采用現有的專用于大型金屬零件清洗的水基超聲清洗設備與軸承進行并線清洗，這種方案投入小，但槽內殘留的細小鋁屑難以清除，極易進入軸承內部造成軸承卡死、滾動體損傷等問題，同時槽內殘留的切削液、油污等將對軸承造成二次污染；2)新購超聲清洗設備，并采用配套清洗劑進行軸承清洗[5]，這種方案具有自動化程度高，適用于大批量清洗作業，而對于軸承清洗具有小批量、多批次、間歇式的特點，新購軸承清洗設備會造成設備閑置，資源浪費；3)采用適于手工清洗的新型清洗劑替代汽油，但所使用的清洗劑未能完全消除安全環保方面存在的潛在隱患。

基于上述分析，目前尚無適合本公司生產使用、可直接借鑒的汽油清洗替代方案，需要根據安全生產實際需求，開展清洗劑的優選及應用研究。首先對清洗劑的作用機理進行分析，確定適應于手工作業的清洗劑類別；再根據生產需求及安全生產目標確定清洗劑的性能指標，并以此為依據進行清洗劑的初選；然后開展清洗劑的試驗驗證，優選滿足生產、采購、運輸、存儲等方面要求的新型清洗劑。

2 清洗劑初選

2.1 清洗劑機理

按照清洗劑的作用機理，現有清洗劑可分為兩類。第1類為水基清洗劑，其清洗去污機理如圖1所示：清洗劑中的表面活性分子與油脂污垢(以下簡稱油污)相接觸，降低油污的表面張力，使其變得松散、柔軟，并懸浮于溶液中或被增溶于膠束中，在外力作用下從固體表面脫離[6]。第2類為溶劑型清洗劑和碳氫清洗劑，作用機理為利用清洗劑對油污的良好溶解性進行清洗，如圖2所示：油污與清洗劑混合后，基于相似相溶的原則，清洗劑進入油污中并與其中的物質分子鏈接觸，發生溶劑化作用；隨著清洗劑中分子不斷向內層擴散，溶劑化程度加深，油污中的物質分子逐漸分散到清洗劑中，形成均勻的高分子化合物溶液，油污被清除[7]。同時，和水基清洗劑中的表面活性劑類似，該類清洗劑中的添加劑可以加速油污脫離固體表面。

待清洗油污含有酯基(RCOOR)、氨基(-NH2)、羥基(-OH)等大量親油基團，水基清洗劑機理決定其與油污發生作用時，只有與清洗設備配合使用才能有較好的清洗效果，且清洗后工件表面的清洗劑殘液不能及時干燥，易對金屬基材產生腐蝕；而第2類清洗劑則通過與油污良好的相似相溶作用，在較短時間內便可溶解油污，并能快速揮發：因此選擇第2類清洗劑替代汽油。

2.2 清洗劑性能指標

目標清洗劑的初選首先需確定性能指標，但有關于清洗劑替代研究報道中，尤其是安全環保指標，在實際篩選中可操作性不強，對本文所述清洗劑初選參考價值不大。根據實際生產需求，目標清洗劑的清洗效果應滿足間歇式、小批量作業需求，能快速揮發且滿足相關安全環保要求，還應充分考慮清洗劑采購、存儲及廢液處理等問題。據此，在查閱相關資料基礎上對目標清洗劑的宏觀要求進行分解并細化重組，得到性能指標具體要求。目標清洗劑性能指標確定過程如圖3所示，具體性能指標見表1。

表1 目標清洗劑性能指標

2.3 初選結果

根據目標清洗劑的具體性能指標和廠家提供的資料，對調研獲取的10種第2類清洗劑進行初選，見表2。結合清洗劑性能指標，初步篩選出365AZ，KX-360，CARE-14A共3種符合性能指標要求的清洗劑。

表2 清洗劑理化特性分析及初選意見匯總

3 清洗劑優選

3.1 試片清洗試驗

為驗證清洗劑對常用潤滑油脂的溶解清洗能力，根據目標清洗劑理化特性初選結果選擇符合技術指標要求的365AZ，KX-360，CARE-14A及待廠家提供支撐資料的QR100，QAD660共5種清洗劑開展試片浸泡清洗試驗，記錄試片表面油脂被清洗干凈所需時間，結果見表3。365AZ，KX-360，CARE-14A 清洗劑對于幾種典型常用潤滑油脂的去除能力強，而QR100和QAD660的去除效果較差，予以篩除。

表3 不同清洗劑清洗試片上油脂所需時間

3.2 軸承清洗試驗

為驗證不同牌號清洗劑對軸承潤滑油脂污垢的去除能力，以含有大量油污混合物的廢舊軸承為待清洗對象，分別將其浸泡于365AZ，KX-360，CARE-14A清洗劑中，記錄油污清洗所需時間。清洗過重油污軸承的清洗劑均由澄清透明變為黑色，并有黑色殘渣沉淀。為進一步考察清洗劑的清潔能力，采用上述清洗過重油污軸承的3種清洗劑分別再次清洗重油污軸承，記錄油污清洗所需時間，廢舊軸承清洗前后外觀如圖4所示。記錄的清洗時間顯示，3種牌號干凈清洗劑及含油污清洗劑均能將重油污軸承在15 min內清洗干凈，表明365AZ，KX-360，CARE-14A清洗劑均對油污溶解性良好。

3.3 揮發性試驗

揮發性也是清洗劑一項主要指標。揮發過慢，清洗劑容易殘留在工件表面，影響后續作業，延長生產周期，甚至會造成零件銹蝕；揮發過快，則會導致存儲和作業過程中清洗劑損耗過大。為測試不同清洗劑的揮發性，將浸泡于365AZ，KX-360，CARE-14A清洗劑中清洗干凈的試片和軸承分別取出，室溫晾曬，記錄晾干所需時間，結果見表4。

表4 不同清洗劑清洗后樣件晾干情況

根據晾干情況，365AZ和KX-360清洗后的試片均可在較短時間內晾干(干燥時間不大于5 min)，而軸承結構復雜，在清洗劑中浸泡后晾干時間相比試片較長，但15 min時已無溶劑殘留，表明這2種清洗劑的晾曬效果與汽油相當；而CARE-14A清洗后的試片和軸承晾曬30 min時樣件表面均有清洗劑殘留，表明CARE-14A揮發性較差，予以篩除。

3.4 腐蝕性試驗

為驗證清洗劑對軸承的腐蝕性，并考慮到清洗劑將用于其他金屬零件清洗，分別將鋼(25#)鍍鋅試片、鋁合金(5A06)導電氧化試片、鋁合金(5A06)鍍鎳試片、鋁合金(5A06)陽極化試片、不銹鋼(1Cr18Ni9Ti)鈍化試片和軸承浸泡在365AZ和KX-360清洗劑中4 h后取出，室溫晾干，檢查其外觀。所有試片及軸承表面狀態良好，未發現鍍層脫落、金屬銹蝕等破壞，表明這2種清洗劑均無腐蝕性。

3.5 刺激性氣味及可燃性測試

為測試清洗劑是否有刺激性氣味，記錄多名操作人員在面部距離清洗劑容器約1.5 m時正常呼吸感知365AZ和KX-360的氣味情況。為測試清洗劑的可燃性，室溫下分別將少量365AZ和KX-360置于金屬器皿中，用明火嘗試點燃。結果表明，這2種清洗劑在室溫常壓下無明顯氣味且遇明火不燃。

3.6 優選結果

綜合考慮清洗劑試驗效果、安全環保性能及采購、運輸、存儲等因素可知：365AZ和KX-360均可滿足軸承清洗要求，并能快速揮發；根據廠家提供的第三方檢測報告，2種清洗劑均為非危險化學品，可按照常規化學品要求進行運輸和存儲；2種清洗劑均為國內生產，采購不受限，廢液可回收再利用或經相關廢液回收機構處置。但考慮長期使用365AZ的成本較高，最終確定采用KX-360型清洗劑替代汽油，進行軸承等金屬零件的清洗。

4 結束語

本文通過分析清洗劑的作用機理和確定目標清洗劑的性能指標，完成清洗劑的初選，通過對比清洗試驗、揮發性試驗、腐蝕性試驗的試驗結果，確定采用KX-360清洗劑替代汽油對軸承等金屬零件進行清洗，以滿足對清洗劑的清洗效果、安全環保性能及采購、運輸、存儲等要求。