HX型建筑外墙瓷砖清洗剂的研究与应用

杨久义1，郭子城1，阎淑萍2，张士莹2，董丽娟2(1.河北科技大学理学院，河北石家庄050018；2.河北省化工研究院，河北石家庄050031)随着国民经济的迅速发展，我国对城市建设提出了更高标准的要求，“美观大方、整齐洁净"成为现代都市高楼大厦装修的热点。外墙涂料的机械强度及耐酸碱性比较差，因而用高压水冲洗和酸、碱液清洗其表面污垢时，易使涂料发生色变。针对此类现象，近十年来，外墙涂料逐渐被淘汰，特别是主要街道两旁高楼大厦的外墙装修，取而代之的是高档瓷砖。实践证明，用瓷砖刚刚装修起来的高楼建筑物显得既美观、又大方。但是，随着时间的推移，在一些空气污染指数较高的城市或地区，瓷砖表面易被空气中的酸性气体侵蚀，发生风化。在大楼上部的风化物吸附空气中的煤灰尘埃，形成深黑色紧密、坚硬的污垢层，而下部特别是接近地面的风化物则吸附带油的灰尘，再加上下雨时含铁锈水的滴溅，形成灰黄色的平滑污垢层。过不了十年，洁白的瓷砖表面出现黑、灰、黄等颜色的斑块，如果不清洗，会严重影响市容市貌。目前，清洗瓷砖的方法和配方[2，3]较多，针对外墙瓷砖所处环境及污垢特性，采用简单方法和一般清洗剂是很难洗掉的。在化学清洗方法中，上述文献所介绍的一些清洗剂均为液体，经清洗公司反映，有的施工复杂、消耗时间长；有的洗涤去污力较差；有的价格较高，清洗施工单位难以接受；有的含有较多强酸性的易挥发液体，施工时释放出的气味严重污染环境，对人体危害很大。笔者经过大量实验研究，研制出了一种粉状、不释放有害气体、方便包装、易于运输的高效清洗剂，并实现了工业化生产，产品经用于2000m2的外墙瓷砖污垢清洗，获得了良好效果。1外墙瓷砖清洗剂选用原料的原则鉴于建筑外墙瓷砖表面污垢质硬、色深、层厚之特征，要达到能清洗掉的目的，选料应遵循下列原则：
(1)应根据污垢的成分选择原料。经对瓷砖表面污垢较多、色深的垢层取样化验分析，结果与文献基本相符，大楼上部的主要成分为石膏，其次有积炭、灰尘等；而下部除石膏外，还有油污、铁锈及灰尘等。
(2)瓷砖表面污垢主要是石膏，能去除石膏的有无机酸类及盐类和有机酸类，从经济角度考虑，应选用无机酸及其盐类。经探索实验，选择浓度较高的盐酸与硫酸混合液洗涤效果虽好一些，但易污染环境；选其盐类时，洗涤效益较差；最后筛选出在水中溶解度较高、易清除石膏和铁锈的无机酸铵盐做为主要洗涤助剂。
(3)要想清洗瓷砖表面污垢，必须先让水溶液润湿表面，并进一步渗透到污垢中去，才能使溶液中的有效成分与石膏起作用。经反复实验，由低泡型的非离子和两性表面活性剂经复配较为适宜[5，6]。
(4)为了克服硬水对清洗效果的影响，选用三聚磷酸钠做软水剂。
(5)选料方面虽然克服了盐酸等易使建筑物产生白斑的弊端，但其溶液对瓷砖仍有较轻的侵蚀，故选用了漂洗性、防腐蚀性均好的磷酸三钠做辅助助剂。除此之外，还选用了缓冲剂、增溶剂、防沉剂、pH调节剂及香料。
2实验
2.1实验过程中的原料、规格和配方(表1)

2.2应用实验物料楼房屋檐处深黑色瓷砖10块，距地面2m处的灰黄色瓷砖10块，均经浴盆清洗剂清洗实验洗不掉的污垢样品作为应用实验对象。
2.3清洗剂制备成型工艺(图1)
2.5应用方法与效果检验方法
(1)本清洗剂直接对外墙瓷砖污垢进行清洗应用实验，各10块污垢瓷砖由清洗施工单位提供，瓷砖规格为200mm×100mm。
(2)每一组实验制备出的清洗剂按比例溶于水后作成试样，然后用两块干净的毛巾(200mm×200mm)浸于试样中，提出来分别对深黑色瓷砖(简称S)和灰黄色瓷砖(简称H)进行2～4次擦洗，冲洗干净后晾干，测定其白度，清洗效果通过去污力衡量，质量分数越高，去污力越强。去污力=(B1-B2)/(B0-B2)×100式中B0———擦干净后的瓷砖白度(测定白度为76)；B1———试样擦洗后的瓷砖白度；B2———未擦洗的瓷砖白度。
3结果与讨论
3.1表面活性剂含量对清洗效果之影响表面活性剂在瓷砖表面主要起两个作用，一是润湿渗透作用：表面活性剂加入后，改变了瓷砖表面的润湿性，降低了液体的表面张力，增强了水溶液取代瓷砖表面空气的能力；二是洗涤性：清洗剂中的表面活性剂在洗涤时，具有降低污垢与瓷砖表面的结合力，使污垢易脱离瓷砖表面，还具有防止污垢再沉积的能力。洗涤过程如下式所示：瓷砖.污垢+洗涤剂介质=瓷砖+污垢.洗涤剂清洗剂中表面活性剂的含量对去污力的影响见表3，其中非离子表面活性剂∶两性表面活性剂=1∶1，铵盐助洗剂=30%，磷酸三钠=10%，其它含量见配方方案。由表3可知，随着表面活性剂含量的增加，去污能力增强，但当含量增加到3%以上时，去污力增强的幅度变小，从控制泡沫量和产品成本考虑，3%的含量为适宜值。
3.2铵盐助洗剂的含量对去污力的影响建筑外墙高矮层瓷砖的污垢成分均以石膏为主，而且矮层还有铁锈，垢层结构紧密、质硬，要清除该层污垢，必须采用能与石膏和铁锈起化学作用的无机酸铵盐，方可有效地洗涤掉瓷砖污垢。其含量对去污力的影响见表4，其中活性剂复配比值为1，活性剂含量=3%，磷酸三钠=10%，其它含量见配方。由表4可证明，清洗剂中无机酸铵盐助洗剂含量越高，对瓷砖污垢的去污能力越强，当含量达到35%～40%时，去污力在这两个点的数值变化很小，而含量较高时易对瓷砖发生轻度腐蚀，所以控制含量不超过35%，就可以达到满意的清洗效果。
3.3擦洗次数对去污力的影响据洗涤施工公司介绍，现在化学清洗瓷砖的方法有机械擦洗和人工擦洗，以人工擦洗为目前主要的瓷砖洗涤手段，如果清洗剂配制不佳，擦洗次数多，费工费时，效益较差。擦洗次数对去污力的影响见表5，其中活性剂复配比值为1，活性剂含量=3%，铵盐含量=35%，其它含量见配方。

由表5可以看出，擦洗次数越多，去污力越强，但增加擦洗次数除费工费时外，还容易损坏瓷砖表面，使表面光亮度变暗，虽然加入了缓蚀剂，可机械磨损不可忽视。因此，综合考虑，擦洗次数最好为2～4次便可擦洗干净。由于瓷砖污垢程度有别，在不超过要求次数的情况下，可采取调整主要成分的配方，或者提高清洗剂在水溶液中的含量来解决。
3.4大面积外墙瓷砖清洗应用试验按小实验配方进行工业化试生产，用制备出的100kg产品进行了2000m2大面积应用实验。洗涤施工单位证实，本清洗剂去污力强，擦洗次数少，省工省时。经应用实验考核，对产品配方视水质及瓷砖污垢程度不同调整范围如下：复配表面活性剂3%；铵盐助洗剂25%～30%；三聚磷酸钠8%～10%；磷酸三钠10%～15%；尿素20%～25%；草酸5%；CMS1%；香精适量。
4结论
4.1以复配的表面活性剂和无机铵盐助洗剂为主要成分制备出的LX型瓷砖清洗剂去污力强，减轻了强酸性液体清洗剂对环境的污染和对人体的危害。
4.2本产品生产工艺简单，易于操作，投资小，成本低，经济效益好。其不仅能清洗外墙瓷砖，而且对内墙瓷砖、地面瓷砖、厨房瓷砖、瓷类洗手盆、浴盆、便盆均有良好的除垢作用。
4.3本技术已实现了200t/a工业化生产，并经过了一年实际应用于建筑外墙瓷砖污垢的清洗验证，获得了施工单位的好评。