賴?yán)?，唐春保，張豐如

（嘉應(yīng)學(xué)院化學(xué)與環(huán)境學(xué)院，廣東 梅州 514015）

金屬制品表面除油是表面處理的第一道工序。除油是否徹底，不但影響到下一個工序的操作，而且影響整個產(chǎn)品的質(zhì)量和壽命[1-2]。傳統(tǒng)的堿液除油需在80～90°C 完成。隨著表面活性劑工業(yè)的發(fā)展，以表面活性劑為主的除油溶液，除油溫度可降到中溫或常溫。但這些表面活性劑多采用APEO(烷基酚聚氧乙烯醚類化合物，包括NP、OP、DP、DNP)和其他含氮含苯環(huán)化合物，不易降解，帶來嚴(yán)重的環(huán)境問題。而且APEO毒性大，具有類似雌性激素作用，各國正逐漸限制或禁止使用APEO 產(chǎn)品。因此，開發(fā)環(huán)境友好型、可生物降解的高效金屬除油劑成了當(dāng)前的研究熱點[3-5]。本文選擇可生物降解的表面活性劑，通過合理復(fù)配，得到了一種環(huán)境友好型常溫除油劑。該除油劑不但綠色環(huán)保，而且除油率高。

1 實驗

1.1 除油劑工藝配方

1.2 除油率的測定

(1)取平整不銹鋼片，規(guī)格為20 mm×40 mm×1 mm，放在市售堿性除油劑(101 除油粉，豐順達森科技有限公司)中，60°C 除油10 min，取出，自來水沖洗干凈后蒸餾水淋洗，熱風(fēng)吹干，冷卻，稱重，記為m0(試片的質(zhì)量)。

(2)在鋼片表面滴2 滴機油(美孚潤滑油)，用玻棒均勻鋪開，懸放在小燒杯上稱重，記為m1(試片和油污的質(zhì)量)。

(3)將涂了油的鋼片懸放在30°C 的自制除油劑中除油，10 min 后取出，自來水沖洗干凈后蒸餾水淋洗，熱風(fēng)吹干，冷卻，稱重，記為m2(試片和殘留油污的質(zhì)量)。平行測試3 次，計算除油率w：

1.3 除油劑的水洗性

將除油后的鐵片充分清洗后，放在50 g/L 硫酸銅溶液中浸泡2 min，觀察鐵片表面析出的銅層是否均勻，并估算銅層覆蓋面積的百分率。

1.4 除油劑的耐久力

取規(guī)格為10 cm×12 cm×1 mm 的不銹鋼片數(shù)塊，涂油后置于1 L 自制的除油液中，記錄10 min 除油率大于98%的不銹鋼片數(shù)，從而計算1 L 除油液能處理的工件總面積。

2 結(jié)果與討論

2.1 影響除油效果的因素

2.1.1 氫氧化鈉

氫氧化鈉對油脂的皂化能力強，可通過皂化反應(yīng)把油脂中的動植物油分解成易溶于水的脂肪酸鹽和甘油，使其從金屬表面除去。氫氧化鈉含量高，皂化反應(yīng)快，但它對有色金屬有一定的腐蝕作用，因此濃度不能太高。本工藝將氫氧化鈉用量確定為1 g/L。

2.1.2 檸檬酸鈉

在氫氧化鈉1 g/L，偏硅酸鈉6 g/L，異構(gòu)醇聚氧乙烯醚4 g/L，LMEO 1 g/L，溫度30°C，時間10 min 的工藝條件下，改變檸檬酸鈉濃度，則除油率隨檸檬酸鈉濃度的變化如表1 所示。

表1 檸檬酸鈉質(zhì)量濃度對除油效果的影響Table 1 Effect of mass concentration of sodium citrate on oil removal effect

檸檬酸鈉在除油劑中用作助洗劑和配位劑。它對油脂具有一定的分散能力，與偏硅酸鈉一起增強表面活性劑的綜合性能，提高表面活性劑的除油能力。同時，它對多種金屬離子具有較強的配位能力，能抑制水中存在的離子對除油過程的不良影響。由表1 可見，隨著檸檬酸鈉含量的增加，除油率先增大后減小，其含量以2～4 g/L為宜。

2.1.3 偏硅酸鈉

固定氫氧化鈉1 g/L，檸檬酸鈉3 g/L，異構(gòu)醇聚氧乙烯醚4 g/L，LMEO 1 g/L，溫度30°C，時間10 min等條件不變，改變偏硅酸鈉濃度，討論其對除油率的影響，結(jié)果見表2。

偏硅酸鈉具有良好的潤濕性和乳化性，使油污不凝聚成片，且對鋁、鋅、錫等金屬有一定的緩蝕作用，它在除油劑中用作助洗劑和緩蝕劑。其含量不能太高，以免水洗困難，影響金屬表面的質(zhì)量。由表2 可見，隨著偏硅酸鈉含量的增加，除油率增大，含量達到6 g/L后，除油率變化不明顯。其含量以5～7 g/L為宜。

表2 偏硅酸鈉質(zhì)量濃度對除油效果的影響Table 2 Effect of mass concentration of sodium metasilicate on oil removal effect

2.1.4 異構(gòu)醇聚氧乙烯醚

在氫氧化鈉1 g/L，檸檬酸鈉3 g/L，偏硅酸鈉6 g/L，LMEO 1 g/L，溫度30°C，時間10 min 的條件下，改變異構(gòu)醇聚氧乙烯醚濃度，除油率測試結(jié)果如表3 所示。

表3 異構(gòu)醇聚氧乙烯醚質(zhì)量濃度對除油效果的影響Table 3 Effect of mass concentration of polyoxyethylene iso-alkyl alcohol ether on oil removal effect

異構(gòu)醇聚氧乙烯醚具有優(yōu)良的潤濕、滲透和乳化性能，生物降解性好，低溫可操作性強，是替代APEO等表面活性劑的新一代環(huán)保產(chǎn)品。它是該常溫除油劑的關(guān)鍵組分，對油脂起乳化、卷離作用。由表3 可見，其含量低時，除油率?。缓窟_到4 g/L 后，除油率開始下降。其含量以3～5 g/L為宜。

2.1.5 長鏈羧酸酯聚氧乙烯

除油工藝為氫氧化鈉1 g/L，檸檬酸鈉3 g/L，偏硅酸鈉6 g/L，異構(gòu)醇聚氧乙烯醚4 g/L，溫度30°C，時間10 min時，改變LMEO 濃度，除油率測試結(jié)果如表4 所示。

表4 長鏈羧酸酯聚氧乙烯質(zhì)量濃度對除油效果的影響Table 4 Effect of mass concentration of long-chain carboxylate polyoxyethylene on oil removal effect

LMEO 在除油劑中有重要作用。它是一種具有酯基和雙鍵結(jié)構(gòu)的新型非離子表面活性劑，低溫和高溫條件具有同樣優(yōu)異的洗滌、增溶、分散、潤濕性能，而且環(huán)境友好，可生物降解。其酯基分子結(jié)構(gòu)與油脂和蠟質(zhì)結(jié)構(gòu)類似，對油脂、礦物油和蠟質(zhì)有較強的溶解和去除能力。由表4 可見，隨著LMEO 含量的增加，除油率先增大后逐漸下降。其含量以0.7～1.3 g/L為宜。

2.2 工藝配方的優(yōu)化

為進一步優(yōu)化除油劑配方，根據(jù)單因素試驗結(jié)果，設(shè)計四因素三水平的正交試驗，結(jié)果如表5 所示。其中，A 表示異構(gòu)醇聚氧乙烯醚，B 表示LMEO，C表示檸檬酸鈉，D 表示偏硅酸鈉。其他工藝條件：溫度30°C，時間10 min。

表5 正交試驗結(jié)果Table 5 Results of orthogonal test

從均值和極差分析可知，各因素對除油率影響的主次順序為A >B >D >C，即異構(gòu)醇聚氧乙烯醚對除油率的影響最大，LMEO和偏硅酸鈉次之，而檸檬酸鈉的影響最??；各組分最優(yōu)組合為A2B2C2D3。按最優(yōu)組合A2B2C2D3的含量進行除油，得到除油率為99.0%。故A2B2C2D3為實驗條件下的最佳組合，即異構(gòu)醇聚氧乙烯醚4.0 g/L，LMEO 1.0 g/L，檸檬酸鈉3.0 g/L，偏硅酸鈉6.5 g/L。

2.3 除油劑的水洗性

水洗性是判斷除油劑除油能力的指標(biāo)之一。除油后的鐵片在50 g/L 硫酸銅溶液中浸泡，鐵片表面置換的銅層均勻，其覆蓋面積大于99%?？梢娫摮蛣┑乃葱粤己谩?/p>

2.4 除油劑的耐久力

耐久力是衡量除油劑性能的一個重要指標(biāo)。在1 L除油液中，10 min 除油率大于98%的不銹鋼片數(shù)是26片，因此，1 L 除油液可除0.62 m2的工件。

3 結(jié)論

(1)檸檬酸鈉、偏硅酸鈉、異構(gòu)醇聚氧乙烯醚、長鏈羧酸酯聚氧乙烯等因素均對常溫除油劑的除油效果有影響，其影響程度由大到小依次是：異構(gòu)醇聚氧乙烯醚 >長鏈羧酸酯聚氧乙烯 >偏硅酸鈉 >檸檬酸鈉。

(2)除油液的優(yōu)化工藝配方為：氫氧化鈉1 g/L，檸檬酸鈉3 g/L，偏硅酸鈉6.5 g/L，異構(gòu)醇聚氧乙烯醚4 g/L，LMEO 1 g/L。該除油液在30°C 處理10 min 后除油率為99.0%。

(3)該除油劑水洗性良好，1 L 除油液可除0.62 m2的工件，而且綠色環(huán)保，有一定應(yīng)用價值。

[1]機械工業(yè)部機械工人技術(shù)培訓(xùn)教材編審領(lǐng)導(dǎo)小組.電鍍工工藝學(xué)(中級本)[M].北京:科學(xué)普及出版社,1984:44-45.

[2]沈品華.現(xiàn)代電鍍手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,2010:4-8-4-9.

[3]韓琳,萬軍.環(huán)保無磷型脫脂劑[J].電鍍與涂飾,2013,32 (11):73-75.

[4]王玨,鄭文芳.常溫高效無磷脫脂劑的研究[J].應(yīng)用化工,2008,37 (10):1203-1205.

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