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化学除油

放大字体  缩小字体发布日期:2012-12-05  浏览次数:1391
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,将零件表面油污除去的过程。碱性溶液包括两部分:一部分是碱性物质,如氢氧化钠、碳酸钠等;另一部分是硅酸钠、乳化剂等表面活性物质。

化学除油是利用热碱溶液对油脂的皂化和乳化作用,将零件表面油污除去的过程。碱性溶液包括两部分:一部分是碱性物质,如氢氧化钠、碳酸钠等;另一部分是硅酸钠、乳化剂等表面活性物质。碱性物质的皂化作用除去可皂化油,表面活性剂的乳化作用除去不可皂化油。化学除油具有工艺简单、操作容易、成本低廉、除油液无毒、不易燃等特点。但是常用的碱性化学除油工艺其乳化能力较弱,因此当零件表面油污中主要是矿物油时,或零件表面附有过多的黄油、涂料乃至胶质物质时,在化学除油之前先用机械方法或有机溶剂除去,这一工序不可疏忽在生产上化学除油主要用于预除油,然后再进行电化学除油将油脂彻底除尽。

(1)化学除油原理

1)皂化作用

皂化反应是皂化油与除油液中的碱性物质发生化学反应而生成肥皂和甘油的过程。当把带有油污的制品放入碱性除油溶液时,由于发生上述皂化反应而使油污除去。一般动植物油的成分可用通式(RCOO)3C3H5表示,其中R为高级脂肪酸烃基,含l7~22个碳原子。油脂在热碱液中发生的化学反应为

(RCOO)3C3H5+3NaOH→3RCOONa+C3H5(OH)3

若R=17,即为硬脂酸钠(肥皂),硬脂酸钠能溶于水,是一种表面活性剂,对油脂溶解起促进作用。

2)乳化作用

矿物油或其他不可皂化油是不能用碱皂化的,但它们在表面活性剂的作用下能被乳化而形成乳浊液而除去。乳化是使两种互不相溶液体中的一种呈极细小的液滴分散在另一种液体中形成乳浊液的过程,具有乳化作用的表面活性物质称为乳化剂。在化学除油中可采用阴离子型或非离子型表面活性剂,如硅酸钠、硬脂酸钠、OP乳化剂等。在除油过程中,首先是乳化剂吸附在油与溶液的分界面上,其中亲油基与零件表面的油发生亲和作用;而亲水基则与除油水溶液亲和。在乳化剂的作用下,油污对零件表面的附着力逐渐减弱,在流体动力因素共同作用下,油污逐渐从金属零件表面脱离,而呈细小的液滴分散在除油液中,变成乳浊液,达到除去零件表面油污的作用。加热和搅拌除油溶液都会加速油污进入溶液,因而可加大除油的速度,提高除油的效果,故在化学除油时,一般采用较高的温度和搅拌措施,也可用超声波来加速除油过程。

(2)化学除油液成分及工艺条件

化学除油液的主要成分包括氢氧化钠、碳酸钠、磷酸钠、焦磷酸钠、硅酸钠、硼酸钠等碱或碱性盐,此外,通常还包括EDTA、柠檬酸钠等金属螯合剂和各种乳化剂等有机添加剂。通常碱性除油液均含有两种或两种以上的碱或碱性盐。氢氧化钠和碳酸钠是两种价格便宜的强碱性物质。磷酸钠和焦磷酸钠等磷酸盐既是碱的来源,又起着螯合钙、镁等金属离子软化硬水,并缓冲溶液pH值的作用,硅酸盐形成的胶体膜可保护铝、锌等两性金属不受腐蚀。有机添加剂起辅助乳化和分散油污的作用。

化学除油液的配方要根据基体材料的不同性质以及除油要求的不同而选择。常用碱性化学除油液配方和工艺规范见表3-8。

表3-8 常用碱性化学除油液的配方和工艺规范

 

常用碱性化学除油液的配方和工艺规范

 

①氢氧化钠(NaOH) NaOH有很强的皂化能力,但润湿能力和乳化能力很差,同时水洗性也较差,对有色金属有腐蚀,使黄铜件变色,因此它不是一种好的除油剂。主要用于黑色金属脱脂,且浓度不宜过高,否则会使镀件表面形成一层黑色钝化膜,造成质量不佳;同时,生成的肥皂在浓碱液中几乎不溶解,附在金属表面上,对后续的酸洗带来困难。因此,化学除油液中氢氧化钠含量一般不超过100g/L。

②碳酸钠(Na2C03) 碳酸钠水解后呈弱碱性,有一定除油作用,水洗性也不够好,但具有良好的缓冲能力,使除油液pH值维持在8.5~10.2之间,可以长时间保持皂化能力。碳酸钠常作为铝、镁、锌、锡、铅等两性金属及其合金除油液的主要成分。

③磷酸钠(Na3PO4) 磷酸钠的皂化作用和乳化作用都比碳酸钠强,具有良好的缓冲作用,其0.5%水溶液的pH值为11.8。它也是一种乳化剂,具有一定的表面活性作用。其溶解度大,洗去性极好,是除油液的助洗剂,能提高清洗效果。黑色金属与有色金属除油液均含磷酸钠,是除油溶液中较好的化学品。但由于磷酸盐废水的营养效应,使水中微生物大量繁殖而过多消耗水中的氧,危机水生动物的生存,其排放应受到限制。

④硅酸钠(Na2Si03) 硅酸钠具有较好的表面活性作用和一定的皂化能力,除油效果较好。当它与其他表面活性剂配合使用时,是所有强碱中最佳的润湿剂、乳化剂和抗絮凝剂。硅酸盐在碱性除油液中对铝、镁、锌等金属有一定的缓蚀作用。工业上用得最多的是Na20与Si02的比值为l:1的偏硅酸钠(Na2Si03)和比值为l:(2~3.5)的水玻璃。这两种物质的黏度较大,有很强的吸附性,在零件表面可形成一层不可见的薄膜,使零件不易清洗。如清洗不净,零件进入下一道浸蚀工艺就可能生成同样难以洗去的硅酸。为提高水洗能力,常加入磷酸钠或其他表面活性物质来改善清洗效果。

⑤焦磷酸钠(Na4P207)焦磷酸钠对于锌、铜和镁有极好的螯合作用,可以防止零件上生成不溶性的硬水皂膜。此外,其缓冲性良好,0.5%水溶液的pH值为l0.1,有一定的表面活性作用,水洗性良好。

⑥乳化剂在碱性除油液中加入乳化剂可以除去非皂化油,除油作用与其分子结构有关。常用的乳化剂有:辛基酚聚氧乙烯醚(OP-10)、三乙醇胺油酸皂(FM)、十二烷基二乙醇酰胺(6501)等。它们的分子结构中存在极性的亲水基团(如一0H, 一CO一,一C00H,一S03H,一SH,一NH2等)和非极性的亲油基团(碳氢链)。除油时,它们吸附在油污和溶液之间的界面上,其憎水基团与油脂发生亲和作用而指向油污,亲水基团与水结合而指向溶液,发生分子定向排列,降低了油与溶液间的界面张力。在溶液对流和搅拌作用下,油脂脱离零件表面而形成被表面活性剂包围的小油珠,分散在溶液中成为乳浊液,使被除去的油脂不再黏附在零件上,因此除油效果显著。但乳化剂用量不宜过多,.过多会生成许多泡沫,极易附着在零件表面上而带到镀槽中去,影响后面的镀层质量。

⑦温度碱性除油应当在加温下进行,这是因为加温可以使溶液对流加快,皂化和乳化作用加强,从而可以加速除油过程;同时溶液温度升高,可增加油脂和硬脂酸钠在除油液中的溶解度,这对清洗零件和延长除油液使用时间是有利的。但温度不宜过高,黑色金属应在85~95℃以下;有色金属应在70~80℃以下进行。温度过高会降低乳浊液的稳定性,甚至使油脂析出聚集,重新吸附在零件表面,同时高温下能源消耗会大大增加,蒸发的碱雾增多,污染环境。

⑧搅拌在碱性除油时,配置适当的搅拌,除油效果会显著提高。这是因为搅拌作用能经常更新零件表面的乳化液层,加速零件表面油滴分散到溶液中的速度。若无搅拌装置,在除油过程中经常把零件翻动一下,也能取得一定的效果。

(3)化学除油注意事项

①清洗在化学除油后,必须进行认真漂洗。化学除油后的零件,一般首先用60℃左右的热水清洗,将皂化产生的肥皂洗去,然后再用流动冷水洗净。若除油后直接用冷水洗,则会使皂化产物粘在零件表面,不易完全除去。尤其是用硅酸钠作乳化剂时,它在金属表面形成的膜很难漂洗干净,对后续的电镀工序造成麻烦。

②除油液的更新除油液使用时间长了,除油的速度会变慢,除油效果会降低,此时应适量补充一些原料,或者更换新的溶液。

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