環保型汽車燃油系統清洗劑的研制

林躍華，龍清平，李吉昌

（中山職業技術學院，廣東 中山 528404）

進入二十一世紀，汽車已經成為人們出行的必備消費品。據不完全統計，2019年底，中國的汽車保有量達到3.3億輛，年增長率達到了30%。汽車尾氣排放已成為人們重點關注的環保問題。當汽車行駛一段時間后，在燃油系統會形成大量的沉積物，這些沉積物包括汽油本身的膠質，灰塵在汽車油箱、進油管等部位形成類似油泥沉積物，還包括汽油中存在的烯烴等不穩定成分，在一定溫度下，發生氧化和聚合反應，形成膠質和樹脂狀的黏稠物。這些沉積物會慢慢干化為硬質的均勻薄膜，最后變成硬質積炭［1，2］，而這些積炭將會進一步惡化汽車尾氣的排放，造成環境污染。

為了解決積炭的問題，國內外都在開展這方面的研究，主要有以下幾個方面：1）選擇新型表面活性劑提高去油率，研制專用型清洗劑；2）選擇適當的助劑提高產品性能，使清洗劑具有多功能；3）改進清洗工藝；4）不斷擴大清洗劑的應用范圍［3］。本實驗使用有機溶劑、陰離子表面活性劑和非離子表面活性劑復配，并加入配位劑、抗氧化劑、緩蝕劑與防沉淀劑、生物質大豆油甲酯 （脂肪酸甲酯）稀釋劑，研發出了一種燃油清洗劑。

1 實驗

1.1 主要試劑

大豆油甲酯 （自制）、甲基叔丁基甲醚，異丙醇，乙二醇單丁醚，均為工業級，深州昊翔化工科技有限公司；單烯基丁二酰亞胺類、聚醚胺，廣州油孚來貿易有限公司、EDTA-2Na、NaOH、碳酸鈉、硅酸鈉、椰油酸二乙醇酰胺、OP-10／NP-10、AEO-7／AEO-9，江蘇圣侖化工科技有限公司；三乙醇胺；聚乙二醇 （400）；2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚 （工業級），

德國洋櫻集團；椰子油二乙醇酰胺 （工業級），深州泰達化工有限公司。

1.2 儀器

SFJ-400砂磨、分散、強力攪拌器、電導率儀、pHS-25型pH儀、電子天平、BXJ-III擺洗機、鼓風電熱恒溫干燥箱。

1.3 實驗步驟

將淺黃色自制大豆油甲酯與溶劑劑混合，攪拌后加入表面活性劑、緩釋劑，攪拌溶解；加入堿、緩蝕劑、抗氧化劑，攪拌溶解，然后加入助溶劑，溶解，得到清洗劑。配方設計如表1。

表1 基礎配方

1.4 性能測試

在清洗發動機燃油系統時，不需要拆解燃油系統，首先抽出油箱內的大部分燃油，留下約有10～15cm深的燃油，并加入清洗劑，裝上濾網筒并蓋上油箱蓋。怠速下清洗15～20min，每3～5min加大一次油門，使清洗的積炭和水分從排氣管排出，為徹底清洗干凈燃熱系統［4］，必須將油箱內剩余的全部置換出來，過濾后才能重新使用。這個能作為測試方法嗎？

1.4.1 外觀檢測

目測觀察，在20～25℃下放置24 h后，觀察劑液外觀，溶液澄清、透明、均一、不分層。

1.4.2 穩定性測定

低溫穩定性：在-5℃保持24 h，恢復至室溫劑液能正常使用。

高溫穩定性：在 （50±2）℃保持24 h，恢復至室溫劑液能正常使用。

1.4.3 酸堿度測定

用pH計測試。劑液的接近中性，對汽車燃油系統油缸的腐蝕較弱，保證油缸不受劑液的腐蝕。

1.4.4 去污力測定

1）取汽車燃油系統的積炭，在60℃烘箱中烘干至恒重m1。用清洗劑溶解，觀察溶解情況，溶解后再過濾，濾渣 （積炭）在60℃烘箱中烘干至恒重m2，去污力P為：

式中：P為去污力%；m1為汽車燃油系統中取出的積炭，干燥后的重量g；m2為用清洗劑溶解積炭后，過濾后的濾渣，干燥后的重量g。

2）油污溶解性的測試

取一定量清洗劑的料液加入稱量好的10g的油污中，放入具塞試管中，密閉放置一定的時間，觀察油污的溶解情況。油污的溶解力用1，2，3，4，5來表示，其中5級是溶解性最好，1級是溶解性最差。

2 結果與討論

積炭是發動機燃油在高溫和氧的作用下形成的聚合物，積炭中的有機高分子主要是醇酸聚合物，由高度交聯的醇酸網狀高分子把灰分緊緊包裹在一起，同時，醇酸高分子還起到黏結作用，把積炭牢牢地黏在金屬表面，清洗或清除積炭的關鍵是破壞此類“黏接”作用。

2.1 溶劑的選擇

通常認為胺類能使醇酸樹脂在一定條件下降解為小分子酚類能滲透到含醇酸樹脂的積炭內部。聚醚胺／單烯基丁二酰亞胺／脂肪醇聚氧乙烯醚等，具有良好的清凈分散性，可用于汽車整個燃油系統的積炭清洗，也可抑制發動機活塞上的積炭和漆膜的生成。一般添加量為10% ～20%，即可達到較好的效果；積炭溶解劑是燃油系統清洗劑的主要組成組分，選用清洗力較佳的乙二醇單丁醚和異丙醇的復配，同時乙二醇單丁醚和異丙醇的辛烷值比燃油高，在起到清洗作用的同時，可使燃油的辛烷值得到提高，對積炭的溶解除去起到增強的作用。

2.2 堿性物質的選擇

堿性物質與油泥發生皂化反應，去污能力強，且堿性清洗劑價格便宜，缺點是強堿會使機械部件受到傷害，而且含有磷時會污染環境，因此本實驗選擇弱堿性的碳酸鈉、碳酸氫鈣、硅酸鈉等，不含磷，在解決清潔油泥的同時，減少環境污染的問題。本實驗在兼顧腐蝕性的同時，控制用量在5%～10%。

2.3 表面活性劑的選擇

表面活性劑可以顯著降低液體表面張力，是清洗劑中不可缺少的重要成分。非離子表面活性劑清洗性較強，發泡性小，穩定性高，選用非離子表面活性劑能滲透到含醇酸樹脂的積炭內部，還能和積炭爭奪金屬，減低積炭同金屬的結合力，使積炭容易脫落［5］；添加適量的椰油酸二乙醇酰胺、OP-10／NP-10、EO-7／AEO-9，可降低液體的表面張力，起到增溶、乳化積炭的作用。

NP-10和AEO-7是非離子表面活性劑，從分子結構可以看出其非極性基團很長，所以其疏水能力強，而親水基團為夾在碳氫鏈中，醚基親水能力弱，所以使得OP-10的親水能力弱，在OP-l0中未加水時，其疏水基和親水基同時都在外側，所以其親水能力弱，HLB值低，對積炭有較好的溶解性。實驗中比較了非離子表面活性劑復配后溶解性的測定，見表2。

表2 不同表面活性劑溶解性的測定

本實驗用NP-10和AEO-7復配表面活性劑，對酸、堿、鹽的穩定性均良好，與其它離子型活性劑混合使用，提高了對積炭的溶解、乳化作用，兼顧成本和功效，使用量控制在15%～30%。

2.4 抗氧化劑的選擇

因積炭是發動機燃油在高溫和氧的作用下所形成，故添加適量的高溫抗氧劑，即可抑制積炭的形成，目前市面上性能較好的抗氧劑為2，6-二叔丁基-對甲基苯酚 （簡稱為BHT）。添加抗氧化劑的量和抗氧化效果并不總是正相關，當超過一定濃度后，會起到桔抗作用，促進氧化。本實驗探索了用量，認為要控制在0.1%～1%為宜。

2.5 稀釋劑的選用

稀釋劑大多數采用溶劑油，有利于溶解對燃油系統內油泥、積炭等物質，也能使清洗劑有合適的黏度，但溶解油是石油產品，易燃易爆，有一定的毒性，也是不可再生資源，為減少對資源的索取。本實驗采用自制生物質的大豆油甲酯，對積炭溶解性好，可以降解，對環境友好。大豆油甲酯可生物降解，屬于生物質溶劑可替代傳統的石油系礦物油溶劑，是無污染、無危害的新型工業溶劑，是綠色溶劑近幾年，人們對大豆油甲酯作為可替代性工業溶劑的意識在不斷增強［6］。本實驗經過探索用量，認為配方用量宜＞30%至余量。

3 性能指標

按表1所示的基礎配方，進行了配方的篩選，最后選擇最優配方進行性能測試，測試結果如表3所示。

表3 性能測試

表3 續

4 結論

1）通過對發動機燃油系統積炭產生原因的分析，研制一種清洗劑，添加10%～20%溶劑和助洗劑、5%～10%堿性物質、15%～30%非離子表面活性劑、0.1%～1%的高溫抗氧劑、適量的金屬緩蝕劑、劑液穩定劑和自制生物質大豆油甲酯。所制備的燃油系統清洗劑具有強去污、對金屬無腐蝕、抗乳化等性能，兼顧了燃油的辛烷值的燃燒性能，具有較好的應用前景。

2）實驗制備的燃油系統清洗劑，使用時可在免拆發動機的情況下，直接倒入汽油油箱，添加量僅為燃油體積的0.1%～1% （以積炭污垢多少的比例而定），怠速運轉15～20 min，后與廢機油一起排出即可達到清洗燃油系統的作用。

3）汽車燃油系統清洗劑的市場廣闊，經濟效益可觀，社會意義重大，環保型的汽車燃油系統清洗劑將是今后研發的重要方向。