金属材料除油防锈化学清洗剂的研制

Posted 2023-01-13 钢板

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前言除油防锈处理是金属材料涂饰前的一项重要的工序，它直接影响着金属表面处理的质量，目前，常见的除油方法有热碱高温除油、有机溶剂除油、电化学除油、超声波清洗除油等〔1〕。高温碱法能耗大、污染严重已遭淘汰，电化学和超声波除油因设备投资大而在实际应用中受到限制，有机溶剂除油因其易燃和易挥发性不适于工业生产采用，以各种表面活性剂为主要成分的水基金属清洗剂因其较低的使用成本和良好的洗涤效果而越来越得到广泛的应用，本文通过对各种表面活性剂除油去污性能的研究和比较，研制出了一种新型复配金属表面处理清洗剂，实践证明，该配方具有除油、防锈等功能，和一般的清洗剂相比，本配方除油率提高到99.6%以上(传统配方常温下仅为90%左右)，而且具有成本低廉，原料易购易得，使用方便，清洗快捷等特点，很有实用和推广价值。
1 除油清洗用表面活性剂的性能及其作用在除油清洗剂中，由于表面活性剂具有很强的润湿、渗透、乳化和增溶能力，在低温下即具有较强的清洗力，其除油能力随着温度的升高显著增加。表面活性剂的除油机理为〔2〕
(1)降低油水界面的表面张力，使油污在金属表面的附着力减弱；
(2)油脂在表面活性剂的作用下脱离金属表面；
(3)油污进入清洗液中被乳化、分散、悬浮于其中或增溶到胶束中。除油清洗剂主要采用阴离子和非离子型表面活性剂，如：6501，平平加，OP-10，聚醚类以及十二烷基硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠等等；非离子型表面活性剂稳定，相溶性好，在金属表面不发生吸附现象，清洗性好，阴离子表面活性剂的带电基团易在金属表面吸附，洗涤后略有残余，洗净率较低，由此，我们在本实验中采用非离子和阴离子表面活性剂复配的方式来增强清洗剂的除油去污力，提高清洗质量。依据对清洗工艺的要求，清洗剂应具有下列性能：
(1)去油力强，同时具备防锈性能；
(2)使用温度低；
(3)低泡或无泡(适合高压喷洗)；
(4)对金属不发生腐蚀。
2 实验部分
2.1 实验仪器及原材料分析天平，酸度计，恒温干燥箱，搅拌器(带有加热和控温装置)，阴离子表面活性剂，非离子表面活性剂，助洗剂，无水乙醇、去离子水，机油(30#)、黄油、钢板(50mm×50mm×20mm)。
2.2 实验方法选定清洗剂的基本组成后，采用正交法进行条件实验，对去油率、除锈及防锈性能、防腐性能等进行研究测试，确定最佳的配方。复配清洗剂原料：乙二醇单丁醚，C8-12脂肪醇烷基磷酸酯三乙醇胺盐，AC1815，仲烷基硫酸钠，三乙醇酰胺盐，脂肪胺二乙醇胺，脂肪醇聚氧乙烯
(9)醚6501(1∶2)，硅酮消泡剂，油酸，壬基酚聚氧乙烯(15)醚，LAE-9，平平加O-15，OP-10，FES，AES等，助洗剂和缓蚀剂：碳酸钠、三聚磷酸钠、苯甲酸钠、硼砂，酒石酸钾钠等。将实验钢片以及经过油污浸泡处理后的钢板样品用配制好的清洗剂清洗完毕后，检测其油污去除率，以及除锈和防腐性能，并对处理后的钢板进行油漆附着力实验，确定清洗剂对金属表面处理的影响。
2.3 结果与讨论以油污去除率作为主要指标，兼顾除锈、防锈及防腐性能，经正交实验对比后确定清洗剂的基本配方如下表：

2.3.1 主清洗剂质量分数大于等于11%，对于钢板原样及自制样进行清洗实验后，油污的去除率可达99.5%以上，处理后的钢板的表面光洁，油漆附着力强，清洗剂对钢板表面理化性质及其表面处理性能没有任何影响。
2.3.2 溶剂乙二醇单丁醚含量大于1%时，可以增强表面活性剂在水中的分散程度，降低其粘度，使之成为一种均匀透明的液体。
2.3.3 助洗剂可以改善清洗剂的洗涤性能，提高清洗的效果，实验证明，助洗剂含量在4%时既可以提高洗净率，又可以去除钢板上的锈斑，并具有较强的防腐能力，放置一个月以上的时间没有腐蚀发生。
2.3.4 最大稀释比：以洗净率99%以上作为尺度，实验了本清洗剂的最大稀释比例，结果发现，当稀释比为8∶1时，仍能达到99.6%的去油率。
2.3.5 成本核算：以当前市场化学纯级试剂售价为依据，核算出本清洗剂的使用成本为0.27元/kg。
2.3.6 洗涤温度的影响表面活性剂的分散和增溶作用随着温度的升高而逐渐增高和提高，本清洗剂在常温下即可达到较高的去污率，40℃以上去污率在几分钟内即可达到99.7%，常温使用适当延长洗涤时间同样能达到高的洗净率。
3 结论1.本清洗剂配方配比科学合理，原料简单易购，可用于金属材料表面处理(除油和防锈)。2.本配方除油率高，常温下可达到99.6%以上的洗净率，40℃左右使用效果更佳。3.本清洗剂用于汽车钢板喷漆前的表面处理，使用条件温和，去油力强，缓蚀性好，对后期的金属喷涂工艺无任何影响，用于钢板喷涂前的表面处理取得了很好的效果。