復配表面活性劑在輪胎自潔素中的應用

林 凱

(上海喜赫精細化工有限公司，上海 201620)

近年來，隨著高檔車輛的增加，以及輪轂個性化的發展，輪轂越來越美觀，輪胎的清洗也越來越重要。汽車輪胎在行進過程中，不僅受到路面塵埃、泥沙、尾氣等污垢的污染，汽車在采取制動的過程中，剎車片與剎車盤之間也因摩擦產生大量的金屬粉末并由于靜電作用吸附在輪轂表面。這些金屬粉末、路面灰塵、車輛剎車油等污垢，在高溫條件下，逐漸與輪轂粘合在一起，形成堅固的黑灰、黃色污漬，清洗難度也就隨之增加，特別是前輪，往往需要大量的手工擦拭，費時費力[1]。

輪胎自潔素，可以盡最大可能實現對輪胎的免擦清洗，既能防止輪轂擦傷，也能節省大量人工，提高工作效率[2]。為了實現輪胎的免擦清洗，需要通過多種表面活性劑原料，復配出一種強力清洗劑，能夠在不腐蝕破壞輪轂鍍膜的前提下，將輪胎、輪轂、剎車片的污垢清洗干凈，特別是針對輪轂和剎車片上的鐵粉，要有較強的清洗能力。喜赫PO嵌段脂肪酸甲酯乙氧基化物FMEE及其磺酸鹽FMES具有良好的乳化作用，適用于低溫條件下對瀝青、泥土等雜質的清洗，同時具有優異的分散作用，可以將污垢、鐵灰膨脹松動有利于高壓水槍的清洗[3]。將FMEE和FMES作為汽車清洗劑的清洗劑成分，復配陰離子型滲透劑伯烷基磺酸鈉、烷基醇酰胺6501、鐵灰去除劑無磷乙二胺二鄰苯基乙酸鈉，并通過正交實驗確定了5種原料的最佳配比。

1 實驗部分

1.1 主要試劑與儀器

PO嵌段FMEE、FMES、無磷乙二胺二鄰苯基乙酸鈉EDDHA-Na、伯烷基磺酸鈉PAS-80，均為工業級，上海喜赫精細化工有限公司；6501、斯盤-60，工業級，上海清奈實業有限公司；瀝青、潤滑油，上海意特瑪莎拉蒂4S店維修部提供；硼砂、二乙醇胺、三氯乙烯，分析級，國藥集團化學試劑有限公司；鋁合金片 10 cm×20 cm×0.6 cm，蘇州華魯金屬制造有限公司；納米鐵粉，上海允復納米科技有限公司。

XPR精密電子天平，梅特勒-托利多；小型高壓噴淋清洗機SL5L，深圳市三莉科技有限公司；龍卷風泡沫槍、高壓噴水槍，上海路暢洗車場。

1.2 油污試片的制備與測試方法

1)鋁合金油污的配制

將瀝青、潤滑油、斯盤60、納米鐵粉、水泥粉和少量石墨碳粉、自來水混合攪拌均勻，備用。將準備好的鋁合金試片準確稱質量m0，浸入人造混合污垢中靜置 5 min，取出后烘箱 180 ℃ 烘烤 1 h 并準確稱質量m1。

2)清潔率

清洗后的試片，80 ℃ 烘干，室溫保持 24 h 后稱質量為m2。清潔率的計算公式：

清潔率=[1-(m2-m0)/(m1-m0)]×100%

3)泡沫測試

用 3 MPa 高壓泡沫槍,將配好的工作液噴泡在車身表面，秒表計算泡沫消失的時間。

1.3 清潔工藝

將鋁合金試片平放在配好的清洗液中，靜置 60 s，取出瀝干后，放于小型噴淋試驗機噴洗區，常溫自來水噴淋，壓力 0.3 MPa，前后對噴循環噴淋 2 min，取出鋁合金片，用熱風吹干。

1.4 輪胎清洗工藝

將輪胎自潔素按1∶3(質量比)兌水稀釋，加入噴壺中，直接噴灑在輪胎要清潔的部位并停留1～3 min 后用高壓清洗槍對被洗車輛進行沖刷，高壓泵的壓力保持 10 MPa，水槍水流量15～20 L/min，高壓水槍的扇形角20°，沖洗干凈即可。

2 實驗內容

2.1 正交試驗因素水平的確定

喜赫PO嵌段FMEE具有低溫除油污性能好，泡沫低易漂洗的特點，分子鏈結構中有末端甲基和引入的環氧丙烷甲基，多個極性甲基基團可同步吸附于油污污垢分子表面，將油污徹底清洗。喜赫FMES對瀝青和積碳的清洗力較強，并有優異的分散性，有利于溶脹輪轂表面的靜電灰。伯烷基磺酸鈉能提高清洗體系的滲透力，能幫助工作液滲透入硬表面和污垢的結合處，對污垢起到剝離作用[4]。無磷乙二胺二鄰苯基乙酸鈉對鐵灰和銹跡有明顯的去除效果，可以有效的螯合工作液中的金屬離子，溶解沉積于車身表面不溶于水的金屬皂鹽[5]。以喜赫PO嵌段 FMEE、FMES、伯烷基磺酸鈉、無磷乙二胺二鄰苯基乙酸鈉為因素,確定了正交試驗因素水平,如表1。測試結果與極差分析見表2。

表1 正交試驗因素水平表

表2 正交實驗結果

2.2 各因素對清潔率的影響

由表2可知，對清潔率的影響因素排序為無磷乙二胺二鄰苯基乙酸鈉>喜赫PO嵌段FMEE>伯烷基磺酸鈉>喜赫FMES。無磷乙二胺二鄰苯基乙酸鈉EDDHA-Na的對鐵離子螯合性能優異，鐵離子螯合值為 100 mg/g，分子結構中含有2個配位體，可以與鐵離子形成穩定的六元環狀結構絡合物，消除非水溶性的鐵粉的極性，將鐵粉轉變為親水性，快速溶解剎車粉與道路污垢，提高輪轂的光亮性，無磷乙二胺二鄰苯基乙酸鈉對輪轂表面的薄層致密污垢清洗影響因素最大。喜赫PO嵌段FMEE為十八碳長碳鏈結構[6]，與各種油污有相似的碳烴結構。根據相似相溶原理，FMEE對油污有優異的增溶作用，在低溫條件下更容易清洗礦物油。輪轂或輪胎表面的污垢一般是各種顆粒污垢與油污形成的拒水混合體，隨著油污的乳化分解，車身的污垢也被隨之徹底清洗[7]。因此，具有優異的除油性能的FMEE對車輛清洗影響也較大。伯烷基磺酸鈉滲透力出眾，協助清洗工作液沿污垢邊緣進入輪胎表面的泥沙或污垢與輪轂表面的結合處，降低污垢在硬表面的附著力，對各種污垢有卷離作用。喜赫FMES主要是對輪胎上的積碳、瀝青和難以清除的柏油有很好的去除效果[8]。

通過正交實驗，無磷乙二胺二鄰苯基乙酸鈉與喜赫PO嵌段FMEE對凈洗性能影響最明顯，伯烷基磺酸鈉和FMES次之，參考表2中的8號實驗，無磷乙二胺二鄰苯基乙酸鈉用量 15 g/L，喜赫PO嵌段FMEE用量 15 g/L，喜赫FMES用量 10 g/L，伯烷基磺酸鈉用量5/L，能獲得最高的清潔率，清潔率為71.15%。根據上述用量，將無磷乙二胺二鄰苯基乙酸鈉、喜赫PO嵌段FMEE、伯烷基磺酸鈉、喜赫FMES四種原料按照3∶3∶2∶1復配制得免擦洗車液的表面活性劑組分A，進一步與堿劑、助洗劑、溶劑復配提高免擦清洗效果。

2.2.1 堿劑用量對清潔率的影響

表面活性劑的活性隨使用溫度的升高相應提升。洗車是在常溫條件下進行，特別是在寒冷的冬季，洗車液的溫度很低，單靠表面活性劑很難徹底將污垢清洗干凈，都會輔以堿性物質提高清洗效果。過多的使用強堿，如氫氧化鈉、氫氧化鉀，會損傷輪轂表面鍍層等外飾。特別是對高檔車型和個性化輪轂傷害更為嚴重。為了減少對輪轂的傷害，選擇二乙醇胺作為堿劑。二乙醇胺堿性弱，具有緩蝕與防銹作用，不僅能保護輪轂[9]，也是性能優異的鋁合金增亮劑，使輪轂洗后發光發亮。二乙醇胺與復配的表面活性劑A共同應用于清洗工藝，參照工藝1.3，分析二乙醇胺的用量對復配表面活性劑A凈洗效果的影響。

通過圖1可知，二乙醇胺有一定的助洗效果，隨著二乙醇胺用量的提高，工作液堿性越強，清潔率相應提高，當二乙醇胺用量超過 6 g/L 后，清潔率相對穩定，提升不明顯。由此可知，二乙醇胺的最佳用量為 6 g/L。

圖1 二乙醇胺用量對清潔率的影響

2.2.2 溶劑對清潔率的影響

在輪胎清洗工藝中，不僅工作液溫度低，整個清洗時間僅有幾分鐘，需要借助溶劑來降低輪轂表面的表面張力，減弱污垢與硬表面的結合力，同時溶劑對牢固硬化的污垢，特別是對金屬粉末有很好的溶脹作用，因此針對于輪轂清洗工藝，溶劑必不可少。溶劑三氯乙烯在常溫條件下不僅對輪轂有很好的清洗作用，對天然橡膠有較強的溶解能力，可以使輪胎煥然一新，輪胎清洗后發黑發亮。選擇溶劑三氯乙烯作為與復配的表面活性劑A共同應用于清洗工藝，參照工藝1.3，分析溶劑三氯乙烯的用量對復配表面活性劑A凈洗效果的影響。

通過圖2可知，三氯乙烯用量0～3 g/L，清潔率隨乙二醇丁醚用量增加相應提高比較明顯，當三氯乙烯用量3～6 g/L 后，清潔率提升緩慢，三氯乙烯用量超過 6 g/L 后，清潔率幾乎保持不變。由此可知，三氯乙烯的最佳用量為 3 g/L 即可，過多的添加溶劑三氯乙烯，不僅不會提高凈洗率，也會導致成本提高。

圖2 溶劑三氯乙烯用量對清潔率的影響

2.2.3 助洗劑對清潔率的影響

助洗劑可以協助表面活性劑更好的乳化分散和懸浮污垢。在輪胎清洗工藝中，硼砂是一種性能優異的助洗劑。硼砂可以去除氧化鐵皮，對輪轂或剎車盤上的銹跡、氧化鐵粉有很好的清洗效果。硼砂也可以在輪胎或輪轂表面形成一層可增強紫外線的透射率的薄膜，提高輪胎的光亮性。選擇硼砂作為助洗劑與復配的表面活性劑A共同應用于清洗工藝，參照工藝1.3，分析硼砂的用量對復配表面活性劑A凈洗效果的影響。

通過圖3可知，助洗劑硼砂用量0～2 g/L，清潔率隨助洗劑硼砂用量增加相應提高比較明顯，當助洗劑硼砂用量超過 2 g/L 后，清潔率提升緩慢，幾乎沒有變化，因此將助洗劑硼砂的用量確定為 2 g/L。

圖3 硼砂的用量對清潔率的影響

2.2.4 泡沫對清潔率的影響

泡沫對輪胎自潔素清洗效果影響較大，泡沫過低，雖然易于漂洗，會導致工作液無法在輪胎表面掛壁停留，形成匯流滴落地面，造成工作液的浪費[10];另一方面，泡沫過高也不利于免擦清洗，工作液大量形成穩固的泡沫，并沒有接觸輪胎表面，隨即被清水沖走也會降低自潔素的利用率。因此免擦輪胎清洗工藝對泡沫的要求是不能無泡，但要求泡沫在 100 s 內逐步消失，從而將清洗液緩慢的釋放在輪胎表面，對清洗液充分的利用，最終形成的無泡工作液也有利于清水的沖洗。以烷基醇酰胺6501作為泡沫調整劑，按照1.2.2測試方法，分析了6501 的用量對表面活性劑A組分泡沫持續時間的影響，并確定最佳的6501用量，將輪胎清洗工作液體系的泡沫調整為 100 s 內消失，適合輪胎自潔素清洗的工藝條件。

由圖4可知，表面活性劑A體系的泡沫較低，主要原因是PO嵌段FMEE和FMES都屬于低泡沫表面活性劑，加入6501后，泡沫增多，6501具有優異的增泡和穩泡效果，當6501用量 2 g/L 時，整個體系的泡沫 100 s 左右徹底消失，符合免擦清洗的要求。

圖4 6501的用量對泡沫的影響

通過測試與分析二乙醇胺、三氯乙烯、硼砂用量對凈洗率的影響以及6501的用量對泡沫的影響，最終確定了輪胎自潔素的原料配比為m(無磷乙二胺二鄰苯基乙酸鈉)∶m(喜赫PO嵌段FMEE)∶m(伯烷基磺酸鈉)∶m(喜赫FMES)∶m(二乙醇胺)∶三氯乙烯∶m(硼砂)∶m(6501)=3∶3∶2∶1∶1.2∶1.2∶0.4∶0.4，將上述幾種原料按照該比例配制成固含量20%的輪胎自潔素，在洗車店進行實際應用測評，按照1.4洗車工藝流程，共清洗各種轎車100輛，洗車工目測評價合格率為90%以上，并得到一些免擦洗輪胎提高清潔率的經驗，如噴泡沫之前不可預洗輪胎，經過預洗的車輛最終的洗車效果均不理想，噴泡沫之前要盡可能的保持輪胎面的干燥。

3 結論

1)無磷螯合劑乙二胺二鄰苯基乙酸鈉EDDHA-Na對硬表面免擦拭清洗效果的影響最大，通過正交實驗和單因素試驗確定表面活性劑、堿劑、助洗劑、溶劑、泡沫調整劑的最佳配比為m(無磷乙二胺二鄰苯基乙酸鈉)∶m(喜赫PO嵌段FMEE)∶m(伯烷基磺酸鈉)∶m(喜赫FMES)∶m(二乙醇胺)∶m(三氯乙烯)∶m(硼砂)∶m(6501)=3∶3∶2∶1∶1.2∶1.2∶0.4∶0.4。

2)將自配輪胎自潔素應用于洗車店實際輪胎清洗，輪胎清洗之前不能預洗，直接噴輪胎自潔素工作液，靜置3～5 min 后即可用清水沖洗，除前車輪嚴重的銹斑需要人工擦拭，其它污垢清洗均符合要求，適用于高檔車型的輪胎清洗。