浅谈工业清洗剂用助剂的作用

工业化学清洗剂中包括溶剂、酸或碱、氧化剂或还原剂、表面活性剂、缓蚀剂和钝化剂以及助剂等。为了充分清洗，同时保护基体，所以要在清洗剂中加入各种不同的助剂，如助洗剂、助溶剂等。下面我们一起谈谈工业清洗剂用的各种助剂。

一、助洗剂

（1）助洗剂的功能。助洗剂可起到降低水中钙、镁离子的浓度，稳定清洗液的pH，对污垢起分散作用，同时与表面活性剂产生协同效应。

① 去除CA²⁺ 、Mg²⁺等金属离子

水中所含CA²⁺ 、Mg²⁺等金属离子浓度较高时，会降低清洗剂的去污效果。因为清洗剂中的表面活性剂成分多数是一价负离子，如RCOO^- 、RSO₃^- ，而这些负离子往往能与CA²⁺ 、Mg²⁺生成沉淀而失去活性。

若在清洗剂中加入掩蔽剂（偏硅酸钠、Na₂CO₃、磷酸钠、三聚磷酸钠等），可以大大降低其自由Ca²⁺、Mg²⁺的浓度，使表面活性剂发挥最佳的去污效果。

② 稳定pH

化学清洗时，保持洗液的pH相对稳定非常关键，助剂在水溶液中具有碱性缓冲能力，保持溶液的pH相对稳定，另一方面碱性助剂可以使油污中的脂肪酸皂化。pH对助剂的螯合能力也有很大的影响。各种助剂在不同pH下对Ca²⁺ 的螯合值如下表所示。

表1 各种助剂在不同pH下对Ca²⁺  螯合值  单位：mg/g

螯合剂	pH
	8	9	10	11	12
焦磷酸四钠	2.4	2.4	3.7	4.0	3.6
STPP	3.9	7.1	7.5	7.4	7.0
NTA	3.0	5.0	11.5	13.7	13.3
EDTA		10.5	10.5	10.5	10.5

另外，pH偏高时有利于使清洗后污垢胶体表面带负电荷，可防止污垢的絮凝，使再沉积的倾向减小。

一些助剂对盐酸酸性的缓冲能力如表2所示。

表2 一些助剂的pH缓冲能力（助剂含量为0.4%，HCL深度为0.5mol/l）

HCL加入量/mL	0	5	10	15	20	25
助剂	反应后溶液pH
NaOH	12.7	12.6	12.5	12.5	12.4	12.3
偏硅酸钠	12.3	12.2	12.2	11.7	11.0	10.4
Na2PO4	11.9	11.5	10.4	7.1	6.3	3.0
NaCO3	11.0	10.6	10.9	9.3	7.0	6.4
硼砂	9.2	9.0	8.6	8.2	6.6	2.2
水玻璃（Si:Na=1:3）	10.2	9.3	8.6	2.6

从表2可以看出，助剂含量为0.4%时，NaOH、偏硅酸钠对HCL有足够的抵御能力，Na₃PO₄、Na₂CO₃与HCL反应分别生成Na₂HPO₄、NaHCO₃，构成了酸碱缓冲对Na₂HPO4-Na₃PO₄、NaHCO₃-Na₂CO₃ ，在一定范围内起到了稳定溶液pH值的作用，而硼砂和水玻璃对低浓度的HCL具有一定的缓冲能力，但HCL浓度偏高时，其缓冲作用相对较小，甚至失去缓冲作用。

③ 对污垢的分散作用

助洗剂还爱上你是一个错有分散污垢的作用，从而大大减少污垢在基质表面的再次沉积。

在常用的助剂中，STPP（三聚磷酸钠）对污垢的分散能力最好。STPP对极性污垢（如高岭土）的分散能力明显优于其他助剂。另外，STPP对氧化铁粉末也有很好的分散效果。但对于非极性固体污垢（如石墨）的分散效果不明显。

④助剂与表面活性剂的协同效应

若助剂与表面活性剂复配得当，可使表面活性剂的去污力明显增加，这种现象称为协同效应。

研究表明STTP与表面活性剂的协同效应明显优于柠檬酸钠。因此，它是更为有效的助剂。另外，STTP对极性的油垢有明显的降低“油/水”界面张力的功能，即具有胶溶性能，使油污更易分散于水中。

（2）几种清洗助剂。清洗助剂可分为有机助剂和无机助剂。常用的助剂有以下几种：

① 磷酸盐

清洗助剂中常用的磷酸盐有正磷酸盐、二聚磷酸盐（焦磷酸盐）、三聚磷酸盐和六偏磷酸盐等，而且多以钠盐形式作为助洗剂。

正磷酸是磷酸中最重要的一种，它可以形成三种类型的盐，即：磷酸盐（正盐）M₃PO₄，如Na₃PO₄；磷酸氢盐M₂HPO₄，如Na₂HPO₄；磷酸二氢盐MH₂PO₄，NaH₂PO₄。大多数磷酸二氢盐都易溶于水，而磷酸氢盐和正盐，除Na⁺、K⁺、NH₄⁺ 的盐外，一般都不溶于水。

用作清洗助剂的磷酸盐主要是三聚磷酸钠（STPP，Na₅P₃O₁₀）和焦磷酸钠（Na₄P₂O₂），由于其多电荷胶体结构，被称为“无机活化物”，其中以三聚磷酸盐用得最多。

在清洗液中，当三聚磷酸盐含量太少时，硬水中会发生浑浊现象，这是生成二钙络合物不溶的缘故。当三聚磷酸盐过量时，二钙络合物可转化为一钙络合物而溶解。三聚磷酸钠对污垢具有良好的分散作用，同时对钢还有缓蚀作用。总的来说，三聚磷酸钠是目前综合性能最好的助洗剂。

但是，值得注意的是三聚磷酸钠可其他磷酸盐排放后将导致天然水体富营养化，造成严重的水质污染（过肥）。近年来世界各国相继提出限磷和禁磷的措施。三聚磷酸盐的代用品有NTA、柠檬酸钠等、4A沸石（Na₁₂AL₁₂Si₁₂O₄₈.27H₂O，是一种无毒、无臭、无味且流动性较好的白色粉末，具有较强的钙离子交换能力，对环境无污染）。

② 硅酸钠（Na₂SiO₃）

硅酸钠的浓水溶液通常称为水玻璃，它是没有固定组成的碱性硅酸盐。清洗剂中的硅酸钠是一种重要的助洗剂，它与其他助洗剂配合使用可起到协同效果，而且它在清洗剂中可以维持溶液一定的碱性，分散、悬浮污垢微粒、抑制金属腐蚀等。

③ 碳酸钠（Na₂CO₃ ，纯碱）

碳酸钠在水溶液中呈碱性，能使脂肪污垢皂化，提高表面活性剂对油性污垢的清洗能力，助对泡沫的生成有促进作用，同时可以与Ca²⁺ 生成CaCO₃ 沉淀，有效地降低溶液中Ca²⁺ 浓度，降低水的硬度。

④ 乙二胺四乙酸钠（EDTA）

EDTA是一种很强的有机络合剂，可与水中的钙、镁离子发生络合反应，从而大大降低水的硬度。有EDTA存在时，清洗剂的去污作用虽然略有所提高，但远不如添加复合磷酸盐。它主要用于无磷或少磷洗涤剂中。EDTA也可以做酸洗助剂。

⑤ 次氨基三乙酸钠（NTA）

化学式为N(CH₂COOH)₃，白色结晶粉末，不溶于水，溶于碱性溶液，具有非常强的络合能力，对钙、镁离子的络合能力强于STPP，但在20世纪60年代末发现它会造成胎儿畸变，后来又发现浓度高的NTA会致癌。尽管实际使用的清洗剂中NTA含量不致发生危险，但人们对它的担心却始终存在。1984年美国纽约颁布了禁用NTA的法令。

二、其他助剂

（1）金属离子络合剂

借助于和污垢中的金属离子发生络合反应，使污垢转变为易溶于清洗剂的试剂，也可以与水中的金属离子发生缝合反应，降低水的硬度，提高活性成分的去污能力。例如EDTA，一些有机络合剂可与水中的钙、镁离子发生络合反应，从而大大降低水中的硬度。络合剂常用在锈垢及无机盐垢的清洗剂中，用于掩蔽溶液中的金属离子。

（2）吸附剂

通过对污垢的物理吸附或化学吸附而清除污垢的物质为清洗用的吸附剂。

（3）杀菌灭藻与污染剥离剂

可以杀灭基体表面的菌藻、剥离微生物污泥的化学药剂。它可分为无机类与有机类，无机类的通常是强氧化剂。

（4）酶制剂

酶制剂是具有催化能力的蛋白质。在污垢的清洗中，它可以与有机污垢发生相应的生物化学反应，促进污垢的分散与脱落。例如把蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、纤维素酶等加入清洗液中，可加快相应污垢的清除。