化学除油工艺优化方案

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：除油工艺是钢铁表面处理的重要一环，对保证漆膜质量起着重要的作用，因此在带有油污的金属表面上进行涂装会使涂层产生发花、起泡等弊病。表5-1常用水剂清洗液的配方和工艺条件水剂清洗液的清洗力主要取决于清洗剂。表5-2常用有机溶剂的主要物理化学性质有机溶剂除油有下列几种方法：浸洗法将工件浸泡在有机溶剂中并加以搅拌，油脂被溶解并带走不溶解的污物。

除油工艺是钢铁表面处理的重要一环，对保证漆膜质量起着重要的作用，因此在带有油污的金属表面上进行涂装会使涂层产生发花、起泡等弊病。

工件表面的油脂，有的是为了保护材料，如冷轧板材等涂覆的防锈油，使其在储存中不致生锈；有的是金属材料在加工过程中由于润滑、冷却等需要而粘附的乳化油、压延油、米糠油等。

日常生产中常用的油脂分为皂化性油和非皂化性油两类。皂化性油主要是各种脂肪酸的甘油酯，它们能与碱发生皂化反应，生成可溶于水的肥皂和甘油，各种动植物油多属于此类；非皂化性油主要是各种碳氢化合物，它们不能同碱发生皂化反应，不溶于碱溶液，各种矿物油如机油、柴油、凡士林和石蜡等均属于此类。

一般油脂都不溶于水，只溶于有机溶剂，因此只能通过溶解、乳化、电解或机械方法等来清除。

常用的清洗液包括水剂清洗液、碱液、溶剂汽油、航空汽油、煤油、柴油、酒精、二甲苯、三氯乙烯、二氯乙烷和三氯三氟乙烷等。工业中常用的是汽油和碱液，但目前水剂清洗液应用越来越多。而从清洗力、稳定性、缓蚀性和使用安全性来评价，以三氯三氟乙烷为最好。

1.水剂清洗液除油

水剂清洗液是清洗剂发挥清洗作用的水溶液，清洗剂约占4%以下，其余为水。清洗剂主要是非离子表面活性剂，常用的有TX-10、6501、6503、105、664、SP-1、平平加、三乙醇胺油酸皂、741、771、HD-2等。水剂清洗液的特点是清洗力强，工艺简单，多种清洗方法都能适用，有较好的稳定性和缓蚀性，无毒，不燃烧，使用安全，成本低。但缺点是泡沫多，喷洗性差，导电性低，一般须加热使用。

水剂清洗液的清洗力主要取决于清洗剂。清洗力的大小是基于表面活性剂分子对金属表面油脂污垢的润湿作用、增溶作用、乳化作用和分散作用。表面活性剂分子结构中含有极性的亲水基团（如—OH、、—COOH、—SO3H、—SH、—NH₂等）和非极性的憎水亲油基团（主要是碳氢链）。它们吸附在油污与溶液之间的界面上，其憎水基团指向油污而亲水基团指向溶液，定向地排列，使油/溶液界面张力大大降低。在溶液的热运动和搅拌作用下，油膜便容易被分散成极细小的油珠而脱离工件表面进入溶液中成乳浊液，这时吸附在小油珠表面的表面活性剂又能防止小油珠之间相互合并和重新粘附在工件表面上，因此除油效果显著。但是不同的表面活性剂对不同金属材料和不同性质的油脂污垢效果是不一样的，需要综合选用，才能缩短清洗时间，同时又能保证清洗质量。

常用水剂清洗液的配方和工艺条件见表5-1。

表5-1　常用水剂清洗液的配方和工艺条件

2.有机溶剂除油

有机溶剂对两类油脂都有物理溶解作用，它的特点是除油速度快，一般不腐蚀金属，但除油不彻底，需要用化学法或电化学法再补充除油。有机溶剂大多易燃或有毒。

常用的有机溶剂有煤油、汽油、苯类、酮类、某些氯化烷烃、烯烃等。常用有机溶剂的主要物理化学性质见表5-2。

表5-2　常用有机溶剂的主要物理化学性质

有机溶剂除油有下列几种方法：

（1）浸洗法　将工件浸泡在有机溶剂中并加以搅拌，油脂被溶解并带走不溶解的污物。各种有机溶剂均可应用。

（2）喷淋法　将有机溶剂喷淋于工件表面上，油脂不断被溶解，反复喷淋直至油污全部除净为止，除易挥发的溶剂如丙酮、汽油和二氯甲烷外，其他均可应用，但必须在密闭的容器中操作。

（3）蒸气洗法　在密闭的容器内，底部装入有机溶剂，工件悬挂在有机溶剂上面。将溶剂加热，溶液蒸气在工件表面冷凝成液体并溶解油脂，连同油污一起滴入溶剂槽中，除去工件表面上的油污。

（4）联合处理法　工件若采用浸洗-蒸气联合处理，或浸洗-喷淋-蒸气洗联合处理，除油效果更好。

采用蒸气清洗时，金属表面始终与气态冷凝的溶剂接触，所以清洁度很高。三氯三氟乙烷比三氯乙烯更安全，蒸气密度大，沸点低，蒸发潜热小，能耗低，清洗时间短，渗透边强。蒸气清洗后，可以立即进入下道工序。

几种可供蒸气清洗用的溶剂列于表5-3。

表5-3　几种可供蒸气清洗用的溶剂

3.化学除油

化学除油是利用碱溶液对皂化性油脂的皂化作用和表面活性物质对非皂化性油脂的乳化作用，除去工件表面的各种油污。

碱溶液一般以氢氧化钠为主，在大多数情况下可与碳酸钠、磷酸三钠、水玻璃等混合使用，为了提高除油效果，有时还加入表面活性剂。除油液中各种成分的作用如下。

（1）氢氧化钠　氢氧化钠有很强的皂化能力，但对金属有一定的氧化和腐蚀作用。铝、锌、锡、铅等两性金属及其合金不宜使用氢氧化钠除油。铜及铜合金的除油液中氢氧化钠的含量也不宜过多，钢铁制品的除油液中氢氧化钠的含量可高些。氢氧化钠含量提高虽可加强皂化作用，但过高的氢氧化钠含量会使皂化反应形成肥皂溶解困难，对除油反而不利。

（2）碳酸钠　碳酸钠呈弱碱性，水解能生成碳酸氢钠，因此有一定的皂化能力，并且对溶液pH值起缓冲作用（pH<8.5，皂化反应不能进行；pH>10.2，则肥皂发生水解）。碳酸钠可作为铝、镁、锌、锡、铅等两性金属及其合金除油溶液的主盐。

（3）磷酸三钠　磷酸三钠呈弱碱性，有一定的皂化能力和缓冲溶液pH值的作用，同时又是一种乳化剂。溶解度大，洗去性好，方便水玻璃从工件表面洗去。但磷酸盐废水由于其过营养化效应，使水中微生物大量繁殖而过量消耗水中的氧，危及水生动物的生存，其排放受到限制。目前正在积极寻找磷酸三钠的替代品，推出了各种低磷或无磷的除油溶液配方。

（4）水玻璃　水玻璃又称硅酸钠，呈弱碱性，有较强的乳化能力和一定的皂化能力。对铝、镁、锌等金属有缓蚀作用。在除油液中的含量不宜过多，且应与磷酸三钠配合使用。清洗应用热水，否则容易在后续的酸性介质处理工序中生成难溶的硅胶膜。水玻璃现应用较少，多用适当的表面活性剂代替，效果更好。

（5）表面活性剂　在碱性除油液中加入表面活性剂可以大大提高除油效果，这是因为表面活性剂分子结构中同时具有亲水基团和憎水基团，对金属表面的油脂污垢具有显著的润湿作用、增溶作用、乳化作用和分散作用，从而提高了碱溶液的除油性能。OP-10、6501、6503净洗剂、三乙醇胺油酸皂、TX-10等都是由一种或几种表面活性物质组成的，加入到碱溶液中都可明显提高除油效果。但有些表面活性剂不易从工件表面洗净，如OP-10清洗不干净就会影响后续工序的质量，必须加强清洗。

（6）络合物除油剂　络合物除油剂是一种由无机盐与高分子化合物反应生成的高分子络合物，具有一定的油溶性，可溶解于工件表面的油膜并到达工件的金属表面，并能与金属发生络合反应，工件表面金属的溶解促进油膜脱离工件表面而进入溶液中，达到除油的目的。

对于钢铁，可选用以氢氧化钠和碳酸钠为主的配方；对于锌、铝及其合金，因易被碱腐蚀，可用碱性盐的混合物，溶液pH值控制在9～10，铜材pH值控制在11～12。通常碳酸钠和磷酸三钠的含量可以适当高些，以稳定溶液。

化学除油的施工方法主要是浸洗和压力喷射，溶液的温度为50～90℃。浸洗通常是在可加热的槽中进行，提高温度能提高皂化速度和增加皂化产物的溶解度，降低油脂的黏度，降低油/溶液界面张力，加强溶液的热对流，使工件表面溶液更新速度加快，从而加速除油过程。溶液的适宜温度应根据除油效果、能耗、工作环境条件、金属腐蚀等综合考虑确定。

喷射方法适用于大批量生产的轻工产品零件流水线作业，喷射用的碱液浓度较稀，以1.96×10⁵Pa的压力喷射，效果较好。

经碱液除油的工件要彻底清洗，防止在金属表面残留碱液，导致破坏漆膜。化学除油配方及工艺条件见表5-4。

化学除油工艺优化方案

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