常温高效铝翅片清洗剂的研制

喻冬秀，皮丕辉，文秀芳，程 江，杨卓如(华南理工大学化工学院，广东广州 510640)
铝具有材质轻、导热好、易于加工以及在中性、近中性的水和大气中十分耐蚀等特点，广泛用于制造铝翅片式冷换设备，如各种空调器以及汽车散热器等。铝翅片式冷换设备在使用一段时间后，灰尘、油污等很容易滞留在其蒸发器和室外机冷凝器里，影响其外观、污垢下面铝材腐蚀的同时还形成较大的热阻，严重影响设备制冷作用。为维护设备的正常运行和延长使用寿命，铝翅片式冷换设备应该定期清洗，尤其是化学清洗。传统的铝翅片化学清洗一般是在高温条件下作业，这给清洗工作带来诸多的不便和不安全因素，使常温高效铝翅片清洗剂的研究与应用日益受到重视。近年来出现的常温空调清洗剂存在以下问题：单纯的酸性清洗剂溶垢能力比较强且快，但去油污力不好，易留下点腐蚀的隐患；碱性清洗剂一般没有点腐蚀的隐患，但清洗速度慢，存在产品稳定性的问题；中性清洗剂一般主要是表面活性剂的溶液，虽有较好的去油污能力，但除垢能力不强，清洗速度慢。针对这些问题，作者研制了一种以混合酸为原料的常温高效铝翅片清洗剂，清洗速度快，效果好。
1 实验针对同类产品的缺点，本清洗剂的重点在常温、快速清洗及清洗剂稳定性要好3个方面。本清洗剂的清洗机理为：主要是在表面活性剂对铝翅片表面污垢的渗透、润湿和乳化等作用下，混合酸对无机盐、碱性氧化物和氢氧化物的溶解和酸根的螯合作用，使污垢的组成和性质发生变化，生成在水中溶解度比较大的新物质，同时使油污和不溶于水的物质比较疏松地分散在表面活性剂中，在清水的冲洗下，得到满意的清洗效果。本清洗剂配方设计及其含量的确定如下：
(1)酸的选择冷换设备铝翅片结垢清洗要求在常温下清洗剂与污垢反应速度快，清洗时间短。本清洗剂采用溶垢和溶锈能力较强、价格比较便宜的盐酸和磷酸作为主要的酸洗介质，同时加入少量柠檬酸来强化清洗效果。本实验采用宾馆废弃空调的铝翅片为试件。大量实验表明，盐酸的含量对清洗时间和清洁度有比较大的影响。从表1可知，当w(HCl)<5%时，清洗时间长，清洁度也差；当w(HCl)>9%，清洗液喷淋到试件0.5min左右就能使试件表面清洗效果较好，但试件表面不光洁，且成灰色，清洗时间到3～5min，试件表面就会出现“烧黑"现象，随着盐酸浓度的增加越趋明显。磷酸和柠檬酸的含量对清洗剂的影响不大，w(H3PO4)<5%时，其作用不明显；w(H3PO4)>10%，其作用趋于平缓。加入少量柠檬酸，可强化试件清洗的表观。故HCl最佳质量分数在5%～8%，H3PO4最佳质量分数在5%～10%，柠檬酸最佳质量分数在0 5%～1%。
(2)表面活性剂的选择[3，4]由清洗机理可以看出，表面活性剂的合理选择非常重要。本清洗剂利用表面活性剂的复配技术，把非离子型表面活性剂AEO、OP-10及6501和阴离子型表面活性剂AES和十二烷基苯磺酸钠以3∶1的质量比配制成复合表面活性剂。在酸度范围确定的情况下，表面活性剂质量分数的确定见表2。实验表明，w(表面活性剂)>6%，泡沫过多，给清洗残液工作带来困难，且配制的清洗液易分层；w(表面活性剂)<1%，表面活性剂作用不明显，所以其最佳质量分数为2%～5%。清洗时间控制在3～5min内，可满足铝翅片冷换设备污垢清洗时间短，速度快的要求。
(3)助剂的选择[5，6]本清洗剂选用对酸有较好缓蚀作用的乌洛托品(六亚甲基四胺)、若丁和苯胺组成的复合缓蚀剂。同时加入多种增溶剂、助洗剂等与水相溶的有机助剂，以保证各组分复配后的各项质量指标达到清洗剂的预期要求。从表3缓蚀性能实验可知，w(缓蚀剂)<0.5%时，缓蚀效率不高，不能有效防止点腐蚀，保护金属基体；w(缓蚀剂)>2%时，缓蚀效率100%，再多加缓蚀剂只会造成原料的浪费，增大成本。
(4)配制工艺的选择本清洗剂的配制，工艺的选择严重影响清洗剂的稳定性。在表4中记录下几种不同工艺配制的结果：a.在200～250r/min搅拌速度下，在同一容器中依次加入水、混合酸、表面活性剂、缓蚀剂及其他助剂，加水至规定体积，搅拌均匀；b.在200～250r/min搅拌速度下，先将表面活性剂溶于水至清液，然后依次加入缓蚀剂、氯化钠、助洗剂、CMC钠，最后加入混合酸，加水至规定体积，搅拌均匀；c.在200～250r/min搅拌速度下，将各种缓蚀剂依次溶于水至清液，然后依次加入氯化钠、助洗剂、表面活性剂、混合酸及CMC钠，加水至规定体积，搅拌均匀；d.按“2.1"中的工艺配制清洗剂溶液。
2 结果
2.1 配方本实验原料大部分为工业品，经大量实验，得到如下配方(配比以质量分数计)。混合酸：盐酸〔w(HCl)=35%〕，5%～8%；磷酸〔w(H3PO4)=98%〕，5%～10%；柠檬酸〔w(C6H8O7)=98%〕，0.5%～1%。表面活性剂：2%～5%。缓蚀剂：乌洛托品，0.5%～1%；若丁，0.3%～1.2%；苯胺，0.5%～1%；氯化钠，2%；助洗剂，5%～10%；CMC钠，0.1%～0.5%；自来水，余量。清洗剂的配制工艺为：①将表面活性剂在100～150r/min搅拌速度下溶于适量的水，直至成透明液体；②先将乌洛托品和苯胺溶于少量水，然后在200～250r/min搅拌速度下加入若丁、氯化钠溶于适量水至透明液体；③将计量的盐酸、磷酸、柠檬酸溶于水；④把②和①配制的溶液在200～250r/min搅拌速度下依次缓慢加入③所配制的酸液中；⑤在同样的搅拌速度下，在④所得的溶液中加入助洗剂和CMC钠，然后加水至规定的体积，搅拌均匀，即可投入使用。
2.2 性能指标对本清洗剂的外观、清洗效率、耐高低温稳定性等性能进行了检测，结果见表5。
由表5可知，本清洗剂具有优良的清洗效果及耐高、低温性能。
2.3 应用实验将本清洗剂应用于某宾馆空调器清洗，效果优良。并记录下对同一个已污染空调器清洗的清洗方式、清洗时间及去污效果等，结果见表6。
3 结论研制出了一种适用于铝翅片的清洗剂，具有如下特点：①本清洗剂为常温酸性水基清洗剂，无毒，清洗用量少，时间短，清洗效果好，适于浇淋，喷雾清洗等，喷雾清洗效果最佳。②本清洗剂对铝金属有缓蚀防锈作用，腐蚀和损伤少，清洗后的铝表面清洁光亮如新。③清洗剂品质均一，有较好的贮存稳定性。④使用的表面活性剂易生物降解，对环境无污染。⑤原料易得，价格低廉。⑥生产工艺简单，操作方便。