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电镀前处理添加剂:脱脂工程—碱性化学脱脂剂的主要组成

放大字体  缩小字体发布日期:2012-04-27  浏览次数:891

碱性化学脱脂剂的主要组成

(一)碱和碱金属盐

1.氢氧化钠(NaOH) 氢氧化钠是强碱,具有强的皂化反应。油脂(如硬脂酸酯)不溶于水,但经过皂化,它们以肥皂和甘油的形式溶入水中。这就是动、植物性油污脱脂的原理。

C3H5(C17H35COO)3+3NaOH=3C17H35COONa+C3H5(OH)3

硬脂酸酯      氢氧化钠 硬脂酸钠  甘油

2.碳酸钠(Na2C03·nH2O) 可选用无水的或10水的盐。两者对皂化的影响都弱,但能起到缓慢润湿和分散油脂的作用。碳酸钠与酸氢钠(Na2CO3·NaHC03·2H2O)复盐具有与碳酸钠相同的效果,而且它不损害基体金属,对于非铁金属的清洗是安全的。

3.硅酸钠硅酸钠是Na20和SiO2的化学组合,根据组合比例包括下列盐。

原硅酸钠      (2Na20·SiO2·nH20)           SiO2/Na20=0.5

倍半硅酸钠    (1.5Na20·SiO2·nH20)        Si02/Na20=0.667

硅酸钠        (Na20·SiO2·nH20)            SiO2/Na20=1.0

一级硅酸钠    (Na20·2SiO2·nH20)           SiO2/Na2O=2

二级硅酸钠    (Na20·3SiO2·nH20)           SiO2/Na20=3

一般主要使用原硅酸钠和硅酸钠,需要介乎两者之间的特性时使用倍半硅酸钠。硅酸钠水解成游离碱和硅酸,游离碱润湿并渗入油脂及其他污物层中,通过渗透和膨胀作用而将污物皂化除到溶液中。Si02/Na20的比例越小,由水解产生的碱度就越高。产生的胶态硅酸起到吸附作用并包括使油、脂和其他污物悬浮,在任何其他的碱性物质中找不到这种作用,硅酸盐是脱脂中一种必不可少的成分。原硅酸钠对强碱有缓冲作用,并能软化水。

硅酸钠碱度低于原硅酸钠,但其作用基本相同,适用于清洗铜、锌、铝及它们的合金。一级和二级硅酸钠即所谓的水玻璃,用于对表面腐蚀敏感的基体材料。

使用硅酸盐用于脱脂时要清洗干净,不能在金属表面留有硅酸盐,否则下步酸洗时会使硅胶凝胶吸附在工件表面上,难以除去,导致镀层发雾并影响基体与镀层的结合力。

4.磷酸钠

磷酸钠具有下列盐:

一水磷酸二氢钠   NaH2P04·H20

二水磷酸二氢钠   NaH2P04·2H2O

磷酸氢二钠       Na2HP04

十二水磷酸氢二钠 Na2HP04·12H20

十二水磷酸钠     Na3P04·12H20

焦磷酸二氢二钠   Na2H2P207

六水焦磷酸二氢二钠Na2H2P207·6H20

十水焦磷酸钠     Na4P207·10H20

偏磷酸钠         NaP03

三偏磷酸钠       Na3P309

三聚磷酸钠       Na5P3010

在上述盐中,十二水磷酸钠、偏磷酸钠、三聚磷酸钠等常用在清洗中。磷酸钠在渗透、润湿等作用方面次子硅酸钠,但与金属的反应不强烈,它对铝、锌等的腐蚀不太严重,同时它也能对基体金属起到缓蚀作用,并有使硬水软化的作用。常用碱和碱性盐在碱性化学脱脂中的性能见表6-3;碱性化学脱脂剂中主要成分的应用性能见表6-4。

表6-3常用碱和碱性盐在碱性化学脱指中的性能

 

注:A优秀、B良好、C普通、D不太好、E不良。腐蚀抑制性乃针对非铁金属。

表6-4碱性化学脱脂剂中主要成分的应用性能比较

 

(二)软化硬水添加剂

软化硬水添加剂,也就是我们常说的清洗助剂。众所周知,动植物油脂在碱液中水解后可以形成水溶性的长链脂肪酸钠(钠肥皂)。钠皂虽然可溶于水,但在含Ca2+、Mg2+的硬水中则会形成不溶于水的长链脂肪酸钙或镁盐(称钙皂或镁皂)。此外,Ca2+、Mg2+还会与碱性脱脂液中的C032一、0H一、PO43一、Si032一等形成不溶性的化合物。

这些不溶性的物质很容易附着在镀件的表面,使镀层出现毛刺、针孔、粗糙和结合力不良。在碱性脱脂剂中必须加入能使水软化的添加剂,也称为软化剂。都是一些可与Ca2十、Mg2+形成可溶性螯合物的螯合剂,可以抑制Ca2+、Mg2+和其他金属离子形成沉淀物,能消除水不溶物结块,使其变为悬浮体而分散到溶液中。软化水用的螯合剂主要有以下四类。

1.聚合磷酸盐 聚合磷酸盐按其结构可分为两大类。一类是线形的,其通式为Nan+2PnO3n+1。常用的有焦磷酸钠、三聚磷酸钠(STP)和六聚磷酸钠,其结构如下。

 

另一类聚合磷酸盐具有环状结构,其通式为NanPnO3n,常见的有三缩磷酸钠、四缩磷酸钠和六缩磷酸钠。

环状聚合磷酸盐的螯合能力很弱,而线形多聚磷酸盐是一种优良的螯合剂,具有较好的乳化分散作用,能有效抑制溶液中金属离子在制品表面形成不溶性固体。三聚磷酸钠是用得最多的,它具有软化水、螯合轻质金属离子和助洗等作用,能提高污垢的悬浮能力,防止二次污染和使用经济等优点。

2.有机多膦酸盐 膦酸是指碳原子上直接连接磷酸根(一P03H2)的化合物。最常见的多膦酸是在一个碳原子上连接两个或两个以上的磷酸基,或在氮原子上连接两个或两个以上甲亚基膦酸基(一CH2P03H2)的有机物。典型的有机多膦酸的名称与结构见表6-5。

表6-5 典型的有机多膦酸的名称与结构

 

有机多膦酸对Ca2+、Mg2+的络合能力比三聚磷酸盐强,所形成的络合物的稳定常数也大。有机多膦酸分子中含有憎水基与亲水基,其本身有相当的表面活性,也可以吸附在金属表面而形成防腐蚀的膜,同时又可分散污垢和聚合络合物。实验证明当它与表面活性剂联用时对提高洗涤剂的洗涤能力有协同作用,这就是它常作为液体洗涤剂、化妆用皂和硬水清洗助剂的原因。在许多的国外清洗剂的配方中,也用有机多膦酸作助剂。

3.有机羧酸盐作为洗涤助剂,一般应具备下列条件:对金属离子的螯合作用、分散作用、对碱的缓冲作用。其中对金属离子的螯合作用最为重要。目前使用最多的洗涤助剂是三聚磷酸钠(STP)。但过量的磷会引起湖泊的富营养化问题,使水中的溶解氧剧降,从而危及鱼类的生存,现在限制或减少使用。

作为无磷清洗助剂,主要采用有机羧酸类。

①氨基羧酸类 氮川三乙酸钠(NTA)、乙二胺四乙酸钠(EDTA)、羟乙基乙二胺三乙酸钠(HEDTA)、二乙三胺五乙酸钠(DTPA)羟基乙醇酸等。

②羟基羧酸类 乳酸钠、酒石酸钠、乙醇酸钠、柠檬酸三钠和葡萄糖酸钠等。

①二元羧酸类草酸钠、马来酸钠、丙二酸钠、琥珀酸钠等。

EDTA、NTA和STP对Ca2+的螯合能力都很强,属于稳定的螯合物。其中EDTA的螫合能力最强,在pH=10时每l00g螯合20.8gCa2十,而STP在pH=9时螯合能力最强,最适于在弱碱性洗涤剂中应用。酒石酸钠在pH=9时螯合力最强,柠檬酸钠也是在pH=9~10时的螯合力最强,它属于天然产物,对人体无害,是安全的洗涤助剂。葡萄糖酸钠有一个羧基和5个羟基,在碱性条件下能使金属离子或金属氧化物螯合,是一个非常理想的清洗助剂。在碱性脱脂剂与电解脱脂剂中都使用它,能获得最佳效果。

4.高分子化合物高分子化合物指PAA系列高分子助洗剂,是一种聚羧酸盐,是以丙烯酸、马来酸为主体的多元体共聚物的碱性金属盐,是一种水溶性聚电解质高分子化合物。它具有以下特点。

①对钙、镁等多价金属离子具有较强的螯合能力,其螯合能力相当于STPP(三聚磷酸钠)的5~7倍。

②对污垢团粒,钙皂具有良好的分散能力,在油酸钠浓度为0.033%、水硬度为333×10-6的实验条件下,PAA的钙皂分散能力为LAS的2倍、STPP的7倍。

③良好的吸附性能,50℃、pH=7时PAA对高岭土的吸附为STPP的6倍。且具有良好的抗油污再沉积能力。

④适合于低温洗涤,是低温脱脂剂的组成组分之一。

⑤可与多种类型的非离子型、阴离子型表面活性剂配伍使用,除油污效果更加突出。

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