飞机厕所管道清洗剂研制分析

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摘要：文章介绍了符合美国飞机维修化学品和材料委员会标准SAEAMS1454—2010飞机厕所管道的制备方法。选择腐蚀性低，除水垢效果好的甲磺酸、丁二酸、乳酸总含量为10%的复合有机酸作为主要有效成分，十二烷基苯磺酸、氨基酸衍生物A、纤维素B组成复合缓蚀作为金属保护剂，加上螯合剂、表面活性剂作为辅助清洗剂，能有效飞机厕所管道的水垢，不损伤飞机上的金属和非金属材料，有效替代国外同类产品。

关键词：飞机厕所管道清洗剂；有机酸；缓蚀剂

引言

民航客机厕所系统，是由马桶通过管道连接废水箱构成，成分有非金属和金属。非金属主要是聚碳酸酯和硅橡胶、丁晴橡胶、氟橡胶构成；金属材料主要是铝合金、钛合金和不锈钢构成，管道主要是金属，连接部分是用橡胶密封。飞机飞行过程中，随着厕所使用的时间增加，管道中会慢慢产生水垢，水垢增厚，管道变窄，容易堵塞，影响排污。飞机每飞行数个月，需要清洁管道中的水垢，保持畅通[1]。由于飞机的特殊性，飞机上使用的清洗剂采用适航证制度，洗涤剂必须通过飞机上的金属材料和非金属材料安全测试，需要通过中国民航测试中心测试符合适航标准才能够上飞机使用。目前飞机厕所管道清洗剂主要还是国外产品占主要市场，国产的占有量比较少，因此飞机厕所管道清洗剂的研制和产业化具有广阔的市场前景。按照中国民航航油航化适航审定中心规定，飞机厕所管道清洗剂需要符合美国飞机维修化学品和材料委员会标准SAEAMS1454—2010《清洗/除垢复合飞机真空厕所系统》“Cleaning/ScaleRemovingCompoundAircraftVacuumToiletSystems”[2](如表1所示)，才能用于飞机厕所管道清洗。从表1可见，飞机厕所真空管道清洗剂要求对飞机上的金属、橡胶塑料和涂料都没有损伤，普通清洁剂是难以达到要求的。真空管道中水垢一般是钙镁的碳酸盐为主，少量硅酸盐，尿碱[3]。要清洗这些水垢，通常采取酸洗的方法，使碳酸盐和酸发生反应产生水溶性盐，容易清除掉。但是铝合金不耐酸也不耐碱，既要符合SAEAMS1454—2010的标准要求，又需要对水垢有较强的清洗能力，清洗水垢需要酸性，酸性强了对金属和非金属都有腐蚀不符合标准要求，如何解决这一对矛盾，是技术难点。

1酸的筛选

酸的作用是溶解水垢，常用的盐酸和硫酸腐蚀性太大，不宜采用，一般采用有机酸，表2为常见有机酸对4049铝合金的腐蚀数据。从表2可以看到，氨基磺酸腐蚀量偏大，不采用；甲磺酸是一种强酸，比硫酸盐酸的酸性还强，但是金属腐蚀量和柠檬酸差不多，适当采用甲磺酸增强清洁水垢的速度；丁二酸和乳酸酸性适中，有缓冲pH作用，除水垢效果好，同时有杀菌消毒效果，对于马桶清有重要意义。因此，采用丁二酸、乳酸作用主要酸，复配甲磺酸增效，经过试验，飞机厕所管道清洗剂，总有机酸含量10%比较合适，过低清洗效果不佳，过高4049夹层腐蚀难以达标，因为标准要求是原液测试。

2缓蚀剂的筛选

有机酸虽然对铝合金浸泡腐蚀性低，但是不加缓蚀剂，4049铝合金夹层腐蚀(38℃干湿交替168h)试验，出现大面积腐蚀。因此，选择合适的缓蚀剂进一步降低对铝合金的腐蚀是技术关键，通常一种缓蚀剂难以达到技术要求。常用的酸洗缓蚀剂有氨基酸类、咪唑啉类，苯丙三氮唑、六亚甲基四胺。通过筛选，我们使用添加三种缓蚀剂复配通过了SAEAMS1454—2010中对4049铝合金、钛合金和304不锈钢全浸腐蚀和夹层腐蚀的要求：十二烷基苯磺酸0.3%；氨基酸衍生物A0.3%；纤维素B0.1%。表3：基础配方是甲磺酸3%、丁二酸4%、乳酸3%、水余量，表3是分别在基础配方中加入不同的缓蚀剂对各种金属全浸腐蚀和夹层腐蚀的数据。从表3试验数据可以看到，配方1单独添十二烷基苯磺酸0.7%；配方2单独添加氨基酸A0.7%；配方3单独添加纤维素B0.7%；4049铝合金、钛合金和304不锈钢腐蚀都不同程度降低，特别是氨基酸衍生物A比较明显，但是铝合金4049的夹层腐蚀不能达到0级水平，配方4缓蚀剂组成：十二烷基苯磺酸0.3%、氨基酸衍生物A0.3%、纤维素B0.1%，缓蚀剂总量还是0.7%，三种金属腐蚀性大大低于单独添加0.7%的水平，可以符合SAEAMS1454—2010中的金属腐蚀性的要求，十二烷基苯磺酸、氨基酸衍生物A和纤维素B协同作用明显。

3清洗助剂的选择

飞机厕所管道清洗剂除了有机酸和缓蚀剂的选择，还需要加一些清洗助剂：(1)适当的表面活性剂可以渗透湿润水垢，促进水垢的软化溶解，使用生物降解性能好，湿润能力强的异构醇聚氧乙烯醚非离子比较合适[4]；(2)有机酸的硅酸盐水垢清洗性能差，还需要加适当螯合剂增加对硅酸盐水垢的清除，经过筛选，添加1%～2%的HEDP，对硅酸钙硅酸镁的清洗能力最好；(3)适当的黏度是必须的，增加清洗剂对V型管道和垂直真空管道的停留时间，需要添加耐酸性的高分子增稠剂，经过筛选，汉生胶对酸性黏度稳定，添加0.5%左右合适；(4)因为SAEAMS1454—2010有技术要求对橡胶和塑料的30d浸泡体积膨胀率不能超过10%，经过筛选，添加橡胶塑料溶胀抑制剂C达到技术标准要求；(5)此外，为了增加产品档次，飞机厕所管道清洗剂还需要加一点除异味剂中和卫生间臭味，添加0.5%～1%的柏木油有明显的中和异味效果。

4清洗效果对比

经过配方筛选，得到的飞机厕所管道清洗剂配方是：甲磺酸3%、丁二酸4%、乳酸3%、复合缓蚀剂0.7%、螯合剂2%、非离子表面活性剂2%、汉生胶0.5%、橡胶溶胀抑制剂C5%、柏木油0.5%，去离子水余量。上述配方经过测试符合SAEAMS1454中的全部指标要求。我们选择了市场占有率最高的某进口产品GL作为对比：选取直径4～5mm的碳酸钙石块，浸泡在清洗剂中，浸泡1h后的失重率，上述配方对碳酸钙的清除率是31.2%，进口产品GL对碳酸钙的清除率是31.8%，两者基本相当，没有显著差异，但是国产化后成本大大降低。长期使用效果：每天在飞机停飞时，往马桶倒入100mL上述清洗剂，按下冲水键，第二天继续使用马桶，连续使用3个月，用内窥镜检测厕所管道内壁，表面光滑可以见到金属，无腐蚀点，对照未使用的马桶，管道内有一层比较厚的水垢层。

5结语

飞机厕所管道清洗剂研制关键在于有机酸和缓蚀剂的使用，有机酸的选用要在使用效果和腐蚀性均衡考虑，缓蚀剂要能够有效保障4049铝合金、钛合金、304不锈钢的不被酸腐蚀，一种缓蚀剂不能达到效果时候，要考虑两种或者多种缓蚀剂的复配使用，以达到适航标准。另外，辅助清洁剂也是重要的，表面活性剂和螯合剂的加入有利于促进水垢溶剂和清除，适当的黏度也是必要的。

参考文献：

[1]Beijing,Yadilite,Aviation,等.厕所污水管路清洗剂[J].航空维修与工程，2018,319(01):14.

[2]US-SAE.清洗/除垢复合飞机真空厕所系统：SAEAMS1454—2010[S].US:SAE,2010.

[3]叶晓玫，郑曼英.复合型公共厕所清洗剂的研制和应用[J].环境卫生工程，2002,10(3):120-122.

[4]刘程.表面活性剂应用大全[M].北京：北京工业大学出版社，1992.

作者：钟志威 单位：广东润和新材料科技有限公司