水基金屬除油清洗劑應(yīng)用-對(duì)幾種非離子和陰離子表面活性劑的除油效果比較篩選出了適用于金屬除油的表面活性劑

除油是金屬零件磷化、噴塑、電鍍和涂漆前的關(guān)鍵工序，除油效果的好壞直接影響后續(xù)加工的質(zhì)量。金屬表面除油的方法有很多種，以表面活性劑為主的乳化法具有對(duì)設(shè)備無要求、減少了有機(jī)溶劑對(duì)操作者健康的危害、安全環(huán)保的特點(diǎn)，是目前應(yīng)用較為廣泛的除油方法。

在表面活性劑的除油過程中，表面活性劑降低油-水界面的表面張力，使油污在金屬表面的附著力減弱并脫離金屬表面，增溶或漂浮于工作液。水基除油劑主要是借助多種表面活性劑的乳化與分散作用來實(shí)現(xiàn)去油污的，對(duì)活性劑的篩選和復(fù)配至關(guān)重要。

因此，了解更多的表面活性劑結(jié)構(gòu)、理化性能與除油效果之間的關(guān)聯(lián)，篩選適用于金屬表面除油的表面活性劑種類，并將該幾類表面活性劑按適當(dāng)?shù)谋壤龔?fù)配，通過相互間的協(xié)同效應(yīng)，提高金屬清洗劑的除油效率和穩(wěn)定性，獲得單一表面活性劑所不具有的獨(dú)特性質(zhì)，已經(jīng)成為金屬水基除油劑的主要發(fā)展方向。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1． 1 原料與藥品

鋼片304#不銹鋼，標(biāo)準(zhǔn)圓帆布片，齒輪潤滑油220#，拋光膏。嵌段醇醚 L-61、L-64，異構(gòu)醇醚 E-1307、E-1310;脂肪醇醚 MOA-3、MOA-5、MOA-7、MOA-9；辛基酚聚氧乙烯醚OP-7、OP-10，壬基酚聚氧乙烯醚 TX-10，失水山梨醇脂肪酸酯 SPAN-60、SPAN-80;失水山梨醇脂肪

酸酯聚氧乙烯醚 TWEEN-60、TWEEN-80 ，脂肪酸甲酯乙氧基化物磺酸鹽 FMES，十二烷基苯磺酸 LAB，乙氧基化脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉 AES，烯基磺酸鈉 AOS，異辛醇磷酸酯 ＲP-98，三聚磷酸鈉，偏硅酸鈉，純堿。

1． 2 實(shí)驗(yàn)儀器

YK-899 電熱恒溫水浴鍋，PASTEL-UV 多用途快速 COD 值分析儀，2152 羅氏泡沫儀。

1． 3 測(cè)試

1． 3． 1 滲透性的測(cè)試

參照 AATCC 17-1980，將待測(cè)表面活性劑配成質(zhì)量濃度為 5 g /L 的溶液，記錄標(biāo)準(zhǔn)帆布片從開始潤濕到完全沉降的時(shí)間。

1． 3． 2 乳化性的測(cè)試

將 20 mL 待測(cè)表面活性劑與 20 mL 白礦油放入100 mL 帶 塞 量 筒 中，振蕩水浴機(jī)中劇烈振蕩10 min。靜止后，觀察油-水相分離至 10 mL 所需要的時(shí)間。

1． 3． 3 分散性的測(cè)試

測(cè)試將 5% 鈣皂溶液完全分散為透明、無沉淀溶液且靜置 30 min 不出現(xiàn)沉淀所需表面活性劑的量，以此時(shí)該表面活性劑在溶液中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示待測(cè)表面活性劑的分散指數(shù)(LSDP)。該值越低，表明被測(cè)物的分散性越好。

1． 3． 4 泡沫性能的測(cè)試

按照 GB /T7462-94，應(yīng)用 Ｒoss-Miles 儀測(cè)試表面活性劑的起泡性。待測(cè)表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為0． 05% ，記錄 5 min 后的泡沫量。

1． 3． 5 除油性能測(cè)試

1) 試片的材質(zhì):采用 304#

鋼片作為除油率實(shí)驗(yàn)用試片，規(guī)格為 10 cm × 10 cm，厚度為 3 mm。

2) 油污的制備:齒輪潤滑油和拋光膏以 1 ∶ 1(質(zhì)量比)混合，并攪拌均勻。試片在分析天平上稱重為 M(精確至 0． 01 g)，將稱量過的試片在油污中浸泡 30 min，取出，瀝干油污后稱量試片的質(zhì)量為 M1。將試片在規(guī)定工藝條件下除油，除油后稱重記錄為 M2。除油率 w 計(jì)算公式為式。w = ［(M1 － M2) /(M1 － M)］× 100% (1)

3) 除油工藝:參照 JB/T4323． 2-1999

水基金屬清洗劑實(shí)驗(yàn)方法，表面活性劑 5 g /L，偏硅酸鈉5 g /L，純堿 10 g /L，三聚磷酸鈉 10 g /L，配制 1 L 除油工作液，恒溫水浴鍋保持 50 ℃，靜置除油 3 min，取出鋼片，40 ℃熱風(fēng)吹干水分并稱重。按照式計(jì)算除油率。

1． 3． 6 化學(xué)耗氧量(COD 值)測(cè)試

采用 PASTEL-UV 多用途快速 COD 值分析儀測(cè)試(密封消解法)。

2 結(jié)果與討論

2． 1 單一表面活性劑的除油性能

為了分析表面活性劑的滲透、乳化、分散、泡沫等性能對(duì)除油效果的影響，首先篩選出適合金屬除油的表面活性劑的結(jié)構(gòu)與種類，再以單一表面活性劑作為除油劑，在相同的用量和實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行除油實(shí)驗(yàn)，并比較各自的除油效果，結(jié)果如表 1 所示。

由表 1 可知，在非離子表面活性劑中，6501 和TWEEN 系列表面活性劑泡沫高，乳化、分散等除油性能均很差;嵌段聚醚類 L-61 與 L-64、異辛醇 JFC、SPAN 系列泡沫低，乳化、分散、除油等性能非常差。在其他幾種除油率較高的表面活性劑中，除油率排序?yàn)?/span> OP-10 ＞ TX-10 ＞ E-1310 ＞ OP-7 ＞ E-1307 ＞MOA-5 ＞ MOA-9 ＞ MOA-7 ＞ MOA-3。陰離子表面活性劑的除油性能要差于非離子類型，如除油性能**的 FMES，其除油率僅為 26% ，明顯低于 OP-10 的除油率。在陰離子表面活性劑中，陰離子除油率排序?yàn)?/span> FMES ＞ AOS ＞ LAB ＞ SDS ＞ ＲP-98 ＞ AES ＞ SAS。

除油用表面活性劑篩選過程中，應(yīng)在保證表面活性劑除油性能的前提下盡量實(shí)現(xiàn)低泡沫特點(diǎn)。對(duì)表 1 分析可知，6501 和 TWEEN 系列非離子表面活性劑，無論是泡沫還是除油性能均較差，不適合作為除油劑主體成分;嵌段聚醚類 L-61 與 L-64、異辛醇JFC、SPAN 系列，除油性能一般，雖然單獨(dú)使用具有泡沫低的優(yōu)點(diǎn)，但與其他非低泡類表面活性劑復(fù)配后，泡沫并沒有明顯的減少，因此，這類產(chǎn)品也不適用于除油劑的生產(chǎn)。綜合泡沫、滲透、分散性能，

適合用于除油工藝的表面活性劑有 OP-10、TX-10、E-1310 與 MOA-5。其 中，OP-10 與 TX-10 成本適中，除油效果好，但存在 COD 值較高且破壞環(huán)境的問題;E-1310 綜合性能優(yōu)異，但在非離子表面活性劑中是成本最高的;MOA-5 雖然沒有最突出的優(yōu)勢(shì)，但成本、應(yīng)用性能、環(huán)保性能比較均衡。陰離子表面活性劑，雖然除油性能差，但沒有濁點(diǎn)限制，耐堿性能好。特別是陰離子類型產(chǎn)品價(jià)格低廉。因此，在不減弱除油劑其他應(yīng)用性能的前提下，使用適當(dāng)?shù)年庪x子類型產(chǎn)品可以降低除油成本。

由表 1 可知，AES 與 SAS 的除油性能最差，不適用于除油劑; ＲP-98 雖然泡沫較低，但除油性能較差;FMES 的除油性能**，且泡沫較低;LAB 則具有**的滲透性和較低成本。綜合評(píng)價(jià)，FMES和 LAB 較適合用于金屬除油工藝。

2． 2 配方優(yōu)化與確定

在初步篩選出的 4 種非離子表面活性劑中，E-1310 的價(jià)格太高，會(huì)導(dǎo)致除油成本大幅上升，且 E-1310 在冬季凝固為堅(jiān)硬固體，融化料液還需消耗大量的熱能;OP-10 與 TX-10 除油效果差不多，只是 OP-10 的供應(yīng)量較少，不如 TX-10 取材方便。因此，非離子表面活性劑最終確定為 TX-10 與MOA-5，陰離子表面活性劑確定為 LAB 與 FMES。

2． 3 表面活性復(fù)配比例的優(yōu)化

以 TX-10、MOA-5、LAB 和 FMES 為因素，采用正交實(shí)驗(yàn)法考察了**除油條件，各因素、水平見表 2，數(shù)據(jù)處理與分析見表 3。除油實(shí)驗(yàn)按照 1． 3． 5 進(jìn)行。

由表 3 可知，各因素對(duì)除油效果影響大小的順序?yàn)?/span> TX-10 ＞ FMES ＞ MOA-5 ＞ LAB，正交實(shí)驗(yàn)的**配 方 為 A3B2C1D3，即 TX-10 2． 00 g /L，MOA-50． 50 g /L，FMES 1． 50 g /L，LAB 0． 50 g /L。此時(shí)，表面活性劑的質(zhì)量濃度為 4． 50 g /L，除 油 率 為45． 71% ，高于表 1 單一表面活性劑用量為 5 g /L 的除油率，實(shí)現(xiàn)了通過加強(qiáng)表面活性劑之間的優(yōu)化、提高除油效率的目標(biāo)。

2． 4 溫度與時(shí)間對(duì)除油效果的影響為了進(jìn)一步確定除油劑的**清洗溫度和時(shí)

間，分別就相同時(shí)間下清洗溫度與除油效率的關(guān)系和相同溫度下清洗時(shí)間與除油效率的關(guān)系進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，以 2． 3 確定的**表面活性劑的配比作為除油劑各組分的用量，參照 1． 3． 5 除油性能測(cè)試方法進(jìn)行除油實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表 4 和第 7 頁表 5。

由表 4 和表 5 可知，溫度對(duì)除油率影響較大，溫度越高，除油率越高;在相同的除油時(shí)間內(nèi)，70 ℃ 條件下除油率明顯高于 50 ℃ 與 30 ℃ 條件下的除油率。時(shí)間對(duì)除油率影響較小，特別是在低溫(30 ℃ )條件下，隨除油時(shí)間的增加，除油率提高不明顯;除油溫度提高至 50 ℃ 和 70 ℃ 后，除油率隨時(shí)間的增加提高明顯。最終確定，除油時(shí)間控制在 5 min，除油溫度選擇 50 ℃ ～ 60 ℃的中溫即可。

3 結(jié)論

以非離子和陰離子表面活性劑復(fù)配的方法來確定金屬除油劑的配方，研究了不同表面活性劑

的濁點(diǎn)、泡沫、滲透與乳化、除油等性能，根據(jù)各種性能篩選出適用于金屬除油的表面活性劑。