高效金属脱脂剂的研制
高效金属脱脂剂的研制
叶进春
（重庆一坪高级润滑油公司，重庆400039 )
摘要：研制了一种高效金属脱脂别。对表面活性剂、碱类助洗剂、溶剂、缓蚀剂等原材料进行选择，采用正文试验法得到了优化配比。研制的复合脱脂剂可用于钢、铜合金及铝合金的脱脂除油。
关键词：脱脂剂 金属 机理
金属工件在进行电镀和涂装（涂漆、喷塑）前，一些金属部件在加工过程中常需进行脱脂除油处理。传统的脱脂方式是采用碱性除油或用有机溶剂除油。碱性除油对皂化性油脂具有较好的作用，除油过程需在较高的温度下进行；对驱除非皂性油脂效果差，因而其应用受到一定的局限。溶剂除油是利用有机溶剂对油脂的溶解分散性能，使它从金属表面脱除。溶剂除油具有除油效果好的特点，但大多数脱脂溶剂均有不同程度的毒性，其大量使用会给环境带来严重的不良影响。因此，近年来对金属脱脂剂的研究己有较大进展，其中开发复合脱脂剂便是主要方向。本研究是以表面活性剂、碱类助洗剂和溶剂等为原料研制复合金属脱脂剂，使它具有去污力强、防锈性好、使用安全、工艺简单、成本低的特点，可广泛用于机械加工行业进行脱脂清洗。
除油机理
复合脱脂剂的除油过程主要包括乳化作用和置换“卷离”两种机理。
( 1 ）乳化作用
利用脱脂剂中表面活性剂的长链非极性基团与金属表面的油相结合，使油进人脱脂溶液中形成乳化液，从而达到除油的目的。除油效率的高低取决于脱脂溶液与油之间形成表面张力的大小。表面张力越小，越容易除油。矿物油的除去主要是乳化作用的结果。
( 2 ）置换“卷离”作用
在金属、油和脱脂液的交界处存在着油与脱脂液、油与金属以及脱脂液与金属三种表面张力，如下图所示。
δ金属-脱脂液=δ金属-油+δ油-脱脂液COSθ
COSθ=(δ金属-脱脂液-δ金属-油)/ δ油-脱脂液
当δ金属-脱脂液小于δ金属-油即θ>90°时，脱脂液具有除油效果。θ为180°时，除油效果最好。根据以上关系，脱脂液中加人的表面活性剂使表面张力降低，必须满足接触角θ大于90°时才能达到除油目的。当δ金属-脱脂液远小于δ金属-油时，脱脂液对基体金属有较好的浸润作用，容易沿着油一金属界面进行渗透，取代金属表面的油污，使油污被“卷离”。若此时δ油-脱脂液较小，金属表面的油污在“卷离”过程中还存在着乳化作用；若δ油-脱脂液较大，金属表面的油污“卷离”实际上是“置换作用”，被“置换”的油污立即浮到液面，与溶液不相容。
此外对皂化性油污（动、植物油、酯类油）而言，在复合脱脂剂中碱类助洗剂的作用下，还将有皂化过程发生，生成具有一定去污能力的皂以达到除油的目的。
2 实验方法
2.1 脱脂剂的制备
将表面活性剂、碱类助洗剂、溶剂、缓蚀剂、抗沉淀剂和自来水按一定顺序加人调合釜中，加热、搅拌溶解为均匀的膏状体，制得脱脂剂。
2.2 脱脂剂的性能评定
将脱脂剂按5％的比例以蒸馏水稀释，得到脱脂溶液。参照金属材料和零件用水基清洗剂试验方法（HB 5227一82）对脱脂液进行相关性能测试。
3 结果与讨论
3.1 原材料的选择
3.1.1 表面活性剂
实验中对十二烷基苯磺酸钠，S-noe,S-ml三种表面活性剂进行考察。在其他条件不变时，其配合使用情况和相应的铝腐蚀与除油率测试结果见表1。
表1 表面活性剂对脱脂剂性能的影响
组成．% 测试结果
序号 十二烷基苯磺酸钠 S-noe S-ml LY12腐蚀/级 除油率%
1 10.0 5.0 2.5 0 99.83
2 5.0 2.5 3 93.19
3 10.0 2.5 0 88.54
4 10.0 5.0 3 93.34
温度为90±2℃，时间2h，下同；
温度为70±2℃，浸泡6min，下同。
由表1的测试结果可看出，三种表面活性剂配合使用时，其腐蚀性能和除油率均较优。
3.1.2 碱类助洗剂
对多聚磷酸钠、磷酸钠、A-ns、碳酸氢钠四种碱类助洗剂进行考察，相应的使用情况及性能测试结果见表2。
表2 碱类助洗剂对脱脂剂性能的影响
组成，% 测试结果
序号 多聚磷酸钠 磷酸钠 A-ns 碳酸氢钠 LY12腐蚀/级 除油率，%
1 5.0 14.0 7.5 3.0 1 98.26
2 5.0 14.0 7.5 0 98.21
3 14.0 7.5 2 96.69
4 5.0 7.5 0 88.36
5 5.0 14.0 3 97.83
从表2 可以看出，选择碱类助洗剂以多聚磷酸钠、磷酸钠、A-ns配合使用为好。
3.1.3 溶剂
选择了乙二醇丁醚和E-gb两种溶剂，其实验结果见表3。
表3 溶剂对脱脂剂性能的影响
组成，％ 测试结果
序号 乙二醇丁醚 E-gb LY12腐蚀/级 除油率，%
1 3.0 3 92.89
2 3.0 0 90.50
3 1.5 1.5 1 91.93
由表3可看出，采用乙二醇丁醚可提高除油率,但由它配制的脱脂剂的铝腐蚀却很严重。综合两项性能考虑，溶剂选择以E-gb较优。
3.1.4缓蚀剂
缓蚀剂的研究主要考察了苯甲酸钠的性能，相应的试验结果见表4。
表4 缓蚀剂对脱脂剂性能的影响
组成，% 测试结果
LY12腐蚀
序号 苯甲酸钠 外观/级 失重/mg 除油率%
1 0.0 0 1.85 99.21
2 0.5 0 0.38 99.39
3 1.0 0 0.37 99.32
从表4可看出，加入苯甲酸钠在一定程度上可减缓铝腐蚀，对除油率无显著影响。苯甲酸钠的加人量宜为0.5％。
3.2优化实验
采用多因素正交试验方法对选择的表面活性剂、碱类助洗剂及溶剂进行优化研究。忽略因素间的交互作用，每一因素选两水平，其因素水平见表5。Lg（27）正交试验方案及性能测试结果见表6。
对表6 的性能结果作极差分析，结果见表7。
表5 因素水平表 ％
水平 A B C D E F G
多聚磷酸钠 磷酸钠 A－ns E-gb 十二烷基苯磺酸钠 s-noe S-ml
1 4.0 12.0 5.0 2. 7.0 4.0 2.0
2 5.0 16.0 7.0 4.0 11.0 6.0 3.0
表6 Lg（27）正交试验及测试结果
因素 性能测试
LY12腐蚀
序号 A% B% C% D% E% F% G% 外观/级 失重/mg 除油率%
1 4.0 12.0 5.0 2.0 7.0 4.0 2.0 3 181.3 95.13
2 4.0 12.0 5.0 4.0 11.0 6.0 3.0 0 0.7 98.64
3 4.0 16.0 7.0 2.0 7.0 6.0 3.0 3 90.0 98.24
4 4.0 16.0 7.0 4.0 11.0 4.0 2.0 2 1.4 99.02
5 5.0 12.0 7.0 2.0 11.0 4.0 3.0 0 0.6 98.18
6 5.0 12.0 7.0 4.0 7.0 6.0 2.0 3 14.0 98.82
7 5.0 16.0 5.0 2.0 11.0 6.0 2.0 3 192.2 97.57
8 5.0 16.0 5.0 4.0 7.0 4.0 3.0 3 201.6 98.90
表中A—G含义同表5。
表7极差分析处理结果
因 素
性能 k,R A多聚磷酸钠 B磷酸钠 C A-ns D E-gb E 十二烷基苯磺酸钠 F S-noe G S-ml
腐蚀失重 kl 68.35 49.15 143.95 116.03 121.73 96.23 97.23
mg k2 102.10 121.30 26.50 54.42 48.72 74.22 73.22
R 33.75 72.15 117.45 61.61 73.01 22.01 24.01
除油率 K1 97.76 97.69 97.56 97.28
97.77 97.81 97.64
% k2 98.37 98.43 98.57 98.85 98.35
98.32 98.49
R 0.61 0.74 1.01
1.57 0．58 0.51 0.85
分析表7的处理结果，可得出各因素对脱脂剂性能影响。
(l）腐蚀
各因素对铝腐蚀失重影响大小顺序依次为A-ns、十二烷基苯磺酸钠、磷酸钠、E-gb、多聚磷酸钠、S-ml、 S－noe。其较优配比组成为：A1
B1C2D2E2F2G2。
(2）除油率
对除油率影响大小顺序依次为E-gb、A-ns、S-ml、磷酸钠、多聚磷酸钠、十二烷基苯磺酸钠、S-noe。其较优配比组成为：A2B2C2D2E2F2G2
综合平衡各因素对腐蚀和除油率的影响强弱，确定优化配比组成为A2B1C2D2E2F2G2。
3.3优化性能评定
按优化配比制备了脱脂剂，并对它进行较全面的性能评定，结果见表8。
表8优化性能评定结果
项 目
评
定 结 果
外观 白色膏状体；配成溶液后均匀，无分层、沉淀和异物
HP值 10.8
腐蚀试验（90±2℃，2h）
45号St 外观/级 0
失重/mg 0.3
H62 外观/级 0
失重/mg 0.4
LY12 外观/级 0
失重/mg 0.5
湿热试验（40±2℃）
（相对湿度90±2%，3h）
45号St 0
H62 1
LY12 0
除油率（45号St）%
99.08
（70±2℃，浸泡6min）
漂洗性能试验 无可见清洗剂残留物
在硬水中的稳定性试验 不混浊、无分层、无沉淀
4 结论
a．根据除油机理选择出合适的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、s-noe, S-ml；碱类助洗剂为多聚磷酸钠、磷酸钠、A-ns; 溶剂为E-gb。
b．优化配比的组成在70±2℃、浸泡6min的条件下可使除油率达99％以上。
c．研制的复合脱脂剂可用于钢、铜合金、铝合金等金属制件的除油清洗，具有良好的脱脂效果。
