常温除油清洗剂的制备与应用

金属表面在进行磷化处理前，首先要将表面的油污去除干净，这对金属表面磷化处理的质量是至关重要的，许多表面处理的质量问题都是由于除油不净而引起的。常用的除油方法有高温碱法化学除油、有机溶剂除油、电化学除油和超声波清洗除油等[1～2]。目前国内外都在开发低温或常温磷化技术，但磷化前处理常温除油技术方面的报道却不多。本文根据各种除油技术的原理[3～4]，开发了一种以表面活性剂为主的常温除油清洗剂，经新乡市华晟档案柜厂实际使用，能有效地清除冷轧钢板上的油污，具有操作安全、成本低、可常温使用等特点。为了有效地去除金属表面的油污，在研制清洗剂之前，必须对金属表面的油污种类、油污的粘附形态和去污机理有所了解。1 油污种类、粘附形态和去污机理1.1 油污的种类金属表面油污主要有矿物油、动植物油、脂肪酸、合成的极性化合物、石蜡、天然蜡或树脂、石墨、氧化铝、二氧化钼等固体润滑剂和防锈添加剂以及固体灰尘等。1.2 油污的粘附形态油污在金属表面上粘附主要依赖于机械粘附力、范德华力、静电力和化学结合力等。1.3 去污机理去污机理是一个复杂的物化过程。金属表面油污含有液体油污和固体油污，去除机理是不一样的。液体油污是以油膜的形式展铺在金属表面上，当金属表面浸入清洗剂时，清洗剂对金属表面进行润湿，油膜由于自身的表面张力，缩成油滴而被去除。固体油污的主要粘附力来自范德华力，同时固体油污与金属表面主要是点接触，很少象液体油污那样展铺成一片，固体油污的固体表面粘附强度大于干燥空气中的粘附强度，在水中的粘附强度大为降低，固体油污的去除是由于润湿，表面活性剂在界面上的吸附增加了固体油污与金属表面的电斥力，降低了固体油污的粘附强度，使之易于去除。
2 清洗剂成分的确定
2.1 表面活性剂表面活性剂在清洗过程中起着简单胶体作用，简单胶体作用包括卷离作用、疏液作用和胶溶作用。卷离作用选取与金属相及油污相有强烈吸引力的表面活性剂，能削弱油污 基质界面的粘附键，当液 液 固三相界面形成的接触角在平衡状态下达到180°时，在热流或布朗运动影响下发生分离，由洗液 基质界面和洗液 油污界面代替油污 基质界面，达到清洗的目的，但这种作用并不能彻底清除油污。胶溶作用是去除液体油污的重要作用，它要求表面活性剂分子结构的碳链要长，亲油性好，当浓度升至一定值后才发生作用。疏液作用是分散固体油污的重要作用，当表面活性剂的表面活度大，浓度降至一定值后，表面活度小，不易形成胶粒，则表面活性剂的极性基团吸附于固体油污表面生成憎水性，在外力作用下形成悬浮液或附于气泡上。当表面活性剂为两性时，在固体油污粒子上形成定性的定向吸附排列，其亲水基团朝向水中，产生强烈水合。若油污粒子上定性的定向吸附分子密度足够高且粒子足够小，即具有较高的表面与质量比值，则该粒子是亲液性的，原来疏液的悬浮液即产生和亲液胶体一样的作用，它们在含水介质中彼此排斥，以逗留在液态中。因此胶体作用需要表面活度大，浓度高的表面活性剂，疏液作用则要求表面活度大浓度低的或表面活度小两溶性的表面活性剂。要达到固体油污、液体油污都能同时去除，则要选择表面活度适当和浓度适中的表面活性剂，选取除液体油污较好的表面活度大浓度适当的表面活性剂与两溶性表面剂组合，选取除固体油污较好的表面活度小浓度高的表面活性剂与表面活度适当浓度适中的能去除液体油污的表面活性剂组合。因为表面活性剂在不同的条件下倾向于某种作用的程度不同，多种表面活性剂在进行组合使用时，彼此之间相互协调，这才是除油剂实现常温化的关键。经过对一些常用表面活性剂表面张力、乳化性、分散性、增溶性、泡沫性和去污力的测定，选用JFC、AES、聚醚、OP 10和AEOn(n=8～12)等表面活性剂，通过复配作为本文讨论的常温除油清洗剂所用的表面活性剂。
2.2 碱 液碱液除油主要在于皂化、乳化、分散和溶解作用，碱和可皂化性油脂发生皂化反应形成可溶于水的脂肪酸盐，对于不可皂化性油脂，碱液依靠油污从金属表面上的解离而分散油污，达到清洗的目的，本文采用NaOH、Na2CO3作为主要的碱液。
2.3 助溶剂金属表面的油脂受光照等因素的影响，会发生一些变化，有时会生成一些类似于树脂的物质，对这类物质一般的水基清洗剂是很难清洗的。依据相似相溶的原理，助溶剂对油污有溶解和分散作用，可增加清洗剂的清洗能力，如醇、醚、酮等既能溶于水又能溶于有机溶剂，是很好的助溶剂，经过筛选，选择RQJ作为助溶剂，经试验确定其在清洗剂中的含量。结果表明，助溶剂的加入对常温除油清洗剂的除油能力的提高有明显的作用。
2.4 助洗剂助洗剂本身无明显的清洗作用，但对金属离子有螯合作用，使硬水软化，有缓冲作用，可以维持清洗剂中pH值的稳定，对固体污物有分散作用，能防止污物在工件上的再附着，与表面活性剂混用时，可以提高清洗剂的清洗能力。本研究中常温除油清洗剂主要采用Na5P3O10和Na2SiO3.5H2O作为助洗剂。常温除油清洗剂的配方如下：复合表面活性剂40～50g/L，NaOH20～25g/L，Na2CO315～20g/L，RQJ25～30g/L，Na5P3O1010～15g/L，Na2SiO3.5H2O8～12g/L，余量水。
3 常温除油清洗剂的性能
3.1 表面张力表面张力是衡量清洗剂除油能力的基本性能之一，一般来说表面活性剂的表面张力越低，清洗剂的渗透、润湿和乳化性就越好，经测定，常温除油清洗剂表面张力为23.6×0.001N/m2，水的表面张力为71.8×0.001N/m2。
3.2 接触角接触角表示液体对固体表面粘附、润湿程度，接触角越小，润湿性能越好，经测定，常温除油清洗剂的接触角为21.5°，水的接触角为71.5°。
3.3 浊点非离子表面活性剂在一定温度下可以从水中析出而失去作用，浊点为析出时的温度，常温除油清洗剂采用阴离子和非离子表面活性剂复合配方，其浊点大于55℃。
3.4 除油效果试验将人造油污、机油和植物油作为油污，试片尺寸为：25mm×50mm×2mm，在25℃下浸入清洗剂中，记录摆动次数和除油时间，评定方法为水膜破裂法和擦试法，试验结果见表1。浸渍温度与除油时间的关系见表2。常温除油清洗剂与其他除油清洗剂除油效果的对比见表3。

4 结 论几种表面活性剂混用时，它们之间相互协调，使得复配的复合表面活性剂的表面张力和接触角小，能够尽可能地润湿、溶解和乳化油污。研制的清洗剂采用浸渍方式除油效果最好，根据油污的轻重，可适当加水稀释使用。在常温下使用，一般不须加热，其除油效果与处理温度成正比，在试验温度范围内，温度越高除油效果越好。在实际应用中，常温除油清洗剂可替代高温碱法化学除油工艺，操作简便，成本低，适用于冷轧钢板磷化前的除油。