張冬喜， 李新鈺， 石 磊， 王 巖， 張志剛， 郭禹含， 李曉茜， 許光文

(1.沈陽(yáng)化工大學(xué) 能源與化工產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院， 遼寧 沈陽(yáng) 110142； 2.沈陽(yáng)化工大學(xué) 理學(xué)院， 遼寧 沈陽(yáng) 110142； 3.沈陽(yáng)化工大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院， 遼寧 沈陽(yáng) 110142；4.沈陽(yáng)化工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院， 遼寧 沈陽(yáng) 110142)

表面活性劑是指少量加入便能使溶液界面狀態(tài)發(fā)生明顯變化的物質(zhì)，具有雙親性，一端為親水基團(tuán)，另一端為疏水基團(tuán)，在化工和輕工中廣泛應(yīng)用.在金屬表面處理領(lǐng)域，由于冷軋鋼板或金屬工件保存過(guò)程中需防腐處理，即表面涂抹油脂，因此，使用前需進(jìn)行脫脂和表面清洗.金屬脫脂清洗的目的是清除金屬表面的油脂，為電鍍、涂裝或其他金屬防護(hù)處理提供潔凈的金屬表面.因此，清洗劑篩選和清洗效果好壞，不僅關(guān)系到金屬工件的性能和質(zhì)量、耐腐蝕程度和使用壽命，也涉及能源消耗、安全及環(huán)保等問(wèn)題，直接影響生產(chǎn)過(guò)程各工序順利進(jìn)行[1].但關(guān)于金屬表面脫脂研究報(bào)道較少，脫脂劑復(fù)配增效作用機(jī)理研究不夠深入.

傳統(tǒng)去除油污的方法包括有機(jī)溶劑法和堿液洗滌法.有機(jī)溶劑法大多采用煤油、汽油等石油產(chǎn)品，醇酮以及三氯乙烯，三氯三氟乙烷等氟氯溶劑型清洗劑[2].使用這些有機(jī)溶劑的清洗效果雖然很好，但它們具有易揮發(fā)、易燃和易爆等性質(zhì)，安全性較低，而且對(duì)人體的中樞神經(jīng)系統(tǒng)有較強(qiáng)的刺激性，長(zhǎng)期接觸會(huì)引起神經(jīng)衰弱等疾病.同時(shí)，含氟溶劑使用也被認(rèn)為是導(dǎo)致臭氧層破壞和地球變暖的因素之一[2-4].堿液洗滌法清洗油污所需溫度高，清洗能力差，而且清洗后金屬表面容易生銹，清洗完畢后的廢液對(duì)環(huán)境造成一定污染[5].因此，這兩種傳統(tǒng)除油方法都將逐步被替代.

水基清洗劑有效克服了有機(jī)溶劑法和堿液洗滌法的缺點(diǎn)[6]，已經(jīng)成為金屬清洗行業(yè)研發(fā)的熱點(diǎn).水基金屬清洗劑具有以水代油、節(jié)省能源、不危害操作者健康、污染少、環(huán)境友好、不易燃燒(安全)和清洗成本低等一系列優(yōu)越性，近十年來(lái)在我國(guó)得到迅速發(fā)展[1，7-8].水基金屬清洗劑是以水為溶劑，復(fù)配表面活性劑為去污主體，添加多種助劑組成洗滌劑[9].表面活性劑作為水基清洗劑的主要成分，通過(guò)吸附、乳化和分散等作用達(dá)到去除油污的目的[10-15].清洗劑中的助劑具有多種功能，是通過(guò)各種方式提高表面活性劑清洗效果的物質(zhì)，如有機(jī)助洗劑羧甲基纖維素鈉、無(wú)機(jī)助洗劑NaOH和Na2CO3等[14，16-17].

水基金屬清洗劑除油脫脂機(jī)理[18-19]是：非皂化性油脂被表面活性物質(zhì)乳化而分散在水中，而皂化性油脂能與堿發(fā)生皂化反應(yīng)生成可溶于水的肥皂和甘油.在水基清洗劑除油過(guò)程中，堿是參與皂化反應(yīng)的主要成分.當(dāng)其質(zhì)量濃度過(guò)低時(shí)，皂化反應(yīng)不徹底，除油效率低；過(guò)高時(shí)，易使表面活性劑析出，皂化產(chǎn)物溶解困難，清洗效果不佳[18].此外，在金屬清洗過(guò)程中，不可避免會(huì)產(chǎn)生大量泡沫.泡沫的存在不僅影響去污效果，還難以漂洗，容易殘留[20]，而高濃度堿的存在會(huì)起到抑泡作用[21].因此，開(kāi)發(fā)耐堿性高、經(jīng)濟(jì)性好、環(huán)境友好的水基清洗劑對(duì)提高金屬清洗效果和效率具有重要意義.為達(dá)到上述目的，常將兩種或多種表面活性劑復(fù)配使用，起到“協(xié)同”增效作用[22].與各單一組分相比，混合物具有更優(yōu)越的界面性能，如更低的表面張力、更強(qiáng)的乳化性、更高的潤(rùn)濕性和更好的增黏性等等.

本文系統(tǒng)地考察了單一類(lèi)別表面活性劑耐堿性和多元復(fù)配表面活性劑耐堿性變化規(guī)律，并對(duì)耐堿性變化原因與有機(jī)分子結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系進(jìn)行了深入研究.進(jìn)而采用2種或者3種表面活性劑進(jìn)行復(fù)配，目的使其同時(shí)具有較高耐堿性和較好的去污能力.室溫下，三元復(fù)配脫脂劑在清洗液中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3 %時(shí)，脫脂率即達(dá)到100 %，清洗效果極佳.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)藥品與儀器

陰離子表面活性劑：芳香族環(huán)氧乙烷磷酸酯鉀鹽H66-1(工業(yè)級(jí))、H66-2(工業(yè)級(jí))，H66-1 和H66-2是不同廠(chǎng)家生產(chǎn)的同一類(lèi)型表面活性劑；苯酚乙氧基磷酸酯鉀鹽PPE1040K(工業(yè)級(jí))、PPE1040(工業(yè)級(jí))；十二烷基二苯醚二磺酸鈉2A1(工業(yè)級(jí)).兩性表面活性劑：烷基羥丙基磺基甜菜堿ASC(工業(yè)級(jí))；烷基羥乙基丙氨酸單鈉鹽AMALF70(工業(yè)級(jí))、AMALF60(工業(yè)級(jí)).非離子表面活性劑：烷基糖苷APG0810(工業(yè)級(jí))、APG06(工業(yè)級(jí))；辛基苯基聚氧乙烯醚X-100(化學(xué)純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；壬基酚聚氧乙烯醚610(工業(yè)級(jí))；腰果酚聚氧乙烯醚BGF-10(工業(yè)級(jí))；異構(gòu)醇油酸皂DF-20(工業(yè)級(jí)).NaOH(分析純)，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；工業(yè)油，主要成分是礦物油以及部分動(dòng)植物油脂混合物；無(wú)水乙醇(分析純)，天津市富宇精細(xì)化工有限公司.

101-0型A數(shù)顯電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：工作電壓220 V，功率1.6 kW，最高溫度300 ℃，上海錦屏儀器儀表有限公司；FA2004型電子天平：精度0.1 mg，稱(chēng)量范圍200 g，上海上天精密儀器有限公司.

1.2 表面活性劑復(fù)配

(1) 二元復(fù)配表面活性劑

同類(lèi)別復(fù)配表面活性劑：將PPE1040K和H66-2、H66-2和2A1、PPE1040K和2A1、ASC和AMALF70、APG0810和X-100、APG06和X-100、APG06和BGF-10混合，復(fù)配質(zhì)量比都是1∶1.

不同類(lèi)別復(fù)配表面活性劑：將H66-2和X-100、PPE1040K和X-100、PPE1040K和610、PPE1040K和APG0810、PPE1040K和BGF-10、H66-2和AMALF70、PPE1040K和ASC、PPE1040K和AMALF70、ASC和610、AMALF70和X-100、AMALF70和610、AMALF70和BGF-10以及AMALF70和APG0810混合，復(fù)配質(zhì)量比見(jiàn)表4.

(2) 三元復(fù)配表面活性劑

PPE1040K+610+APG0810、PPE1040K+X-100+APG0810和PPE1040K+X-100+APG06，復(fù)配質(zhì)量比都是2∶1∶2，PPE1040K+BGF-10+APG06復(fù)配質(zhì)量比5∶1∶5.

(3) 配制脫脂劑

將不同比例的表面活性劑復(fù)配混合均勻后倒入一定量水中，攪拌均勻后，緩慢加入一定量氫氧化鈉攪拌至完全溶解，靜置冷卻至室溫.脫脂劑具體配方如下：

脫脂劑A配方(質(zhì)量分?jǐn)?shù))：水66 %，NaOH 32 %，表面活性劑2 %[m(PPE1040K)∶m(610)∶m(APG0810)=2∶1∶2]；脫脂劑B配方(質(zhì)量分?jǐn)?shù))：水68 %，NaOH 30 %，表面活性劑2 %(同配方A)；脫脂劑C配方(質(zhì)量分?jǐn)?shù))：水66 %，NaOH 32 %，表面活性劑2 %[m(PPE1040K)∶m(X-100)∶m(APG06)=2∶1∶2]；脫脂劑D配方(質(zhì)量分?jǐn)?shù))：水68 %，NaOH 30 %，表面活性劑2 %(同配方C)；脫脂劑E配方(質(zhì)量分?jǐn)?shù))：水68 %，NaOH 30 %，表面活性劑2 %[m(PPE1040K)∶m(BGF-10)∶m(APG06)=5∶1∶5]；脫脂劑F只有與配方D同質(zhì)量的X-100和NaOH以及水.

1.3 評(píng)測(cè)方法

(1) 單一表面活性劑耐堿上限的測(cè)定

質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 %表面活性劑耐堿上限測(cè)定方法：取0.2 g表面活性劑加到14.8 g去離子水中，充分溶解后再加入5 g NaOH固體.攪拌觀察溶液溶解情況，若溶液為澄清，不析出，表明該表面活性劑在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25 % NaOH水溶液中穩(wěn)定，繼續(xù)加少量NaOH至溶液剛好渾濁，不再清澈.渾濁前加入的NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)即為該單一表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 %時(shí)的耐堿上限.

質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2 %表面活性劑耐堿上限測(cè)定方法：a.按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 %表面活性劑耐堿上限測(cè)定方法測(cè)定表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2 %時(shí)的耐堿上限；b.向已加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 %表面活性劑的耐NaOH極限濃度溶液中，再加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 %表面活性劑，若溶液變?yōu)槌吻?，繼續(xù)加NaOH直至溶液渾濁，不再清澈.渾濁前NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)即為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2 %表面活性劑的耐堿上限.

(2) 復(fù)配表面活性劑耐堿上限的測(cè)定

方法同質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2 %表面活性劑耐堿上限測(cè)定的方法a.

(3) 脫脂劑清洗性能的評(píng)價(jià)方法

采用分析天平準(zhǔn)確稱(chēng)量乙醇擦拭后的清潔鋼板質(zhì)量(m1)，將鋼板一面均勻涂抹工業(yè)油，放入鼓風(fēng)干燥箱中120 ℃干燥30 min；再次稱(chēng)量干燥后的帶油鋼板質(zhì)量(m2)，并放入不同配方配制的脫脂劑中靜置30 min；用去離子水漂洗3次，再次放入120 ℃烘箱中干燥3 h，室溫下稱(chēng)量鋼板質(zhì)量(m3).重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)過(guò)程3次，計(jì)算脫脂率并取算數(shù)平均值.脫脂率用于衡量不同配方脫脂劑的清洗效果，采用失重法計(jì)算[23]，公式如下：

脫脂率=[(m2-m3)/(m2-m1)]×100 %.

(4) 脫脂劑發(fā)泡性能的測(cè)定

室溫下把10 mL脫脂劑置于試管中，手動(dòng)振蕩試管1 min，振蕩幅度保持一致，測(cè)量并記錄溶液泡沫高度，靜置30 min后再次測(cè)量并記錄溶液泡沫高度.每組脫脂劑重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)3次，記錄每次泡沫高度并取算術(shù)平均值.

2 結(jié)果與討論

2.1 單一表面活性劑耐堿性影響規(guī)律

采用1.3(1)中單一表面活性劑耐堿上限測(cè)定方法測(cè)定不同表面活性劑的耐堿上限，結(jié)果如表1所示.從表1中可以發(fā)現(xiàn)：增加單一類(lèi)別表面活性劑含量，其溶液耐堿上限略有提升，但變化不明顯.這歸因于隨著陰離子表面活性劑濃度增加，每個(gè)表面活性劑分子能夠接觸到的Na+和OH-離子數(shù)量減少，因此耐堿性略微增加.向已加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 %的H66-1或PPE1040表面活性劑的NaOH耐堿極限溶液中再加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 %的H66-1或PPE1040，兩者耐堿上限為29.60 %和28.60 %，與直接加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2 %的H66-1或PPE1040表面活性劑測(cè)出的耐堿上限(29.58 %或28.60 %)相比基本一致.顯然，單一表面活性劑添加方式對(duì)表面活性劑的耐堿性幾乎沒(méi)有影響.

表1 不同類(lèi)別表面活性劑耐堿上限

在NaOH溶液中，由于陰離子表面活性劑親水頭基所帶的負(fù)電荷的靜電作用吸引相反電荷Na+，形成離子氛，Na+離子氛又吸引體系中過(guò)量的OH-，形成OH-離子氛[24-26]. 隨著堿濃度增加，Na+和OH-與表面活性劑親水頭基之間吸附作用增強(qiáng)，使得表面活性劑更易形成膠束進(jìn)而聚集析出，導(dǎo)致溶液出現(xiàn)渾濁或者分層的現(xiàn)象[27].H66、PPE1040K以及PPE1040分子結(jié)構(gòu)如圖1所示，H66與PPE1040K分子均由親油的苯酚乙氧基和親水的磷酸根構(gòu)成，二者結(jié)構(gòu)幾乎一致，但是H66疏水基上比PPE1040K多一個(gè)甲基官能團(tuán)，如表2所示，—CH3的HLB值為-0.475，顯然H66整體疏水性強(qiáng)于PPE1040K，更易形成膠束，所以H66耐堿性小于PPE1040K.

表2 部分不同親、疏水基官能團(tuán)HLB值

由圖1可知，PPE1040與PPE1040K只有親水頭基不同，分別是—OPO3H和—OPO3K.在氫氧化鈉溶液中，PPE1040親水頭基中的H+首先被OH-中和生成—OPO3Na.由于Na+半徑明顯小于K+半徑，親水基—OPO3Na的雙電層平均厚度比—OPO3K薄，使得PPE1040親水頭基離子氛間排斥作用小于PPE1040K，導(dǎo)致PPE1040親水頭基間距離更近，更容易形成膠束并聚集析出，所以PPE1040耐堿性要低于PPE1040K.陰離子表面活性劑2A1的結(jié)構(gòu)如圖1所示，親水基為兩個(gè)—SO3Na(HLB值為11.0)，各自連接苯環(huán)(HLB值1.662)，并由一個(gè)醚鍵(HLB值1.3)連接，其中一個(gè)苯環(huán)對(duì)位連接C12長(zhǎng)鏈(HLB值近似為-0.475×12=-5.7)疏水端，其官能團(tuán)的HLB值之和為19.262.通過(guò)初步計(jì)算，H66、PPE1040K或PPE1040官能團(tuán)HLB值之和近似在39～42之間.因此，2A1疏水性明顯比H66、PPE1040K和PPE1040強(qiáng)，更易受到NaOH影響形成膠束，耐堿性差.

圖1 H66、PPE1040K、PPE1040和2A1分子結(jié)構(gòu)

兩性離子表面活性劑ASC和AMALF70結(jié)構(gòu)如圖2所示，ASC親水頭基是羥丙基磺酸鈉，連接季胺基(HLB值約為42.6)，季胺基另一端連有一個(gè)羥丙基，疏水基是一個(gè)C4鏈，疏水基和親水基間由醚鍵連接(HLB值1.3)，分子內(nèi)兩個(gè)—OH也間接提升ASC親水性，其官能團(tuán)HLB值之和為51.1.相比之下，AMALF70的親水基是—COOH(HLB值2.1)和—COONa(HLB值19.1)，各自連有兩個(gè)乙基，并由叔胺基(HLB值9.4)連接，叔胺基另一端為疏水鏈2-乙基己基.在NaOH溶液中—COOH被中和形成—COONa，因此，在氫氧化鈉溶液中AMALF70的親水性增加，其官能團(tuán)HLB之和約為43.8.AMALF70親水基連接著疏水的—CH2CH2—官能團(tuán)，減小了它的親水性，而且它的疏水基碳鏈(C8)較長(zhǎng)，其官能團(tuán)HLB值之和也小于ASC表面活性劑.因此，在高濃度NaOH溶液中，AMALF70比 ASC易形成膠束，耐堿性低.

圖2 ASC和AMALF70分子結(jié)構(gòu)

X-100、610和BGF-10是聚氧乙烯醚型非離子表面活性劑，由圖3可知它們親水頭基都是親水性較弱的羥基(HLB值為1.9)，并連接—OCH2CH2O—(HLB值為0.33)，610疏水基為苯環(huán)連接的C9直鏈烷烴，X-100疏水基是苯環(huán)連接的C8多枝狀異構(gòu)烷烴鏈，BGF-10的疏水基是苯環(huán)連接的C15烷烴鏈，三者HLB都在10～20之間.在高濃度NaOH溶液中，Na+和OH-減少了表面活性劑與水分子接觸的機(jī)會(huì)，導(dǎo)致非離子表面活性劑發(fā)生鹽析效應(yīng)[28]，使其膠束聚集析出，因此，X-100、610和BGF-10三者耐堿性均不高.表面活性劑APG0810與APG06都是烷基糖苷(APG)，由圖3中APG分子結(jié)構(gòu)可知：APG0810與APG06兩者親水基都是多個(gè)失水山梨醇環(huán)(單體HLB值為0.5)，通過(guò)醚鍵(HLB值1.3)連接疏水基碳鏈，二者唯一的區(qū)別在于疏水基團(tuán)碳數(shù)不同，APG0810疏水基碳數(shù)為8～10，APG06疏水基碳數(shù)為6，疏水基碳鏈越長(zhǎng)，越易受NaOH影響形成膠束析出，因此APG06耐堿性高于APG0810.

圖3 X-100、610、BGF-10和APG分子結(jié)構(gòu)

烷基糖苷APG其親水基半徑較大且含有多個(gè)羥基，在堿溶液中能夠與水分子形成氫鍵，使得Na+和OH-難以靠近親水基，削弱了強(qiáng)堿的作用.同時(shí)APG在堿溶液中分子帶有少量負(fù)電荷[29]，使得親水頭基間不易靠近.APG是非離子表面活性劑，Na+和OH-對(duì)其疏水基有鹽析作用，但是在強(qiáng)堿溶液體系下NaOH對(duì)APG的鹽析效應(yīng)較弱[30]，因此，其耐堿性極強(qiáng)，明顯高于其他非離子表面活性劑，其耐堿性高于35 %.

2.2 表面活性劑復(fù)配

由單一表面活性劑耐堿性可知：耐堿性較高的表面活性劑一般具有較短疏水基與親水性較強(qiáng)的親水基，但是它們的去污能力沒(méi)有耐堿性較差的610和X-100好.因此，采用多種表面活性劑進(jìn)行復(fù)配，使其同時(shí)具有較高耐堿性和較好的去污能力.

2.2.1 兩種同類(lèi)別表面活性劑復(fù)配對(duì)耐堿性的影響

兩種同類(lèi)別表面活性劑按質(zhì)量比1∶1復(fù)配后的耐堿性結(jié)果如表3所示.

表3 兩種同類(lèi)別表面活性劑復(fù)配后的耐堿性

由于H66-2與PPE1040K結(jié)構(gòu)相似，二者復(fù)配后相當(dāng)于表面活性劑總量增加，由表1中結(jié)果可知增加強(qiáng)堿性溶液中同種陰離子表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)，其耐堿性略有提升，NaOH對(duì)親水頭基的鹽析作用減弱.H66-2或PPE1040K與2A1復(fù)配后耐堿性(28 %)明顯高于2A1(小于25 %)耐堿上限，但仍低于H66-2(29.67 %)和PPE1040K(30.42 %)的耐堿上限.2A1疏水基為長(zhǎng)鏈烷烴，易形成膠束，與H66-2 和PPE1040K復(fù)配后，2A1中長(zhǎng)鏈烷烴會(huì)與H66-2和PPE1040K結(jié)構(gòu)中苯環(huán)相互作用，形成的混合膠束親水性大于2A1但小于H66-2和PPE1040K，混合膠束間排斥作用在2A1形成的膠束和H66-2或PPE1040K形成的膠束之間，因此，混合表面活性劑耐堿性大于2A1卻小于H66-2或PPE1040K.同理，兩性表面活性劑ASC與AMALF70復(fù)配后耐堿性(31.00 %)高于AMALF70(26.50 %)，但是低于ASC(35.70 %).非離子表面活性劑APG0810或APG06與X-100或BGF-10復(fù)配沒(méi)有明顯提升其耐堿上限.

2.2.2 兩種不同類(lèi)別表面活性劑復(fù)配對(duì)耐堿性的影響

將陰離子表面活性劑(PPE1040K，H66-2)、兩性表面活性劑(AMALF70，ASC)以及非離子表面活性劑(610，X-100，APG0810，BGF-10)中任意兩種不同類(lèi)別表面活性劑進(jìn)行復(fù)配，固定復(fù)配后溶液中表面活性劑質(zhì)量分為2 %，其耐堿上限結(jié)果如表4所示.

表4 兩種不同類(lèi)別表面活性劑復(fù)配后的耐堿性

陰離子表面活性劑與非離子表面活性劑復(fù)配：當(dāng)H66-2與X-100的復(fù)配質(zhì)量比達(dá)到6.17∶1，其耐堿性才能達(dá)到27 %；繼續(xù)增加H66-2 比例，耐堿性基本保持不變.當(dāng)PPE1040K與X-100以質(zhì)量比1∶1復(fù)配時(shí)，其耐堿上限就能達(dá)到28 %；當(dāng)PPE1040K質(zhì)量比增加至4.88∶1時(shí)，耐堿性提升至29 %；繼續(xù)增加PPE1040K比例，耐堿性基本保持不變.PPE1040K與610復(fù)配，當(dāng)PPE1040K質(zhì)量比增加至6.76∶1時(shí)，其耐堿性可以達(dá)到28 %，PPE1040K與X-100復(fù)配后耐堿性好于與610復(fù)配效果.而當(dāng)PPE1040K與BGF-10以質(zhì)量比1∶1復(fù)配時(shí)，其耐堿性仍低于25 %.PPE1040K與APG0810以質(zhì)量比1∶1復(fù)配時(shí)，其耐堿性高達(dá)32 %，完全滿(mǎn)足高耐堿性(30 %)金屬脫脂劑使用指標(biāo)要求.H66-2或PPE1040K二者與X-100、610或BGF-10復(fù)配后耐堿性差異在于它們的疏水性的差異.陰離子與非離子表面活性劑復(fù)配后，由于稀釋效應(yīng)[31]，陰離子表面活性劑親水基間排斥作用減弱，更易形成混合膠束，這使得X-100(或610)耐堿性增加，但是X-100(或610)親水性較弱，與PPE1040K形成的混合膠束親水性弱于PPE1040K膠束，因此，復(fù)配后耐堿性低于PPE1040K.同理，PPE1040K與APG0810復(fù)配后耐堿性低于APG0810(35 %)，高于PPE1040K(30.42 %).

陰離子表面活性劑與兩性離子表面活性劑復(fù)配：AMALF70與H66-2或PPE1040K以質(zhì)量比1∶1復(fù)配，耐堿性分別為28 %或29 %，其原因在于H66-2與PPE1040K疏水性的差異.質(zhì)量比為1∶1的PPE1040K與ASC復(fù)配后耐堿性是32.00 %.ASC表現(xiàn)出對(duì)PPE1040K良好的增溶效果，其原因是ASC親水基團(tuán)多羥基結(jié)構(gòu)與水分子間的作用力明顯強(qiáng)于AMALF70羧酸根基團(tuán).

兩性離子表面活性劑與非離子表面活性劑復(fù)配：AMALF70與X-100以質(zhì)量比1∶1復(fù)配時(shí)，耐堿性為28 %，繼續(xù)增加AMALF70比例，其耐堿性基本保持不變；AMALF70與610以質(zhì)量比1∶1復(fù)配時(shí)，耐堿性為28 %，當(dāng)AMALF70質(zhì)量比增加至2.27∶1時(shí)，耐堿性達(dá)到29 %；AMALF70與BGF-10以質(zhì)量比1∶1復(fù)配時(shí)，耐堿性低于25 %，這歸因于BGF-10較長(zhǎng)的疏水基鏈；而ASC與610以質(zhì)量比1∶1復(fù)配時(shí)，耐堿上限達(dá)到30 %，這是因?yàn)锳SC多羥基結(jié)構(gòu)親水性強(qiáng)于AMALF70，表現(xiàn)出對(duì)非離子表面活性劑更好的增溶效果.兩性離子表面活性劑ASC與AMALF70均表現(xiàn)出對(duì)X-100和610良好的增溶效果.這是因?yàn)锳SC或AMALF70親水頭基強(qiáng)，親水性作用于復(fù)配整體，導(dǎo)致體系耐堿性增強(qiáng).AMALF70與APG0810以質(zhì)量比1∶1復(fù)配時(shí)，耐堿性為29 %.AMALF70與APG0810復(fù)配后形成混合膠束，由于稀釋效應(yīng)，AMALF70耐堿性增加，但是，受已形成的混合膠束影響，APG0810比未復(fù)配前更易受到Na+和OH-影響，因此，復(fù)配后耐堿性低于APG0810.

綜上結(jié)果，與非離子表面活性劑610或X-100以質(zhì)量分?jǐn)?shù)2 %復(fù)配后耐堿性達(dá)到30 %以上的只有ASC，但是ASC價(jià)格較貴，市場(chǎng)價(jià)40 000元/t，增加了工業(yè)清洗成本，經(jīng)濟(jì)性較差.因此，考慮使用三種不同的表面活性劑進(jìn)行復(fù)配，目的是得到耐堿性高、經(jīng)濟(jì)性好的混合表面活性劑.

2.2.3 三種不同類(lèi)別表面活性劑復(fù)配對(duì)耐堿性的影響

在兩種表面活性劑復(fù)配的耐堿結(jié)果中，耐堿上限達(dá)到30 %及以上的有PPE1040K+X-100、PPE1040K+AMALF70、PPE1040K+APG0810、ASC+610以及PPE1040K+ASC.考慮清洗效果及成本問(wèn)題，三種不同類(lèi)型的表面活性劑復(fù)配時(shí)選用PPE1040K與APG協(xié)同增溶X-100、610或BGF-10，復(fù)配后表面活性劑在溶液中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2 %，m(PPE1040K)∶m[610(或X-100)]∶m(APG)=2∶1∶2，m(PPE1040K)∶m(BGF-10)∶m(APG)=5∶1∶5，耐堿結(jié)果如表5所示.

表5 三種表面活性劑復(fù)配后的耐堿性

從表5可以看出：具有較短疏水基的X-100、APG06與PPE1040K復(fù)配時(shí)耐堿性最好.由表4可知，PPE1040K和APG0810按質(zhì)量比1∶1 復(fù)配時(shí)耐堿極限為32 %，而PPE1040K+APG0810中加入耐堿性較差的非離子表面活性劑X-100(低于25 %)時(shí)，其耐堿上限仍可以達(dá)到32 %，說(shuō)明耐堿性較強(qiáng)的陰離子和兩性表面活性劑復(fù)配可以協(xié)同增溶耐堿性差的非離子表面活性劑，使耐堿性達(dá)到最大值.此外，復(fù)配時(shí)PPE1040K和APG的質(zhì)量必須是X-100的2倍或2倍以上，即PPE1040K和APG0810的質(zhì)量是X-100的4倍及以上時(shí)，X-100分子插入到PPE1040K和APG0810混合膠束中才能夠不影響原復(fù)配表面活性劑耐堿上限，才能達(dá)到32 %的耐堿性.PPE1040K和APG06的質(zhì)量是BGF-10的5倍時(shí)耐堿性才能達(dá)到31 %，與X-100 復(fù)配結(jié)果相比差別明顯.

PPE1040K和APG市場(chǎng)價(jià)分別在25 000元/t和8 000元/t左右，X-100、610和BGF-10價(jià)格約為10 000元/t，ASC價(jià)格在40 000元/t左右，PPE1040K+X-100+APG三者按質(zhì)量比2∶1∶2復(fù)配表面活性劑價(jià)格在14 800元/t左右，而ASC與610復(fù)配價(jià)格在25 000元/t左右(耐堿上限為30 %)，顯然，PPE1040K+X-100+APG三者復(fù)配得到的表面活性劑更經(jīng)濟(jì)，同時(shí)耐堿性更高.推測(cè)APG也可以提升二元ASC+610(或X-100)體系耐堿上限，同時(shí)降低成本.因此，三元復(fù)配體系A(chǔ)SC+610(或X-100)+APG為今后工作研究的重點(diǎn).

2.3 復(fù)配三元脫脂劑清洗效果

以潔凈鋼板涂抹的干燥工業(yè)油為脫脂對(duì)象，將涂油鋼板室溫下靜置于脫脂溶液中30 min，通過(guò)質(zhì)量差法計(jì)算工業(yè)油的脫脂率，其結(jié)果如表6所示，脫脂效果如圖4所示.從表6結(jié)果可知復(fù)配后脫脂劑A～E均比單一脫脂劑X-100脫脂效果好.比較脫脂劑A(NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為32 %)與B(NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30 %)以及C(NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為32 %)與D(NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30 %)脫脂率，NaOH含量越高脫脂效果越好.固定NaOH含量，比較脫脂劑A與C或B與D脫脂效果，使用疏水基碳鏈長(zhǎng)度較長(zhǎng)的表面活性劑(APG0810+610)脫脂效果更好.APG0810親油性好于APG06；同時(shí)610疏水基為C9直鏈烷烴，親油性更好.因此PPE1040K+610+APG0810三元復(fù)配脫脂效果更好.當(dāng)脫脂劑C和D質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加至3 %時(shí)，脫脂率達(dá)到100 %，圖4更是顯著證明了這點(diǎn).從圖4中可以看出，涂油鋼板在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3 %脫脂劑D的清洗液中清洗30 min后，鋼板與未涂油前相比幾乎沒(méi)有區(qū)別，顯然脫脂效果很好.脫脂劑E的清洗效果較脫脂劑A～D差，這歸因于溶液中BGF-10的含量較少[m(PPE1040K)∶m(BGF-10)∶m(APG06)=5∶1∶5].

表6 不同脫脂劑清洗效果

脫脂劑D質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3 %

通過(guò)上述室溫靜置清洗效果可以發(fā)現(xiàn)脫脂劑含量越多，脫脂效果越好.推斷復(fù)配的三元脫脂劑將在工業(yè)清洗中表現(xiàn)出極佳的清洗效果，完全滿(mǎn)足清洗要求.

2.4 脫脂劑抑泡性和消泡性

將2.3中脫脂劑A、B、C、D和X-100水溶液各取10 mL置于試管中，通過(guò)手動(dòng)搖泡測(cè)定其抑泡性和消泡性，結(jié)果如表7所示.

表7 脫脂劑抑泡性和消泡性測(cè)定結(jié)果

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，與單一表面活性劑X-100相比，復(fù)配表面活性劑A～D的抑泡性和消泡性均較好.比較脫脂劑A(NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為32 %)與B(NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30 %)以及C(NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為32 %)與D(NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30 %)的初始泡沫高度可知，脫脂劑中NaOH含量越高，泡沫越少，抑泡性能越好.固定NaOH含量，比較脫脂劑A與C泡沫高度，脫脂劑C抑泡性能明顯優(yōu)于脫脂劑A.因?yàn)橥活?lèi)型表面活性劑的抑泡性能隨著疏水端碳鏈長(zhǎng)度降低而變強(qiáng)[21]，脫脂劑C所用表面活性劑APG06和X-100疏水基碳鏈長(zhǎng)度明顯比脫脂劑A所用APG0810和610碳鏈短.

3 結(jié) 論

系統(tǒng)研究了表面活性劑及其復(fù)配后耐堿上限和表面活性劑分子結(jié)構(gòu)對(duì)脫脂劑耐堿性的影響規(guī)律，并考察了清洗效果和抑泡性能.(1)耐堿性較高的單一表面活性劑如H66、PPE1040K、ASC和APG等一般具有較短的疏水鏈或多個(gè)較強(qiáng)親水基團(tuán)，在強(qiáng)堿溶液中不易形成膠束，但是清洗效果不如耐堿性較差的非離子表面活性劑610、X-100或BGF-10.(2)兩種表面活性劑復(fù)配時(shí)，具有較低耐堿上限的表面活性劑的耐堿性得到了不同程度的提升，且不同類(lèi)型表面活性劑兩兩復(fù)配后耐堿性能明顯好于同類(lèi)型表面活性劑的復(fù)配.(3)三元表面活性劑[PPE1040K+610(或X-100)+APG]復(fù)配可顯著提升非離子表面活性劑610或X-100的耐堿上限，達(dá)到33 %；復(fù)配后表面活性劑價(jià)格僅為14 800元/t，經(jīng)濟(jì)性較好.室溫下，三元復(fù)配的脫脂劑在清洗液中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3 %時(shí)，即可達(dá)到100 %脫脂效果.