常温环保型金属除油剂的研制

2014-11-25赖俐超唐春保张丰如

电镀与涂饰 2014年21期

赖俐超*，唐春保，张丰如

（嘉应学院化学与环境学院，广东梅州 514015）

金属制品表面除油是表面处理的第一道工序。除油是否彻底，不但影响到下一个工序的操作，而且影响整个产品的质量和寿命[1-2]。传统的碱液除油需在80～90°C 完成。随着表面活性剂工业的发展，以表面活性剂为主的除油溶液，除油温度可降到中温或常温。但这些表面活性剂多采用APEO(烷基酚聚氧乙烯醚类化合物，包括NP、OP、DP、DNP)和其他含氮含苯环化合物，不易降解，带来严重的环境问题。而且APEO毒性大，具有类似雌性激素作用，各国正逐渐限制或禁止使用APEO 产品。因此，开发环境友好型、可生物降解的高效金属除油剂成了当前的研究热点[3-5]。本文选择可生物降解的表面活性剂，通过合理复配，得到了一种环境友好型常温除油剂。该除油剂不但绿色环保，而且除油率高。

1 实验

1.1 除油剂工艺配方

1.2 除油率的测定

(1)取平整不锈钢片，规格为20 mm×40 mm×1 mm，放在市售碱性除油剂(101 除油粉，丰顺达森科技有限公司)中，60°C 除油10 min，取出，自来水冲洗干净后蒸馏水淋洗，热风吹干，冷却，称重，记为m0(试片的质量)。

(2)在钢片表面滴2 滴机油(美孚润滑油)，用玻棒均匀铺开，悬放在小烧杯上称重，记为m1(试片和油污的质量)。

(3)将涂了油的钢片悬放在30°C 的自制除油剂中除油，10 min 后取出，自来水冲洗干净后蒸馏水淋洗，热风吹干，冷却，称重，记为m2(试片和残留油污的质量)。平行测试3 次，计算除油率w：

1.3 除油剂的水洗性

将除油后的铁片充分清洗后，放在50 g/L 硫酸铜溶液中浸泡2 min，观察铁片表面析出的铜层是否均匀，并估算铜层覆盖面积的百分率。

1.4 除油剂的耐久力

取规格为10 cm×12 cm×1 mm 的不锈钢片数块，涂油后置于1 L 自制的除油液中，记录10 min 除油率大于98%的不锈钢片数，从而计算1 L 除油液能处理的工件总面积。

2 结果与讨论

2.1 影响除油效果的因素

2.1.1 氢氧化钠

氢氧化钠对油脂的皂化能力强，可通过皂化反应把油脂中的动植物油分解成易溶于水的脂肪酸盐和甘油，使其从金属表面除去。氢氧化钠含量高，皂化反应快，但它对有色金属有一定的腐蚀作用，因此浓度不能太高。本工艺将氢氧化钠用量确定为1 g/L。

2.1.2 柠檬酸钠

在氢氧化钠1 g/L，偏硅酸钠6 g/L，异构醇聚氧乙烯醚4 g/L，LMEO 1 g/L，温度30°C，时间10 min 的工艺条件下，改变柠檬酸钠浓度，则除油率随柠檬酸钠浓度的变化如表1 所示。

表1 柠檬酸钠质量浓度对除油效果的影响Table 1 Effect of mass concentration of sodium citrate on oil removal effect

柠檬酸钠在除油剂中用作助洗剂和配位剂。它对油脂具有一定的分散能力，与偏硅酸钠一起增强表面活性剂的综合性能，提高表面活性剂的除油能力。同时，它对多种金属离子具有较强的配位能力，能抑制水中存在的离子对除油过程的不良影响。由表1 可见，随着柠檬酸钠含量的增加，除油率先增大后减小，其含量以2～4 g/L为宜。

2.1.3 偏硅酸钠

固定氢氧化钠1 g/L，柠檬酸钠3 g/L，异构醇聚氧乙烯醚4 g/L，LMEO 1 g/L，温度30°C，时间10 min等条件不变，改变偏硅酸钠浓度，讨论其对除油率的影响，结果见表2。

偏硅酸钠具有良好的润湿性和乳化性，使油污不凝聚成片，且对铝、锌、锡等金属有一定的缓蚀作用，它在除油剂中用作助洗剂和缓蚀剂。其含量不能太高，以免水洗困难，影响金属表面的质量。由表2 可见，随着偏硅酸钠含量的增加，除油率增大，含量达到6 g/L后，除油率变化不明显。其含量以5～7 g/L为宜。

表2 偏硅酸钠质量浓度对除油效果的影响Table 2 Effect of mass concentration of sodium metasilicate on oil removal effect

2.1.4 异构醇聚氧乙烯醚

在氢氧化钠1 g/L，柠檬酸钠3 g/L，偏硅酸钠6 g/L，LMEO 1 g/L，温度30°C，时间10 min 的条件下，改变异构醇聚氧乙烯醚浓度，除油率测试结果如表3 所示。

表3 异构醇聚氧乙烯醚质量浓度对除油效果的影响Table 3 Effect of mass concentration of polyoxyethylene iso-alkyl alcohol ether on oil removal effect

异构醇聚氧乙烯醚具有优良的润湿、渗透和乳化性能，生物降解性好，低温可操作性强，是替代APEO等表面活性剂的新一代环保产品。它是该常温除油剂的关键组分，对油脂起乳化、卷离作用。由表3 可见，其含量低时，除油率小；含量达到4 g/L 后，除油率开始下降。其含量以3～5 g/L为宜。

2.1.5 长链羧酸酯聚氧乙烯

除油工艺为氢氧化钠1 g/L，柠檬酸钠3 g/L，偏硅酸钠6 g/L，异构醇聚氧乙烯醚4 g/L，温度30°C，时间10 min时，改变LMEO 浓度，除油率测试结果如表4 所示。

表4 长链羧酸酯聚氧乙烯质量浓度对除油效果的影响Table 4 Effect of mass concentration of long-chain carboxylate polyoxyethylene on oil removal effect

LMEO 在除油剂中有重要作用。它是一种具有酯基和双键结构的新型非离子表面活性剂，低温和高温条件具有同样优异的洗涤、增溶、分散、润湿性能，而且环境友好，可生物降解。其酯基分子结构与油脂和蜡质结构类似，对油脂、矿物油和蜡质有较强的溶解和去除能力。由表4 可见，随着LMEO 含量的增加，除油率先增大后逐渐下降。其含量以0.7～1.3 g/L为宜。

2.2 工艺配方的优化

为进一步优化除油剂配方，根据单因素试验结果，设计四因素三水平的正交试验，结果如表5 所示。其中，A 表示异构醇聚氧乙烯醚，B 表示LMEO，C表示柠檬酸钠，D 表示偏硅酸钠。其他工艺条件：温度30°C，时间10 min。

表5 正交试验结果Table 5 Results of orthogonal test

从均值和极差分析可知，各因素对除油率影响的主次顺序为A >B >D >C，即异构醇聚氧乙烯醚对除油率的影响最大，LMEO和偏硅酸钠次之，而柠檬酸钠的影响最小；各组分最优组合为A2B2C2D3。按最优组合A2B2C2D3的含量进行除油，得到除油率为99.0%。故A2B2C2D3为实验条件下的最佳组合，即异构醇聚氧乙烯醚4.0 g/L，LMEO 1.0 g/L，柠檬酸钠3.0 g/L，偏硅酸钠6.5 g/L。