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除蜡水除蜡原理

发布时间:2015-06-23  阅读:68

  除蜡水广泛应用于电镀、钟表、工艺品、饰品等五金行业工件的抛光后之除蜡工艺。除蜡水的研究主要是选择一些表面活性剂、助剂、缓蚀剂、助溶剂等复合、调配,从而使产品在常温、加温,超声波、浸洗等工艺中都能迅速、彻底去除各种蜡垢,对不锈钢、碳钢、锌合金、铝合金、镁合金、铜合金等各种基材不产生腐蚀、氧化等负作用,有较长的使用寿命和环保性能。此外,注意对产品的粘度、气味、颜色、透明度等外观性能进行合理的调配,满足客户心理需求,提升产品附加值。

      原理

  抛光蜡的蜡垢主要由石蜡、脂肪酸、松香皂、金属氧化物和某些无机固体抛磨小颗粒如:刚玉、碳化硅、高铝瓷等组成。固体颗粒主要以粉末状均匀分布于抛光蜡体系中,以及一些打磨布辘残碎片、打磨出来的金属基体的粉末物及其氧化物。

  蜡垢与工件主要以机械粘附、分子间力粘附、静电力粘附等粘附方式,当机械粘附的蜡垢颗粒小于0.1μm时就较难去除,这是根据较长时间对各种蜡垢观察所得的结论。新型高效除蜡水制备的关键是对各种表面活性剂、助剂、缓蚀剂等的合理复配,通过降低表面张力,改善润湿渗透性能和乳化、溶解、增溶等性能,从而加强渗透能力和溶解能力。非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂的复配早就广泛应用,加离子型表面活性剂能使非离子表面活性剂的浊点有较宽的范围,能形成混合胶团;非离子表面活性剂分子“插入”胶团中,使后来的离子表面活性剂离子头间斥力减弱,再加上两种表面活性剂疏水链之间的相互作用,更易生成胶团,使混合液体的CMC下降,且表面张力也下降,表面活性增高。

  实验研究

  根据上述原理和实践经验,并参照相关资料,首先考虑几个比较重要的因素并进行简单的优化实验,然后就各组份的配伍性进行实验研究,得出较为理想的除蜡水配方,并经小样实验后,试制中样,进行实际应用考虑。


  阴离子表面活性剂的选择

  根据相关资料和经验,一定的羧酸盐表面活性剂有对黑色金属良好的缓蚀效果,而且价格低廉,可选用一定碳链结构的饱和脂肪酸和较高活性的有机碱在较为简单的工艺下合成,该表面活性剂综合性能十分理想。

  我们将阴离子表面活性剂初步含量确定为25wt%左右。如表面活性剂含量过高,则无机盐助剂难于加入,选用脂肪酸醇胺盐作阴离子表面活性剂,较单乙醇胺和三乙醇胺,二乙醇胺更具有良好的缓蚀、渗透、碱储量等作用。对脂肪酸的选择是阴离子表面活性剂选择的关键,脂肪酸与醇胺反应产物的性能对比如表所示。

脂肪酸

水溶解性

耐硬水性

除蜡能力25±2℃

除蜡能力65±2℃

月桂酸

很好

一般

硬脂酸

一般

一般

亚油酸

一般

一般

油酸


    非离子表面活性剂的选择

  聚氧乙烯型活性剂,除了考虑其浊点外,还应尽量使其在较低的浓度下有较低的表面张力,以及对蜡垢特性相适应的HLB值。参考相关资料,对烷基酚的环氧乙烷不同加成数反应产物进行相关实验。选用环氧乙烷加成数为l0的HLB值为l2~l3,浊点在70℃左右时,其润湿力、渗透力、对硬表面去污力等综合效果最好。选用高级醇酰胺,使脂肪基醇酰胺含量尽可能高,这样在较低的浓度下,对蜡垢有良好的去除效果;尽量少游离脂肪酸,能减少对工件的腐蚀,且溶解性能良好。它具有优越的除蜡垢、防蜡垢再沉淀能力,与其它表面活性剂复配,有良好的增效性能,同时兼具防锈性,即使在很低的浓度下亦能抑制钢铁生锈。


  无机盐助剂的选择

  聚磷酸盐对洗涤剂的表面活性剂有协同作用,缩合磷酸盐在水溶液中都倾向于回复成正磷酸盐,焦磷酸盐在温度不太高的情况下,逆反应很慢,因此在配制液体洗涤剂时多用焦磷酸盐。聚磷酸盐对蜡垢中的脂肪酸类物质起到促进作用,对固体粒子有分散作用,还具有碱缓冲作用,使洗涤液保持一定的碱度,并能促进蜡垢粒子的分散,通过皂化作用使蜡垢中的硬脂酸类化合物污垢分解、胶化,有利于蜡垢的去除。硅酸钠与一定的表面活性剂一起使用时有良好的助洗作用,同时一定的硅酸钠是铝及铝合金的缓蚀剂,与聚磷酸盐复合使用的作用是十分显著的。将脂肪酸皂与一定的无机盐做成浓缩液,我们做了该方面的除蜡能力实验,结果情况如表2。

脂肪酸皂%

磷酸钠

碳酸钠

硅酸钠

焦磷酸钠

除蜡能力除蜡能力65±2℃

40

60

-



≥65

40

20

40



≥70

40

20


40


≥80

40

20



40

≥87


  缓蚀剂的选择

  以上所选用的活性剂和无机盐助剂,在一定程度上考虑了对工件的缓蚀。在实际操作中,我们引进了水溶性复合缓蚀剂B,在使用中,特别是加温除蜡中,可大大降低蜡垢和活性剂中游离出来的脂肪酸根对金属工件的腐蚀,使工件表面没有变暗、起斑等腐蚀现象。


  增溶剂的配比选择

  我们也充分考虑了对蜡垢去除的物理化学性能,但通过实验和实际应用,我们发现除蜡速度并不十分理想,跟进口某些产品有一定的差距。为此,我们做了大量的实验,引进增溶剂c,使除蜡速度提高,同时不会降低产品使用寿命和感官效果。


  配方组成及生产工艺

通过对各组分的选择和配伍优化,最后确定高效新型除蜡水的典型配方,如表3所示。

组分

含量%

阴离子表面活性剂

25

非离子表面活性剂

20

无机盐助剂

6

缓蚀剂

2

助溶剂

10

余量

产品的主要技术指标及与进口产品的性能比较

项目

技术指标

试验方法

外观

橙色透明稠状液

目测

PH值(3%水溶液,以下同)

8.5—9.5

PH广泛试纸

清洗能力(65±2℃)(%)

≥98

JB4322


腐蚀试验

铸铁


GB6144

紫铜

硬水中稳定性,20人工硬水65±2℃,1h

无絮状物

无析出物

JB4322

水不溶物

JB4322

与目前的同类进口除蜡性能对照,如表5。


3%水溶液的除蜡水性能对比

产品代码

进口CR

进口CL

新型除蜡水

外观

橙色透明液

橙色透明稠状液

橙色透明稠状液

气味

浓醚味

浓氨味

基本无味或稍有油脂味

PH值

8.5-9.5

8.5-9.5

8.5-9.5

除蜡能力65±2℃

≥95

≥98

≥98


从测试结果看,新型除蜡水性能接近或与进口同类产品相当。气味上较少刺激性。

  工件经过抛光蜡抛光以后,蜡垢就会机械吸附,分子间吸附和静电吸附等粘附方式残留在工件上,抛光蜡的主要成分有矿物油,动植物油,石蜡,天然蜡以及树脂,石墨,氧化铝,碳化硅等固体润滑剂及磨光添加剂等,目前,金属除蜡,脱脂,去油污的方法主要有以下几种:有机溶剂法;化学除油法,电化学除油法,和水基清洗法等。常用的有机溶剂不能完全去除抛光蜡,特别是金属上的氧化物,碳化物等磨光料不能被有效的清洗掉;二含氯溶剂不但毒性大,且有水解趋势,在湿性条件下对工件会有腐蚀。同时,化学电化学发除蜡都要使用到强酸强碱,所以也不适合金属除蜡的清洗。针对抛光蜡的成分配制的除蜡水要求必须具备料号的润湿,渗透,乳化,分散等性能,配以机械搅拌和超声波作用,加快除蜡速度,达到快速彻底的除蜡效果。

  除蜡水必须具备良好的综合性能,其除蜡能力,防锈性,消泡性和稳定性是评价除蜡水的主要指标。其中除蜡能力是是评价除蜡水品质的关键。而除蜡能力又是佩服中缓活性剂的种类,数量和复配等来决定的。采用单一的活性剂的清洗剂,其洗净性和消泡性往往不理想,而采用两种或两种以上的活性剂复配不仅可以提高去除油污的能力,而且复配后的产品消泡性好,易于漂洗。非离子活性剂和阴离子活性剂复配早就得以广泛应用。加入离子型活性剂能使非离子活性剂浊点有较宽的范围,能形成混合胶团。非离子活性剂分子插入胶团中,使例子活性剂离子间斥力减小,再加上两类活性剂之间疏水链之间的相互作用,更易生成胶团。使液体的CMC下降,切表面张力下降,表面活性增高。因此,除蜡水制备的关键在于各种活性剂,渗透剂,缓蚀剂,增溶剂的合理选择和复配。通过降低表面张力,改善润湿渗透能力加强乳化,分散,增溶等性能,使得被清洗基体与液固污垢之间润湿角增大大减小,铺展系数增大,从而使产品在加温及超声波的作用下,使得蜡垢快速去除。

  抛光蜡中有较多的硬脂酸和油酸,根据相似相容原理,除蜡水的一个重要组分为油酸和醇胺。油酸的醇胺化合物的油酸基可以吸附溶解在抛光团里,而醇胺基团为亲水基团,在高温65-75度及超声波震荡下,蜡垢中的油团被快速包裹,分散成小油团而从基材中剥离出来。