新型环保清洗剂的优选

孙坤，章文捷，赵文忠

(1.中国电子科技集团公司第二十研究所，西安 710068；2.中电科西北集团有限公司，西安 710068)

近年来，化学品燃烧、爆炸的意外事件时有发生，往往造成严重的人员伤亡和财产物资损失。国家已将坚持安全发展、绿色发展作为可持续发展的必由之路，相关主管部门先后制定了多个纲领性文件和法律法规，明确要求相关单位通过优化生产布局、工艺革新和技术改造等措施，减少危险化学品使用量，提高本质安全度[1]。

目前，本公司在轴承等金属结构件清洗过程均以汽油为清洗剂，采用传统手工清洗方式。操作时需将汽油倾倒于敞口容器中，由于汽油的闪点和沸点极低，会快速挥发至工作场所，当空气中汽油含量达到2%～7%时，遇到火花就会引起爆炸燃烧，安全隐患较大；同时，汽油中含有苯等致癌物，长期吸入对人体危害较大；此外，汽油采购审批流程复杂，手续繁琐，且运输需具备相关资质，存储需使用配备视频监控设备的专用库房并24 h监控和定期巡查[2-4]。

因此，采用新型环保清洗剂替代汽油进行轴承等金属零件清洗，对降低涉及危险化学品工艺的安全风险，避免汽油采购、运输、存储相关流程审批，从根本上解决汽油在使用、存储中的安全隐患，进一步践行国家安全发展、绿色发展战略都意义重大，且十分必要。

1 技术分析

调研发现，水基清洗剂、溶剂型清洗剂已在国内外得到广泛应用，而碳氢清洗剂在国外应用较多，在国内应用较少。目前可以替代汽油进行金属结构件清洗的相关方案有3种：1)采用现有的专用于大型金属零件清洗的水基超声清洗设备与轴承进行并线清洗，这种方案投入小，但槽内残留的细小铝屑难以清除，极易进入轴承内部造成轴承卡死、滚动体损伤等问题，同时槽内残留的切削液、油污等将对轴承造成二次污染；2)新购超声清洗设备，并采用配套清洗剂进行轴承清洗[5]，这种方案具有自动化程度高，适用于大批量清洗作业，而对于轴承清洗具有小批量、多批次、间歇式的特点，新购轴承清洗设备会造成设备闲置，资源浪费；3)采用适于手工清洗的新型清洗剂替代汽油，但所使用的清洗剂未能完全消除安全环保方面存在的潜在隐患。

基于上述分析，目前尚无适合本公司生产使用、可直接借鉴的汽油清洗替代方案，需要根据安全生产实际需求，开展清洗剂的优选及应用研究。首先对清洗剂的作用机理进行分析，确定适应于手工作业的清洗剂类别；再根据生产需求及安全生产目标确定清洗剂的性能指标，并以此为依据进行清洗剂的初选；然后开展清洗剂的试验验证，优选满足生产、采购、运输、存储等方面要求的新型清洗剂。

2 清洗剂初选

2.1 清洗剂机理

按照清洗剂的作用机理，现有清洗剂可分为两类。第1类为水基清洗剂，其清洗去污机理如图1所示：清洗剂中的表面活性分子与油脂污垢(以下简称油污)相接触，降低油污的表面张力，使其变得松散、柔软，并悬浮于溶液中或被增溶于胶束中，在外力作用下从固体表面脱离[6]。第2类为溶剂型清洗剂和碳氢清洗剂，作用机理为利用清洗剂对油污的良好溶解性进行清洗，如图2所示：油污与清洗剂混合后，基于相似相溶的原则，清洗剂进入油污中并与其中的物质分子链接触，发生溶剂化作用；随着清洗剂中分子不断向内层扩散，溶剂化程度加深，油污中的物质分子逐渐分散到清洗剂中，形成均匀的高分子化合物溶液，油污被清除[7]。同时，和水基清洗剂中的表面活性剂类似，该类清洗剂中的添加剂可以加速油污脱离固体表面。

待清洗油污含有酯基(RCOOR)、氨基(-NH2)、羟基(-OH)等大量亲油基团，水基清洗剂机理决定其与油污发生作用时，只有与清洗设备配合使用才能有较好的清洗效果，且清洗后工件表面的清洗剂残液不能及时干燥，易对金属基材产生腐蚀；而第2类清洗剂则通过与油污良好的相似相溶作用，在较短时间内便可溶解油污，并能快速挥发：因此选择第2类清洗剂替代汽油。

2.2 清洗剂性能指标

目标清洗剂的初选首先需确定性能指标，但有关于清洗剂替代研究报道中，尤其是安全环保指标，在实际筛选中可操作性不强，对本文所述清洗剂初选参考价值不大。根据实际生产需求，目标清洗剂的清洗效果应满足间歇式、小批量作业需求，能快速挥发且满足相关安全环保要求，还应充分考虑清洗剂采购、存储及废液处理等问题。据此，在查阅相关资料基础上对目标清洗剂的宏观要求进行分解并细化重组，得到性能指标具体要求。目标清洗剂性能指标确定过程如图3所示，具体性能指标见表1。

表1 目标清洗剂性能指标

2.3 初选结果

根据目标清洗剂的具体性能指标和厂家提供的资料，对调研获取的10种第2类清洗剂进行初选，见表2。结合清洗剂性能指标，初步筛选出365AZ，KX-360，CARE-14A共3种符合性能指标要求的清洗剂。

表2 清洗剂理化特性分析及初选意见汇总

3 清洗剂优选

3.1 试片清洗试验

为验证清洗剂对常用润滑油脂的溶解清洗能力，根据目标清洗剂理化特性初选结果选择符合技术指标要求的365AZ，KX-360，CARE-14A及待厂家提供支撑资料的QR100，QAD660共5种清洗剂开展试片浸泡清洗试验，记录试片表面油脂被清洗干净所需时间，结果见表3。365AZ，KX-360，CARE-14A 清洗剂对于几种典型常用润滑油脂的去除能力强，而QR100和QAD660的去除效果较差，予以筛除。

表3 不同清洗剂清洗试片上油脂所需时间

3.2 轴承清洗试验

为验证不同牌号清洗剂对轴承润滑油脂污垢的去除能力，以含有大量油污混合物的废旧轴承为待清洗对象，分别将其浸泡于365AZ，KX-360，CARE-14A清洗剂中，记录油污清洗所需时间。清洗过重油污轴承的清洗剂均由澄清透明变为黑色，并有黑色残渣沉淀。为进一步考察清洗剂的清洁能力，采用上述清洗过重油污轴承的3种清洗剂分别再次清洗重油污轴承，记录油污清洗所需时间，废旧轴承清洗前后外观如图4所示。记录的清洗时间显示，3种牌号干净清洗剂及含油污清洗剂均能将重油污轴承在15 min内清洗干净，表明365AZ，KX-360，CARE-14A清洗剂均对油污溶解性良好。

3.3 挥发性试验

挥发性也是清洗剂一项主要指标。挥发过慢，清洗剂容易残留在工件表面，影响后续作业，延长生产周期，甚至会造成零件锈蚀；挥发过快，则会导致存储和作业过程中清洗剂损耗过大。为测试不同清洗剂的挥发性，将浸泡于365AZ，KX-360，CARE-14A清洗剂中清洗干净的试片和轴承分别取出，室温晾晒，记录晾干所需时间，结果见表4。

表4 不同清洗剂清洗后样件晾干情况

根据晾干情况，365AZ和KX-360清洗后的试片均可在较短时间内晾干(干燥时间不大于5 min)，而轴承结构复杂，在清洗剂中浸泡后晾干时间相比试片较长，但15 min时已无溶剂残留，表明这2种清洗剂的晾晒效果与汽油相当；而CARE-14A清洗后的试片和轴承晾晒30 min时样件表面均有清洗剂残留，表明CARE-14A挥发性较差，予以筛除。

3.4 腐蚀性试验

为验证清洗剂对轴承的腐蚀性，并考虑到清洗剂将用于其他金属零件清洗，分别将钢(25#)镀锌试片、铝合金(5A06)导电氧化试片、铝合金(5A06)镀镍试片、铝合金(5A06)阳极化试片、不锈钢(1Cr18Ni9Ti)钝化试片和轴承浸泡在365AZ和KX-360清洗剂中4 h后取出，室温晾干，检查其外观。所有试片及轴承表面状态良好，未发现镀层脱落、金属锈蚀等破坏，表明这2种清洗剂均无腐蚀性。

3.5 刺激性气味及可燃性测试

为测试清洗剂是否有刺激性气味，记录多名操作人员在面部距离清洗剂容器约1.5 m时正常呼吸感知365AZ和KX-360的气味情况。为测试清洗剂的可燃性，室温下分别将少量365AZ和KX-360置于金属器皿中，用明火尝试点燃。结果表明，这2种清洗剂在室温常压下无明显气味且遇明火不燃。

3.6 优选结果

综合考虑清洗剂试验效果、安全环保性能及采购、运输、存储等因素可知：365AZ和KX-360均可满足轴承清洗要求，并能快速挥发；根据厂家提供的第三方检测报告，2种清洗剂均为非危险化学品，可按照常规化学品要求进行运输和存储；2种清洗剂均为国内生产，采购不受限，废液可回收再利用或经相关废液回收机构处置。但考虑长期使用365AZ的成本较高，最终确定采用KX-360型清洗剂替代汽油，进行轴承等金属零件的清洗。

4 结束语

本文通过分析清洗剂的作用机理和确定目标清洗剂的性能指标，完成清洗剂的初选，通过对比清洗试验、挥发性试验、腐蚀性试验的试验结果，确定采用KX-360清洗剂替代汽油对轴承等金属零件进行清洗，以满足对清洗剂的清洗效果、安全环保性能及采购、运输、存储等要求。