表面活性剂除油

    有一类化学物质，它们即使在浓度很低的情况下，都可以使液体界面张力(或表面张力)大大降低。具有这种特性的化学物质，称为界面活性剂，通常又称为表面活性剂。表面活性剂是洗涤各种质表面污物常用的物质，它们在清洗过程中发挥着重要作用，如肥皂就是其中一种。

    表面活性剂的种类很多，分类的方法也很多。通常是根据表面活性剂在不同领域的用途分为乳化剂、增溶剂、发泡剂、泡沫抑制剂、抗静电剂、润湿剂、渗透剂、分散剂、聚凝剂、破乳剂、矿物浮选剂、纤维加工助剂、染色助剂及杀菌剂等。在清洗中使用的表面活性剂，通常由具有乳化、增溶、发泡、润湿及渗透作用的一种或几种表面活性剂配制组成。再将表面活性剂加进水、碱、酸水溶液、溶剂中配成洗涤剂。当水中加入少量的表面活性剂后，水的表面张力或界面张力将明显降低，表面活性剂这种特殊的作用和能力在洗涤过程中是很重要的。能降低液-气表面(如水溶液和空气的界面)的表面张力的表面活性剂，也具有降低界面(如水和各种溶剂、水与金属、水与油污之间的界面)张力的能力。表3-2列出了不同浓度的壬基酚聚氧乙烯醚降低水的表面张力或界面张力的数据。从表3-2中的数据可看出，表面活性剂在很低的浓度下就有降低水的表面张力和界面张力的作用。
    (一)表面活性剂除油的作用机理

    金属表面除油用的表面活性剂溶液，一般都是以表面活性剂为主添加其他成分及溶剂配制而成的，因为它的作用主要以乳化为主，所以也称为乳化剂。使用的表面活性剂，除了能降低水及界面的张力之外，表面活性剂还应具有良好的润湿、渗透、乳化、增溶及分散等性能，除油过程中靠这些性能的作用可以有效地清除金属表面的油污。除油过程如图3-5所示。

    除油液中的表面活性剂有亲水基和亲油基两种化学基团，当油污工件浸泡在除油液中后，水溶端的基团被溶于水，而油溶端也溶于工件表面的油膜，如图3-6所示。这样表面活性剂就像连接器一样把不相容的两种液体——水溶液和油连在了一起，而且，由于水比油多而成为连续相，水完全把油包围而形成孤立、分散的油滴，在溶液对流作用或其他机械外力作用的冲击下，离开工件的表面，表面活性剂渗透进油和金属的界面后，迅速润湿了界面。进一步降低了油对工件表面的亲和附着力，乳化成小油滴后，离开工件表面，分散在除油溶液里。而表面活性剂也沾在油滴上使油不再附着在工件表面，油滴与油滴之间也不会重新凝集成为油膜，而成为乳浊液分散在水中。

    表面活性剂主要靠乳化作用和分散作用除油。因此无论是哪种油脂，不管能否起皂化反应，它都能通过乳化和分散作用使油和水溶液发生乳化反应，形成稳定的乳浊液分散到水溶液中，达到除油的目的。由于部分表面活性剂的除油性能特别好，可以不必加热就能得到很好的除油效果，可以在较低温度或室温下除油，所以又称低温除油液，这种方法又称低温除油法。

    (二)表面活性剂的种类及除油方法

    1.表面活性剂的分类

    除油用的表面活性剂，按分子结构不同可分为阴离子型、阳离子型、非离子型和两性离子型四种，列于表3-3中。

    2.除油表面活性剂的主要特性

    表面活性剂在除油清洗中显示出其特有的表面活性和很强的润湿能力，此外也应该是有效的乳化剂、分散剂、悬浮体的稳定剂和对油污溶解能力强的增溶剂。表3-4显示了除油表面活性剂中某些阴离子型和非离子型表面活性剂的主要特性。从表3-4可以看出，不同的表面活性剂其各种性能有较大的差异。其中氧乙基化高油脂醇的润湿能力、分散作用、乳化作用及清洗能力都很强，泡沫稳定性和生物分解性也很好，发泡作用比较差。这种表面活性剂适用于不需要发泡作用的除油液配方组合。阴离子型的烷芳基磺酸盐各种能力都很强，但分散作用不是很明显，故不能用在要求有强分散能力的除油液内，或者配以有较强分散能力的其他活性剂使用。

    3.除油表面活性剂的HLB值

    除油用的表面活性剂，要求既能溶于水，即有一定的亲水性，又要求在除油过程中能吸附油污，即有一定的亲油性。但是亲水性不能太强，否则很易溶解，不利于吸附油；另外亲油性也不能太强，否则只溶于油中，而不能带油溶于溶液中，不利于除油。因此，要求表面活性剂的亲水性和亲油性有一个合理的平衡关系。

    表面活性剂的亲水性与亲油性的平衡值称为HLB(hydro-philelipophilic balance),即亲水憎水平衡值可用来表示表面活性剂的亲水性。对非离子型表面活性剂，其HLB值为

        _HLB=  亲水基部分相对分子质量 _×  100
                 表面活性剂相对分子质量       5

    对于离子型表面活性剂，它们的HLB值要根据活性剂的乳化性能不同，通过与乳化标准油的比较实验，测出它们的HLB值。

    HLB值的范围为0～20,亲油性最高的为0,亲水性最高的为20,HLB值的大小可以判断出该种表面活性剂的亲水性倾向，并决定其用途，如表3-5所列。一般来说，结果相似的同系列表面活性剂中，HLB值较低的，其亲油性能强，但不能太强。当HLB<10(尤其是<5)时，亲油性强或太强不能溶于水中，以乳化形式分散于水溶液中。当HLB>10时，亲水性强，表面活性剂以透明分散形式存在于水中。

    值得注意的是，HLB值主要用于非离子型的表面活性剂，仅作为参考用，并非绝对的标准。HLB值可以要求生产厂家提供，也可以通过在常温条件下，将表面活性剂注人水中观察它的溶解状态来判断。

    4.表面活性剂除油配方及工艺条件

    表面活性剂除油主要有三种使用方法和配制方法，它们是表面活性剂水溶液、有机溶剂与表面活性剂混合液、碱和表面活性剂混合液。

    (1)表面活性剂水溶液  一般用低浓度的表面活性剂水溶液就可以把液体的油脂污垢去除，而不会对清洗对象造成损伤。但对固态的黏稠性油污的清除能力差。另外，表面活性剂吸附在清洗表面后，难以冲洗干净。目前市场供应的各种水基洗涤剂就是以表面活性剂为主配制成的浓缩液，在使用时只要加少量(1%～4%)进入水中配成水溶液就成为了一种除油污的洗涤剂。表3-6所列为各种工业用的以表面活性剂为主配制的常温除油水基清洗剂的配方。

    (2)有机溶剂与表面活性剂混合液  当有机溶剂在表面活性剂永溶液中以乳化或增溶状态存在时，两者的协同作用使清洗力得到了更好的发挥。在这种情况下，有机溶剂能在比较安全和卫生的情况下使用，特别是在表面活性剂水溶液中加入少量亲油性溶剂形成的透明增溶性清洗剂，使表面活性剂的去油能力大为增强。有机溶剂与表面活性剂的混合液除油配方见表3-7。

    (3)碱和表面活性剂的混合溶液这是一种价格便宜、效果良好的清洗液，碱和表面活性剂混合使乳化作用和分散能力增强。目前在工业领域里的脱脂除油应用甚广，碱液添加表面活性剂的配方在碱液除油中已有提及和举例，表3-8中又举出了几个例子。
    表面活性剂除油液(乳化液)除油工艺，主要根据除油工件表面油污的情况选择采用的方法。在油脂很少的情况下，可以直接用表面活性剂除油液擦洗、浸洗或喷射清洗，然后进行多次的水洗，水洗可以用水擦洗、浸刷洗，也可以冲洗，直至工件表面的油污及附着的表面活性剂清洗干净。

    对于油脂较多的表面，一般要先用布擦洗，然后预脱脂(用溶剂或碱液先脱脂),再用表面活性剂溶液脱脂，接着用热水清洗，再用冷水洗，直至表面干净，并用压缩空气吹干。

    除油时，参照表面活性剂清洗液的使用方法或说明书指导的适当浓度，选择适当的除油温度及操作时间。除油后一定要冲洗干净并干燥或进入下一道工序。

    (三)表面活性剂除油的方法及设备

    表面活性剂除油是靠除油溶液中的化学组分做功和通过溶液所做的机械功实现的。就是说，表面活性剂除油是靠表面活性剂所起的乳化、分散等作用和洗液的对流或搅拌等机械作用完成的。因此，表面活性剂除油的方法和设备与碱液除油所使用的相类似。同样可以采用擦拭除油、浸泡除油、喷射除油和超声波法除油。这些都是工业上常用的除油方法。

    1.浸泡法

    浸泡法设备简单，容易操作，投资少，而且效果也不错。一般是在常温情况下进行操作，如果表面活性剂性能好，可以达到预定的效果。如果要提高除油的速度和效率，可以进一步提高温度，或采取机械搅拌或压缩空气搅拌，甚至用超声波强化除油作用。要提高除油清洗的效果，方法比较灵活多样，也可以采用不同的清洗剂。

    2.喷射法

    用喷射法除油清洗效率高，除油效果及除油质量好。但设备比浸泡法的复杂(见图3-7),操作和维护较浸泡设备困难。表面活性剂除油液和碱除油液进行喷射时一样，主要是将除油液经过集水管和排水管，从喷嘴喷射到被清洗的工件表面而进行的除油操作。喷射法的机械作用力是靠冲刷力实现的，而冲刷的力度可以通过喷射的压力控制。通常是表面活性剂的除油能力愈强，喷射的压力愈大，则除油的速度愈快，除油的效果愈好。喷射压力的最小允许值为15kPa,最大为1500kPa,通常使用的压力范围为70～210kPa。

    表面活性剂的除油清洗液在施工操作过程中，往往会发泡。但发泡太多的除油液不宜用喷射法清洗。虽然适量的泡沫有助于油污的溶解、分散和悬浮，对脱脂除油起到一定的作用，但泡沫过多，会冒槽跑液，造成清洗液的流失，污染环境场地。同时也使喷射泵不能正常运转，影响喷射压力。所以必须使用发泡不多的除油剂，严格控制发泡量，或使用消泡剂，采用消泡措施。

    (四)表面活性剂除油在电镀前处理的应用实例

    金属表面电镀前的除油效果与质量好坏，直接影响到电镀镀层的质量及寿命。目前市场销售的除油剂要求除油温度较高，防锈防腐性能不甚理想，价格偏高。据报道，有一种常温高效除油剂，生产工艺简单，成本低，适用范围广，可用于钢铁、铜、铝及其合金零件的表面除油。在河北某电镀厂及其他厂使用除能满足生产实际要求外，还具有许多优点：除油剂去油率高，提高了零件的清洁度；除油剂的pH值为8～9,并有缓蚀剂成分，有良好的防锈性能；常温除油节省能源，劳动环境好，安全方便；除油液使用寿命长，废液处理量少。

    除油液的配方及工艺条件列于表3-9中，工艺操作流程如图3-8所示。

    除油液的日常维护如下:

    ①除油液的除油污能力下降时，按5g/L的量补充除油剂;

    ②定期清除液面上的浮油，清除底部的沉积物，以免影响工件表面质量;

    ③长时间使用的除油液，若发现除油效果显著下降，则全部更换。

本文转载自《电镀前处理与后处理》编著    李异
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