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        脂肪酸甲酯乙氧基化物在鋁材中性脫脂中的應(yīng)用

        2023-10-19 01:28:44
        電鍍與精飾 2023年10期
        關(guān)鍵詞:效果

        王 琛

        (上海喜赫精細化工有限公司,上海 201620)

        鋁型材經(jīng)過模具拉伸、擠壓成型后,一般在酸性或堿性條件下對鋁材進行表面處理,清洗鋁材表面的各種油污。酸洗成本低,但是酸洗過程中鋁材損耗大,大量使用硫酸等無機酸也會產(chǎn)生酸霧危害環(huán)境[1]。堿性清洗對鋁材腐蝕小,但是容易吸附于鋁材表面,不僅耗費大量清水漂洗,而且由于鋁材表面油脂多為不可皂化油脂,導(dǎo)致脫脂效率較差[2]。相對于酸洗或堿洗,中性脫脂工藝不僅能減少酸堿廢液的排放,也有利于保護鋁材,缺點是脫脂效果難以符合生產(chǎn)的要求,為了實現(xiàn)中性脫脂需要復(fù)配一種強力的脫脂劑。

        PO封端脂肪酸甲酯乙氧基化物(FMEE)具有泡沫低、低溫條件下剝離油脂效果好的特點[3]。為了進一步提高FMEE的清洗掛灰和鋁粉的能力,通過復(fù)配乳化劑脂肪酸甲酯與馬來酸共聚物(M800)、無磷螯合劑乙二胺二鄰苯基乙酸鈉(EDDHA-Na)、滲透劑伯烷基磺酸鈉(PAS80)制得高效除油劑,該脫脂劑可以實現(xiàn)低溫條件下快速清洗鋁合金表面的油污、黑灰以及附著在軋制油上的鋁粉等雜質(zhì),將該脫脂劑與幾種弱堿性助洗劑同時應(yīng)用于脫脂工藝,采用正交試驗研究了各因素對除油效果的影響。

        1 實 驗

        1.1 主要試劑與儀器

        試劑與材料:無磷乙二胺二鄰苯基乙酸鈉、伯烷基磺酸鈉、PO封端FMEE、乳化劑脂肪酸甲酯與馬來酸共聚物M800,均為工業(yè)級,上海喜赫精細化工有限公司;鋁合金拉伸油KP500、高效全能潤滑油,湖南高輝新材料科技有限公司;片狀氫氧化鈉,工業(yè)級,山東濱化化工有限公司;檸檬酸鈉、硅酸鈉、三聚磷酸鈉、葡萄糖酸鈉、草酸鈉、小蘇打,均為分析純,東莞德高化工貿(mào)易有限公司;4.0 cm×4.0 cm×0.2 cm鋁片,沭陽斯福澤瑞金屬制品有限公司。

        儀器:SITA CleanoSpector表面潔度儀,湖北航勇科技有限公司;SDR-ST型天平,桐鄉(xiāng)司德瑞精密儀器制造有限公司;Colour i5色差儀,杭州喜得寶國際貿(mào)易有限公司。

        1.2 油污鋁片制備與測試方法

        1.2.1 鋁材油污的配制

        將工業(yè)凡士林、礦物油和鋁粉按照質(zhì)量比30∶65∶5加熱并攪拌均勻。鋁片分別用乙二醇丁醚與丙酮擦拭,去離子水漂洗干凈烘干,稱重(m0),將鋁片浸泡油污,紫外線照射烘干并稱重(m1)。

        1.2.2 掛灰油污鋁片制備

        將1.2.1制得油污鋁片,放入馬弗爐高溫條件下燒制,直至鋁片表面的油污炭化呈黑膜狀。

        1.2.3 除油率

        在常溫條件下,將沾滿油污的鋁片在配制好的工作液中往返擺動10次,取出烘干后稱重為m2,計算除油率。除油率=[1-(m2-m0)(/m1-m0)]×100 %

        1.2.4 除灰率

        在常溫條件下,將掛灰鋁片懸掛浸入脫脂工作液中浸泡5 min,在去離子水中擺動10次烘干,色差儀測試除灰前后的鋁片亮度除灰率=

        1.2.5 表面潔度

        SITA表面清潔度儀熒光測試,在不同位置選30個點測量鋁片清潔度,讀數(shù)模式Fluolevel。

        1.2.6 油污反沾試驗

        不同用量FMEE、M800、EDDHA-Na、PAS80與1 g自制油污乳化均勻配制成工作液,將鋁片分別用乙二醇丁醚與丙酮擦拭,去離子水漂洗干凈烘干,稱其重量m3,將稱重后的試片放至油污與脫脂劑混合溶液中浸泡15 min,取出烘干稱其重量m4,油污反沾量=m4-m3,單位為g。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 正交試驗因素水平的確定

        PO封端FMEE可以明顯降低油水界面張力,低溫條件下容易在金屬表面鋪展,減少油污與金屬的接觸面積,使油污易于脫離金屬表面,F(xiàn)MEE分子結(jié)構(gòu)中含有親油的甲基基團,可以錨固在油劑分子表面,將油劑更穩(wěn)定地分散于工作液中,能防止鋁材出槽時被脫落的油污反沾。乳化劑M800是強力乳化劑,對油污乳化需要的剪切力小,具有自乳化的作用,M800可以將鋁材表面脫落的油污乳化成水包油微乳液,并賦予顆粒負電荷,使污垢顆粒相互排斥穩(wěn)定懸浮于脫脂液中。PAS80和非離子FMEE有較好的協(xié)同增效作用,能幫助工作液滲透入鋁材表面和污垢的結(jié)合處[4]。EDDHA-Na對清洗過程中產(chǎn)生的掛灰有明顯的去除率。以FMEE作為脫脂劑的主體成分,M800、PAS-80、EDDHA-Na為輔助成分進行正交試驗,正交試驗因素水平表見表1所示,測試結(jié)果見表2、3所示。

        表1 正交試驗設(shè)計表Tab.1 Design of orthogonal test

        表2 正交試驗結(jié)果Tab.2 Results of orthogonal test

        2.2 各因素對除油率的影響

        由表3可知,影響除油率的因素排序為FMEE>M800>PAS80>EDDHA-Na。鋁材表面油污主要是具有碳烴結(jié)構(gòu)的礦物油,F(xiàn)MEE與礦物油有相似的C—C結(jié)構(gòu),對礦物油增溶效果明顯,這種增溶作用不受溫度的影響,在低溫條件下也有很強的礦物油清洗力,所以FMEE對礦物油的清洗影響最大[5]。M800的乳化力強,能夠?qū)⒌V物油乳化為水包油微乳液,使油污乳化均勻地分散在脫脂液中,與FMEE有協(xié)同增效作用。PAS80滲透力出眾,能協(xié)助工作液沿油脂邊緣滲透入油污與鋁材的接觸面,提高脫脂工作液的脫脂效率。EDDHA-Na是金屬螯合劑,對脫脂沒有直接影響,在工廠脫脂工藝中,工作液中存在鋁離子污染現(xiàn)象,使得工作液脫脂效率大打折扣,EDDHA-Na在中性條件下對Al3+的螯合值為47 mg/g,可以螯合金屬鋁離子,延長脫脂工作液的使用壽命[6]。

        表3 正交試驗極差分析Tab.3 Range analysis of orthogonal test

        2.3 各因素對去除掛灰的影響

        鋁材在脫脂過程中,會生成一層黑灰薄膜吸附在鋁材表面,無論是油性或水性清洗劑都很難徹底清洗干凈[7]。EDDHA-Na含有強非極性苯環(huán)結(jié)構(gòu),容易吸附在黑灰顆粒表面,使黑灰?guī)в胸撾姾?,相互排斥易于剝離。通過表3可知,EDDHA-Na對掛灰的清洗影響程度最大,F(xiàn)MEE、伯烷基磺酸鈉和M800對掛灰的清洗效果不明顯。

        2.4 各因素對去油污反沾的影響

        鋁型材清洗過程中,脫落的油污會黏附在脫脂槽的四周[8],漂浮的油脂也會反沾上掛的鋁材,導(dǎo)致除油率下降。通過表3可知,F(xiàn)MEE和M800對油污反沾影響比較大,F(xiàn)MEE引入PO基團后,增強了其親油性,對油脂的吸附力更強。M800的乳化力出眾,能將油脂包裹為親水膠束,穩(wěn)定地存在于工作液中[9]。陰離子型PAS80和螯合劑EDDHA-Na含有—COO-,可以賦予油污一定的負電勢,與金屬表面產(chǎn)生排斥力,也有助于防止油污的聚集。

        通過正交試驗分析,將PO封端FMEE、M800、PAS80、EDDHA-Na四種原料按照質(zhì)量比3∶2∶1∶1的用量應(yīng)用于鋁材脫脂工藝,并比較了檸檬酸鈉、硅酸鈉等幾種無機鹽助洗劑對脫脂效果的影響,見表4所示。

        表4 脫脂效果比較Tab.4 Comparison of degreasing process

        通過色差儀對處理過的鋁材測量清潔度,助洗效果最好的是草酸鈉,其次是三聚磷酸鈉和硅酸鈉,純堿對油脂的清洗效果不理想,說明礦物油在堿性條件下不會被皂化,礦物油的清洗與堿的用量影響不大。葡萄糖酸鈉和檸檬酸鈉主要起到螯合作用,其助洗效果最差。

        表4表明,自配脫脂劑和草酸鈉組成的脫脂體系脫脂效果明顯,其中草酸鈉是優(yōu)異的無磷環(huán)保型助洗劑,缺陷是容易與工作液中的鈣、鎂、鋁離子生成不溶于水的沉積物,附著在鋁材表面,形成一層灰膜[10]。EDDHA-Na對鎂、鋁離子螯合能力強,生成的螯合鹽溶于水,可以有效地防止金屬與草酸鈉生成草酸鹽沉積,因此在含有EDDHA-Na的脫脂體系中使用草酸鈉作為助洗劑,在獲得優(yōu)異助洗效果的同時也能防止草酸鹽的沉積。

        3 結(jié) 論

        (1)在鋁片脫脂工藝中PO封端FMEE對除油和油污防沾的影響效果最明顯,螯合劑EDDHA-Na對除掛灰的影響效果最明顯,綜合考慮,將PO封端FMEE、乳化劑M800、PAS80、EDDHA-Na四種原料按照3∶2∶1∶1復(fù)配制得鋁材脫脂劑。

        (2)自制脫脂劑與草酸鈉的協(xié)同脫脂效果最為明顯,當(dāng)脫脂劑用量30 g/L,草酸鈉用量10 g/L,可以獲得優(yōu)異的脫脂效果,工作液pH為7.0,對鋁材幾乎沒有腐蝕。

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