金属脱脂剂配方成分分析,技术研发及案例分享

金属脱脂剂配方成分分析，技术研发及案例分享
导读：本文详细介绍金属脱脂剂的研究背景，理论基础，参考配方等，本文中的配方数据经过修改，如需更详细资料，可咨询我们的技术工程师。

金属脱脂剂广泛使用于各种金属表面处理，禾川化学专业从事金属脱脂剂成分分析、配方还原、研发外包服务，为脱脂剂相关企业提供一整套配方技术解决方案。

一、背景
金属脱脂除油是机械涂装行业前处理工艺中最关键的工序之一，金属表面脱脂的程度将直接影响磷化序和涂装质量。

它利用高效液体脱脂剂对油脂和污物的皂化、润湿、乳化、渗透、卷离、分散和增溶等作用把工件表面的各种油脂、灰尘泥沙、金属粉末手汗及其工件在加工过程中所粘附的油性脏物高效的去除脱离彻底。

金属材料的脱脂可分为碱性水溶液脱脂、有机溶剂脱脂及酸性脱脂。

酸性脱脂剂因除油水平有限，对金属有一定腐蚀问题，应用领域较窄。

溶剂型脱脂剂应用非常广泛，但是溶剂型脱脂剂要么是ODS溶剂对臭氧层有破坏作用，要么有毒有害对人体有损伤，要么易燃易爆对生产环境有威胁，只有碱性水基脱脂剂无毒无味、不燃不爆，对清洗部件无损伤，清洗废液可以生化处理，应用非常广泛，是国际金属脱脂技术的发展总趋势，但是大部分碱性脱脂剂高磷、高氮、不易生物降解，易对水系造成污染，是传统的重污染行业之一。

随着环保要求的提高，目前比较流行研究应用生物可降解表面活性剂，对于活性剂，清洗剂要求无磷、无硅和低COD/BOD排放。

虽然此方面的研究工作
已开展30多年，但是目前还没有一种无磷助剂能够同时保证去污能力、对人体和环境无危害和潜在危害、成本较低这3项要求。

现在已研究出无磷脱脂剂，但成本高，应用还有一定的阻力。

禾川化学技术团队具有丰富的分析研发经验，经过多年的技术积累，可以运用尖端的科学仪器、完善的标准图谱库、强大原材料库，彻底解决众多化工企业生产研发过程中遇到的难题，利用其八大服务优势，最终实现企业产品性能改进及新产品研发。

样品分析检测流程：样品确认—物理表征前处理—大型仪器分析—工程师解谱—分析结果验证—后续技术服务。

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二、金属脱脂剂
脱脂剂按照性状可分为溶剂型和水基两种，其中水基脱脂剂可分为酸性，中性，碱性脱脂剂。

脱脂在涂装前处理乃至整个涂装工艺中占有极其重要的地位。

2.1水基金属脱脂剂配方组成
2.1.1碱性脱脂剂
以碱性清洗荆为主的水溶液，对动植物油脂通过皂化作用使之成为可溶于水的皂类。

此皂为表面活性剂，对非极性的矿物油有乳化作用，使之“增溶”于水相中碱性清洗剂的水溶液也可溶解汗迹等无机污物，故也能将其洗去。

加入合成洗涤剂的清洗液。

对油脂的清洗作用更有效。

碱性化学水溶液能清洗各种污物，在下一工序要求亲水表面时特别适用。

它有较溶剂经济、清洗液能用水洗净。

有
不燃性，无毒性。

一般的碱性水溶液不如有机溶剂清洗快，而且需要加温，还要有机械搅拌，并需注意pH值高时对铜、铝、锌等金属的腐蚀作用。

目前随着技术的发展。

出现了表面活性剂，它可以和碱性水溶液一起使用。

它既保存了碱性脱脂剂方便廉价的优点，又能大大的提高脱脂效率，降低脱脂温度，与单纯用表面活性剂相比，即降低了脱脂费用，又有很高的脱脂效果。

因此，目前被广泛的应用在前处理工艺上。

碱性脱脂剂也存在相关缺点：1）需要漂洗；2）镀槽寿命短；3）高能耗；4）需要中和酸；5）需要脱余油处理；6）需要后续处理。

1）氢氧化钠(NaOH)：氢氧化钠是强碱，具有强的皂化反应。

油脂(如硬脂酸酯)不溶于水，但经过皂化，它们以肥皂和甘油的形式溶入水中。

这就是动、植物性油污脱脂的原理。

C3H5(C17H35COO)3+3NaOH=3C17H35COONa+C3H5(OH)3
2）碳酸钠(Na+C0+·nH2O):可选用无水的或10水的盐。

两者对皂化的影响都弱，但能起到缓慢润湿和分散油脂的作用。

碳酸钠与酸氢钠(Na2CO3·NaHC03·2H2O)复盐具有与碳酸钠相同的效果，而且它不损害基体金属，对于非铁金属的清洗是安全的。

3）硅酸钠是Na20和SiO2的化学组合:
原硅酸钠(2Na20·SiO2·nH20) SiO2／Na20=0．5
倍半硅酸钠(1．5Na20·SiO2·nH20) Si02／Na20=0．667
硅酸钠(Na20·SiO2·nH20) SiO2／Na20=1．0
一级硅酸钠(Na20·2SiO2·nH20) SiO2／Na2O=2
二级硅酸钠(Na20·3SiO2·nH20) SiO2／Na20=3
使用硅酸盐用于脱脂时要清洗干净，不能在金属表面留有硅酸盐，否则下步酸洗时会使硅胶凝胶吸附在工件表面上，难以除去，导致镀层发雾并影响基体与镀层的结合力。

4）磷酸钠
十二水磷酸钠、偏磷酸钠、三聚磷酸钠等常用在清洗中。

磷酸钠在渗透、润湿等作用方面次子硅酸钠，但与金属的反应不强烈，它对铝、锌等的腐蚀不太严重，同时它也能对基体金属起到缓蚀作用，并有使硬水软化的作用。

5）硬水软化剂
软化硬水添加剂，也就是我们常说的清洗助剂。

众所周知，动植物油脂在碱液中水解后可以形成水溶性的长链脂肪酸钠(钠肥皂)。

钠皂虽然可溶于水，但在含Ca2+、Mg2+的硬水中则会形成不溶于水的长链脂肪酸钙或镁盐(称钙皂或镁皂)。

此外，Ca2+、Mg2+还会与碱性脱脂液中的C032-、0H-、PO43-、Si032-等形成不溶性的化合物。

这些不溶性的物质很容易附着在镀件的表面，使镀层出现毛刺、针孔、粗糙和结合力不良。

在碱性脱脂剂中必须加入能使水软化的添加剂，也称为软化剂。

都是一些可与Ca2+、Mg2+形成可溶性螯合物的螯合剂，可以抑制Ca2+、Mg2+和其他金属离子形成沉淀物，能消除水不溶物结块，使其变为悬浮体而分散到溶液中。

软化水用的螯合剂主要有以下四类。

A．聚合磷酸盐:聚合磷酸盐按其结构可分为两大类。

一类是线形的，其通式为Nan+2PnO3n+1。

常用的有焦磷酸钠、三聚磷酸钠(STP)和六聚磷酸钠。

另一类聚合磷酸盐具有环状结构，其通式为NanPnO3n，常见的有三缩磷酸钠、四缩磷酸钠和六缩磷酸钠。

环状聚合磷酸盐的螯合能力很弱，而线形多聚磷酸盐是一种优良的螯合剂，具有较好的乳化分散作用，能有效抑制溶液中金属离子在制品表面形成不溶性固体。

三聚磷酸钠是用得最多的，它具有软化水、螯合轻质金属离子和助洗等作用，能提高污垢的悬浮能力，防止二次污染和使用经济等优点。

B．有机多膦酸盐:膦酸是指碳原子上直接连接磷酸根(-P03H2)的化合物。

最常见的多膦酸是在一个碳原子上连接两个或两个以上的磷酸基，或在氮原子上连接两个或两个以上甲亚基膦酸基(-CH2P03H2)的有机物。

有机多膦酸对Ca2+、Mg2+的络合能力比三聚磷酸盐强，所形成的络合物的稳定常数也大。

有机多膦酸分子中含有憎水基与亲水基，其本身有相当的表面活性，也可以吸附在金属表面而形成防腐蚀的膜，同时又可分散污垢和聚合络合物。

实验证明当它与表面活性剂联用时对提高洗涤剂的洗涤能力有协同作用，这就是它常作为液体洗涤剂、化妆用皂和硬水清洗助剂的原因。

在许多的国外清洗剂的配方中，也用有机多膦酸作助剂。

C．有机羧酸盐:作为洗涤助剂，一般应具备下列条件：对金属离子的螯合作用、分散作用、对碱的缓冲作用。

其中对金属离子的螯合作用最为重要。

目前使用最多的洗涤助剂是三聚磷酸钠(STP)。

但过量的磷会引起湖泊的富营养化问题，使水中的溶解氧剧降，从而危及鱼类的生存，现在限制或减少使用。

作为无磷清洗助剂，主要采用有机羧酸类。

D．高分子化合物:高分子化合物指PAA系列高分子助洗剂，是一种聚羧酸盐，是以丙烯酸、马来酸为主体的多元体共聚物的碱性金属盐，是一种水溶性聚电解质高分子化合物。

它具有以下特点。

1)对钙、镁等多价金属离子具有较强的螯合能力，其螯合能力相当于STPP(三聚磷酸钠)的5～7倍。

2)对污垢团粒，钙皂具有良好的分散能力，在油酸钠浓度为0．033％、水硬度为333×10-6的实验条件下，PAA的钙皂分散能力为LAS的2倍、STPP 的7倍。

3)良好的吸附性能，50℃、pH=7时PAA对高岭土的吸附为STPP的6倍。

且具有良好的抗油污再沉积能力。

4)适合于低温洗涤，是低温脱脂剂的组成组分之一。

5)可与多种类型的非离子型、阴离子型表面活性剂配伍使用，除油污效果更加突出。

各种金属发生腐蚀的临界PH值为：
金属锌铝锡
黄
铜
硅铁钢铁
PH 10 11 11 5 13 14
2.1.2酸性脱脂剂
酸性脱脂剂主要由无机酸、氧化剂、高价金属离子及表面活性剂等成分组成。

其中，无机酸可以是H2SO4、H3PO4、HF、亚磷酸、硼酸等。

H2SO4对铝合金有弱浸蚀能力，能润湿整个金属表面，使自然氧化膜溶解，油污松动。

高价金属离子一般选用Fe3+,一般以硫酸铁、硝酸铁等铁盐形式加入，以加速铝的腐蚀，铁离子可以在铝表面发生置换反应，形成微电池使铝表面产生微量氢气，将油污带出铝表面；同时，铁离子还可以抑制脱脂液对不锈钢设备的腐蚀。

氧化
剂主要是H2O2或NO2-(如NaNO2)等，作为Fe3+的稳定剂，将还原产生的二价铁离子氧化成为三阶铁离子，并起到Fe3+类似的功能。

由于亚硝酸盐在酸性溶液中容易释放出NOx有毒气体，所以最好使用H2O2作为氧化剂。

三、参考脱脂剂配方应用实例：
参考一、一种用于眼镜框电镀前处理水基金属脱脂剂的研制
硅酸钠16.0%，乙二醇单甲醚4.0%，6501 18.0%，OP-10 6.0%，十二烷基本磺酸钠12.0%，苯甲酸钠5.0%，消泡剂0.5%水39.0%。

生产工艺过程：将复合表面活性剂OP-10，6501，十二烷基苯磺酸钠按配方进行混合，在常温下充分搅拌并同时加热到65度，冷却后得到溶液I, 待用；将硅酸钠和苯甲酸钠按配方加入水中，在常温下充分搅拌后得澄清溶液II待用；将溶液II加入溶液I 中"充分搅拌并同时加热至80度，冷却至室温，添加乙二醇单甲醚搅拌均匀。

参考二、高效水基清洗剂的研制，由表面活性剂、异丙醇、软水剂、缓蚀剂等配制而成。

当表面活性剂复配比例为m(Fansmax AEO7-13)：m(C16-ADPEDS)：m(CAB-30)=2：2：1，用量为5% ，异丙醇用量为9%，软水剂复配比例为m(TA-P)：m(TEA)=1：9，用量为4%，缓蚀剂F-8用量为0.04%时，清洗剂在20~30℃常温条件下，清洗试样脱脂5~6min，即可完全脱脂。

参考三、介绍了一种能在常温(10—60℃)下迅速除去金属表面油污的高效脱脂剂。

该脱脂剂采用独特的表面活性剂复配技术，除油脱脂彻底，脱脂速度快，脱脂能力强。

表面活性剂(复配)5-15% ，EDTA0-5%,五水四硼酸钠(Na2 B4
07.5H20)0～5%,TKPP 3～10%,九水偏硅酸钠0~6,缓蚀剂适量,消泡剂适量,水余量
参考四、钢铁常温（喷淋）脱脂粉
纯碱16%，偏硅酸钠35%，磷酸三钠15%，元明粉13%，三聚磷酸钠8%，EDTA-4Na1%，葡萄糖酸钠1%，片碱5%
参考五、常温高效无磷脱脂剂
以阴／非离子表面活性剂复配为主的无磷脱脂剂的清洗性能：木质素磺酸钠2g/L，XL70 1 g/L，九水偏硅酸钠4 g/L，碳酸钠2 g/L，柠檬酸钠l g/L，氢氧化钠15g/L，LW20 lg/L，纯水余量。

该配方不含磷，脱脂温度低，在常温下脱脂率高达99％。

通过对化工产品的配方分析还原，有利于企业了解现有技术的发展水平，实现知己知彼；有利于在现有产品上进行自主创新，获得知识产权；有利于在生产过程中发现问题、解决问题。

通过对化工产品的配方改进，配方研发，可以加快企业产品更新换代的速度，提升市场竞争力，因此，对于化工产品的分析、研发已变得刻不容缓！
专利参考实例：
1、不锈钢清洗用脱脂剂
本发明属于金属表面处理，特别是不锈钢表面的清洗脱脂处理。

不锈钢清洗用脱脂剂，含有磷酸4-12份，烷基苯磺酸钠0.2-1.5份，十二烷基苯磺酸钠0.2-1.5份，OP-10乳化剂0.1-1份，其余为水。

本发明特别适用于不锈钢的材料、管线、容器等重要的化工设备的清洗脱脂，清洗脱脂后表面有光泽不发乌，
对不锈钢的表面无侵蚀作用。

本发明受酸碱、软硬水、海水的影响较小，去脂能力强，清洗效果好。

无毒、不易燃，因而有着广阔的应用前景。

2、一种清除航空管表面油污用脱脂剂
本发明公开一种清除航空管表面油污用脱脂剂，它由氢氧化钠、碳酸钠、十二水磷酸钠、硅酸钠、洗涤剂、缓蚀剂和溶剂水均匀混合而成，上述成分在整个溶液中的浓度为，氢氧化钠50-100g/L；碳酸钠20-50g/L；十二水磷酸钠10-40g/L；硅酸钠10-30g/L；洗涤剂1-5g/L；缓蚀剂1-5g/L。

所述洗涤剂为十二烷基苯磺酸钠，缓蚀剂为硫脲。

本脱脂剂原料易得，成本低，保存时间长，性能稳定，对环境不产生污染，去除航空管油污能力更彻底，能有效防止航空管产生晶间腐蚀，提高航空管的质量及成材率，从而提高经济效益。

3、一种高效脱脂剂
本发明属化工技术领域，涉及一种脱脂剂生产配方及其制作方法，该配方主要由纯碱、三聚磷酸钠、焦磷酸钠、五水偏硅酸钠、硼砂、有机硅消泡剂、葡萄糖酸钠、乳化剂TX-10、乳化剂OS和乳化剂OP-10所组成。

本发明的制作方法是，依次将纯碱、三聚磷酸钠、焦磷酸钠、五水偏硅酸钠、硼砂、有机硅消泡剂、葡萄糖酸钠、乳化剂TX-10、乳化剂OS和乳化剂OP-10加入双螺旋锥形混合机中，开启混合机，混合30min后关闭混合机，检查混合机的混合效果和混合物的总碱度以及游离碱度，如果检验合格的话，即可出料包装。

该产品具有脱脂效率高、缓蚀性能好和生产成本低的特点。