喜赫石油低泡电镀除油剂的表面活性剂筛选与配方优化

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喜赫石油低泡电镀除油剂的表面活性剂筛选与配方优化喜赫石油-FMEE，FMES，EDDHA-Na唯一供应商www.china-pemex.com(上海喜赫石油化工有限公司上海金山化学工业区)摘要:电镀工业对金属表面进行电镀之前必须对金属表面进行除油工序，除油工序中使用的除油剂若泡沫过多则会影响生产过程的进行。本文所研究的除油剂是一种低泡沫的水基金属除油剂，通过提高各种表面活性剂相互之间的协同增效作用，减少表面活性剂的用量来降低除油过程的泡沫，最终筛选出的适用于金属除油的表面活性剂最佳配比为TX-10：MOA-5：FMES：LAB=4:1:3:1。关健词:电镀；除油；低泡沫；协同增效SelectionofSurfactantandFormulationOptimizationforLow-foamingDegreaserinPlatingProcessAbstract：Themetalsurfacemustberemovedoilcompletelybeforeelectro-plating,inthedegreasingprocess,toomuchfoamofdegreasingagentwillaffecttheplatingprocess.Akindoflowfoamingofwater-basedmetaldegreasingagentwasstudiedinthispaper,Thedosageofsurfactantwasreducedaswellasthefoambyincreasingthesynergisticeffectofsurfactants.TheoptimumratioofdegreasingagentisTX-10:MOA-5:FMES:LAB=4:1:3:1.Keywords:electroplating；oil-removal；low-foaming；synergisticeffect 在电镀前处理的除油工艺中，因搅拌或鼓气产生大量的泡沫会干扰到清洗效果，如过量泡沫升起会导致工作液的溢出，不仅会造成物料浪费，提高了清洗成本，还可能在清洗原料表面上产生污渍，给生产带来操作不便。另外，过多的泡沫将阻碍油污的冲洗以及减缓污垢的沉淀和分离，排放除油剂时由于泡沫过多也会加重环境污染[1]。因此在保证除油剂的除油效果的前提下，除油剂起泡能力应尽量差些。目前实现除油剂低泡沫的方法，主要是在清洗剂中添加消泡剂，往往又存在其消泡能力随除油工序的进行而降低的问题，甚至有些含硅类消泡剂在除油过程中会出现硅胶、硅斑喜赫石油-FMEE，FMES，EDDHA-Na唯一供应商www.china-pemex.com等[2]；另一种获得低泡效果的方法是通过对表面活性剂筛选与复配技术，提高表面活性剂的除油效率，减少了表面活性剂的使用量来达到了低泡要求[3]。因此，了解更多的表面活性剂本身结构、理化性能与除油效果之间的关联，筛选适用于金属表面除油的几种低泡沫表面活性剂，利用表面活性剂之间的相互协同与增效作用，将几种表面活性剂的复配，并获得最佳的低泡除油效果，是目前金属除油研发的方向和途径[4]。1实验与测试1.1实验原料与药品钢片(304#不锈钢片无锡市耀佳特钢有限公司)；标准圆帆布片(HG/T2575-94上海纺织工业技术监督所)；齿轮润滑油（220#中国石化集团）；抛光膏（重庆渝兰抛光膏有限公司）；EO/PO嵌段醇醚L-61、L-64（工业级99% 江苏四新表面活性剂科技公司）；异构醇醚E-1307、E-1310（工业级99%浙江皇马化工有限公司）；C12-14脂肪醇醚MOA-3、MOA-5、MOA-7、MOA-9（工业级99%安徽中粮生化集团）；辛基酚聚氧乙烯醚OP-7、OP-10（工业级99%吉林化学总公司）；壬基酚聚氧乙烯醚TX-10（工业级99%吉林化学总公司）；失水山梨醇脂肪酸酯S-60、S-80（工业级99%河北邢台蓝天助剂厂）；失水山梨醇脂肪酸酯聚氧乙烯醚T-60、T-80（工业级99%河北邢台蓝天助剂厂）；脂肪酸甲酯乙氧基化物磺酸盐FMES（工业级70%上海喜赫精细化工有限公司）；十二烷基苯磺酸LAB（工业级98%南京金桐石化公司）；乙氧基化脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠AES（工业级70%中轻物产化工有限公司）；烯基磺酸钠AOS（工业级99%中轻物产化工有限公司）；异辛醇磷酸酯RP-98（工业级98%海安桑达化工）；三聚磷酸钠（工业级99%吴江南风精细化工有限公司）；偏硅酸钠（工业级结晶5H2O上海跃达实业有限公司）；纯碱（工业级99.2%中盐德邦江苏有限公司）；1.2实验仪器YK-899电热恒温水浴锅（温州市云开实验电器厂）；PASTEL-UV多用途快速COD值分析仪（上海牧晨电子科技有限公司）；2152罗氏泡沫仪（上海隆拓仪器设备有限公司）。1.3测试[5][6]1.3.1渗透性的测试喜赫石油-FMEE，FMES，EDDHA-Na唯一供应商www.china-pemex.com 参照AATCC17-1980，将待测表面活性剂配成5g/L溶液，记录标准帆布片从开始润湿到完全沉降的时间。1.3.2乳化性的测试将20ml待测表面活性剂与20ml白矿油放入100ml带塞量筒，震荡水浴机中剧烈震荡10min，静止后观察油-水相分离至10ml所需要的时间。1.3.3分散性的测试将5%钙皂溶液完全分散为透明无沉淀溶液所需表面活性剂的量（静置30min不出现沉淀为最终的表面活性剂用量），以此时该表面活性剂的在溶液中的质量百分比浓度表示待测表面活性剂的的分散指数LSDP%,该值越低，表明被测物的分散性越好。1.3.4泡沫性能的测试按照GB/T7462-94，Ross-Miles仪测试表面活性剂的起泡性，待测表面活性剂浓度均为0.05%，记录5分钟后的泡沫量。1.3.5除油性能测试试片的材质：采用304#钢作为除油率实验用的试片。试片规格：10cm×10cm，试片的厚度为3mm。油污的制备：齿轮润滑和抛光膏以1：1混合并搅拌均匀。将试片在分析天平上称重为M（精确至0.01g），将称量过的试片在油污中浸泡30min，取出沥干油污后称量试片的重量为M1。将试片在规定工艺条件下除油，除油过后称重记录为质量M2。除油率w计算公式为：w=[(M1－M2)/(M1－M)]×100% 除油工艺：参照JB/T4323.2-1999水基金属清洗剂试验方法，表面活性剂5g/L，偏硅酸钠5g/L，纯碱10g/L，三聚磷酸钠10g/L，配制1L除油工作液，恒温水浴锅保持50℃，静置除油3min，取出钢片40℃热风吹干水分并称重，按照上述公式计算除油率。1.3.6化学耗氧量（COD值）测试实验采用PASTEL-UV多用途快速COD值分析仪测试（密封消解法）。2.结果与讨论喜赫石油-FMEE，FMES，EDDHA-Na唯一供应商www.china-pemex.com2.1单一表面活性剂的除油性能为了分析表面活性剂的渗透、乳化、分散、泡沫等性能对除油效果的影响，筛选适合电镀前处理除油的表面活性剂的结构与种类，首先以单一表面活性剂作为除油剂，在相同的用量和相同的实验工艺条件下进行除油的测试实验，并比较各自的除油效果，这些指标包括除油率、泡沫、废水COD值等。表1表面活性剂的性能与除油效果Table1Performanceanddegreasingrate由表1可知，在非离子表面活性剂中，6501和吐温系列表面活性剂，不仅泡沫高，乳化、分散等除油性能均很差；嵌段聚醚类L-61与L-64、异辛醇渗透剂JFC、司盘系列泡沫喜赫石油-FMEE，FMES，EDDHA-Na唯一供应商www.china-pemex.com 低，乳化、分散、除油等性能非常差；在其它除油率较高的几种表面活性剂中，除油率排序为OP-10>TX-10>E-1310>OP-7>E-1307>MOA-5>MOA-9>MOA-7>MOA-3,低泡沫性能排序为MOA-3>MOA-5>E-1310>OP-10>E-1307>MOA-7>MOA-9>TX-10。在阴离子表面活性剂中，阴离子表面活性剂的除油性能要差于非离子类型，如除油性能最好的FMES除油率仅为26%，明显低于OP-10。阴离子类除油率排序为FMES>AOS>LAB>SDS>RP98>AES>SAS-60,低泡沫性能RP-98>FMES>AES>AOS≈LAB≈SAS-60。在除油用表面活性剂筛选过程中，应首先保证表面活性剂的除油性能前提下，尽量实现低泡沫特点。通过对表1分析，6501和吐温系列非离子表面活性剂无论是泡沫或除油性能均较差，不适合作为除油剂主体成分；嵌段聚醚类L-61与L-64、异辛醇JFC、司盘系列，除油性能一般，虽然单独使用具有泡沫低的优点，但是与其它非低泡类表面活性剂复配后，泡沫并没有明显减少，因此这类产品也不适用于除油剂生产。综合泡沫性能、渗透、分散性能，适合用于除油工艺的表面活性剂为OP-10、TX-10、E-1310与MOA-5,其中OP-10与TX-10成本适中，除油效果好，但是存在COD值较高破坏环境的危害。E-1310综合性能优异，但在非离子表面活性剂中是成本最高的。MOA-5属于没有最突出的优势，但成本、应用性能、环保性能比较均衡。 阴离子表面活性剂，虽然除油性能差，但没有浊点限制，耐碱性能好，特别是阴离子类型产品价格低廉，在不减弱除油剂其它应用性能的前提下，使用适当的阴离子类型产品可以降低除油成本。由表1可知，AES与SAS的除油性能最差，不适用于除油剂；RP-98虽然泡沫较低，但除油性能也较差[10]。FMES的除油性能最好，泡沫较低，LAB则具有最好的渗透性和较低成本，综合评价FMES和LAB较适用于金属除油工艺。2.2配方优化与确定在四种初步筛选的非离子表面活性剂中，E-1310的价格太高，使用E-1310会导致除油成本大幅上升，且E-1310冬季凝固为坚硬固体，化料仍需消耗大量热能[11]。OP-10与TX-10效果差不多，OP-10的供应量较少，不如TX-10取材方便[12]，因此非离子最终确定为TX-10与MOA-5；阴离子确定为LAB与FMES。[9][8][7]喜赫石油-FMEE，FMES，EDDHA-Na唯一供应商www.china-pemex.com2.3表面活性复配比例的优化以TX-10、MOA-5、LAB和FMES为因素，采用正交试验考察最佳除油条件，各因素水平见表2，除油实验按照1.3.5进行。表2正交试验表Table2Factorsoforthogonalexperiment表3正交试验数据处理与分析表Table3Resultsoforthogonalexperiment序号123456789K1K2K3K1/3K2/3K3/3RA11122233363.2479.12109.2621.0826.3736.4215.34 B12312312381.3786.9583.3027.1228.9827.761.86C12323131288.4783.7283.0629.4927.9027.681.81D12331223168.8578.70104.0722.9526.2334.6911.74除油能力(%)16.7719.1227.3531.0122.1225.9933.5945.7129.96由表3可知，各因素对除油效果的影响大小为：TX-10＞FMES＞MOA-5＞LAB，正交试验的最佳配方为：A3B2C1D3，即TX-102.0g/L，MOA-50.50g/L，FMES1.5g/L，LAB0.50g/L。此时表面活性剂的总量为4.50g/L，除油率为45.71%，高于表1其它单一表面活性剂使用5g/L用量的除油率。将上述4.50g/L的表面活性剂溶液按照测试泡沫，泡沫高度为喜赫石油-FMEE，FMES，EDDHA-Na唯一供应商www.china-pemex.com122mm，实现了通过加强表面活性剂之间的优化，减少表面活性剂用量来降低泡沫的目的。结论本文以非离子和阴离子表面活性剂复配的方法来确定金属除油剂的配方，研究了不同表面活性剂的浊点、泡沫、渗透与乳化、除油性能，根据各种性能筛选出适用于金属除油的表面活性剂为TX-10、MOA-5、LAB与FMES，并通过正交试验优化的方法确定金属除油剂的最佳配比为TX-10：MOA-5：FMES：LAB=4:3:1.5:1。以该配比得到的除油剂，4.50g/L用量的除油率超过其它表面活性剂单独使用5g/L的除油率，在保证除油效果的前提下，通过降低表面活性剂使用量降低了泡沫。参考文献[1]罗耀宗.铝合金电镀前处理新工艺[J].电镀与涂饰,2003,22(3):55-56. 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