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金属表面盲孔清洗剂配方的探讨与设计思路

2023-10-09 149 上传者：管理员

摘要：小、越深，清洗则越困难，为了彻底的清洗盲孔与缝隙处的油污，选用具有超级润湿与铺展作用的表面活性剂油酸甲酯乙氧基化物FMEE和伯烷基磺酸钠PAS-80作为清洗剂的主体成分，并复配油脂软化剂羧乙基硫代丁二酸CETSA，制得对盲孔深处的油污清洗效果优异的清洗剂。最终得到的金属表面盲孔清洗剂的配方为：喜赫FMEE16%，铺展剂PAS-804%，软化剂CETSA 4%，乙二胺二邻苯基乙酸钠EDDHA-Na 1%，杀菌剂0.1%，纯水74.9%。

关键词：
润湿
自孔
软化剂
金属清洗剂
铺展
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金属工件在加工以及出厂后的运输、存放、使用过程中，其表面会沾染上各种污垢，这些污物若清洗不干净不仅会降低成品外表面光洁度和美观度，也会影响后续的电镀、覆膜等加工工序的顺利进行，造成镀层结合力差、镀层出现鼓泡等问题。因此，金属工件在热处理、电镀以及产品封存包装和启封时都要进行彻底的清洗。

在金属表面清洗过程中，盲孔以及多缝隙类金属零件的清洗难度最大，因为在盲孔和缝隙处容易沉积油污，并且油污层厚，污垢量大，甚至残留一些固态的金属粉，常规使用的清洗剂无法彻底去除这些油污，最终会导致成品盲孔底部发黑现象的出现。

具有超级润湿与铺展作用的不饱和油酸甲酯乙氧基化物FMEE和伯烷基磺酸钠PAS-80可以迅速的将盲孔或缝隙处空气挤出，充分的接触内部油污，尤其是针对孔径小、深度大的盲孔或缝隙，工作液更容易到达凹槽底部。将FMEE和PAS-80作为清洗剂的主体成分，通过与油脂软化剂羧乙基硫代丁二酸CETSA合理复配，得到一种润湿和渗透力强，其适用于盲孔、缝隙处油污的清洗工艺的水基清洗剂。

1、实验

1.1试剂与仪器

试剂与材料：不饱和油酸甲酯乙氧基化物FMEE、伯烷基磺酸钠PAS-80，羧乙基硫代丁二酸CETSA、乙二胺二邻苯基乙酸钠EDDHA-Na，工业级，上海喜赫精细化工有限公司；AEO-5、AEO-7、1308，工业级，丽水安亭实业有限公司；6501、APG0810，重庆松阳工贸有限公司；发酵玻璃管，直径0.3 mm，长度60 mm，沈阳斯凯奇光学玻璃制造有限公司。

仪器：FM-101电子分析天平，日照均衡实业有限公司；FV-27恒温搅拌器，临沂兰山骏达贸易有限公司；VC-03高温小型烘箱，厦门青峰工业制造有限公司。

1.2油污的制备

将拉伸油5份、润滑油脂4份、动物油1份、冲压油1份、300目三氧化二铁0.2份，在(70±2)℃条件下混合搅拌均匀。将准备好的发酵管彻底清洗干净，准确称其质量记为m0，用针管吸取约2 g自配油污，将油污推入发酵管底部，在(105±2)℃下干燥20 min后，准确称其质量记为mL。

1.3模拟盲孔清洗试验

将发酵管置于恒温搅拌的清洗剂工作液中，40℃浸泡5 min，将发酵管取出(105±2)℃下干燥20 min，准确称量清洗后发酵管的质量记为m2，并按照公式（1）计算清洁率。

盲孔清洁率k=[1-(m2-m0）/（m1-m0）]×100%(1)

其中，k为清洁率；m0为发酵管初始重量，mg;m1为携带油污发酵管的重量，mg;m2为清洗后发酵管的重量，mg。

2、结果与讨论

2.1几种表面活性剂的盲孔清洗效果

金属零件浸入清洗工作液后，由于盲孔或缝隙处存在大量的空气，常压条件下工作液很难进入凹槽深处，无法接触到凹槽深处的污垢。按照实验1.3，对比了几种常用表面活性剂的盲孔清洗能力。

通过表1可知，以发酵管模拟金属表面盲孔，脂肪醇聚醚AEO-5、烷醇酰胺6501、烷基糖苷APG0810对盲孔底部的油污没有清洗效果，清洗率为0%，通过对玻璃发酵管的观察，发酵管内的空气未挤出，工作液没有进入发酵管，工作液仅是在管口形成了凹透镜状的浸入形态，完全没有接触发酵管底部的油污。脂肪醇聚醚AEO-7、异构醇醚1308、油酸甲酯乙氧基化物磺酸盐FMES对盲孔有清洗效果，但清洗效果较差，观察发酵管发现上述表面活性剂的工作液在较长时间内能够进入管内与油污混合，但清洗结束后仍然残留大量的油污，油污并不能被彻底的洗出发酵管。清洗效果最好的是FMEE和PAS-80，清洗率分别为74.27%、70.19%，对盲孔底部的清洗效果最为明显，通过对发酵管的观察，发酵管放入工作液中，约60 s左右发酵管口开始有气泡溢出，发酵管内逐渐充满清洗工作液。清洗结束后，管内没有残留的油污。

2.2 FMEE与PAS-80复配后对盲孔清洗的效果

对盲孔、深槽中的油污清洗，首先需要表面活性剂有极低的表面张力和较小的润湿接触角，能够快速的在硬表面铺展，随着清洗工作液润湿与铺展的进行，逐步挤压盲孔内的空气，最终将空气完全挤出，工作液充满整个盲孔，完全接触油污。其次，为了更有效的清洗盲孔油污，还需要表面活性剂具有较低的油水界面张力，当工作液与油污接触混合后，通过降低油污的界面张力，减弱了油污与硬表面的粘附力，使油污流动性增强，更容易脱离硬表面。最后，工作液的密度对盲孔深处的油污清洗效果影响也较大，工作液的密度越大，盲孔深处各种类型的油污越容易上浮移出盲孔。

通过表1对几种表面活性剂清洗性能的比较，最终筛选出FMEE和PAS-80对盲孔油污的清洗效果最为理想。FMEE和PAS-80均具有的较低的表面张力和油水界面张力以及较大的比重，对盲孔、缝隙处的油污清洗非常有效。为了进一步提升两种表面活性剂的盲孔清洗效果，将非离子的FMEE与阴离子的PAS-80复配，进一步降低体系的临界胶束浓度以获得最佳的盲孔清洗效果。两种表面活性剂复配后的性能和清洗效果见表2。由表2可知，FMEE的表面张力为26.15 mN/m,PAS-80界面张力为28.33 mN/m,PAS-80的表面张力低于FMEE，两者复配后的界面张力介于26.15～28.33 mN/m之间，随着PAS-80所占比例增加，相应降低。PAS-80的油水界面张力为0.13 mN/m，低于FMEE的油水界面张力，两种表面活性剂按照质量比3∶2复配后，具有最低的界面张力，数值为0.11 mN/m。PAS-80和FMEE的密度相近似，分别为1.03 g/cm3和1.08 g/cm3，二者复配后的密度介于1.03 g/cm3和1.08 g/cm3之间。在盲孔清洁率方面，FMEE的清洗效果好于PAS-80，原因是FMEE结构中的油酸甲酯的结构，分子结构中含有不饱和双键与矿物油脂结构类似，对油脂的增溶能力较强导致，当FMEE与PAS-80按照质量比4∶1复配后，可获得最佳清洗效果，清洁率为77.28%。

2.3油污软化剂对盲孔清洗效果的影响

盲孔或缝隙中残留的油脂多，油污层较厚，在长期的风干、氧化状态下，油污会变黏稠甚至硬化，增加了清洗的难度，需要借助油污软化剂提高油污去除的效率，特别是在低温条件下，油污软化剂作用更加明显。羧乙基硫代丁二酸CETSA在低温条件下有很强的乳化作用，特别是针对粘稠的润滑油脂、积碳、石蜡有很好的软化与清洗作用。以2.2实验得到的最佳FMEE与PAS-80的用量比例基础上，继续复配CETSA，评价CETSA对盲孔清洗效果的影响。清洗结果见图1。

由图1可知，CETSA添加量为0.1 g/L清洁率提升效果不明显，添加量0.2 g/L清洁率提升至78.28%，继续增加CETSA的用清洁率提升效果不明显。当CETSA用量超过0.6 g/L后，清洁率反而下降，原因是CETSA表面张力较大，为31.17 mN/m，过多的增加CETSA的用量会导致体系的表面张力下降，减缓工作液进入盲孔的速率。因此，由图1可以确定CETSA作为油污软化剂对提高盲孔清洗效果是有效的，CETSA最佳的添加量为0.2 g/L。

2.4盲孔清洗剂清洗剂配方的确定

为了方便清洗剂的使用，简化工作液配制程序，根据实验得出的FMEE、PAS-80以及CETSA的最佳用量比例，将FMEE、PAS-80与CETSA三种原料按照质量比4∶1∶1，并复配其他必要成分制得金属表面盲孔清洗剂，配方详见表3。

3、结论

(1）不饱和油酸甲酯乙氧基化物FMEE和伯烷基磺酸钠PAS-80能快速润湿和铺展发酵管，更容易挤压发酵管里面的空气，对发酵管底部的油污去除效果最为理想，AEO-5、6501、APG0810几乎不能进入发酵管，对盲孔底部的油污清洗没有清洗效果；AEO-7、1308、FMES对盲孔也有清洗效果，在足够时间内能渗透进入发酵管，但清洗效果不理想。

(2）将不饱和油酸甲酯乙氧基化物FMEE用量0.6 g/L，伯烷基磺酸钠PAS-80用量0.4 g/L配制成的清洗剂体系有最低的油水界面张力，FMEE用量0.8 g/L,PAS-80用量0.2 g/L配制成的清洗剂体系可以获得最佳的盲孔清洗效果；羧乙基硫代丁二酸CETSA是性能优异的盲孔油污软化剂，当CETSA添加量0.2 g/L可以进一步提升FMEE和PAS-80复配体系的盲孔清洗效果。

(3）最终得到金属表面盲孔清洗剂配方为：喜赫FMEE 16%,PAS-80 4%,CETSA 4%，乙二胺二邻苯基乙酸钠EDDHA-Na 1%，杀菌剂卡松0.1%，纯净水补足100%。

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文章来源:郑岩.金属表面盲孔清洗剂配方的设计思路与探讨[J].清洗世界,2023,39(09):51-53.