低泡除油粉的研究
摘要：本文通過對低泡的表面活性劑進行篩選，選擇合適的表面活性劑配制低泡除油粉，該除油粉的工作液濃度為50g/L，清洗溫度為45-55℃，清洗時間為6-10min，除油率高達99%。
1 前言
在電鍍前處理的除油工藝中，因攪拌或鼓氣產生大量的泡沫會干擾到清洗效果，如過量泡沫升起會導致工作液的溢出，不僅會造成物料浪費，提高了清洗成本，還可能在清洗原料表面上產生污漬，給生產帶來操作不便。過多的泡沫將阻礙油污的沖洗以及減緩污垢的沉淀和分離，排放除油劑時由于泡沫過多也會加重環境污染[1-2] 。此外，在電解除油工藝中，過多的泡沫阻礙了電極兩端氫氣和氧氣的溢出，會導致爆鳴，甚至爆炸，存在安全隱患[3]。因此在保證除油劑的除油效果的前提下，除油劑起泡能力應盡量低些。
目前實現除油劑低泡沫的方法，主要是在清洗劑中添加消泡劑，或者選用低泡的表面活性劑。經研究，外加消泡劑的效果并不能顯著的減少泡沫達到低泡的要求，因此，篩選合適的低泡表面活性劑成為重中之重。
常用的低泡表面活性劑大致分為四類：一是EO/PO嵌段聚醚類，其中，聚氧乙烯基-O(CH2CH2O)nH為親水基團，聚氧丙烯基-O(CHCH3CH2O)nH為親油基，這種親油親水混合結構一方面在水溶液里面更易形成膠束，從而表面張力較大，另外這種親水親油基團交錯混合排列，空間相互阻礙并形成大量液膜之間的空隙，減弱了液膜的強度，最終所形成的泡沫膜壁更容易破裂，從而具有低泡特性[4]。二是異辛醇及其衍生物磷酸酯鹽類，異辛醇衍生的表面活性劑本身具有低泡沫的效果，在異辛醇分子式中引入磷酸酯的結構，會提高產物的表面張力，進一步降低產品的泡沫[5]。三是嵌段聚醚改性有機硅類，單獨的有機硅結構并不具有低泡和消泡的效果，常用的有機硅消泡劑只是利用了有機硅表面活性劑在泡沫表面具有快速鋪展的作用，只有輔以疏水性的白炭黑方可起到破泡和消泡的效果。將有機硅結構中的甲基以聚醚取代，進一步提高表面張力可以有效的減少有機硅表面活性劑的泡沫[6]。四是乙氧基化脂肪酸甲酯及其衍生物類，脂肪酸甲酯乙氧基化物屬于聚醚酯類化合物，它繼承了聚醚酯類表面活性劑易于分散、表面活性高、抑泡消泡能力強等優點，而且乙氧基化后化親水性進一步提高，削弱了原來聚氧乙烯鏈與水分子間的氫鍵，降低了泡沫膜層的強度，使泡沫更容易破裂[7]。
本文通過對各種低泡表面活性劑進行研究，篩選出合適的低泡表面活性劑，配制高效的低泡除油粉，符合實際生產需求。
2 低泡除油粉的配制
2.1 單組分表面活性劑的消泡性
將各種表面活性劑配制成1.0g/L的溶液，分別測試消泡性，消泡性如表1所示。
表1 表面活性劑的消泡性
編號 | 組分 | 泡沫高度（10min） |
1 | EH-9 | 2.3cm |
2 | AEO-9 | 9.4 |
3 | NP-10 | 8.7 |
4 | LAS | 4.5 |
5 | 6501 | 3.3 |
6 | 聚醚2010 | 0 |
7 | 聚醚2020 | 0 |
8 | 三乙皂 | 0 |
9 | JFC-8 | 1.5 |
10 | JFC-15 | 3.0 |
11 | APG0810 | 10.1 |
12 | APG0814 | 11.1 |
13 | AOS | 13.7 |
14 | OEP-70 | 0.9 |
15 | 聚醚L-61 | 0 |
16 | OX-301 | 0 |
17 | 1007 | 0.8 |
18 | AE50 | 0.9 |
由表1可知，泡沫較少的表面活性劑有EH-9、聚醚類、三乙皂、JFC、OEP-70、OX-301、1007 和AE50。而聚醚類幾乎無乳化性能，JFC屬于滲透劑，也無明顯乳化作用，可選擇的低泡表面活性劑主要是EH-9、OEP-70、OX-301、1007和AE50。
2.2 配制低泡除油粉
將上述5種表面活性劑兩兩復配，濃度均為1.0g/L，測表面活性劑的除油率，如表2所示。
表2 表面活性劑的除油率
編號 | 配方 | 50℃下現象 | 60℃除油率 |
1 | EH-9+ OEP-70 | 澄清 | 30.60 |
2 | EH-9+ OX-301 | 澄清 | 42.13 |
3 | EH-9+1007 | 澄清 | 24.41 |
4 | EH-9+ AE50 | 較渾濁 | 78.62 |
5 | OEP-70+ OX-301 | 澄清 | 24.02 |
6 | OEP-70+1007 | 澄清 | 19.59 |
7 | OEP-70+ AE50 | 很渾濁 | 52.88 |
8 | OX-301+1007 | 澄清，有點泛白 | 90.0 |
9 | OX-301+ AE50 | 渾濁 | 47.44 |
10 | 1007+ AE50 | 略渾濁 | 71.82 |
由表2可知，AE50的濁點較低，與AE50復配之后的組分，濁點都低于50℃。且三組分復配之后，濁點下降更明顯。實驗證明，EH-9、OX-301和1007復配后，濁點只有30℃左右；EH-9、1007和AE50復配之后，濁點也只有30℃左右；OEP-70、OX-301和1007復配后，濁點也只有30℃左右；而EH-9、OEP-70和OX-301復配的濁點較高，在58℃左右。說明OX-301和1007不適合一起與其他表面活性劑復配，而AE50的濁點較低。因此較適宜的復配方式為EH-9、OEP-70和OX-301的復配。
按此復配方式，將基礎除油粉配方中的表面活性劑組分替換，測試除油性能如表3所示。
表3 低泡除油粉除油率
編號 | 清洗條件 | 溫度 | 60℃除油率 |
1 | 50g/L，6min | 30℃ | 99.76% |
2 | 40℃ | 99.69% | |
3 | 50℃ | 99.44% | |
4 | 60℃ | 99.34% |
工件除油的除油率如表4所示。
表4 低泡除油粉對工件的除油率
編號 | 清洗條件 | 工件類型 | 除油率 |
1 | 50g/L，6min，50℃ | 齒輪 | 98.45% |
2 | 圓環 | 97.36% | |
3 | 其他 | 95.61% | |
4 | 空心圓柱 | 98.88% |
由表3和表4可知，該低泡除油粉對試片的除油效果較好，但對工件的除油效果明顯降低，因此需要對該除油粉進行改進。通過調整表面活性劑的用量實現，改進的后的低泡除油粉記作MP0。
3. 低泡除油粉MP0的綜合性能測試
低泡除油粉MP0的清洗條件為：工作液濃度50g/L，清洗溫度45-55℃，清洗時間6-10min。該除油粉的除油性能如表5所示。
表5 MP0對工件的除油率
編號 | 清洗條件 | 工件類型 | 除油率 |
1 | 50g/L，8min，50℃ | 齒輪 | 99.05% |
2 | 圓環 | 99.55% | |
3 | 其他 | 99.24% | |
4 | 空心圓柱 | 99.16% |
參照JB/T 4323.2-1999（水基金屬清洗劑 試驗方法）對MP0進行性能測試，測試性能如下表4所示。
表4 MP0的綜合性能
性能 | MP0 |
外觀 | 白色或灰白色粉末 |
pH值 | 13.08（50g/L） |
除油率 | 大于99% |
泡沫高度（10min） | 0.8cm |
自來水中穩定性 | 無沉淀 |
防銹性 | 無銹蝕，合格 |
腐蝕性 | 無腐蝕，合格 |
漂洗性 | 無清洗劑殘留，合格 |
水不溶物 | 常溫下全溶 |
4. 總結
通過以上研究，可以得出結論：低泡除油粉MP0是一款性能優良的低泡除油產品，其最佳使用條件為:濃度50g/L，溫度50℃，清洗時間為8min。在此條件下，除油率高達99%。