賴俐超*，唐春保，張豐如

（嘉應學院化學與環(huán)境學院，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，熱風吹干，冷卻，稱重，記為m0(試片的質量)。

(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，熱風吹干，冷卻，稱重，記為m2(試片和殘留油污的質量)。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，改變異構醇聚氧乙烯醚濃度，除油率測試結果如表3 所示。

表3 異構醇聚氧乙烯醚質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??；含量達到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，除油率測試結果如表4 所示。

表4 長鏈羧酸酯聚氧乙烯質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構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。其酯基分子結構與油脂和蠟質結構類似，對油脂、礦物油和蠟質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)單因素試驗結果，設計四因素三水平的正交試驗，結果如表5 所示。其中，A 表示異構醇聚氧乙烯醚，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?。桓鹘M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%。可見該除油劑的水洗性良好。

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。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 結論

(1)檸檬酸鈉、偏硅酸鈉、異構醇聚氧乙烯醚、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，有一定應用價值。

[1]機械工業(yè)部機械工人技術培訓教材編審領導小組.電鍍工工藝學(中級本)[M].北京:科學普及出版社,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].應用化工,2008,37 (10):1203-1205.

[5]楊巖,李翀,鐘金環(huán).環(huán)保型金屬清洗劑的研制及其清洗效果[J].材料保護,2011,44 (7):61-63.