一種非離子型復(fù)合表面活性劑在堿性及酸性環(huán)境中的應(yīng)用

摘""""" 要： 以一種自制的非離子型復(fù)合表面活性劑為研究對(duì)象，主要研究了該復(fù)合劑堿性清洗體系的清洗性、漂洗性和穩(wěn)定性以及測(cè)試其對(duì)酸性體系除油效率的影響情況。結(jié)果表明：該復(fù)合劑堿性清洗體系具有優(yōu)異的清洗性、易漂洗、穩(wěn)定性佳，除油率可達(dá)90%以上；在酸性溶液中，該復(fù)合劑能夠有效提高有機(jī)酸、無(wú)機(jī)酸溶液的清洗效果，除油率均達(dá)到90%以上。因此，該非離子型復(fù)合劑與酸、堿互溶，不析出不分層且具有優(yōu)異的乳化除油效果，能夠應(yīng)用于金屬加工清洗的堿、酸性溶液中。

關(guān)" 鍵" 詞：非離子；復(fù)合劑；堿性；酸性；除油

中圖分類號(hào)：TQ423.9"""" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A"""" 文章編號(hào)： 1004-0935（2024）03-0362-04

在金屬加工的除油工序中，油污的種類包括皂化油和非皂化油，皂化油可以用只含堿性物質(zhì)的清洗劑清洗。但金屬加工中往往混有多種油污，因此需要通過(guò)多種物質(zhì)配合清洗，而表面活性劑是目前工業(yè)上應(yīng)用極廣泛的一種清洗劑組分[1-2]。通過(guò)表面活性劑的潤(rùn)濕、卷離、分散、乳化作用以及堿性助劑的皂化作用、有機(jī)溶劑的溶解作用，達(dá)到所需的清洗效果[3-4]。對(duì)于與堿復(fù)配的表面活性劑，要求其能夠與堿溶液互溶，避免堿破壞表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)影響表面活性，從而導(dǎo)致其性能變差[5-6]。

為了除去金屬表面的銹跡、氧化層，一般在堿洗后會(huì)進(jìn)行酸洗操作，有的金屬加工廠為了減少加工工序，選擇除油除銹同時(shí)進(jìn)行，將表面活性劑加入酸洗液中，使其同時(shí)具有清洗性[7-9]。與堿性除油不同的是，酸性主要由表面活性劑和有機(jī)溶劑實(shí)現(xiàn)除油作用[10]。因此要求表面活性劑具有耐酸性，在酸溶液中不會(huì)出現(xiàn)析出絮狀物或浮油現(xiàn)象，這是表面活性劑實(shí)現(xiàn)清洗作用的前提。

復(fù)合表面活性劑是將多種表面活性劑復(fù)配使用，從而達(dá)到幾種表面活性劑之間相互協(xié)同作用提高性能的目的，是一種消除表面活性劑自身結(jié)構(gòu)導(dǎo)致性能局限的有效方法[11-13]。例如乳化性能較好的表面活性劑，由于滲透性較差導(dǎo)致除油效率低，能夠通過(guò)復(fù)配滲透性較好的表面活性劑提高滲透性進(jìn)一步提高其清洗性。現(xiàn)有的能夠與強(qiáng)堿、強(qiáng)酸互溶且同時(shí)有優(yōu)異乳化除油效果的表面活性劑產(chǎn)品不多，本文中非離子型復(fù)合表面活性劑是由多種非離子型表面活性劑復(fù)配而成，能與酸堿互溶，不析出不分層且乳化清洗效果好。

本文主要進(jìn)行了一種非離子型復(fù)合表面活性劑在堿性體系和有機(jī)酸、無(wú)機(jī)酸2種酸性體系中的清洗應(yīng)用研究。

1" 實(shí)驗(yàn)部分

1.1" 實(shí)驗(yàn)原料

非離子型復(fù)合表面活性劑，型號(hào)DX107，德旭新材料（廣州）股份有限公司；二乙二醇單丁醚、碳酸鈉、氫氧化鈉、五水偏硅酸鈉、乙二胺四乙酸四鈉（EDTA-4Na）、有機(jī)酸、無(wú)機(jī)酸，國(guó)藥集團(tuán)；乙醇、N32 HL液壓油、白凡士林、石油磺酸鋇，市售；去離子水，自制。

1.2" 堿性體系的制備

常溫下，將各組分混合攪拌均勻即可得到清洗劑，具體制備配方如表1所示。其中實(shí)驗(yàn)號(hào)1標(biāo)記為體系1，實(shí)驗(yàn)號(hào)2標(biāo)記為體系2。

1.3" 測(cè)試與表征

1.3.1" 除油效果測(cè)試

試片材質(zhì)及規(guī)格：不銹鋼片，50 mm×25 mm，厚度2 mm，帶一圓孔（直徑4 mm）。

人工油污：N32 HL液壓油50%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）、白凡士林25%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）、石油磺酸鋇25%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。

除油方法：用乙醇清洗試片，干燥后稱重，記為P1；將人工油污涂敷在試片表面，于55 ℃恒溫烘箱中自然懸掛30 min，稱重記為P2。超聲波清洗試片后烘至前后質(zhì)量變化小于0.005 g，稱重，記為P3。除油率h計(jì)算公式如式（1）所示，取6組數(shù)據(jù)的平均值。

h=（P2-P3）/（P2-P1）×100%。"""""" （1）

1.3.2" 漂洗性

打磨不銹鋼片后用乙醇清洗試片，干燥后放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%待測(cè)液，70 ℃下超聲10 min后取出，用水在常溫下漂洗2次后晾干，觀察試片表面是否有可見殘留物。

1.3.3" 其他性能測(cè)試

參考JB/T 4323.2—1999測(cè)試清洗劑的pH值、高低溫穩(wěn)定性。

1）pH值：配制待測(cè)清洗劑的5%工作液，用pH計(jì)直接測(cè)試。

2）高溫穩(wěn)定性：將50 mL清洗劑原液置于50 mL具塞量筒中，加塞后置于60±2 ℃水中，要求水面需沒(méi)過(guò)量筒30 mL以上，恒溫6 h后取出，觀察冷卻后現(xiàn)象。

3）低溫穩(wěn)定性：將經(jīng)過(guò)高溫穩(wěn)定性測(cè)試無(wú)異常的測(cè)試樣，置于-18±3 ℃冰箱中，1 h后取出，在室溫下放置1 h后，傾倒測(cè)試液5次，觀察外觀是否出現(xiàn)異常現(xiàn)象。

2" 結(jié)果與討論

2.1" DX107在堿性體系的應(yīng)用

表2給出了清洗劑體系1、體系2各項(xiàng)性能的測(cè)試結(jié)果。由表2可以看出，清洗劑體系1、體系2均無(wú)色至淡黃色透明液體，體系pH值都在10以上，性能測(cè)試結(jié)果表明由DX107與清洗助劑組成的堿性清洗體系具有清洗效果好、易漂洗、原液穩(wěn)定等特點(diǎn)。

2.1.1" 清洗性

由表2可知，體系1的除油率達(dá)到98.97%，體系2的除油率達(dá)到91.22%，兩者均具有較優(yōu)的清洗力。非離子型復(fù)合表面活性劑對(duì)金屬表面的油污進(jìn)行滲透吸附、卷離，在機(jī)械外力的作用下從金屬表面脫落，由于油污的憎水性，表面活性劑親油的一端與油污結(jié)合，將其包裹分散在溶液中。體系1除油效果優(yōu)于體系2，說(shuō)明在清洗中，氫氧化鈉對(duì)清洗的輔助作用相對(duì)優(yōu)于五水偏硅酸鈉，原因是氫氧化鈉的堿性較強(qiáng)，能夠更好地除去可皂化油。

2.1.2" 漂洗性

由于助洗劑氫氧化鈉、五水偏硅酸鈉、碳酸鈉的水洗性較差，這三者組成清洗劑清洗的金屬，晾干后表面一般會(huì)出現(xiàn)白色粉狀殘留物，其中五水偏硅酸鈉殘留物在進(jìn)入后續(xù)酸洗階段還可能與酸反應(yīng)而產(chǎn)生硅酸不溶物。因此為避免殘留物對(duì)后續(xù)加工造成影響，工件在經(jīng)過(guò)除油清洗后需要進(jìn)行漂洗，要求所用清洗劑具有較好的漂洗性，從而提高加工效率。測(cè)試結(jié)果顯示，體系1、體系2在經(jīng)過(guò)2次漂洗后均未出現(xiàn)可見殘留物，因此認(rèn)為其漂洗性" 合格。

2.1.3" 其他性能

非離子表面活性劑一般是通過(guò)親水基團(tuán)的氧原子與水中氫原子結(jié)合成氫鍵而溶于水中，以上兩者形成的氫鍵較弱，在堿溶液中，堿的OH-與氫原子結(jié)合，從而破壞氫鍵結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致非離子表面活性劑溶解度下降而在溶液中會(huì)出現(xiàn)析出浮油現(xiàn)象。由體系1、體系2的pH值可知，2種體系的堿性較強(qiáng)，而高低溫穩(wěn)定性測(cè)試兩者外觀均無(wú)異常，因此DX107能夠與堿性溶液互溶而不析出不分層。

2.2" 酸性溶液的應(yīng)用研究

根據(jù)各類酸在工業(yè)清洗的常用濃度設(shè)置實(shí)驗(yàn)對(duì)比濃度。酸本身不具有除油作用，只是由于酸在腐蝕金屬表面時(shí)附著在金屬表面的油污同時(shí)脫落，酸性越強(qiáng)，該作用現(xiàn)象越明顯；酸性物質(zhì)通過(guò)與表面活性劑復(fù)配能夠更好地實(shí)現(xiàn)表面油污的卷離乳化，提高清洗效率。表3給出了DX107在不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)無(wú)機(jī)酸、有機(jī)酸溶液中的清洗效果。

2.2.1" DX107在有機(jī)酸中的清洗

對(duì)比表3序號(hào)1～3可知，在3個(gè)測(cè)試質(zhì)量分?jǐn)?shù)中，DX107與有機(jī)酸復(fù)配除油率隨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高而增大，在達(dá)到一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)趨于穩(wěn)定；對(duì)比序號(hào)3、4、5，一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的DX107能夠明顯提升該有機(jī)酸的清洗力。

對(duì)于不耐酸的表面活性劑，一般會(huì)在溶液中析出絮狀物或浮油分層，而DX107在有機(jī)酸溶液中未出現(xiàn)常見的析出現(xiàn)象，溶液透明，因此該復(fù)合劑可溶于有機(jī)酸溶液中。

2.2.2" DX107在無(wú)機(jī)酸中的清洗

對(duì)比表3序號(hào)6～8除油率，DX107在不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)無(wú)機(jī)酸溶液中都能夠達(dá)到理想的除油效果，其中酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.25%時(shí)，清洗效果最優(yōu)，除油率達(dá)98.94%；對(duì)比序號(hào)7、9、10，低質(zhì)量分?jǐn)?shù)DX107對(duì)無(wú)機(jī)酸清洗也可達(dá)到優(yōu)異的增效作用。

由于DX107在無(wú)機(jī)酸中溶解度較低，其溶液呈不透明的均一溶液狀態(tài)，但沒(méi)有出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破壞的析出或浮油分層現(xiàn)象，且明顯提高了無(wú)機(jī)酸的清洗性，因此該復(fù)合劑可應(yīng)用于無(wú)機(jī)酸溶液中且較低質(zhì)量分?jǐn)?shù)即可達(dá)到提高清洗效率的目的。此外，經(jīng)實(shí)驗(yàn)得出，在無(wú)機(jī)酸與DX107復(fù)配的不透明溶液中加入少量二乙二醇單丁醚或己二醇等能夠起到增溶作用，可得到透明溶液且清洗效果不受影響，從而解決該復(fù)合劑應(yīng)用于無(wú)機(jī)酸洗液中時(shí)由于液體外觀不透明而不利于觀察清洗現(xiàn)象的問(wèn)題，有利于DX107在酸性清洗中的實(shí)際應(yīng)用。

3" 結(jié) 論

本文研究了一種非離子型復(fù)合表面活性劑在堿性和酸性環(huán)境中的應(yīng)用。

1）非離子型復(fù)合表面活性劑DX107的配伍性佳，其堿性體系易漂洗、穩(wěn)定性好且清洗性優(yōu)，能夠應(yīng)用于金屬表面處理如電鍍、鋼鐵發(fā)黑前的堿性除油清洗中。

2）非離子型復(fù)合表面活性劑DX107與有機(jī)酸或無(wú)機(jī)酸的酸性溶液配合使用，能夠有效提高酸溶液的清洗效率，可應(yīng)用于金屬除油除銹、增光防銹的清洗劑中。

參考文獻(xiàn)：

［1］陳泰鑫.重垢油污清洗劑的制備與應(yīng)用研究[D]. 武漢：武漢工程大學(xué)，2018.

［2］謝麗燕.環(huán)保型金屬表面除油工藝的研究[D]. 廣州：華南理工大學(xué)，2011.

［3］韓梓健.環(huán)保型無(wú)磷防銹金屬清洗劑制備及性能研究[D].哈爾濱：黑龍江大學(xué)，2019.

［4］高超，崔巖，李闖，等.鍍鋅金屬水基清洗劑的研究[J].清洗世界，2021，37（6）：43-45.

［5］陳志勇，樂(lè)曉光，許雅棋，等.幾種表面活性劑在CIP堿性清洗劑中的應(yīng)用研究[J].中國(guó)洗滌用品工業(yè)，2022（9）：50-56.

［6］張冬喜，李新鈺，石磊，等.高耐堿表面活性劑的開發(fā)及在工業(yè)清洗中的應(yīng)用[J].沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)報(bào)，2020，34（2）：97-106.

［7］楊智春，劉保. 一種高效鋁材清洗劑的制備與性能研究[J].廣東化工，2020，47（12）：48-50.

［8］汪泉發(fā).鋼鐵用常溫酸性除油劑[J].廣州化工，1992（4）：31-36.

［9］王春霞.環(huán)保型鋼鐵除銹清洗劑的研制和應(yīng)用[J].清洗世界，2021，37（2）：23-24.

［10］丁小會(huì)，邵擇輝，付華峰.酸性鋼鐵除油劑的制備研究[J]. 許昌學(xué)院學(xué)報(bào)，2022，41（5）：50-53.

［11］苗琦，苗華威.表面活性劑在金屬清洗方面的應(yīng)用[J].臺(tái)聲.新視角，2005（2）：195-197.

［12］那宏壯.精細(xì)化工中表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)與應(yīng)用性能研究[J].化學(xué)工程師，2020，34（5）：70-72.

［13］徐曉敏，陳亞萍，閆國(guó)倫.陽(yáng)-非-陰離子表面活性劑三元體系的復(fù)配與應(yīng)用[J].印染助劑，2022，39（11）：37-41.

Application of a Non Ionic Composite Surfactant

in Alkaline and Acidic Environments

ZHANG Xiating， JIANG Cun， HE Yanbo

（Dexv New Material （Guangzhou） Co.， Ltd.， Guangzhou Guangdong 510520， China）

Abstract： Taking a self-made non-ionic composite surfactant as the research object， the clean ability， rinsing property and stability of the alkaline cleaning system of the composite surfactant and its influence on the oil removal efficiency of the acidic system were mainly studied. The test results showed that the alkaline cleaning system of the composite agent had excellent cleaning performance， easy rinsing， good stability， and the oil removal rate could reach more than 90%; In acid solution， the compound agent could effectively improve the cleaning effect of organic acid and inorganic acid solution， and the oil removal rate was more than 90%. Therefore， the non-ionic composite agent was mutually soluble with acid and alkali， did not precipitate and delaminate， and had excellent emulsification and degreasing effect， which can be applied to alkaline and acidic solutions for metal processing cleaning.

Key words：" Non-ionic; Compound agent; Alkaline; Acidic; Degreasing 備注：（請(qǐng)作者詳細(xì)填寫）