环保型汽车燃油系统清洗剂的研制

林跃华，龙清平，李吉昌

（中山职业技术学院，广东 中山 528404）

进入二十一世纪，汽车已经成为人们出行的必备消费品。据不完全统计，2019年底，中国的汽车保有量达到3.3亿辆，年增长率达到了30%。汽车尾气排放已成为人们重点关注的环保问题。当汽车行驶一段时间后，在燃油系统会形成大量的沉积物，这些沉积物包括汽油本身的胶质，灰尘在汽车油箱、进油管等部位形成类似油泥沉积物，还包括汽油中存在的烯烃等不稳定成分，在一定温度下，发生氧化和聚合反应，形成胶质和树脂状的黏稠物。这些沉积物会慢慢干化为硬质的均匀薄膜，最后变成硬质积炭［1，2］，而这些积炭将会进一步恶化汽车尾气的排放，造成环境污染。

为了解决积炭的问题，国内外都在开展这方面的研究，主要有以下几个方面：1）选择新型表面活性剂提高去油率，研制专用型清洗剂；2）选择适当的助剂提高产品性能，使清洗剂具有多功能；3）改进清洗工艺；4）不断扩大清洗剂的应用范围［3］。本实验使用有机溶剂、阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂复配，并加入配位剂、抗氧化剂、缓蚀剂与防沉淀剂、生物质大豆油甲酯 （脂肪酸甲酯）稀释剂，研发出了一种燃油清洗剂。

1 实验

1.1 主要试剂

大豆油甲酯 （自制）、甲基叔丁基甲醚，异丙醇，乙二醇单丁醚，均为工业级，深州昊翔化工科技有限公司；单烯基丁二酰亚胺类、聚醚胺，广州油孚来贸易有限公司、EDTA-2Na、NaOH、碳酸钠、硅酸钠、椰油酸二乙醇酰胺、OP-10／NP-10、AEO-7／AEO-9，江苏圣仑化工科技有限公司；三乙醇胺；聚乙二醇 （400）；2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚 （工业级），

德国洋樱集团；椰子油二乙醇酰胺 （工业级），深州泰达化工有限公司。

1.2 仪器

SFJ-400砂磨、分散、强力搅拌器、电导率仪、pHS-25型pH仪、电子天平、BXJ-III摆洗机、鼓风电热恒温干燥箱。

1.3 实验步骤

将浅黄色自制大豆油甲酯与溶剂剂混合，搅拌后加入表面活性剂、缓释剂，搅拌溶解；加入碱、缓蚀剂、抗氧化剂，搅拌溶解，然后加入助溶剂，溶解，得到清洗剂。配方设计如表1。

表1 基础配方

1.4 性能测试

在清洗发动机燃油系统时，不需要拆解燃油系统，首先抽出油箱内的大部分燃油，留下约有10～15cm深的燃油，并加入清洗剂，装上滤网筒并盖上油箱盖。怠速下清洗15～20min，每3～5min加大一次油门，使清洗的积炭和水分从排气管排出，为彻底清洗干净燃热系统［4］，必须将油箱内剩余的全部置换出来，过滤后才能重新使用。这个能作为测试方法吗？

1.4.1 外观检测

目测观察，在20～25℃下放置24 h后，观察剂液外观，溶液澄清、透明、均一、不分层。

1.4.2 稳定性测定

低温稳定性：在-5℃保持24 h，恢复至室温剂液能正常使用。

高温稳定性：在 （50±2）℃保持24 h，恢复至室温剂液能正常使用。

1.4.3 酸碱度测定

用pH计测试。剂液的接近中性，对汽车燃油系统油缸的腐蚀较弱，保证油缸不受剂液的腐蚀。

1.4.4 去污力测定

1）取汽车燃油系统的积炭，在60℃烘箱中烘干至恒重m1。用清洗剂溶解，观察溶解情况，溶解后再过滤，滤渣 （积炭）在60℃烘箱中烘干至恒重m2，去污力P为：

式中：P为去污力%；m1为汽车燃油系统中取出的积炭，干燥后的重量g；m2为用清洗剂溶解积炭后，过滤后的滤渣，干燥后的重量g。

2）油污溶解性的测试

取一定量清洗剂的料液加入称量好的10g的油污中，放入具塞试管中，密闭放置一定的时间，观察油污的溶解情况。油污的溶解力用1，2，3，4，5来表示，其中5级是溶解性最好，1级是溶解性最差。

2 结果与讨论

积炭是发动机燃油在高温和氧的作用下形成的聚合物，积炭中的有机高分子主要是醇酸聚合物，由高度交联的醇酸网状高分子把灰分紧紧包裹在一起，同时，醇酸高分子还起到黏结作用，把积炭牢牢地黏在金属表面，清洗或清除积炭的关键是破坏此类“黏接”作用。

2.1 溶剂的选择

通常认为胺类能使醇酸树脂在一定条件下降解为小分子酚类能渗透到含醇酸树脂的积炭内部。聚醚胺／单烯基丁二酰亚胺／脂肪醇聚氧乙烯醚等，具有良好的清净分散性，可用于汽车整个燃油系统的积炭清洗，也可抑制发动机活塞上的积炭和漆膜的生成。一般添加量为10% ～20%，即可达到较好的效果；积炭溶解剂是燃油系统清洗剂的主要组成组分，选用清洗力较佳的乙二醇单丁醚和异丙醇的复配，同时乙二醇单丁醚和异丙醇的辛烷值比燃油高，在起到清洗作用的同时，可使燃油的辛烷值得到提高，对积炭的溶解除去起到增强的作用。

2.2 碱性物质的选择

碱性物质与油泥发生皂化反应，去污能力强，且碱性清洗剂价格便宜，缺点是强碱会使机械部件受到伤害，而且含有磷时会污染环境，因此本实验选择弱碱性的碳酸钠、碳酸氢钙、硅酸钠等，不含磷，在解决清洁油泥的同时，减少环境污染的问题。本实验在兼顾腐蚀性的同时，控制用量在5%～10%。

2.3 表面活性剂的选择

表面活性剂可以显著降低液体表面张力，是清洗剂中不可缺少的重要成分。非离子表面活性剂清洗性较强，发泡性小，稳定性高，选用非离子表面活性剂能渗透到含醇酸树脂的积炭内部，还能和积炭争夺金属，减低积炭同金属的结合力，使积炭容易脱落［5］；添加适量的椰油酸二乙醇酰胺、OP-10／NP-10、EO-7／AEO-9，可降低液体的表面张力，起到增溶、乳化积炭的作用。

NP-10和AEO-7是非离子表面活性剂，从分子结构可以看出其非极性基团很长，所以其疏水能力强，而亲水基团为夹在碳氢链中，醚基亲水能力弱，所以使得OP-10的亲水能力弱，在OP-l0中未加水时，其疏水基和亲水基同时都在外侧，所以其亲水能力弱，HLB值低，对积炭有较好的溶解性。实验中比较了非离子表面活性剂复配后溶解性的测定，见表2。

表2 不同表面活性剂溶解性的测定

本实验用NP-10和AEO-7复配表面活性剂，对酸、碱、盐的稳定性均良好，与其它离子型活性剂混合使用，提高了对积炭的溶解、乳化作用，兼顾成本和功效，使用量控制在15%～30%。

2.4 抗氧化剂的选择

因积炭是发动机燃油在高温和氧的作用下所形成，故添加适量的高温抗氧剂，即可抑制积炭的形成，目前市面上性能较好的抗氧剂为2，6-二叔丁基-对甲基苯酚 （简称为BHT）。添加抗氧化剂的量和抗氧化效果并不总是正相关，当超过一定浓度后，会起到桔抗作用，促进氧化。本实验探索了用量，认为要控制在0.1%～1%为宜。

2.5 稀释剂的选用

稀释剂大多数采用溶剂油，有利于溶解对燃油系统内油泥、积炭等物质，也能使清洗剂有合适的黏度，但溶解油是石油产品，易燃易爆，有一定的毒性，也是不可再生资源，为减少对资源的索取。本实验采用自制生物质的大豆油甲酯，对积炭溶解性好，可以降解，对环境友好。大豆油甲酯可生物降解，属于生物质溶剂可替代传统的石油系矿物油溶剂，是无污染、无危害的新型工业溶剂，是绿色溶剂近几年，人们对大豆油甲酯作为可替代性工业溶剂的意识在不断增强［6］。本实验经过探索用量，认为配方用量宜＞30%至余量。

3 性能指标

按表1所示的基础配方，进行了配方的筛选，最后选择最优配方进行性能测试，测试结果如表3所示。

表3 性能测试

表3 续

4 结论

1）通过对发动机燃油系统积炭产生原因的分析，研制一种清洗剂，添加10%～20%溶剂和助洗剂、5%～10%碱性物质、15%～30%非离子表面活性剂、0.1%～1%的高温抗氧剂、适量的金属缓蚀剂、剂液稳定剂和自制生物质大豆油甲酯。所制备的燃油系统清洗剂具有强去污、对金属无腐蚀、抗乳化等性能，兼顾了燃油的辛烷值的燃烧性能，具有较好的应用前景。

2）实验制备的燃油系统清洗剂，使用时可在免拆发动机的情况下，直接倒入汽油油箱，添加量仅为燃油体积的0.1%～1% （以积炭污垢多少的比例而定），怠速运转15～20 min，后与废机油一起排出即可达到清洗燃油系统的作用。

3）汽车燃油系统清洗剂的市场广阔，经济效益可观，社会意义重大，环保型的汽车燃油系统清洗剂将是今后研发的重要方向。