动车用环保水性清洗剂的研制及其性能

动车用环保水性清洗剂的研制及其性能李丽;夏海渤;王浩;崔文龙;温福山;刘东;田建勋;李骏【摘要】An environment-friendly water-based cleaner comprising anionic surfactant Y-421 5.0wt.%, dodecyl glucoside 4.0wt.%, sodium dodecyl sulfate 0.5wt.%, Triton X-100 1.5wt.%, sodium silicate 1.0wt.%, sodium citrate 1.0wt.%, isopropanol 10.0wt.%, and deionized water balance was obtained by orthogonal test for high-speed motor train. As compared with two commercial cleaners, the developed cleaner has better stability, weaker corrosiveness, higher detergency, superior biodegradability, and less harm to users. It has good detergency for the exterior rubber vestibule diaphragm and the windshield of head car, which are difficult to be cleaned.%通过正交试验得到一种适用于高速动车组的环保型水性清洗剂:阴离子表面活性剂Y-4215.0%(均为质量分数),十二烷基葡萄糖苷(APG)4.0%,十二烷基硫酸钠0.5%,曲拉通X-1001.5%,硅酸钠1.0%,柠檬酸钠1.0%,异丙醇10.0%,去离子水余量.与常用的两种清洗剂相比,自制清洗剂稳定,腐蚀性弱,洗净力较强,生物降解性好,对人体伤害小.该清洗剂对动车组较难清洗的橡胶外风挡和头车挡风玻璃部位均具有良好的去污能力.【期刊名称】《电镀与涂饰》【年(卷),期】2018(037)005【总页数】5页(P223-227)【关键词】高速动车;水性清洗剂;正交试验;洗净力;生物降解性;腐蚀性【作者】李丽;夏海渤;王浩;崔文龙;温福山;刘东;田建勋;李骏【作者单位】中车青岛四方机车车辆股份有限公司,山东青岛 266111;中车青岛四方机车车辆股份有限公司,山东青岛 266111;中车青岛四方机车车辆股份有限公司,山东青岛 266111;中国石油大学(华东)重质油国家重点实验室,山东青岛 266580;常州大学石油化工学院,江苏常州 213164;中国石油大学(华东)材料物理与化学系,山东青岛 266580;中国石油大学(华东)重质油国家重点实验室,山东青岛 266580;中国石油大学(华东)重质油国家重点实验室,山东青岛 266580;中国石油大学(华东)重质油国家重点实验室,山东青岛 266580【正文语种】中文【中图分类】TQ639.1随着我国高速铁路的迅速发展，承担客运的高速列车不断增加，运行里程和区域不断扩大，运行速度不断提升。

但部分地区因运营环境较恶劣和受运营速度的影响，污染物对车体的冲击力较大，污垢与车体表面结合得比较牢固，污染源也比较复杂，重复覆盖，尤其在夏秋季节，各种飞虫在头车[指动车组两端的车厢(含司机室)]挡风玻璃上反复碰撞，遗留大量的虫胶，加大了清洗难度。

另外，由于动车组的橡胶外风挡是白色的，且长期处于频繁的挤压状态，各种因素的综合作用导致橡胶风挡比较难清洗。

各大主机厂在高级检修时有一定的洗车周期，对清洗剂的要求相对宽松，但是路局承担运营的任务繁重，车辆的维护时间较短，因此车辆清理准备的时间比较紧张，对清洗技术和清洗剂的选择有较高的要求[1-3]。

目前路局动车组的清洗要求是不留死角，裙板、排障器等都需清洗，主要采用自动洗车机清洗和人工清洗两种方式。

洗车机主要用于日常清洗维护，重点在于车体两侧的清洗，人工清洗在某些机洗达不到的情况下采用，主要针对车体端部、车头等处。

各路局所用清洗剂不同，虽都需符合Q/CR 468–2015《动车组外表面清洗剂》的环保要求，但往往不能满足路局对清洗效果、清洗维护保养时间等多方面的要求，特别是橡胶风挡以及头车挡风玻璃的清洗，以及在减轻对涂层的破坏方面更是不尽人意。

国外的自动清洗技术已经比较成熟，且部分国家的运营环境优于国内，如西班牙的洗车重点是动车组两侧，清洗难度低，因此对清洗剂的要求没有那么复杂。

而目前像波音、空客等飞机制造公司对清洗剂的使用已有明确的规定，均在各自的飞机维护修理手册中严格规定了可供选用的飞机表面清洗剂材料牌号，但国外对动车组清洗技术的研究和应用多集中在自动清洗机上，清洗剂方面未见如飞机行业那样详细的规定。

目前中车四方股份公司常用的清洗剂存在洗净力差、对车体漆膜损伤大等缺点，因此研制一种适合动车用的环保型清洗剂尤为重要。

本文以水为主要溶剂，将实验室自制降解性良好的阴离子型表面活性剂Y-421与非离子型表面活性剂十二烷基葡萄糖苷(APG)、曲拉通X-100、阴离子型表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)等进行复配，通过正交试验优化了各成分的最优含量，以期得到一种洗净力强、对漆膜损伤小、稳定性较好的环保型清洗剂。

1 实验1.1 主要试剂50% APG，青岛优索化学科技有限公司；曲拉通X-100，化学纯，无锡市亚泰联合化工有限公司；SDS、硅酸钠、柠檬酸钠，分析纯，西陇化工股份有限公司；异丙醇、聚天冬氨酸、氧化淀粉，分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

1.2 环保清洗剂的制备环保清洗剂母液的基础配方(以质量分数表示)为：APG 2% ～ 6%，曲拉通X-1001% ～ 2%，SDS 0% ～1%，阴离子型表面活性剂Y-421 1% ～ 5%，无机化合物助洗剂(硅酸钠)1% ～ 3%，有机化合物助洗剂(柠檬酸钠)1% ～ 3%，防腐缓蚀剂聚天冬氨酸、氧化淀粉各0.1%，异丙醇(稳定剂)10% ～ 30%，去离子水余量。

将2个反应容器标记为A和B。

反应容器A中，先加入适量的去离子水与异丙醇并加热到60 °C，然后缓慢加入称量好的APG与曲拉通X-100两种非离子表面活性剂，开启搅拌使其全部溶解；反应容器B中，依次加入称量好的SDS、阴离子表面活性剂Y-421、无机化合物助洗剂、有机化合物助洗剂和氧化淀粉，混合均匀后将其加入到反应容器A中，持续搅拌并加入聚天冬氨酸，直至形成均一的溶液，该溶液即为清洗剂母液。

1.3 清洗试验1.3.1 配制污垢(1) 根据Q/CR 468–2015，分别称取化学纯的0.6 g氧化铁红(200目)、0.6 g气相二氧化硅(200目)、0.2 g氢氧化铝(200目)和0.6 g硅藻土助滤剂(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8 g机械油搅拌，使固体颗粒与机械油充分接触并混合均匀。

(2) 取50 mm × 25 mm × 2.5 mm的铝合金，打磨、除油处理后涂覆一层20 ～30 μm厚的聚氨酯色漆，经乙醇擦拭后置于(40 ± 2) °C的烘箱中干燥30 min，然后移入干燥器中，冷却后称重，记为m0(精确至0.1 mg)。

将称量后的试片平放在干净的滤纸上，用小刮刀将人工污垢均匀地涂覆在试片的一面(45 mm ×25 mm)，其余表面不涂覆，并用滤纸擦去试片两侧和底边多余的污垢，污垢涂覆量为(7.0 ± 1.5) × 10−4 g/cm2。

涂覆完毕，将带污垢的试片放入(40 ± 2) °C的恒温干燥箱中，干燥30 min后取出，用滤纸擦去底边的污垢，于干燥器中冷却后称重，记为m1。

1.3.2 清洗试片用5倍体积的去离子水稀释清洗剂母液，分装于3个搪瓷缸(每缸600 mL)中，并将它们同时放入(40 ±2) °C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5 min后立即开始摆洗(频率40次/min，摆动距离50 mm，下同)，摆洗5 min后放入(40 ± 2) °C的去离子水中继续摆洗30 s，摆洗后将试片放入(50 ± 2) °C烘箱中烘干，冷却后称重，记为m2。

按式(1)计算洗净力η。

1.4 腐蚀试验按照 JB/T 4323.2–1999《水基金属清洗剂试验方法》，先用 300目砂纸打磨 50 mm × 20 mm ×2.5 mm的H62黄铜、LY12硬铝和45钢3种基材，再用无水乙醇洗净、干燥。

用去离子水配制质量分数为5%的清洗剂溶液，倒入3个500 mL的广口瓶中，(70 ± 2) °C恒温水浴加热后，每瓶放入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4 h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，无明显变色为合格。

1.5 其他性能的检测分别按照GB/T 15818–2006《表面活性剂生物降解度试验方法》和GB/T 6368–1993《表面活性剂水溶液pH值的测定电位法》测定自制清洗剂的生物降解性和pH；通过视、嗅觉判断清洗剂母液的外观与气味；通过清洗剂在0 °C和40 °C时有无晶体析出或出现分层等现象来判断相应的稳定性；根据清洗前后自制铝合金表面聚氨酯色漆膜层铅笔硬度的变化，判断清洗剂对漆膜性能的影响。

1.6 橡胶外风挡以及头车挡风玻璃的清洗试验用手提式高效空气清洗枪(气压为6 ～ 9 kg压力，进气量≥0.26 m3/min，温度25 °C)直接将最优配方的清洗剂母液喷涂在橡胶外风挡或头车挡风玻璃的表面，30 ～ 50 s后用清水冲洗干净。

因橡胶外风挡或头车挡风玻璃上的污渍附着较牢固，单靠喷涂清洗不足以将其除掉，故清水冲洗后需采用通水双排毛刷蘸取清洗剂母液辅助刷洗，待污渍松动后，再用清水冲洗干净。

采用WSB-VI型白度仪测定空白白色毛巾以及不同时段(喷洗后和辅助刷洗后)擦拭橡胶外风挡后白色毛巾的白度。

采用UV-2401PC/2450紫外−可见分光光度计测定清洗前后头车挡风玻璃的透光率，波长范围为 400 ～ 750 nm。

2 结果与讨论2.1 清洗剂配方的确定以洗净力为指标，分别选择 Y-421、SDS、APG、异丙醇、硅酸钠、柠檬酸钠和曲拉通 X-100的含量为因素A、B、C、D、E、F和G，按L18(37)正交表进行试验，以确定优化清洗剂组成，结果见表1。