低泡除油粉的研究
摘要：本文通过对低泡的表面活性剂进行筛选，选择合适的表面活性剂配制低泡除油粉，该除油粉的工作液浓度为50g/L，清洗温度为45-55℃，清洗时间为6-10min，除油率高达99%。
1 前言
在电镀前处理的除油工艺中，因搅拌或鼓气产生大量的泡沫会干扰到清洗效果，如过量泡沫升起会导致工作液的溢出，不仅会造成物料浪费，提高了清洗成本，还可能在清洗原料表面上产生污渍，给生产带来操作不便。过多的泡沫将阻碍油污的冲洗以及减缓污垢的沉淀和分离，排放除油剂时由于泡沫过多也会加重环境污染[1-2] 。此外，在电解除油工艺中，过多的泡沫阻碍了电极两端氢气和氧气的溢出，会导致爆鸣，甚至爆炸，存在安全隐患[3]。因此在保证除油剂的除油效果的前提下，除油剂起泡能力应尽量低些。
目前实现除油剂低泡沫的方法，主要是在清洗剂中添加消泡剂，或者选用低泡的表面活性剂。经研究，外加消泡剂的效果并不能显著的减少泡沫达到低泡的要求，因此，筛选合适的低泡表面活性剂成为重中之重。
常用的低泡表面活性剂大致分为四类：一是EO/PO嵌段聚醚类，其中，聚氧乙烯基-O(CH2CH2O)nH为亲水基团，聚氧丙烯基-O(CHCH3CH2O)nH为亲油基，这种亲油亲水混合结构一方面在水溶液里面更易形成胶束，从而表面张力较大，另外这种亲水亲油基团交错混合排列，空间相互阻碍并形成大量液膜之间的空隙，减弱了液膜的强度，最终所形成的泡沫膜壁更容易破裂，从而具有低泡特性[4]。二是异辛醇及其衍生物磷酸酯盐类，异辛醇衍生的表面活性剂本身具有低泡沫的效果，在异辛醇分子式中引入磷酸酯的结构，会提高产物的表面张力，进一步降低产品的泡沫[5]。三是嵌段聚醚改性有机硅类，单独的有机硅结构并不具有低泡和消泡的效果，常用的有机硅消泡剂只是利用了有机硅表面活性剂在泡沫表面具有快速铺展的作用，只有辅以疏水性的白炭黑方可起到破泡和消泡的效果。将有机硅结构中的甲基以聚醚取代，进一步提高表面张力可以有效的减少有机硅表面活性剂的泡沫[6]。四是乙氧基化脂肪酸甲酯及其衍生物类，脂肪酸甲酯乙氧基化物属于聚醚酯类化合物，它继承了聚醚酯类表面活性剂易于分散、表面活性高、抑泡消泡能力强等优点，而且乙氧基化后化亲水性进一步提高，削弱了原来聚氧乙烯链与水分子间的氢键，降低了泡沫膜层的强度，使泡沫更容易破裂[7]。
本文通过对各种低泡表面活性剂进行研究，筛选出合适的低泡表面活性剂，配制高效的低泡除油粉，符合实际生产需求。
2 低泡除油粉的配制
2.1 单组分表面活性剂的消泡性
将各种表面活性剂配制成1.0g/L的溶液，分别测试消泡性，消泡性如表1所示。
表1 表面活性剂的消泡性
编号 | 组分 | 泡沫高度（10min） |
1 | EH-9 | 2.3cm |
2 | AEO-9 | 9.4 |
3 | NP-10 | 8.7 |
4 | LAS | 4.5 |
5 | 6501 | 3.3 |
6 | 聚醚2010 | 0 |
7 | 聚醚2020 | 0 |
8 | 三乙皂 | 0 |
9 | JFC-8 | 1.5 |
10 | JFC-15 | 3.0 |
11 | APG0810 | 10.1 |
12 | APG0814 | 11.1 |
13 | AOS | 13.7 |
14 | OEP-70 | 0.9 |
15 | 聚醚L-61 | 0 |
16 | OX-301 | 0 |
17 | 1007 | 0.8 |
18 | AE50 | 0.9 |
由表1可知，泡沫较少的表面活性剂有EH-9、聚醚类、三乙皂、JFC、OEP-70、OX-301、1007 和AE50。而聚醚类几乎无乳化性能，JFC属于渗透剂，也无明显乳化作用，可选择的低泡表面活性剂主要是EH-9、OEP-70、OX-301、1007和AE50。
2.2 配制低泡除油粉
将上述5种表面活性剂两两复配，浓度均为1.0g/L，测表面活性剂的除油率，如表2所示。
表2 表面活性剂的除油率
编号 | 配方 | 50℃下现象 | 60℃除油率 |
1 | EH-9+ OEP-70 | 澄清 | 30.60 |
2 | EH-9+ OX-301 | 澄清 | 42.13 |
3 | EH-9+1007 | 澄清 | 24.41 |
4 | EH-9+ AE50 | 较浑浊 | 78.62 |
5 | OEP-70+ OX-301 | 澄清 | 24.02 |
6 | OEP-70+1007 | 澄清 | 19.59 |
7 | OEP-70+ AE50 | 很浑浊 | 52.88 |
8 | OX-301+1007 | 澄清，有点泛白 | 90.0 |
9 | OX-301+ AE50 | 浑浊 | 47.44 |
10 | 1007+ AE50 | 略浑浊 | 71.82 |
由表2可知，AE50的浊点较低，与AE50复配之后的组分，浊点都低于50℃。且三组分复配之后，浊点下降更明显。实验证明，EH-9、OX-301和1007复配后，浊点只有30℃左右；EH-9、1007和AE50复配之后，浊点也只有30℃左右；OEP-70、OX-301和1007复配后，浊点也只有30℃左右；而EH-9、OEP-70和OX-301复配的浊点较高，在58℃左右。说明OX-301和1007不适合一起与其他表面活性剂复配，而AE50的浊点较低。因此较适宜的复配方式为EH-9、OEP-70和OX-301的复配。
按此复配方式，将基础除油粉配方中的表面活性剂组分替换，测试除油性能如表3所示。
表3 低泡除油粉除油率
编号 | 清洗条件 | 温度 | 60℃除油率 |
1 | 50g/L，6min | 30℃ | 99.76% |
2 | 40℃ | 99.69% | |
3 | 50℃ | 99.44% | |
4 | 60℃ | 99.34% |
工件除油的除油率如表4所示。
表4 低泡除油粉对工件的除油率
编号 | 清洗条件 | 工件类型 | 除油率 |
1 | 50g/L，6min，50℃ | 齿轮 | 98.45% |
2 | 圆环 | 97.36% | |
3 | 其他 | 95.61% | |
4 | 空心圆柱 | 98.88% |
由表3和表4可知，该低泡除油粉对试片的除油效果较好，但对工件的除油效果明显降低，因此需要对该除油粉进行改进。通过调整表面活性剂的用量实现，改进的后的低泡除油粉记作MP0。
3. 低泡除油粉MP0的综合性能测试
低泡除油粉MP0的清洗条件为：工作液浓度50g/L，清洗温度45-55℃，清洗时间6-10min。该除油粉的除油性能如表5所示。
表5 MP0对工件的除油率
编号 | 清洗条件 | 工件类型 | 除油率 |
1 | 50g/L，8min，50℃ | 齿轮 | 99.05% |
2 | 圆环 | 99.55% | |
3 | 其他 | 99.24% | |
4 | 空心圆柱 | 99.16% |
参照JB/T 4323.2-1999（水基金属清洗剂 试验方法）对MP0进行性能测试，测试性能如下表4所示。
表4 MP0的综合性能
性能 | MP0 |
外观 | 白色或灰白色粉末 |
pH值 | 13.08（50g/L） |
除油率 | 大于99% |
泡沫高度（10min） | 0.8cm |
自来水中稳定性 | 无沉淀 |
防锈性 | 无锈蚀，合格 |
腐蚀性 | 无腐蚀，合格 |
漂洗性 | 无清洗剂残留，合格 |
水不溶物 | 常温下全溶 |
4. 总结
通过以上研究，可以得出结论：低泡除油粉MP0是一款性能优良的低泡除油产品，其最佳使用条件为:浓度50g/L，温度50℃，清洗时间为8min。在此条件下，除油率高达99%。