脂肪酸甲酯乙氧基化物在鋁材中性脫脂中的應(yīng)用

王 琛

（上海喜赫精細(xì)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(duì)鋁材進(jìn)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(jī)酸也會(huì)產(chǎn)生酸霧危害環(huán)境［1］。堿性清洗對(duì)鋁材腐蝕小，但是容易吸附于鋁材表面，不僅耗費(fèi)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(duì)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(hù)鋁材，缺點(diǎn)是脫脂效果難以符合生產(chǎn)的要求，為了實(shí)現(xiàn)中性脫脂需要復(fù)配一種強(qiáng)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(diǎn)［3］。為了進(jìn)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(shí)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(shí)應(yīng)用于脫脂工藝，采用正交試驗(yàn)研究了各因素對(duì)除油效果的影響。

1 實(shí) 驗(yàn)

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(jí)，上海喜赫精細(xì)化工有限公司；鋁合金拉伸油KP500、高效全能潤(rùn)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(jí)，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(guó)際貿(mào)易有限公司。

1.2 油污鋁片制備與測(cè)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(dòng)10次，取出烘干后稱重為m2，計(jì)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(dòng)10次烘干，色差儀測(cè)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(cè)試，在不同位置選30個(gè)點(diǎn)測(cè)量鋁片清潔度，讀數(shù)模式Fluolevel。

1.2.6 油污反沾試驗(yàn)

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(yàn)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(tuán)，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(shí)被脫落的油污反沾。乳化劑M800是強(qiáng)力乳化劑，對(duì)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(fù)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(duì)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(jìn)行正交試驗(yàn)，正交試驗(yàn)因素水平表見表1所示，測(cè)試結(jié)果見表2、3所示。

表1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表Tab.1 Design of orthogonal test

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

2.2 各因素對(duì)除油率的影響

由表3可知，影響除油率的因素排序?yàn)镕MEE＞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(duì)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(qiáng)的礦物油清洗力，所以FMEE對(duì)礦物油的清洗影響最大［5］。M800的乳化力強(qiáng)，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(duì)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(duì)Al3+的螯合值為47 mg/g，可以螯合金屬鋁離子，延長(zhǎng)脫脂工作液的使用壽命［6］。

表3 正交試驗(yàn)極差分析Tab.3 Range analysis of orthogonal test

2.3 各因素對(duì)去除掛灰的影響

鋁材在脫脂過程中，會(huì)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(qiáng)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?fù)電荷，相互排斥易于剝離。通過表3可知，EDDHA-Na對(duì)掛灰的清洗影響程度最大，F(xiàn)MEE、伯烷基磺酸鈉和M800對(duì)掛灰的清洗效果不明顯。

2.4 各因素對(duì)去油污反沾的影響

鋁型材清洗過程中，脫落的油污會(huì)黏附在脫脂槽的四周［8］，漂浮的油脂也會(huì)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(duì)油污反沾影響比較大，F(xiàn)MEE引入PO基團(tuán)后，增強(qiáng)了其親油性，對(duì)油脂的吸附力更強(qiáng)。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(fù)電勢(shì)，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(yàn)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(jī)鹽助洗劑對(duì)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(duì)處理過的鋁材測(cè)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(duì)油脂的清洗效果不理想，說明礦物油在堿性條件下不會(huì)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(duì)鎂、鋁離子螯合能力強(qiáng)，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(shí)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(duì)除油和油污防沾的影響效果最明顯，螯合劑EDDHA-Na對(duì)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(duì)鋁材幾乎沒有腐蝕。