低泡沫环氧丙烷封端脂肪酸甲...化物在铝材低温除油中的应用_王琛.pdf

62 DOI:10.19289/j.1004-227x.2023.03.011 低泡沫环氧丙烷封端脂肪酸甲酯乙氧基化物在铝材低温除油低泡沫环氧丙烷封端脂肪酸甲酯乙氧基化物在铝材低温除油 中的应用中的应用 王琛 上海喜赫精细化工有限公司，上海 201620 摘要：摘要：以环氧丙烷(PO)封端脂肪酸甲酯乙氧基化物(FMEE)为主成分，TX-10 为乳化剂，乙二胺二邻苯基乙酸钠(EDDHA-Na)为螯合剂，伯烷基磺酸钠(PAS-80)为渗透剂，获得适用于铝材的低温乳化、除灰、防回沾三种性能均衡的除油剂。通过正交试验确定了 PO 封端 FMEE、TX-10、PAS-80、EDDHA-Na 的较佳质量比为 3211。将 30 g/L 该除油剂与 10 g/L 硫酸复配使用时，不仅可获得良好的除油效果，还能降低硫酸的使用量。关键词：关键词：铝材；除油；脂肪酸甲酯乙氧基化物；环氧丙烷封端；除灰；防回沾 中图分类号：中图分类号：TG178 文献标志码：文献标志码：A 文章编号：文章编号：1004 227X(2023)03 0062 04 Application of low-foaming propylene oxide terminated fatty acid methyl ester ethoxylate to degreasing of aluminum at low temperature WANG Chen Shanghai Xihe Fine Chemical Co.,Ltd.,Shanghai 201620,China Abstract:A degreaser having the functions of low-temperature emulsifying,desmutting,and anti-staining for aluminum was prepared based on propylene oxide(PO)terminated fatty acid methyl ester ethoxylate(FMEE)with TX-10 as emulsifier,sodium ethylenediamine-di-o-hydroxyphenylacetate(EDDHA-Na)as chelator,and sodium primary alkane sulfonate(PAS-80)as permeating agent.The mass ratio of PO-terminated FMEE to TX-10 to EDDHA-Na to PAS-80 was optimized as 3:2:1:1 by orthogonal test.The degreaser had excellent degreasing effectiveness if being used at a mass concentration of 30 g/L in combination with 10 g/L of sulfuric acid,reducing the amount of sulfuric acid.Keywords:aluminum;degreasing;fatty acid methyl ester ethoxylate;termination with propylene oxide;desmutting;anti-staining 铝材经过冷轧、拉伸、冲压等工序后，可以采用硫酸洗去表面残留的轧制油、铝粉及挂灰。硫酸成本低，与铝基体反应生成的气体能够促使油污从基体剥离，也可以松化或去除表面的自然氧化膜1，但大量使用硫酸会危害环境，并且硫酸清洗时间久、效率低。在硫酸中加入除油剂可显著降低硫酸的用量，减少铝耗2。环氧丙烷(PO)封端脂肪酸甲酯乙氧基化物(FMEE)具有低泡、耐强酸的特点，其分子链中含有酯基和甲基两种亲油性基团，能够与矿物油形成多点结合，对油污具有极强的捕捉能力，对矿物油的清洗能力较强3。本文针对铝材除油，以PO封端FMEE为主成分，并添加TX-10作为乳化剂，乙二胺二邻苯基乙酸钠(EDDHA-Na)作为渗透剂，以及伯烷基磺酸钠(PAS-80)作为螯合剂，通过正交试验寻求较优的酸性除油剂配方。TX-10 能够提高体系的乳化力，将从材料表面脱落的油污乳化成水包油微乳液，稳定悬浮于除油液中。PAS-80 能够提高体系的耐酸性，与非离子的 FMEE 和 TX-10 之间有较好的协同作用，促进除油剂渗入污垢与材料表面的结合处，对油污起到剥离作用4。EDDHA-Na 对清洗过程中产生的挂灰有明显的去除效果，可以有效螯合工作液中的铝离子，延长工作液的使用寿命，降低工作液的更换频率5。最后将该除油剂与硫酸复配使用，获得了能够在低温条件下快速清除铝合金表面油污、黑灰、铝灰等杂质的除油工艺。1 实验实验 1.1 试剂与仪器试剂与仪器 EDDHA-Na、PAS-80、PO 封端 FMEE：工业级，上海喜赫精细化工有限公司；TX-10：工业级，上海清奈 收稿日期：收稿日期：20220315 修回日期：修回日期：20230131 作者简介：作者简介：王琛（1986），男，硕士，工程师，研究方向为工业清洗剂的研发。引用格式：引用格式：王琛.低泡沫环氧丙烷封端脂肪酸甲酯乙氧基化物在铝材低温除油中的应用J.电镀与涂饰,2023,42(3):62-65.WANG C.Application of low-foaming propylene oxide terminated fatty acid methyl ester ethoxylate to degreasing of aluminum at low temperature J.Electroplating&Finishing,2023,42(3):62-65.低泡沫环氧丙烷封端脂肪酸甲酯乙氧基化物在铝材低温除油中的应用 63 实业有限公司；拉伸油、润滑油：浙江联诺油脂股份有限公司；98%硫酸：分析纯，上海试一化学试剂有限公司；铝箔片、铝粉：北京聚光赢创科技有限公司。CleanoSpector 表面洁度仪：德国 SITA；电子天平 AB 104：梅特勒-托利多；Colour i5 色差仪：美国 X-rite公司。1.2 材料制备材料制备 1.2.1 油污试片油污试片 将工业凡士林、拉伸油、润滑油和铝粉以质量比 3551 混合后搅拌均匀得到铝材油污，备用。用石油醚彻底洗净铝箔片(尺寸：80 mm 80 mm 2 mm)，烘干后用电子天平称量(记为 m0)，浸入铝材油污中 10 min 后取出，垂直悬挂于空气中老化 24 h 并称量(记为 m1)。1.2.2 挂灰试片挂灰试片 将油污铝箔试片放入 300 马弗炉中烧制 30 min，待表面油污完全碳化后取出冷却，再置于沸水中 2 min，除去试片表面的黑灰，得到挂灰试片。1.3 除油除油 将油污铝箔试片悬挂浸入温度为 30 的除油工作液中，5 min 后取出，在常温(30，下同)水中摆动 10 次，取出后沥干。1.4 除灰除灰 将挂灰铝箔试片悬挂浸入温度为 30 的除油工作液中，5 min 后取出，在常温水中摆动 10 次后用热风吹干。1.5 油污反沾油污反沾 称取不同用量的 PO 封端 FMEE、TX-10、EDDHA-Na、PAS-80 与 1 g 铝材油污配制成 5%的水溶液。用石油醚将 80 mm 80 mm 2 mm 大小的铝箔试片清洗后烘干，用电子天平称量(记为 m)，悬挂浸入溶液中静置 30 min，取出后沥干，再置于 60 烘箱中恒温 24 h 后称量(记为 m)。m与 m之差即为油污反沾量m。1.6 表征方法表征方法 1.6.1 除油率除油率 取除油后的试片，在 80 下烘干后室温保持 24 h，称量(记为 m2)。按式(1)计算除油率(wo)。()()o20101100%wmmmm=-(1)1.6.2 除灰率除灰率 采用色差仪检测试片除灰前后的亮度 L0和 L1，按式(2)计算除灰率(wa)。()a100100%wLLL=-(2)1.6.3 表面清洁度表面清洁度 采用表面洁度仪检测样品表面 20 个不同位置的 RFU(相对荧光单位)，以评价样品表面清洁度，读数模式为 Fluolevel。2 结果与讨论结果与讨论 2.1 除油剂配方的确定除油剂配方的确定 以 PO 封端 FMEE、TX-10、EDDHA-Na 和 PAS-80 的质量浓度为因素，除油率、除灰率和油污反沾量为指标，通过正交试验确定除油剂的配方，试验结果和极差分析分别见表 1 和表 2。2.1.1 各因素对除油率的影响各因素对除油率的影响 由表 2 可知，各因素对除油率的影响顺序为：PO 封端 FMEE 用量 TX-10 用量 PAS-80 用量 EDDHA-Na 用量。铝材表面油污的主成分是长碳链矿物油，PO 封端 FMEE 为十八碳结构，与矿物油的碳烃结构相似。根据相似相溶原理，PO 封端 FMEE 对矿物油具有优异的增溶作用，在低温下更容易清洗矿物油，低泡沫环氧丙烷封端脂肪酸甲酯乙氧基化物在铝材低温除油中的应用 64 表表 1 正交试验结果正交试验结果 Table 1 Results of orthogonal test 试验号 因素 A 因素 B 因素 C 因素 D 除油率/%除灰率/%油污反沾量/g (PO 封端 FMEE)/(gL1)(TX-10)/(gL1)(PAS-80)/(gL1)(EDDHA-Na)/(gL1)1 5 5 3 3 29.23 3.86 0.337 2 5 10 6 6 32.07 5.39 0.285 3 5 15 9 9 34.51 8.77 0.256 4 10 5 6 9 41.61 9.10 0.189 5 10 10 9 3 43.95 4.51 0.125 6 10 15 3 6 46.20 7.29 0.106 7 15 5 9 6 44.41 6.83 0.088 8 15 10 3 9 47.28 9.57 0.069 9 15 15 6 3 51.83 4.23 0.013 表表 2 正交试验极差分析正交试验极差分析 Table 2 Range analysis of orthogonal test 项目 因素 A 因素 B 因素 C 因素 D 除油率 均值 1 31.937 38.417 40.903 41.670 均值 2 43.920 41.100 41.837 40.893 均值 3 47.840 44.180 44.957 41.133 极差 15.903 5.763 0.934 0.777 除灰率 均值 1 6.01 6.60 6.91 4.20 均值 2 6.97 6.49 6.24 6.50 均值 3 6.88 6.76 6.70 9.15 极差 0.96 0.27 0.67 4.95 油污反沾量 均值 1 0.293 0.205 0.171 0.158 均值 2 0.140 0.160 0.162 0.160 均值 3 0.057 0.125 0.156 0.171 极差 0.236 0.080 0.015 0.013 所以它对除油率的影响最大。TX-10 与 PO 封端 FMEE 有协同增效作用。PAS-80 对铝材表面油污有卷离作用，能够提高除油效率，但对除油率的影响不如 PO 封端 FMEE 和 TX-10。EDDHA-Na 对除油过程虽无直接影响，但在实际生产中由于除油槽内的工作液更换频率较低，有些长达半年才更换一次，工作液中不可避免地存在铝离子污染，严重影响除油效率，而 EDDHA-Na 可以螯合铝离子，有利于延长工作液的使用寿命。2.1.2 各因素对除灰率的影响各因素对除灰率的影响 铝材在酸性除油液中，尤其是除油温度偏高时，表面会生成一层黑灰色的薄膜，即形成挂灰，其主要成分为碳粒和硅粒。挂灰具有强烈的疏水和疏油特性，无论是亲油性还是亲水性清洗剂，