一种环保无磷脱脂剂的研制

一种环保无磷脱脂剂的研制

0环保无磷水基脱脂剂广泛应用于汽车、建筑、食品、化工等行业。在进行电、磷化和其他工艺之前，需要进行脱盐和除湿。在工业上广泛应用的是碱性溶液脱脂和有机溶剂脱脂,其排放会对环境产生一定影响,如磷造成江湖水富营养化、有机物破坏大气环境,而且强碱对锌及其合金基体产生严重腐蚀;有机溶剂在生产过程中对生产工人产生危害。对环境保护的要求日益严格,因而研制新型环保无磷的水基脱脂剂尤为重要。以表面活性剂为主体,利用表面活性剂对油污的乳化、分散特性,辅以无机助剂增加清洗能力、有机助剂配位体等调节清洗性能,形成的水基脱脂剂具有很高的脱脂效率。弱碱性的水基脱脂剂对金属锌件的腐蚀小;同时无磷不会造成江湖自然水的富营养化。因此,通过测定各个不同表面活性剂的脱脂率,筛选出几种表面活性剂进行复配,研制出一种新型环保无磷水基锌件脱脂剂,并对脱脂工艺作相应的研究。1测试1.1聚氧乙烯醚硫酸酯盐fae等表面活性剂药品:脂肪醇聚氧乙烯醚(JFC)、仲辛基聚氧乙烯醚(JFC-6)、十二烷基磺酸钠(601)、十二烷基苯磺酸钠(ABS)、十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)、椰油酰胺基丙基二甲基氧化胺(CAB-30)、脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-9、O-15)、聚氧乙烯脂肪醇醚(FAE)等表面活性剂。包括其他药剂,如不标明均为工业级。锌板:99.90%Zn,0.04%Pb,Fe,Cd和Cu各0.02%。试片尺寸:1000.0mm×500.0mm×0.2mm。仪器:ESJ电子天平(0.0001g)。101型电动鼓风干燥箱(±2℃)。自制摆洗机(摆动频率50次/min,摆幅3cm/次)。1.2石油磺酸盐/钙基脂溶液配制将69g20号机油,24g30号机油,60g凡士林,4g羊毛脂倒入烧杯中加热搅拌下熔融到120℃,再加入4g镁皂、16g石油磺酸钡、4g钙基脂加热到130℃后冷却备用。1.3试片的制备将锌板剪成50mm×60mm,依次用1号、220目砂纸打磨,然后用无水乙醇、丙酮清洗后吹干放入烘箱(40±2℃)烘干,再放入干燥器中恒重20min后称重W0,将试片上5cm×5cm浸入人工油污中涂油重约0.1～0.2g,放入干燥器中恒重20min后擦拭掉两边和底部的油污称重W1备用。1.4脂质总量将涂油的试片放入清洗溶液中(40℃)浸泡3min,再用摆洗机摆洗3min,用水漂洗约5s后放入烘箱(40±2℃)烘2h后,放入干燥器中恒重20min,称重W2,其脱脂率为:P=(W1-W2)/(W1-W0)×100%1.5表面活性剂hlb值的计算表面活性剂的润湿、乳化、分散能力与HLB值紧密相关,适合作水基脱脂剂表面活性剂的HLB值在8～14之间。本文所选择的表面活性的HLB值计算参照文献。对非离子表面活性剂以及与其他表面活性剂、助剂复配后体系的浊点是通过升温和降温的方法进行测定。2结果与分析2.1复配表面活性剂对脂率及新型表面活性剂的性能影响各种不同表面活性剂的脱脂率见表1。从表1看出,阴离子表面活性剂的脱脂率较低;两性离子表面活性剂由于在不同的pH值情况下呈现出来的是阳离子和阴离子或阳离子和非离子型的表面活性剂,其脱脂率有的高、有的低;而非离子表面活性剂的脱脂率相对较高,如JFC,JFC-6,AEO-9,TX-9等都超过了95%。但是由于不同的非离子表面活性剂有不同的浊点,非离子表面活性剂超过浊点性质发生变化,从而影响其脱脂性能,因为脱脂清洗的温度选定在40℃,所以选用浊点较高的非离子表面活性剂JFC-6,TX-9,AEO-9。在以后的试验中将非离子表面活性剂分别与阴离子表面活性剂或两性离子表面活性剂进行复配,用以选择协同效应最好的组合。从表2看出,两性离子表面活性剂CAB-30与非离表面活性剂JFC-6复配后的脱脂率高,阴离子表面活性剂601与非离子表面活性剂TX-9复配后的脱脂率高。对于非离子表面活性剂AEO-9与其他的表面活性剂复配后其脱脂率下降,说明其与上述几种表面活性剂的协同效应较差。图1为几种表面活性剂在不同浓度下的脱脂率。从图1可以看出,随着表面活性剂的增加,表面活性剂的脱脂率不断增加,当表面活性剂浓度达到一定浓度时,表面活性剂的脱脂率达到最大,再增加表面活性剂的浓度其脱脂率的变化不大,此时浓度为表面活性剂的临界胶束浓度。从图2还可看出JFC-6,TX-9,601和CAB-30的临界胶束浓度分别为4,4,3g/L和4g/L。据文献,非离子表面活性剂中加入阴离子表面活性剂或两性离子表面活性剂后可以降低非离子表面活性剂的临界胶束浓度,提高了非离子表面活性剂的脱脂率。非离子表面活性剂浓度达到临界胶束浓度时,非离子表面活性剂的脱脂率达到最大值,对同一种非离子表面活性剂加入不同浓度的表面活性剂其脱脂率也不同。当浓度一定时两种表面活性复配时的脱脂率达到最大,从而可以确定在非离子表面活性剂中加入其他表面活性剂的量。图2和图3分别为在4g/LJFC-6和4g/LTX-9在临界胶束浓度时加入不同表面活性剂的脱脂率。从图2和图3可以看出,在JFC-6和TX-9两种非离子表面活性剂中加入少量的阴离子表面活性剂(ABS,601)和两性离子表面活性剂(CAB-30)时脱脂率下降,随着加入量的增加脱脂率也增加,当脱脂率达到最大后再加入表面活性剂其脱脂率变化不大,但在TX-9中加入OB-2的浓度较大时脱脂率为96.36%,这主要表现的是OB-2的脱脂性能。从两图比较可以得出,加入同样的表面活性剂时JFC-6的脱脂率高于TX-9的脱脂率。而4g/L的JFC-6加入4g/L两性离子表面活性剂CAB-30或3g/L阴离子表面活性剂601时的脱脂率高。对JFC-6,CAB-30和601进行复配作正交试验确定表面活性剂的最佳复配浓度,在正交试验中加入JFC-6,CAB-30和601的最大浓度分别为4,4g/L和3g/L。对于所选的表面活性剂进行正交试验确定脱脂剂的主体配方。3种表面活性剂的正交试验见表3。试验表明,脱脂率好的组合有第2组和第5组,考虑到在试验中超过清洗温度40℃时,第2个试验出现明显的浑浊,说明此时表面活性剂复配后的浊点已经高于40℃清洗温度,40℃不能使用。上述的正交试验中脱脂率最高的是第5组试验,并且浊点超过40℃,符合使用要求,而其他7个组合的脱脂率比加入单一的非离子表面活性剂都低,所以选择第5组试验即JFC-6为2g/L,601为2g/L,CAB-30为1g/L作为主体表面活性剂的配方。2.2不同助剂对新型表面活性剂的协同超声能力试验由于水中的钙、镁离子会使表面活性剂的脱脂率降低,通过加入助剂可起到分散、配位、防止油污再沉积的作用,并且能调节溶液的pH值,改善表面活性剂的脱脂性能。根据文献,如果加入Na2CO3,会产生碳酸锌的沉淀,所以选择NaAc作为pH值的调节剂。在此选择了3种作为助剂:NaAc作为pH调节剂,Na2SO4改善清洗分散性能,EDTA作为配位体。用2g/LJFC-6,2g/L601,1g/LCAB-30表面活性剂和不同浓度的3种助剂配制成500mL的脱脂溶液测定脱脂率,表4为正交试验结果。从表4得出,试验序号7和9的脱脂率超过99%,说明其与表面活性剂的配伍性好,其中第7号试验中得到的脱脂率最高。其配方为:2g/LJFC-6,2g/L601,1g/LCAB-30,4g/LNaAc,1g/LNa2SO4,1g/LEDTA,表面活性剂,水余量。2.3脱脂剂的研制针对脱脂率这一性能指标,第一次正交试验得到水基脱脂剂表面活性剂的主体配方为:2g/LJFC-6,2g/L601和1g/LCAB-30,然后在已加入表面活性剂的基础上加入助剂进行第二次正交试验。在加入4g/LNaAc,1g/LNa2SO4和1g/LEDTA时其脱脂率最高达99.83%。本文选定此次脱脂液的组成为最终配方。配方为:2g/LJFC-6,2g/L601,1g/LCAB-30,4g/LNaAc,1g/LNa2SO4,1g/LEDTA,水余量。在配制过程中先将JFC-6,601和CAB-30搅拌溶于一定量的水中,然后分别将EDTA,Na2SO4和NaAc在搅拌的情况下依次加入,余量再用水补充。通过测试脱脂剂在不同脱脂温度和脱脂时间下的脱脂率得出:浸泡温度在25～45℃,时间在4～6min时脱脂效果达98.50%～99.83%。本配方适合作为浸泡脱脂用,如果作为喷淋时会产生大量的泡沫影响生产。3环保无磷锌件水基脱脂剂的合成正交试验结果(1)测定表面活性剂复配后的脱脂率,得到非离子表面活性剂JFC-6、阴离子表面活性剂601和两性离子表面活性剂CAB-30协同作用好,复配后脱脂率高。(2)通过助剂