電鍍除油劑中表面活性劑的配方篩選及優(yōu)化
電鍍用除油添加劑中表面活性劑發(fā)展現(xiàn)狀在除油添加劑中最重要、變化最大、環(huán)保要求越來越高的就是表面活性劑。世界各國有關(guān)表面活性劑的生物降解性、泡沫、COD(化學(xué)需氧量)、廢水處理等問題出臺(tái)了不少法規(guī)，值得深入研究。
1961 年，關(guān)于洗滌劑的第一個(gè)法規(guī)在德國出臺(tái)，規(guī)定表面活性劑的生物降解性必須大于80%。1965 年，歐洲地區(qū)地表水和廢水中的泡沫問題解決了。1966 年，LAS(直鏈烷基苯磺酸鈉)投入商業(yè)生產(chǎn)，DDBS(支鏈烷基苯磺酸鈉)開始退出歷史舞臺(tái)。1990 年 10 月，德國和荷蘭已要求表面活性劑工業(yè)對 D1821(雙十八烷基二甲基氯化銨)進(jìn)行替代，它的消耗量在之后一年里降低了 70%，3 年之后完全被酯基季銨鹽所取代。2011 年初，原中國環(huán)保部和海關(guān)總署發(fā)布的《中國嚴(yán)格限制進(jìn)出口的有毒化學(xué)品目錄》中首次將壬基酚(NP)和壬基酚聚氧乙烯醚(NPE)列入其中。烷基酚聚氧乙烯醚類化合物(APEO)，包括 NP、OP(辛基酚)、DP(十二烷基酚)、DNP(二壬基酚)等，毒性大，具有類似雌性激素的作用，不易降解，會(huì)帶來嚴(yán)重的環(huán)境問題，正逐漸遭到各國的限制或禁用。
目前環(huán)保形勢嚴(yán)峻，節(jié)能減排、綠色環(huán)保、資源回收和循環(huán)利用已經(jīng)成為各生產(chǎn)企業(yè)的指導(dǎo)精神和發(fā)展的風(fēng)向標(biāo)。
除油劑除油機(jī)理及現(xiàn)存問題
除油的機(jī)理是除油劑通過表面活性劑的皂化、乳化、潤濕、增溶、分散、溶解、滲透等作用將工件表面的礦物油、拋光膏、潤滑油、粉垢、金屬粉屑、指紋等除去，以保證后面流程順利進(jìn)行。
除油劑的功能成分主要有：
(1) 乳化劑：主要是各類能起乳化、潤濕、增溶、分散、溶解作用的表面活性劑，如辛基酚聚氧乙烯醚、平平加(高級醇聚氧乙烯醚)、月桂醇−環(huán)氧乙烷縮合物、6501(十二烷基二乙醇酰胺)等。
(2) 濕潤劑：主要是能降低除油液的表面張力，提高工件潤濕性的表面活性劑，如伯烷基硫酸酯鹽(AS)、季銨鹽等。
(3) 分散劑：主要是能將附著于工件表面的固體微粒分散到溶液中去的配位劑或無機(jī)鹽，如葡萄糖酸鹽、檸檬酸鹽、焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉、磷酸鈉等。
(4) 緩蝕劑：主要是能降低除油液對金屬腐蝕的藥劑，如硫脲、苯胺、硅酸鈉等。乳化作用主要是表面活性劑利用其自身形成的膠束將油污包裹在膠束內(nèi)并分散到溶液中去。表面活性劑的臨界膠束濃度(CMC)是衡量其增溶效果的重要指標(biāo)。表面活性劑的濃度高于 CMC 時(shí)，增溶效果才明顯；因此，表面活性劑的 CMC 越低，其除油效果越好，加藥量也越少，成本越低。另一方面，表面活性劑的親水基和疏水基之比(即親疏平衡值 HLB)越高，親油基團(tuán)對油脂顆粒的持有力就越弱。因此可以通過表面活性劑的 CMC 和 HLB 來優(yōu)選合適的表面活性劑。
目前市售大多數(shù)的除油粉的主要缺點(diǎn)是：
(1) 除油效率低，處理時(shí)間長；
(2) 處理溫度高，不夠節(jié)能；
(3) 產(chǎn)生的泡沫多，對生產(chǎn)過程和廢水處理造成困難；
(4) 表面活性劑難以生化降解，對環(huán)境污染嚴(yán)重；
(5) 含磷和含氮的化合物易造成富營養(yǎng)化，對生態(tài)影響大。因此，尋找高效、低溫、低泡、易生化降解和無磷無氮的除油劑就成了 21 世紀(jì)電鍍行業(yè)改革的主要方向。
低泡除油劑用表面活性劑的篩選及配方優(yōu)化
金屬表面進(jìn)行電鍍之前必須進(jìn)行除油。在除油工藝中，若攪拌或鼓氣產(chǎn)生大量泡沫就會(huì)干擾清洗，導(dǎo)致工作液溢出。這不僅造成物料浪費(fèi)，提高了清洗成本，而且可能在工件表面產(chǎn)生污漬，給生產(chǎn)帶來操作不便。另外，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(shí)若泡沫過多，也會(huì)加重環(huán)境污染。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(yīng)盡量低些。目前實(shí)現(xiàn)除油劑低泡沫的方法主要是在除油劑中添加消泡劑，但這往往又存在消泡能力隨除油工序的進(jìn)行而降低的問題，甚至有些含硅類消泡劑在除油過程中會(huì)產(chǎn)生硅膠或引起硅斑等問題。另一種獲得低泡效果的方法是通過對表面活性劑篩選與復(fù)配，提高表面活性劑的除油效率，減少表面活性劑的使用量。因此，了解更多表面活性劑的結(jié)構(gòu)、理化性能與除油效果之間的關(guān)聯(lián)，篩選適用于金屬表面除油的幾種低泡沫表面活性劑，利用表面活性劑之間的相互協(xié)同與增效作用，將幾種低泡表面活性劑進(jìn)行復(fù)配，并獲得最佳的低泡除油效果，是目前金屬除油劑研發(fā)的方向。
常用的低泡表面活性劑
含 EO/PO(環(huán)氧乙烷/環(huán)氧丙烷)嵌段醇醚的非離子表面活性劑在水溶液里易形成膠束，由于親水基和親油基交錯(cuò)混合排列，空間相互阻礙而形成大量液膜空隙，減弱了液膜強(qiáng)度，形成的泡沫膜強(qiáng)度弱，易破裂，因此具有低泡性。
單一表面活性劑的除油性能比較與篩選
為了分析表面活性劑的滲透、乳化、分散、泡沫等性能對除油效果的影響，文獻(xiàn)[1]篩選了適合電鍍前處理除油的表面活性劑的結(jié)構(gòu)與種類。首先以單一表面活性劑作為除油劑，在相同的用量和實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行除油測試，比較除油率、泡沫、廢水COD等指標(biāo)。結(jié)果表明，在非離子表面活性劑中，6501和吐溫(Tween)系列表面活性劑不僅泡沫高，而且乳化、分散等除油性能都很差；嵌段醇醚、異辛醇滲透劑JFC和司盤(Span)系列雖然泡沫低，但乳化、分散、除油等性能非常差；在其他除油率較高的幾種表面活性劑中，除油率排序?yàn)椋?nbsp;
OP-10＞TX-10＞E1310＞OP-7＞E1307＞MOA-5＞MOA-9＞MOA-7＞MOA-3
其低泡沫性能排序?yàn)椋?nbsp;
MOA-3,MOA-5,E1310,E1307,OP-10,OP-7,MOA-7,MOA-9,TX-10
陰離子表面活性劑的除油性能比非離子型表面活性劑差，如除油性能最好的FMES的除油率僅為26%，明顯低于OP-10。陰離子表面活性劑的除油率排序?yàn)椋?nbsp;
FMES,AOS,LAB,RP-98,AES,SAS-60
其低泡沫性能：
RP-98,FMES,AES,AOS/SAS-60/LAB
6501和吐溫系列非離子表面活性劑無論是泡沫還是除油性能均較差，不適合作為除油劑的主體成分；嵌段醇醚類L-61與L-64、異辛醇JFC和司盤系列的除油性能一般，雖然單獨(dú)使用具有泡沫低的優(yōu)點(diǎn)，但是與其他非低泡類表面活性劑復(fù)配后，泡沫并沒有明顯減少，因此這類產(chǎn)品也不適用于除油劑生產(chǎn)。綜合考慮泡沫性能、滲透性能和分散性能，確定適合用于除油工藝的表面活性劑為OP-10、TX-10、E-1310與MOA-5，其中OP-10與TX-10成本適中，除油效果好，但是存在COD較高，不易生化降解，對環(huán)境危害較大的問題。E-1310 綜合性能優(yōu)異，但在非離子表面活性劑中是成本最高的。
陰離子表面活性劑雖然除油性能差，但沒有濁點(diǎn)限制，耐堿性能好，而且價(jià)格低廉，因此在不減弱除油劑其他應(yīng)用性能的前提下，使用適當(dāng)?shù)年庪x子類型產(chǎn)品可以降低除油成本。綜合評價(jià)后認(rèn)為 FMES和 LAB 較適用于金屬除油。
根據(jù)各種性能篩選出適用于金屬除油的表面活性劑為TX-10、MOA-5、LAB與 FMES。通過正交試驗(yàn)得到的金屬除油劑的最佳配方為TX-10 2.0g/L，MOA-5 0.5 g/L，F(xiàn)MES 1.5g/L，LAB 0.5g/L。以該配比得到的除油劑只要 4.50g/L的用量就能獲得其他表面活性劑單獨(dú)使用5g/L時(shí)更高的除油率。
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