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化学除油的原理及技术研究

放大字体  缩小字体发布日期:2012-06-08  浏览次数:1049
核心提示:化学除油是利用热碱溶液对油脂的皂化和乳化作用,以除去皂化性油脂;利用表面活性剂的乳化作用,以除去非皂化性油脂。

化学除油是利用热碱溶液对油脂的皂化和乳化作用,以除去皂化性油脂;利用表面活性剂的乳化作用,以除去非皂化性油脂。

化学除油应用最广泛的是碱液除油、酸性除油、乳化液除油。低温多功能除油剂及工艺在生产上已逐渐扩大应用。

一、碱液除油

碱液除油主要特点是除油液无毒、价格便宜,除油效果较好,且容易管理,设备也简单。其除油原理是借助手溶液的皂化与乳化作用,以达到除去两类油污的目的。所谓皂化,就是油脂与除油液中的碱起化学反应生成肥皂的过程。动植物油中的主要成分硬脂酸酯与氢氧化钠的化学反应是:

(C17H35COO)3C3H5+3NaOH=3Cl,H35COONa+C3Hs(OH)3

硬脂酸酯碱肥皂(硬脂酸钠)甘油

这样,使原来不溶于水的油脂,分解变成了可溶于水的肥皂和甘油,因而从金属表面被除去。

矿物油与碱不发生上述反应,但在一定条件下在碱液中可进行乳化。所谓乳化,就是两种互不相溶的液体形成乳浊液的过程。零件表面的矿物油与碱液中的乳化剂发生作用:吸附在油污与溶液界面上的乳化剂,起降低界面张力的作用,间接加强了碱液对金属表面的润湿性,增大了接触面,促使油膜破裂、脱落而变成小油滴;而吸附在小油珠上的乳化剂,则作定向排列,其极性基即亲水基向着溶液,而非极性基即憎水基(亲油基)则向着油珠,形成的定向吸附乳化油珠如图2-2-2所示。  

 这种小油珠分散在碱液中,形成混合物的乳浊液,从而达到将矿物油从零件表面除去的目的10脱离了零件表面的乳化油珠,因有定向吸附的乳化剂膜包围,故即便在外力搅拌相互碰撞的情况下,也不致重新凝聚形成油膜,再度污染零件。

碱液除油过程的乳化作用,也随皂化反应的进行而加强,这一方面是皂化反应的生成物之一一肥皂本身就是一种乳化剂;另一方面皂化反应可以在原油膜较薄的地方先除去油污,在完整的油膜上打开缺口、增大了溶液对金属表面的润湿性和接触面,从而排挤和促使金属表面上的油膜破裂、脱落变成小油珠。

1.碱液除油工茎尊产(见表2-2-3)


 

 

2.碱液除油各种成分及其他因素的影响

(1)氢氧化钠。它是一种强碱,具有很强的皂化能力。但润湿、乳化作用及水洗性均较差,且腐蚀有色金属,易使铜及其合金变色。所生成的肥皂在浓的碱液中附在金属表面上,很难溶解,因此除油溶液中氢氧化钠的含量一般不超过100∥Lo对于一些溶于碱的金属(如铝、锌、铅、锡及其合金),更不能使用浓的氢氧化钠溶液。

(2)碳酸钠。其溶液有一定碱性,对铝、锌、锡等两性金属没有显著的腐蚀作用。碳酸钠吸收到空气中的二氧化碳后,能部分转变为碳酸氢钠,对溶液的pH值有良好的缓冲作用。它有一定的除油作用,水洗性也不够好。

(3)磷酸三钠。具有碳酸钠的优点,除油效果和缓冲作用较好,除此之外还具有一定的乳化能力,本身水洗性好,还能帮助水玻璃易被水洗掉。还有一种三聚磷酸钠(NasP3010),除油效果更好。

(4)焦磷酸钠。具有磷酸三钠相似的除油特点。此外焦磷酸钠还具有络合作用,酸根能与许多金属离子络合成环状结构的螯合物,防止零件上生成不溶性的硬水皂膜,促使零件表面容易被水洗净。

(5)硅酸钠。在化学除油中常用的有:正硅酸钠(Na20:Si02为2:1,Na4Si04)、偏硅酸钠(1:1,Na2Si03)或固体与液体的水玻璃(1:(2~3))o当这类硅酸钠的相对碱度下降时,缓蚀性能增强。

硅酸钠本身具有较好的表面活性作用和一定的皂化能力,且对铝、锌等有色金属有缓蚀作用。当它与其他表面活性剂组合时,便成了碱类化合物中最佳的润湿剂、乳化剂和分散剂。偏硅酸钠在有色金属除油时还被用作缓蚀剂。但它的不足之处是残留在零件表面的硅酸钠较难洗净,如果洗涤不净,残留的少量水玻璃经酸液浸蚀后,便会变成不溶性的硅胶,影响镀层结合力,因此必须注意清洗。

(6)乳化剂。能促进乳化的物质叫乳化剂。它在除油液中起促进乳化、加速除油过程的作用。

在碱性除油液中加入乳化剂,可以除去矿物油。乳化剂都是表面活性物质。它的除油作用与其分子结构有关。乳化剂的分子上有两种类型的官能团,一种是极性的亲水基团,另一种是非极性的憎水亲油基团。在除油过程中,乳化剂以其憎水基团吸附在油与溶液的界面上,并与零件表面上的油发生亲合作用;而亲水基团则与除油液接近,且与水相结合。在乳化剂分子定向排列的作用下,油一溶液界面的表面张力大为降低,在溶液的对流和搅拌等作用下,油污就能脱离零件表面,以微小的油珠状态分散在溶液中,这时,表面活性剂的分子包围在小油珠表面,防止小油珠重新粘附在零件上。常用的乳化剂有OP-10、平平加A-20、0-20、TX-10.FM和6501\6503等。

乳化剂OP-10(辛基酚聚氧乙烯醚)、TX-10(仲辛烷基酚聚氧乙烯醚),是一种良好的乳化剂,除油效果良好,但不易从零件上洗掉。为保证镀层与零件的结合力,必须加强清洗,用量也不易过高,一般在197L~Sg7L范围内。

乳化剂FM(三乙醇胺油酸皂),乳化能力强,用于黑色金属及铝合金清洗除油效果好,清洗也比较容易,但易被硬水中的钙、镁离子沉淀出来。一般用量5mI_/L~lOmL7Lo

乳化剂6501(十二烷基二乙醇酰胺)、6503(十二烷基二乙醇酰胺磷酸酯)是良好的乳化剂、发泡剂,用于硬水及盐类溶液中,性能稳定,不会被钙、镁离子沉淀,但用量比OP-10大,一般在SmL/L~20mL/L范围内。

(7)温度。提高温度可以提高皂化反应速度和皂化产物的溶解度,并能加快溶液的循环和降低油脂的黏度。在高温下,油一溶液界面的表面张力减低,较易润湿。因此,提高溶液温度,可以大大加速除油过程。但温度过高,不仅消耗了大量的热能,并且恶化了环境。因此,化学碱液除油温度一般在60℃一100℃范围内变化,有色金属因高温易被腐蚀,除油温度控制在60℃~80C之间;黑色金属一般为80℃~90℃,最高不超过100℃o

(8)抖动零件、搅拌或喷射溶液,以及施加超声波都能加速除油过程,提高除油效果。

二、酸性除油

酸性除油液是由有机或无机酸加表面活性剂混合配制而成。这是一种除油除锈一步法工艺。零件在这种除油液中,表面上的锈蚀氧化层溶于浸蚀剂中,而油污则借助于表面活性剂的乳化作用而被除去毛这种方法简化了预处理工艺,减少了设备用量,节省了占地面积、水及化工原料。生产中一般只用于对油污和锈蚀不太严重的金属零件进行镀前预处理。至于选用何种浸蚀剂、乳化剂的工艺,则取决于零件材料及其表面状态。常用的工艺有:

1.用于表面附有氧化皮及少量油污的黑色金属制品

酸性除油只适用于有少量油污的金属制品,当零件表面油污严重町,米用这柙力拔世尢进仃租.荒除油。

三、乳化液除油

以表面活性剂为主体,或在煤油、粗化汽油等一些物质中添加一些表面活性剂和适量的水,便成了具有乳化性能的除油液。这种除油液除油速度快,效果好,能除去大量油脂,特别是机油、黄油、防锈油、抛光膏等,现在生产上采用除蜡水,效果显著。

乳化除油液性能的好坏,关键是选择好表面活性剂。乳化除油液配方及工作条件,如表2-2—5所列。

 


 四、低温多功能除油剂及工艺

为了降低碱液成分的浓度,节约热能,提高除油效果符合清洁生产要求,近几年来,国内外电镀界研究开发了低温、低浓度、高效率、多功能的除油剂。

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