環(huán)保可排放型水基著色滲透液的研制及應(yīng)用

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(上海誠友實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司，上海 200437)

滲透檢測(cè)用油基著色滲透液由于具有滲透能力強(qiáng)、著色鮮艷、潤(rùn)濕性能好及檢測(cè)靈敏度高等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。

因?yàn)橛突珴B透液所用溶劑多為煤油、變壓器油、丁酸丁酯、鄰苯二甲酸二丁酯等，均為有機(jī)溶劑，所用溶質(zhì)(著色染料)較多考慮的是著色鮮艷程度等，所以該類油基著色滲透液使用后的廢液排放會(huì)污染環(huán)境，不符合環(huán)保要求。另外，油基著色滲透液的廢液很難降解，即使通過一般的廢水處理系統(tǒng)，都很難達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，而必須要通過相關(guān)專業(yè)的化工污水處理工程，才能達(dá)到排放要求。

污水處理工程占地面積大、處理工序繁瑣、費(fèi)用昂貴等，給滲透檢測(cè)企業(yè)帶來了較大負(fù)擔(dān)。隨著社會(huì)的發(fā)展，環(huán)境問題越來越突出，企業(yè)的環(huán)保意識(shí)也日益加強(qiáng)。滲透檢測(cè)后的廢液排放成為一個(gè)急待解決的問題。

研究的可排放(環(huán)保)型水基著色滲透液(以下簡(jiǎn)稱“滲透液”)以水為主要溶劑，以環(huán)保型染料為溶質(zhì)，其檢測(cè)靈敏度高、清洗性能好、無毒、無味、零VOC(產(chǎn)生危害的揮發(fā)性有機(jī)物)，300倍的稀釋液可達(dá)到GB/T 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中的二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。

1 試驗(yàn)過程

1.1 原料與儀器

(1) 原料

原料主要包括：去離子水、助溶劑、環(huán)保紅色染料(市售)、吐溫-80、三乙醇胺硼酸酯等。

(2) 儀器

儀器主要包括：QSJ高速分散機(jī)、1型參考試塊、SY-05型石油密度計(jì)、SYP1003-Ⅵ黏度計(jì)、SYD-261閃點(diǎn)儀、ZL300A全自動(dòng)界面張力測(cè)定儀等。

1.2 滲透液的配制

取70.0%～85.0%的去離子水，加入3.0%～4.0%的紅色環(huán)保染料，開啟攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速到500 r·min-1，攪拌3～4 h，直至全部溶解，然后加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍分別為6.0%～10.0%的助溶劑，2.0%～3.0%的吐溫-80和1.5%～2.5%的三乙醇胺硼酸酯，再攪拌約30 min。

1.3 性能測(cè)試

目視檢測(cè)滲透液外觀,按照GB/T 18851.2-2008《無損檢測(cè) 滲透檢測(cè) 第2部分：滲透材料的檢驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定滲透液靈敏度(著色滲透液的2級(jí)靈敏度為高級(jí)靈敏度，1級(jí)靈敏度為普通靈敏度)，按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2013—2010《液體石油化工產(chǎn)品密度測(cè)定法》測(cè)定滲透液的密度，按照ASTM D445《石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)黏度測(cè)定》測(cè)定滲透液的黏度，按照ASTM D93《閉口杯測(cè)定閃點(diǎn)》測(cè)定滲透液的閃點(diǎn)。

1.4 滲透液廢水排放指標(biāo)評(píng)價(jià)

滲透檢測(cè)中，施加到工件表面及缺陷內(nèi)的滲透液、去除劑及顯像劑等，經(jīng)過滲透、去除、顯像、檢驗(yàn)后，再經(jīng)過清洗去除變成廢水。廢水的處理是目前一項(xiàng)重要的工作。

筆者將自己?jiǎn)挝慌渲频臐B透液和市售常用滲透液進(jìn)行了廢水排放主要指標(biāo)的數(shù)據(jù)對(duì)比，廢水綜合排放基本指標(biāo)測(cè)定如表1所示(其中a表示1份滲透液+300份水+1份中和液，b表示1份市售常用滲透液+1 000份水+1份中和液)。

表1 廢水綜合排放基本指標(biāo)測(cè)定

從表1可以看出，研制的水基著色滲透液通過水洗后(相當(dāng)于稀釋300倍)，再加入自配的中和液就可以達(dá)到國家規(guī)定的二級(jí)或三級(jí)排放要求;而市售普通的著色滲透液先稀釋1 000倍，再通過簡(jiǎn)單處理，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 溶劑的選擇

滲透液中，溶劑起到溶解染料和滲透的作用。常用的溶劑有煤油、芳香烴等，其中芳香烴對(duì)人體有一定傷害。所有溶劑中，對(duì)環(huán)境沒有污染且對(duì)人體沒有傷害的只有水。

筆者選用水作為主要溶劑，添加環(huán)保水性染料等，配制出的水基著色滲透液具有靈敏度高、零VOC、無毒、無味、潤(rùn)濕性能好等優(yōu)點(diǎn)。

2.2 潤(rùn)濕劑的選擇

加入少量的表面活性劑即潤(rùn)濕劑，能大大降低溶劑(通常為水)的表面張力或界面張力，改變物系的界面狀態(tài)，能夠產(chǎn)生潤(rùn)濕、乳化、起泡、增溶及分散等一系列作用，從而達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的要求[1]。

滲透液的潤(rùn)濕能力與滲透能力相關(guān)聯(lián)，且對(duì)滲透檢測(cè)整個(gè)性能有重要影響。潤(rùn)濕性好，滲透液在工件表面的鋪展好；潤(rùn)濕性差，滲透液液體容易收縮，滲透液在工件表面的覆蓋不好，容易造成漏檢[2]。所以，選擇合適的潤(rùn)濕劑，降低水的表面張力，增加水基滲透液對(duì)受檢固體表面的潤(rùn)濕能力尤其重要。選了5種潤(rùn)濕劑進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果如表2所示。

表2 加入不同種類潤(rùn)濕劑的表面張力 (×10-3 N·m-1)

通過表2發(fā)現(xiàn)，SN-4727、Dynol 960和Twin 4100可以大大降低表面張力，但是會(huì)引起滲透液在工件表面的縮孔現(xiàn)象；而吐溫-80可以將滲透液調(diào)整到合適的表面張力，并且無縮孔、縮邊等現(xiàn)象，滲透液靈敏度也高。滲透液并不是表面張力越低越好，這點(diǎn)可以從以下理論來解釋。

滲透液在毛細(xì)管中的上升高度為

h=2αcosθ/(rdg)

(1)

式中：h為潤(rùn)濕液體在毛細(xì)管中的上升高度；α為液體的表面張力系數(shù)；θ為接觸角；α·cosθ為靜態(tài)滲透參量(SPP)；r為毛細(xì)管內(nèi)壁半徑；d為液體密度；g為重力加速度。

分析式(1)可知，滲透液在表面開口缺陷中的上升高度與滲透液表面張力及滲透液接觸角直接相關(guān)。

靜態(tài)滲透參量可表征滲透液滲入缺陷的能力。表面張力與接觸角余弦的乘積越大，潤(rùn)濕性越好，滲透力越強(qiáng)[3]。所以，在保證潤(rùn)濕性能好的條件下，表面張力應(yīng)取適當(dāng)值。

2.3 染料的選擇

染料是決定滲透液靈敏度的主要因素之一。

著色滲透液的著色強(qiáng)度是指缺陷內(nèi)一定數(shù)量的著色滲透液被顯像劑吸附出來后顯示色澤的能力。滲透液的著色強(qiáng)度越大，被吸附出的一定量的滲透液在顯像后顯示色澤的能力越強(qiáng), 從而越容易被觀察, 滲透檢測(cè)靈敏度也就越高。著色強(qiáng)度可以用吸光度準(zhǔn)確測(cè)量。

A=C·L

(2)

式中：A為吸光度；C為著色液的染料濃度；L為液層的厚度。

從式(2)可以看出，染料的濃度C越大，吸光度A就越大，即著色強(qiáng)度越大，因而檢測(cè)靈敏度就越高[4]。

選擇的染料溶解度高，符合環(huán)保要求，不含24種芳香胺，不含國際、國內(nèi)禁用產(chǎn)品，不含重金屬[5]。

2.4 防銹劑的選擇

水基產(chǎn)品中的防銹性能是最主要的，而傳統(tǒng)的防銹劑主要有亞硝酸鹽、磷酸鹽或鉻酸鹽等，雖然防銹效果良好，但毒性較強(qiáng)[6]。采用易生銹的低碳鋼，并選擇幾種環(huán)保防銹劑進(jìn)行防銹試驗(yàn),不同防銹劑防銹性能測(cè)試結(jié)果如表3所示，防銹試驗(yàn)的步驟如下所述。

(1) 取三乙醇胺硼酸酯、有機(jī)胺類緩蝕劑、硅酸鹽類防銹助劑、磷酸酯型防銹助劑4種環(huán)保防銹劑，分別配制防銹劑含量為0.5%，1.0%，1.5%和2.0%的水溶液。

(2) 取16塊易生銹低碳鋼板，用砂紙將其表面打磨光滑，然后用分析級(jí)丙酮洗凈、晾干。

(3) 將潔凈、光滑的試板浸入準(zhǔn)備好的16種防銹液中，在50℃下靜置1 h，取出試板觀察表面銹蝕的情況。

表3 不同防銹劑防銹性能測(cè)試結(jié)果

由表3可知，含有1.5%三乙醇胺硼酸酯防銹劑溶液的耐腐蝕性好，并且1 h內(nèi)無任何銹跡，所以在滲透液中選用三乙醇胺硼酸酯作為防銹劑。

2.5 滲透液性能

研究的環(huán)保可排放型水基著色滲透液，可應(yīng)用于滲透檢測(cè)中非多孔性的金屬或其他材料表面開口缺陷的檢測(cè)。將其與市售傳統(tǒng)的著色滲透液進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見表4。由表1和表4可知，相比傳統(tǒng)滲透液，制備的水基著色滲透液不僅通過簡(jiǎn)單處理就可達(dá)到排放要求，而且具有靈敏度高、清洗性好等優(yōu)點(diǎn)。

表4 研制的水基著色滲透液與市售著色滲透液的性能對(duì)比

四川某鑄造單位原來每個(gè)月需要處理近10 t的廢水，處理周期較長(zhǎng)、費(fèi)用昂貴。使用該可排放型水基著色滲透液后，大大提高了工作效率，減少了生產(chǎn)成本。

3 結(jié)論

(1) 以水為主要溶劑，以溶解度高的環(huán)保染料為溶質(zhì)，可配制成環(huán)保可排放型水基著色高靈敏度滲透液。

(2) 選擇吐溫-80作為潤(rùn)濕劑，三乙醇胺硼酸酯作為防銹劑，可使得滲透液具有滲透能力強(qiáng)、潤(rùn)濕性能好、靈敏度高、防銹性能好等優(yōu)良特性。