低泡高效环保动车组外表面清洗剂的研制

　　摘要：研究了环保的低泡高效去机械油表面活性剂复配体系，在其基础上开发了Ⅰ型和Ⅱ型两种动车组外表面清洗剂。试验确定了两种清洗剂的配方组成分别为：Ⅰ型：柠檬酸钠2%，BTA0.5%，GLDA3%~5%，PAA0.5%~1%，ME5616%~8%，ED30600.6%~1%，8680.6-0.9，H57683%~5%，IS1361%~2%，水余量;Ⅱ型：柠檬酸2%，BTA0.5%，GLDA3%~5%，PAA0.5%~1%，ME5616%~8%，ED30600.6%~1%，8680.6-0.9，柠檬酸缓蚀剂1-2%，IS1361%~2%，水余量。经国家铁路产品质量监督检验中心检测，两种清洗剂洗净力分别为98%、95%，对45号钢、H-62黄铜、LY-12铝有很好的缓蚀作用。各项指标均符合Q/CR468-2015《动车组外表面清洗剂》的要求。此两种清洗剂低泡易漂洗，便于机械化操作，提高清洗效率。

　　关键词：低泡;环保;动车组外表面;清洗剂;洗净力;腐蚀性

　　0引言

　　高铁网络是中国交通运输体系中的骨干网络和国家重大民生工程，高铁建设是促进经济增长、优化区域发展空间的重要手段。中国自2008年以来，高铁营业里程已超过2.9万km，远远超过世界其他国家高铁营业里程的总和。中国每年通过高铁出行的旅客人数达到8亿人次。由于高铁动车组行驶速度快，车体与空气摩擦力大，导致气流分离，形成较大负压，使得大量灰尘、粘土以及轮轨摩擦产生的铁屑、碳粉等粘附动车组外表面。

　　另外，快速行驶的列车与蚊蝇飞虫相撞，其破碎的躯体使动车表面残留蛋白质等各种有机物，使车体污垢成分更加复杂。污垢的累积不仅会影响动车的美观，而且会增大动车与空气的摩擦力，增加了动车组的能耗。还能导致漆膜光泽度降低和漆膜硬度下降，从而降低漆膜对车体结构的保护作用，严重的还会引起点腐蚀、缝隙腐蚀等局部腐蚀发生，危及动车运行的安全。

　　因此，动车组外表面的清洗是防止动车组腐蚀的有效措施之一。随着铁路和城市轨道交通新型动车组的使用，要求大幅提高车辆、线路的利用率，缩短车辆清洗时间，减轻工人清洗的劳动强度。为此，车辆段纷纷引入了动车组外皮专用自动清洗设备，开始采用动态的机械清洗方式。

　　与过去的静态手工清洗相比，动态清洗对清洗剂有更高的要求。为适应动车组外表面清洗的机械化，提高清洗效率，缩短维护时间，提升动车组的利用率，本研究基于环保低泡表面活性剂的复配体系，开发了低泡高效环保的两种类型清洗剂。经国家铁路产品质量监督检验中心检测，洗净率分别为98%和95%。各项指标均分别符合Q/CR468-2015《动车组外表面清洗剂》两类清洗剂的要求。

　　1实验

　　1.1试剂与原料

　　(1)表面活性剂。

　　根据相关文献，从国内外知名公司选择了去机械油性能较好的低泡非离子表面活性剂，准备进行油污分散试验。根据先关文献，非离子表面活性剂与合适阳离子表面活性剂复配，可发挥优异的去污功效。因此选择了阳离子表面活性剂及非离子与阳离子表面活性剂复配物。

　　阳离子表面活性剂与试验筛选出的非离子表面活性剂进行复配，考察其去污的增效性能。非离子与阳离子表面活性剂复配物直接进行油污分散试验，与单一非离子及试验的非离子与阳离子复配体系进行比较，赛选出适合的表面活性剂复配体系。

　　(2)洗涤助剂。

　　根据相关文献及动车组外表面污垢特点，考察了柠檬酸、柠檬酸钠、绿色螯合剂GLDA、DTPA5Na、MGDA;分散剂PAA、PVP、PEG400、PAM、Alcosperse747(AkzoNobel);根据相关研究，考察了适合清洗包含铝、铜及钢材等材料所需的缓蚀剂，H5768(聚三元羧酸酯，河南道普商贸经销)、羧酸胺IT(Clariant)、柠檬酸缓蚀剂(自制)、BTA(苯丙三氮唑，枣庄凯瑞化工)、甲基苯丙三氮唑、IS136(陕西石油化工研究设计院)。

　　1.2试样及前处理

　　表面活性剂工作液：用去离子水配制质量百分浓度为0.75%的待测表面活性剂或表面活性剂复配体系的工作液。清洗剂样品工作液：用去离子水配制质量百分浓度为5%的清洗剂水溶液。

　　污垢配制：按照Q/CR468-2015《动车组外表面清洗剂》方法分别称取化学纯的6g氧化铁红(GB/T1863-A-Ⅰ-1-V1-a，200目)、6g气相二氧化硅(GB/T20020-A50，200目)、2g氢氧化铝(GB/T4294-AH-1，200目)和6g硅藻土助滤剂(GB/T24265-SYBS-10，60目)，混合后充分研磨，用200目标准分样筛筛取磨料，置于烧杯中并加入80g机械油(GB/T7631，13-L-AN32)搅拌，使固体颗粒与机械油充分接触并混合均匀。

　　油漆涂膜试片：按照Q/CR468-2015将45号试片(50mm×25mm×5mm，天津滨海金永金属试片有限公司)打磨、除油处理后涂覆一层20~30μm厚的聚氨酯色漆，自然干燥7天。

　　油漆涂膜试片染污：按照Q/CR468-2015将制好的油漆涂膜试片用无水酒精洗净，干燥后称重，记为m0(精确至0.1mg)。将称量后的试片平放在干净的滤纸上，单面均匀涂覆污垢(涂覆面积约45mm×25mm，每片试片污垢涂覆量为(0.08±0.02)g)，并用滤纸擦去试片两侧和底边多余的污垢。称重。

　　金属试片：按照Q/CR468-2015将45钢、H-62黄铜、LY12铝(50mm×25mm×5mm，天津滨海金永金属试片有限公司)分别用300号砂纸打磨，并用丙酮、无水乙醇清洗干净，干燥后，称重。准备缓蚀试验试用。市售清洗剂样品(清洗现场取样Ⅰ型为绿色透明液体，Ⅱ型为红色透明液体，试验中分别记为Ⅰ-M，Ⅱ-M)。

　　1.3试验

　　(1)依据JB/4323.2—1999方法，进行油污在清洗液中分散的试验：准确量取40mL工作液于100mL的具塞量筒(截面积4.9cm2)中，盖塞，置于恒温(25℃)水浴，向具塞量筒中试液逐次滴加油2.2配制的污垢至3.0g，每滴加0.2g，用HVS-10M垂直振荡器(振幅6cm，频率120次/min)振荡1min后，打开量筒塞排气，再盖好塞子，观察清洗液泡沫情况、乳液均匀性、稳定性及油污乳液在量筒壁的附着情况。

　　(2)摆洗试验。将2.2配制好的清洗剂工作液，分装于3个搪瓷缸(每缸600mL)中，同时放入(40±2)℃的恒温水浴中。待溶液温度稳定后，将带污垢的试片夹到摆洗机的夹具上，并全浸于溶液中，静置5min后立即开始摆洗(频率40次/min，摆动距离50mm，下同)，摆洗5min后放入(40±2)℃的去离子水中继续摆洗30s，摆洗后将试片放入(50±2)℃烘箱中烘干，冷却后称重，计算洗净力。

　　(3)漂洗试验。将2.2配制好的清洗剂600mL工作液搪瓷缸中，同时放入(40±2)℃的恒温水浴中。待溶液温度稳定后，将油漆涂膜试片夹到摆洗机的夹具上，全浸于溶液中，5min后取出，室温晾置10min，放入(40±2)℃的去离子水中摆洗30s，摆洗后将试片放入(50±2)℃烘箱中烘干，冷却后观察清洗剂在试片表面的残留情况。

　　(4)腐蚀试验。按照Q/CR468-2015《动车组外表面清洗剂》，将2.2配制好的清洗剂工作液放入3个搪瓷缸中，每缸600mL，同时放入(40±2)℃恒温水浴中，达到温度后，每缸放入2.2处理好缓蚀试验用的3种试片各1片，试片悬挂并全浸于试验溶液中，相互间不可接触，加盖静置4h后取出试片，立即用清水冲洗，再用无水乙醇清洗2遍，热风吹干后放入干燥器中冷却，观察试片表面状态。并称重，计算腐蚀率。

　　1.4测试与表征

　　按照Q/CR468-2015《动车组外表面清洗剂》对研制的清洗剂的各项指标进行测试:外观、溶液pH，金属腐蚀性、漂洗性、稳定性、水溶解性、洗净力、对油漆涂膜的影响性，并与市售产品进行了对照。

　　2结果与讨论

　　2.1表面活性剂体系的确定

　　按2.2分别配制低泡非离子表面活性剂及非离子与阳离子表面活性剂复配物的工作液，按2.3试验方法滴加2.2配制的污垢，考察各表面活性剂在25℃下对污垢的分散情况及体系的泡沫性能。对污垢分散性能较好的低泡表面活性剂有：PluronicLF901、SKYINLF205、FMEE2409、ME561。

　　其中以ME561泡沫最低，消泡最快。特别地，GenapolED3060具有优异的抑泡性。Berol226、REWOQUATCQAL100、S3804不属于低泡体系。因此选择ME561为低泡非离子表面活性剂，GenapolED3060为抑泡剂。经试验确定两者加量为ME561：6%~8%，GenapolED3060：0.6%~1%在3.1确定的表面活性剂工作液中添加阳离子表面活性剂，以改善体系的去污作用。经试验确定868泡沫最低，且可以改善污垢中氧化铁红等粉剂污垢的挂壁性。经试验确定868加量为0.6%~0.9%。

　　2.2洗涤助剂的确定

　　柠檬酸对铁锈有很强的络合作用，GLDA对金属离子有很好的络合作用，且绿色环保，柠檬酸与GLDA复配更能有效去除污垢中的金属离子。且试验中发现GLDA较其他螯合剂对材料的腐蚀性较小，因此选用了柠檬酸与GLDA复配。对中性偏碱性配方用柠檬酸钠替代柠檬酸，以减少中和环节。试验确定柠檬酸(钠)1%~3%，GLDA3~5为最佳。

　　由于污垢中含有较多的粉尘，清洗中容易再沉积，形成二次污染。因此需要添加抗再沉积性、分散性能好的聚合物，经试验，选取了PAA，加量为0.5%~1%。Ⅰ型清洗剂选用缓蚀剂主要考虑铜缓蚀剂BTA、钢缓蚀剂H5768及螯合剂缓蚀剂IS136，通过2.3试验确定了其加量分别为BTA0.5%，H5768：1%~3%，IS136：1%~2%。Ⅱ型清洗剂为以柠檬酸为酸性环境的酸性体系，加入柠檬酸缓蚀剂：1%~2%，IS136：1%%~2%。

　　2.3动车组外表面清洗剂配方

　　经试验确定动车组外表面清洗剂配方如下：

　　(1)动车组外表面清洗剂Ⅰ型：柠檬酸钠2%，BTA0.5%，GLDA3%~5%，PAA0.5%~1%，ME5616%~8%，ED30600.6%~1%，8680.6-0.9，H57683%~5%，IS1361%~2%，水余量。

　　(2)动车组外表面清洗剂Ⅱ型：柠檬酸2%，BTA0.5%，GLDA3%~5%，PAA0.5%~1%，ME5616%~8%，ED30600.6%~1%，8680.6-0.9，柠檬酸缓蚀剂1%~2%，IS1361%~2%，水余量。

　　两种清洗剂为浅黄色透明液体，在室温(约28℃)，40℃，冰箱冷藏(约2℃)放置15天均保持透明液体，冰箱冷冻(约-10℃)15天，样品冻结，室温下恢复解冻后为浅黄色透明液体。可认为其稳定。原液及工作液浊点均>40℃。抗硬水强。

　　2.4动车组外表面清洗剂性能测定

　　外观：动车组外表面清洗剂Ⅰ型和Ⅱ型均为浅黄色透明液体。稳定性：两型清洗剂样品在-2℃和42℃放置24h，-2℃下放置样品冻结，室温解冻后恢复浅黄色透明液体。42℃下放置样品外观保持不变。样品稳定性好。水溶解性：用自来水配制5%的工作液，静置4h，保持清亮。

　　市售清洗剂水溶解性略差，透明度均较差。而本研究的清洗剂水溶液无色透明。工作液pH：Ⅰ型pH8.4;Ⅱ型pH2.73。洗净力：按照2.3分散试验，对照本研究清洗剂与市售清洗剂工作液对油污的分散性。

　　本研究Ⅰ型清洗剂工作液泡沫可快速消退，市售清洗剂泡沫较多，且泡沫消退后可清洗看出有较多污垢挂壁。看出本研究Ⅱ型与市售Ⅱ型清洗剂对油污的分散及泡沫情况。本研究Ⅱ型清洗剂工作液泡沫可快速消退，市售清洗剂泡沫较多，且泡沫消退后可清洗看出有较多污垢挂壁。

　　3结论

　　(1)选择了合适的低泡表面活性剂与阳离子表面活性剂的去油污体系，在其基础上根据相关标准研制了两种型号的动车组外表面清洗剂，其配方为：动车组外表面清洗剂Ⅰ型：柠檬酸钠2%，BTA0.5%，GLDA3%~5%，PAA0.5%~1%，ME5616%~8%，ED30600.6%~1%，8680.6-0.9，H57683%~5%，IS1361%~2%，水余量;动车组外表面清洗剂Ⅱ型：柠檬酸2%，BTA0.5%，GLDA3%~5%，PAA0.5%~1%，ME5616%~8%，ED30600.6%~1%，8680.6-0.9，柠檬酸缓蚀剂1%~2%，IS1361%~2%，水余量。按标准做了各项性能检测，所开发的产品另经国家铁路产品质量监督检验中心检测，各项指标均符合标准。

　　(2)该清洗剂去污力强，洗净力达98%和95%，对铝、45号钢、H-62黄铜有很好的缓蚀性能，且对油漆涂膜无影响。

　　(3)该清洗剂绿色环保，低泡易漂洗，更适合机械化操作，提高清洗效率。

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