低溫脫脂劑的研制及其應(yīng)用

劉梅英 *，朱日東

（1.東北大學(xué)理學(xué)院，遼寧 沈陽 110004；2.深圳市榮強(qiáng)科技有限公司，廣東 深圳 518000）

在帶鋼表面涂鍍層加工生產(chǎn)線中，帶鋼表面的清洗脫脂是影響產(chǎn)品質(zhì)量的一個重要環(huán)節(jié)。實(shí)踐證明， 如果帶鋼表面脫脂不徹底，涂料或鍍層將難以在基體上充分鋪展及附著，嚴(yán)重者會導(dǎo)致涂鍍層起皮、脫落。

帶鋼清洗脫脂是利用脫脂劑中的有效成分使表面 油污的粘附性降低[1-2]，并通過皂化、分散、乳化作用將油轉(zhuǎn)化為肥皂或呈乳化狀態(tài)，而從鋼帶基材上脫離。同時，脫脂劑中的螯合劑與油污中的金屬離子組分作用形成易溶于水的物質(zhì)，從而去除帶鋼表面的油污及與油污相粘附的灰塵和其他細(xì)小雜質(zhì)。

目前，國內(nèi)生產(chǎn)的能在低溫下使用的脫脂劑皆為浸泡型[3-10]，且脫脂時間較長，不能滿足高速運(yùn)行的帶鋼的脫脂需求，而且應(yīng)用于帶鋼的脫脂劑須在較高的溫度(70～85 °C)條件下才能取得好的效果，而一般清洗劑則需加熱，需要消耗的能源較多，對空氣環(huán)境污染較大，同時使用過程中產(chǎn)生的大量氣泡不僅會帶走部分脫脂劑而造成浪費(fèi)，且使現(xiàn)場的工作環(huán)境變差[11]。因此，研發(fā)可以在較低溫度(低于60 °C)條件下使用且低泡甚至無泡的脫脂劑，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

性能優(yōu)異的表面活性劑是低溫除油的必要條件。單一的表面活性劑難以取得好的效果，只有對各組分表面活性劑進(jìn)行優(yōu)化配比，才能取得最佳處理效果。國外的低溫除油劑可分為堿性組分和低溫組分兩大部分。堿性組分為氫氧化鈉、碳酸鈉、硅酸鈉、磷酸鹽及其他輔助物質(zhì)的合適組合；低溫組分為陰離子型和非離子型表面活性劑與特殊分散劑形成的合適組合，還需加入其他的特殊組分。本文旨在找到一種能在較低溫度下使用且脫脂效果良好、在濃堿溶液中溶解性好的脫脂劑。

1 試驗(yàn)

1.1 材料和儀器

試驗(yàn)用鋼片取自鋼廠軋制后的鋼板，按60 mm × 100 mm 規(guī)格裁制而成。NP 系列、AEO 系列、和OP系列表面活性劑，海杰化工有限公司；RF 系列表面活性劑，深圳市榮強(qiáng)科技有限公司；NaOH 和EDTA(乙二胺四乙酸)，化學(xué)純，天津紅巖化工有限公司。

恒溫水浴鍋，北京醫(yī)療器械有限公司；HARKE- SPCA 接觸角測定儀，北京哈科試驗(yàn)儀器廠。

1.2 研究方法

(1) 靜態(tài)研究方法：脫脂清洗劑于水浴中恒溫(40～80 °C)，將帶有油脂的鋼板在其中輕輕晃動，用水沖洗鋼板表面，同時用毛刷刷洗，干燥后用接觸角測定儀測鋼板對水的潤濕性，評價脫脂除油效果。

(2) 動態(tài)研究方法：將脫脂劑以1.5～2.0 atm (1 atm = 101 325 Pa)的壓力噴淋在走行線速度為200 m/min 的鋼板上，依次用3～4 atm 的去離子水和純水刷洗，熱風(fēng)吹干后用接觸角測定儀測鋼板對水的潤濕性，評價脫脂除油效果。

2 結(jié)果與討論

2.1 表面活性劑的選擇

本研究以濃堿液為脫脂劑的基本組成，添加合適的表面活性劑和螯合助劑(EDTA)以強(qiáng)化脫脂效果，對NP 系列、AEO 系列、OP 系列和RF 系列表面活性劑進(jìn)行適配研究，結(jié)果表明，NP 系列、AEO 系列、OP系列及部分RF 系列在強(qiáng)堿性溶液(NaOH，質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥25%)中出現(xiàn)分層現(xiàn)象，表現(xiàn)為不互溶，而RF-25-1 在強(qiáng)堿中具有良好的溶解性且使用時無泡沫產(chǎn)生，因此，后續(xù)研究選擇RF-25-1 作為合適的表面活性劑。

2.2 表面活性劑用量對脫脂效果的影響

控制NaOH 的用量為25%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)，螯合助劑(EDTA)的用量為0.1%。分別加入3%、4%、5%、6%和7%的RF-25-1，配制成脫脂劑濃液。取50 mL脫脂劑濃液于燒杯中稀釋至500 mL，置恒溫水浴中，控制溫度為60 °C，將帶有油脂的鋼板浸入清洗劑中，輕輕晃動20 s 后取出，用水沖洗鋼板表面，同時用毛刷刷洗，干燥后向鋼板滴一滴水，測定其接觸角，結(jié)果見表1(處理前接觸角65°～75°)?？梢钥闯?，隨著RF-25-1 用量的增加，接觸角逐漸減小。對國內(nèi)多數(shù)廠家來說，接觸角≤15°即可滿足生產(chǎn)需要，因而選擇RF-25-1 的添加量為5%。

表1 不同RF-25-1 用量對脫脂效果的影響Table 1 Effect of dosage of RF-25-1 on degreasing effect

2.3 靜態(tài)條件下溫度對鋼板脫脂性能的影響

取50 mL 脫脂劑濃液于燒杯中稀釋至500 mL，置恒溫水浴中，控制不同溫度，將帶有油脂的鋼板浸入清洗劑中，輕輕晃動20 s 后取出，用水沖洗鋼板表面，同時用毛刷刷洗，干燥后向鋼板滴一滴水，測定其接觸角，結(jié)果見表2(處理前接觸角70°～80°)。由表2可見，隨著脫脂溫度的升高，鋼板的水接觸角逐漸減小，該脫脂清洗劑在50 °C 以上都能滿足鋼廠對脫脂的要求。

表2 不同脫脂溫度下鋼板表面對水的接觸角Table 2 Water contact angles on steel plate after degreasing at different temperatures

2.4 靜態(tài)條件下清洗時間對鋼板脫脂性能的影響

取50 mL 脫脂劑濃液于燒杯中稀釋至500 mL，置恒溫水浴中，控制溫度為60 °C，將帶有油脂的鋼板浸入清洗劑中，輕輕晃動不同時間后取出，用水沖洗鋼板表面，同時用毛刷刷洗，干燥后向鋼板滴一滴水，測定其接觸角，結(jié)果見表3(處理前接觸角68°～80°)。由表3可見，當(dāng)清洗時間在20～30 s 時，鋼板表面水接觸角均為12°，說明該脫脂清洗劑在60 °C 下，處理時間超過20 s 時，處理效果均符合要求。

表3 清洗時間對鋼板表面水潤濕角的影響Table 3 Effect of degreasing time on contact angle of water on surface of steel plate

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定以堿性組分氫氧化鈉25%、低溫組分RF-25-1 5%、螯合助劑EDTA 0.1%組成脫脂清洗劑，進(jìn)行動態(tài)低溫脫脂效果的研究。

2.5 動態(tài)條件下的脫脂清洗效果

將脫脂劑濃液稀釋10 倍，加熱到55 °C，以1.5～2 atm 的壓力噴淋在走行線速度為200 m/min 的鋼板(總長100 m，寬100 mm)上刷洗，再依次用去離子水和純水刷洗鋼板(壓力為3～4 atm)，用熱風(fēng)吹干后用接觸角測定儀測量鋼板對水的潤濕性，結(jié)果見表4(處理前接觸角68°～80°)。由表4可見，鋼板表面水的接觸角在5°～12°之間，說明所研究的脫脂清洗劑可以在較低溫度(55 °C)下使用于快速行走的鋼板的脫脂處理，而且效果良好。

表4 動態(tài)脫脂試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Result of dynamic degreasing test

2.6 應(yīng)用實(shí)例

將該脫脂清洗劑用于某冷軋廠普碳鋼板的脫脂處理(走行速度為270 m/min)和某不銹鋼廠不銹鋼板的脫脂處理(走行速度為180 m/min)，其流程均為：堿性噴灑清洗(堿液濃度1.0%～2.5%，壓力3～4 atm)─噴灑刷洗(堿液濃度1.0%～2.5%，壓力3～4 atm)─離子交換水沖洗(壓力3～4 atm)─純水沖洗(壓力3～4 atm)─烘干。前者的脫脂及沖洗的溫度為55～65 °C，后者為80～85 °C，均取得滿意的效果。

3 結(jié)論

(1) 由5%表面活性劑RF25-1、25% NaOH 和0.1% EDTA 復(fù)合而成的金屬脫脂清洗劑具有良好的低泡脫脂性能。

(2) 靜態(tài)研究表明，脫脂清洗劑溫度為50 °C、處理時間為20 s 時，可獲得良好的處理效果。

(3) 動態(tài)試驗(yàn)表明，在55 °C 條件下，該脫脂劑對走行線速度為200 m/min 的鋼板具有良好的處理效果。

(4) 該產(chǎn)品用于某廠不銹鋼和某廠冷軋鋼板的脫脂處理，效果令人滿意。

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