脂肪酸甲酯乙氧基化物在铝材中性脱脂中的应用

2023-10-19王琛

电镀与精饰 2023年10期

王琛

（上海喜赫精细化工有限公司，上海 201620）

铝型材经过模具拉伸、挤压成型后，一般在酸性或碱性条件下对铝材进行表面处理，清洗铝材表面的各种油污。酸洗成本低，但是酸洗过程中铝材损耗大，大量使用硫酸等无机酸也会产生酸雾危害环境［1］。碱性清洗对铝材腐蚀小，但是容易吸附于铝材表面，不仅耗费大量清水漂洗，而且由于铝材表面油脂多为不可皂化油脂，导致脱脂效率较差［2］。相对于酸洗或碱洗，中性脱脂工艺不仅能减少酸碱废液的排放，也有利于保护铝材，缺点是脱脂效果难以符合生产的要求，为了实现中性脱脂需要复配一种强力的脱脂剂。

PO封端脂肪酸甲酯乙氧基化物（FMEE）具有泡沫低、低温条件下剥离油脂效果好的特点［3］。为了进一步提高FMEE的清洗挂灰和铝粉的能力，通过复配乳化剂脂肪酸甲酯与马来酸共聚物（M800）、无磷螯合剂乙二胺二邻苯基乙酸钠（EDDHA-Na）、渗透剂伯烷基磺酸钠（PAS80）制得高效除油剂，该脱脂剂可以实现低温条件下快速清洗铝合金表面的油污、黑灰以及附着在轧制油上的铝粉等杂质，将该脱脂剂与几种弱碱性助洗剂同时应用于脱脂工艺，采用正交试验研究了各因素对除油效果的影响。

1 实验

1.1 主要试剂与仪器

试剂与材料：无磷乙二胺二邻苯基乙酸钠、伯烷基磺酸钠、PO封端FMEE、乳化剂脂肪酸甲酯与马来酸共聚物M800，均为工业级，上海喜赫精细化工有限公司；铝合金拉伸油KP500、高效全能润滑油，湖南高辉新材料科技有限公司；片状氢氧化钠，工业级，山东滨化化工有限公司；柠檬酸钠、硅酸钠、三聚磷酸钠、葡萄糖酸钠、草酸钠、小苏打，均为分析纯，东莞德高化工贸易有限公司；4.0 cm×4.0 cm×0.2 cm铝片，沭阳斯福泽瑞金属制品有限公司。

仪器：SITA CleanoSpector表面洁度仪，湖北航勇科技有限公司；SDR-ST型天平，桐乡司德瑞精密仪器制造有限公司；Colour i5色差仪，杭州喜得宝国际贸易有限公司。

1.2 油污铝片制备与测试方法

1.2.1 铝材油污的配制

将工业凡士林、矿物油和铝粉按照质量比30∶65∶5加热并搅拌均匀。铝片分别用乙二醇丁醚与丙酮擦拭，去离子水漂洗干净烘干，称重（m0），将铝片浸泡油污，紫外线照射烘干并称重（m1）。

1.2.2 挂灰油污铝片制备

将1.2.1制得油污铝片，放入马弗炉高温条件下烧制，直至铝片表面的油污炭化呈黑膜状。

1.2.3 除油率

在常温条件下，将沾满油污的铝片在配制好的工作液中往返摆动10次，取出烘干后称重为m2，计算除油率。除油率=［1－（m2－m0）（/m1－m0）］×100 %

1.2.4 除灰率

在常温条件下，将挂灰铝片悬挂浸入脱脂工作液中浸泡5 min，在去离子水中摆动10次烘干，色差仪测试除灰前后的铝片亮度除灰率=

1.2.5 表面洁度

SITA表面清洁度仪荧光测试，在不同位置选30个点测量铝片清洁度，读数模式Fluolevel。

1.2.6 油污反沾试验

不同用量FMEE、M800、EDDHA-Na、PAS80与1 g自制油污乳化均匀配制成工作液，将铝片分别用乙二醇丁醚与丙酮擦拭，去离子水漂洗干净烘干，称其重量m3，将称重后的试片放至油污与脱脂剂混合溶液中浸泡15 min，取出烘干称其重量m4，油污反沾量=m4－m3，单位为g。

2 结果与讨论

2.1 正交试验因素水平的确定

PO封端FMEE可以明显降低油水界面张力，低温条件下容易在金属表面铺展，减少油污与金属的接触面积，使油污易于脱离金属表面，FMEE分子结构中含有亲油的甲基基团，可以锚固在油剂分子表面，将油剂更稳定地分散于工作液中，能防止铝材出槽时被脱落的油污反沾。乳化剂M800是强力乳化剂，对油污乳化需要的剪切力小，具有自乳化的作用，M800可以将铝材表面脱落的油污乳化成水包油微乳液，并赋予颗粒负电荷，使污垢颗粒相互排斥稳定悬浮于脱脂液中。PAS80和非离子FMEE有较好的协同增效作用，能帮助工作液渗透入铝材表面和污垢的结合处［4］。EDDHA-Na对清洗过程中产生的挂灰有明显的去除率。以FMEE作为脱脂剂的主体成分，M800、PAS-80、EDDHA-Na为辅助成分进行正交试验，正交试验因素水平表见表1所示，测试结果见表2、3所示。

表1 正交试验设计表Tab.1 Design of orthogonal test

表2 正交试验结果Tab.2 Results of orthogonal test

2.2 各因素对除油率的影响

由表3可知，影响除油率的因素排序为FMEE＞M800＞PAS80＞EDDHA-Na。铝材表面油污主要是具有碳烃结构的矿物油，FMEE与矿物油有相似的C—C结构，对矿物油增溶效果明显，这种增溶作用不受温度的影响，在低温条件下也有很强的矿物油清洗力，所以FMEE对矿物油的清洗影响最大［5］。M800的乳化力强，能够将矿物油乳化为水包油微乳液，使油污乳化均匀地分散在脱脂液中，与FMEE有协同增效作用。PAS80渗透力出众，能协助工作液沿油脂边缘渗透入油污与铝材的接触面，提高脱脂工作液的脱脂效率。EDDHA-Na是金属螯合剂，对脱脂没有直接影响，在工厂脱脂工艺中，工作液中存在铝离子污染现象，使得工作液脱脂效率大打折扣，EDDHA-Na在中性条件下对Al3+的螯合值为47 mg/g，可以螯合金属铝离子，延长脱脂工作液的使用寿命［6］。

表3 正交试验极差分析Tab.3 Range analysis of orthogonal test

2.3 各因素对去除挂灰的影响

铝材在脱脂过程中，会生成一层黑灰薄膜吸附在铝材表面，无论是油性或水性清洗剂都很难彻底清洗干净［7］。EDDHA-Na含有强非极性苯环结构，容易吸附在黑灰颗粒表面，使黑灰带有负电荷，相互排斥易于剥离。通过表3可知，EDDHA-Na对挂灰的清洗影响程度最大，FMEE、伯烷基磺酸钠和M800对挂灰的清洗效果不明显。

2.4 各因素对去油污反沾的影响

铝型材清洗过程中，脱落的油污会黏附在脱脂槽的四周［8］，漂浮的油脂也会反沾上挂的铝材，导致除油率下降。通过表3可知，FMEE和M800对油污反沾影响比较大，FMEE引入PO基团后，增强了其亲油性，对油脂的吸附力更强。M800的乳化力出众，能将油脂包裹为亲水胶束，稳定地存在于工作液中［9］。阴离子型PAS80和螯合剂EDDHA-Na含有—COO-，可以赋予油污一定的负电势，与金属表面产生排斥力，也有助于防止油污的聚集。

通过正交试验分析，将PO封端FMEE、M800、PAS80、EDDHA-Na四种原料按照质量比3∶2∶1∶1的用量应用于铝材脱脂工艺，并比较了柠檬酸钠、硅酸钠等几种无机盐助洗剂对脱脂效果的影响，见表4所示。

表4 脱脂效果比较Tab.4 Comparison of degreasing process

通过色差仪对处理过的铝材测量清洁度，助洗效果最好的是草酸钠，其次是三聚磷酸钠和硅酸钠，纯碱对油脂的清洗效果不理想，说明矿物油在碱性条件下不会被皂化，矿物油的清洗与碱的用量影响不大。葡萄糖酸钠和柠檬酸钠主要起到螯合作用，其助洗效果最差。

表4表明，自配脱脂剂和草酸钠组成的脱脂体系脱脂效果明显，其中草酸钠是优异的无磷环保型助洗剂，缺陷是容易与工作液中的钙、镁、铝离子生成不溶于水的沉积物，附着在铝材表面，形成一层灰膜［10］。EDDHA-Na对镁、铝离子螯合能力强，生成的螯合盐溶于水，可以有效地防止金属与草酸钠生成草酸盐沉积，因此在含有EDDHA-Na的脱脂体系中使用草酸钠作为助洗剂，在获得优异助洗效果的同时也能防止草酸盐的沉积。