低泡電鍍除油劑中的表面活性劑篩選與配方優(yōu)化

賈路航

（上海喜赫精細(xì)化工有限公司，上海 201620）

低泡電鍍除油劑中的表面活性劑篩選與配方優(yōu)化

賈路航

（上海喜赫精細(xì)化工有限公司，上海 201620）

電鍍工業(yè)對(duì)金屬表面進(jìn)行電鍍之前必須對(duì)金屬表面進(jìn)行除油工序。研究了一種低泡沫的水基金屬除油劑，通過提高各種表面活性劑相互之間的協(xié)同增效作用，減少表面活性劑的用量來降低除油過程的泡沫。

電鍍；除油；低泡沫；表面活性劑

在電鍍前處理的除油工藝中，因攪拌或鼓氣產(chǎn)生大量的泡沫會(huì)干擾到清洗效果，如過量泡沫升起會(huì)導(dǎo)致工作液的溢出，不僅造成物料浪費(fèi)，提高了清洗成本，還可能在清洗原料表面上產(chǎn)生污漬，給生產(chǎn)帶來操作不便。另外，過多的泡沫將阻礙油污的沖洗以及減緩污垢的沉淀和分離，排放除油劑時(shí)由于泡沫過多也會(huì)加重環(huán)境污染［1］。因此在保證除油劑的除油效果的前提下，除油劑起泡能力應(yīng)盡量低些。

目前，實(shí)現(xiàn)除油劑低泡沫的方法主要是在清洗劑中添加消泡劑，但往往又存在其消泡能力隨除油工序的進(jìn)行而降低的問題，甚至有些含硅類消泡劑在除油過程中會(huì)出現(xiàn)硅膠、硅斑等［2］。另一種獲得低泡效果的方法是通過對(duì)表面活性劑的篩選與復(fù)配，提高表面活性劑的除油效率，減少表面活性劑的使用量來達(dá)到低泡要求［3］。

因此，了解更多的表面活性劑本身結(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幾種低泡沫表面活性劑，利用表面活性劑之間的相互協(xié)同與增效作用，將幾種表面活性劑進(jìn)行復(fù)配，并獲得最佳的低泡除油效果，是金屬除油研發(fā)的方向和途徑［4］。

1 實(shí)驗(yàn)原料與儀器

鋼片（304＃不銹鋼片，無錫市耀佳特鋼有限公司）；標(biāo)準(zhǔn)圓帆布片（HG／T2575—94，上海紡織工業(yè)技術(shù)監(jiān)督所）；齒輪潤(rùn)滑油（220＃，中國(guó)石化集團(tuán)）；拋光膏（重慶渝蘭拋光膏有限公司）；EO／PO嵌段醇醚L－61、L－64（工業(yè)級(jí)，99%，江蘇四新表面活性劑科技公司）；異構(gòu)醇醚E－1307、E－1310（工業(yè)級(jí)，99%，浙江皇馬化工有限公司）；C12－14脂肪醇醚MOA－3、MOA－5、MOA －7、MOA－9（工業(yè)級(jí)，99%，安徽中糧生化集團(tuán)）；辛基酚聚氧乙烯醚OP－7、OP－10（工業(yè)級(jí)，99%，吉林化學(xué)總公司）；壬基酚聚氧乙烯醚TX －10（工業(yè)級(jí)，99%，吉林化學(xué)總公司）；失水山梨醇脂肪酸酯S－60、S－80（工業(yè)級(jí)，99%，河北邢臺(tái)藍(lán)天助劑廠）；失水山梨醇脂肪酸酯聚氧乙烯醚T－60、T－80（工業(yè)級(jí)，99%，河北邢臺(tái)藍(lán)天助劑廠）；脂肪酸甲酯乙氧基化物磺酸鹽FMES（工業(yè)級(jí)，70%，上海喜赫精細(xì)化工有限公司）；十二烷基苯磺酸LAB（工業(yè)級(jí)，98%，南京金桐石化公司）；乙氧基化脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉AES（工業(yè)級(jí)，70%，中輕物產(chǎn)化工有限公司）；烯基磺酸鈉AOS（工業(yè)級(jí)，99%，中輕物產(chǎn)化工有限公司）；異辛醇磷酸酯RP－98（工業(yè)級(jí)，98%，海安桑達(dá)化工）；三聚磷酸鈉（工業(yè)級(jí)，99%，吳江南風(fēng)精細(xì)化工有限公司）；偏硅酸鈉（工業(yè)級(jí)，上海躍達(dá)實(shí)業(yè)有限公司）；純堿（工業(yè)級(jí)，99．2%，中鹽德邦江蘇有限公司）。

YK－899電熱恒溫水浴鍋（溫州市云開實(shí)驗(yàn)電器廠）；PASTEL－UV多用途快速COD值分析儀（上海牧晨電子科技有限公司）；2152羅氏泡沫儀（上海隆拓儀器設(shè)備有限公司）。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 滲透性測(cè)試

參照AATCC17—1980，將待測(cè)表面活性劑配成5g／L溶液，將直徑3cm的標(biāo)準(zhǔn)圓帆布片水平放入待測(cè)溶液中，記錄標(biāo)準(zhǔn)帆布片從開始潤(rùn)濕到完全沉降的時(shí)間，測(cè)量3次并取平均值。

2.2 乳化性測(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，置于震蕩水浴機(jī)中劇烈震蕩10 min，靜置并觀察油－水相分離至10 mL所需要的時(shí)間。

2.3 分散性測(cè)試

將5%鈣皂溶液完全分散為透明無沉淀溶液所需表面活性劑的量（靜置30 min不出現(xiàn)沉淀為最終的表面活性劑用量），以此時(shí)該表面活性劑的在溶液中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示待測(cè)表面活性劑的的分散指數(shù)LSDP%，該值越低，表明被測(cè)物的分散性越好。

2.4 泡沫性能測(cè)試

按照GB／T7462—94，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。

2.5 除油性能測(cè)試

試片的材質(zhì)：采用304＃鋼作為除油率實(shí)驗(yàn)用的試片。

試片規(guī)格：10 cm×10 cm，厚度為3 mm。

油污的制備：齒輪潤(rùn)滑油和拋光膏以1∶1混合并攪拌均勻。

將試片在分析天平上稱量并記為m（精確至0．01 g），并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，除油過后稱量記錄為m2。除油率w計(jì)算公式為：

w＝［（m1－m2）／（m1－m）］×100%

除油工藝：參照J(rèn)B／T4323．2—1999水基金屬清洗劑試驗(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)吹干水分并稱量，按照上述公式計(jì)算除油率。［5］

2.6 化學(xué)耗氧量（COD值）測(cè)試

實(shí)驗(yàn)采用PASTEL－UV多用途快速COD值分析儀測(cè)試（密封消解法），待測(cè)溶液為表面活性劑1%的水溶液。［6］

3 結(jié)果與討論

3.1 單一表面活性劑的除油性能比較與篩選

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，篩選適合電鍍前處理除油的表面活性劑的結(jié)構(gòu)與種類。首先以單一表面活性劑作為除油劑，在相同的用量和相同的實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行除油的測(cè)試實(shí)驗(yàn)，并比較各自的除油效果，這些指標(biāo)包括除油率、泡沫、廢水COD值等。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 單一表面活性劑的性能與除油效果Table 1 Performance and degreasing rate

續(xù)表

由表1可知，在非離子表面活性劑中，6501和吐溫系列表面活性劑不僅泡沫高，乳化、分散等除油性能均很差；嵌段聚醚類L－61與L－64、異辛醇滲透劑JFC、司盤系列泡沫低，乳化、分散、除油等性能非常差；在其它除油率較高的幾種表面活性劑中，除油率排序?yàn)镺P－10＞TX－10＞E－1310＞OP－7＞E－1307＞MOA－5＞MOA－9＞MOA－7＞MOA－3，其低泡沫性能排序?yàn)镸OA－3＞MOA－5＞E－1310＞OP－10＞E－1307＞MOA－7＞MOA－9＞TX－10。

在陰離子表面活性劑中，陰離子表面活性劑的除油性能要差于非離子類型，如除油性能最好的FMES除油率僅為26%，明顯低于OP－10。陰離子類除油率排序?yàn)镕MES＞AOS＞LAB＞SDS＞RP98＞AES＞SAS－60，其低泡沫性能RP－98＞FMES＞AES＞AOS≈LAB≈SAS－60。

在除油用表面活性劑篩選過程中，在首先保證表面活性劑的除油性能前提下，應(yīng)盡量實(shí)現(xiàn)低泡沫特點(diǎn)。通過對(duì)表1分析，6501和吐溫系列非離子表面活性劑無論是泡沫或除油性能均較差，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、司盤系列，除油性能一般，雖然單獨(dú)使用具有泡沫低的優(yōu)點(diǎn)，但是與其它非低泡類表面活性劑復(fù)配后，泡沫并沒有明顯減少，因此這類產(chǎn)品也不適用于除油劑生產(chǎn)［7］。綜合泡沫性能、滲透、分散性能，適合用于除油工藝的表面活性劑為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，但是存在COD值較高破壞環(huán)境的危害［8］。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［9］。

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，而且產(chǎn)品價(jià)格低廉，在不減弱除油劑其它應(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、SAS－60與FMES、AOS、LAB相比除油性能較差，不適用于除油劑；RP－98雖然泡沫較低，但除油性能也較差［10］。FMES的除油性能最好，泡沫較低。LAB除油性能中等，具有最好的滲透性和較低成本，可以提高其它除油用表面活性劑的滲透能力。綜合評(píng)價(jià)FMES和LAB較適用于金屬除油工藝。

3.2 配方確定

在4種初步篩選的非離子表面活性劑中，E －1310的價(jià)格太高，使用E－1310會(huì)導(dǎo)致除油成本大幅上升，且E－1310冬季凝固為堅(jiān)硬固體，化料仍需消耗大量熱能［11］。OP－10與TX－10效果差不多，OP－10的供應(yīng)量較少，不如TX－10取材方便［12］。另一方面，雖然TX－10的環(huán)保性能導(dǎo)致其在很多領(lǐng)域禁用，但是在電鍍清洗行業(yè)，TX－10使用仍然較為普遍，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L(zhǎng)AB與FMES。

3.3 表面活性劑復(fù)配比例的優(yōu)化

以TX－10、MOA－5、LAB和FMES的質(zhì)量濃度為因素，采用正交試驗(yàn)考察最佳除油條件，各因素水平見表2，除油實(shí)驗(yàn)按照2.3.5進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表2 正交試驗(yàn)水平因素表Table 2 Factors of orthogonal experimentg／L

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Results of orthogonal experiment

由表3可知，各因素對(duì)除油效果的影響大小為：TX－10＞FMES＞MOA－5＞LAB。正交試驗(yàn)的最佳配方為：A3B2C1D3，即TX－10 2．0 g／L，MOA－5 0．50 g／L，F(xiàn)MES 1．5 g／L，LAB 0．50 g／L。此時(shí)除油率為45．71%，高于表1其它單一表面活性劑的除油率。將上述表面活性劑溶液測(cè)試泡沫，泡沫高度為122 mm。該除油劑通過加強(qiáng)表面活性劑之間的優(yōu)化，達(dá)到了減少表面活性劑用量，降低泡沫的目的。

4 結(jié)論

以非離子和陰離子表面活性劑復(fù)配的方法研究金屬除油劑的配方。研究了不同表面活性劑的濁點(diǎn)、泡沫、滲透與乳化、除油性能，篩選出適用于金屬除油的復(fù)合表面活性劑組成為TX－10、MOA －5、LAB與FMES，并通過正交試驗(yàn)的方法確定金屬除油劑中的各組分最佳配比為m（TX－10）：m （MOA－5）：m（FMES）：m（LAB）＝4∶1∶3∶1。

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Selection of Surfactant and Formulation Optimization for Low－foaming Degreaser in Plating Process

JIA Lu-hang

（Shanghai Xihe Fine Chemical Co．，Ltd．，Shanghai 201620，China）

Oil on the metal surface must be removed completely before electro－plating．In the degreasing process，too much foam of degreasing agent will affect the plating process．A kind of low foaming of water－based metal degreasing agent was studied in this paper．The dosage of surfactant was reduced as well as the foam by increasing the synergistic effect of surfactants．The optimum ratio of degreasing agent is TX－10：MOA－5：FMES：LAB＝4∶1：3∶1．

electroplating；oil－removal；low－foaming；synergistic effect

TQ 639．1

A

1004-275X（2014）02-0053-04

12．3969／j．issn．1004-275X．2014．02．016

收稿：2013-09-27

賈路航（1985-），男，遼寧人，工程師，主要研究方向?yàn)榫?xì)化學(xué)品的合成與在電鍍除油清洗中的應(yīng)用。