Обезжиривание водными растворами

Обезжиривание водными растворами

Основную массу загрязнений в промышленности удаляют щелочными водными растворами. В современные технические моющие средства входят электролиты, смеси синтетических ПАВ анионного и неионогенного типов, специальные добавки.

Применение электролитов основано на благоприятном влиянии щелочной среды на процесс очистки, а также на способности повышать стабильность образующихся при очистке суспензий.

В качестве компонентов моющих средств также используют тринатрийфосфат, триполифосфат, пирофосфат натрия, динатрийфосфат. Действия фосфатов, особенно триполифосфата натрия, основано на способности образовывать комплексные соединения с ионами тяжелых металлов (Са²⁺, Mg²⁺), в результате чего устраняется жесткость воды.

Положительное действие фосфатов проявляется и в способности регулировать рН среды. Фосфаты обладают также сильными пептизирующими свойствами, т.е. способностью измельчать крупные частицы на более мелкие, иногда до коллоидных размеров.

Кальцинированную соду применяют в виде растворов концентрации, обеспечивающей рН=10,5—11,0. Силикаты натрия используют как щелочные компоненты водных растворов ПАВ, значительно улучшающие смачивающую, эмульгирующую, стабилизирующую способность моющих растворов.

Введение силикатов приводит также к защитному действию от коррозии цветных металлов: алюминия, цинка, меди и их сплавов. Все соли щелочных металлов, кроме каустической соды, создают определенную щелочность и ее резерв во время гидролиза, что крайне важно в щелочной очистке, так как имеющаяся в растворе щелочь нейтрализует кислые загрязнения в ванне.

Способность раствора сохранять постоянную величину рН при добавлении кислотных или щелочных примесей называется буферной емкостью раствора. Наличие буфера в растворе желательно, поскольку это дает возможность поддерживать оптимальную величину рН, несмотря на загрязнение раствора.
Моющее действие в щелочном растворе обеспечивают ПАВ, являющиеся основными компонентами.

Благодаря накоплению на поверхности раздела молекул ПАВ поверхностное натяжение воды резко снижается. Однако для проявления моющего действия недостаточно только поверхностной активности. Необходимо, чтобы ПАВ образовывало новые коллоидные фазы (мицеллы), обеспечивающие ассоциацию, агрегирование и солюбилизацию (внутримицеллярное растворение) загрязнений.

При погружении очищаемых деталей в раствор первая стадия моющего действия проявляется в полном смачивании поверхности и прилипших к ней частиц загрязнений моющим раствором. Для наилучшего смачивания моющий раствор должен обладать более низким межфазным натяжением по сравнению с водой.

Например, межфазное натяжение на границе вода — о-ксилол составляет 36,06 дин/см, а в присутствии 1 % додецилсульфата натрия — 2 дин/см.

В результате смачивания происходит ослабление сил сцепления загрязнения с подложкой. Под действием раствора моющего средства масло в нескольких местах сдвигается: образуются сначала сегменты, которые затем переходят в полушария, и, наконец, образуется шарообразная капелька, которая легко отделяется от поверхности.

Благодаря стабилизирующему действию ПАВ устраняется вторичное налипание частиц загрязнения на поверхность. Скорость эмульгирования капелек масла в растворе зависит от межфазного натяжения, а устойчивость эмульсии определяется прежде всего прочностью оболочки вокруг капелек масла и их степенью дисперсности.

Моющая способность растворов ПАВ находится в прямой зависимости от условий мицеллообразования, которое в разбавленных растворах развивается в узкой области концентраций, из-за чего изменение свойств раствора обычно также обнаруживается в узкой области концентраций, которая называется областью мицеллобразования, а точки, лежащие в этой области — критической концентрацией мицеллобразования (ККМ). А.П. Ребиндер впервые показал, что максимальное значение моющей способности ПАВ совпадает с ККМ.

Для проявления моющего действия ПАВ применяют в концентрациях, превышающих ККМ в 3—4 раза. Это связано с созданием резерва ПАВ в моющем растворе для непрерывной работы, так как происходит выработка раствора в связи с расходом ПАВ при уносе и эмульгировании загрязнений.

Моющая способность синтетических анионоактивных ПАВ монотонно возрастает в гомологических рядах до С₁₈ с максимумом при С₁₆. Содержание в алкильной цепи атомов углерода менее 12 приводит к значительному снижению моющей способности.

Для оценки свойств неионогенных соединений рекомендуют пользоваться показателем ГЛБ (гидрофильно-липофильный баланс). Для неионогенных соединений, обладающих моющим эффектом, ГЛБ= 13—15 ед.

Механизм моющего действия в общем виде

Механизм моющего действия в общем виде можно представить следующим образом:

• необходимо обеспечить возможно более тесное соприкосновение моющего средства с очищаемой поверхностью;
• далее загрязнения нужно стабилизировать, т.е. блокировать таким образом, чтобы они могли быть легко отделены от поверхности;
• на последней стадии загрязнения удерживаются в объеме моющего раствора и затем удаляются из моющей ванны.

Для получения оптимального моющего действия в рационально составленной рецептуре необходимо сочетание различных ПАВ анионного и неионогенного типов.

Факторы влияющие на выбор технологической схемы удаления загрязнений и материалов

Правильность выбора технологической схемы удаления загрязнений и материалов перед окрашиванием во многом зависит от следующих факторов:

• исходного состояния обрабатываемой поверхности;
• типа загрязнений;
• вида обрабатываемого металла (сталь, алюминий, цинк и их
сплавы и др.);
• требуемой степени очистки;
• размеров и формы, подлежащих очистке изделий, влияющих также на выбор метода очистки (погружение, распыление и др.).

Требования к моющим средствам

К моющему средству предъявляются следующие требования:

• низкое поверхностное натяжение, в том числе на поверхности раздела, обеспечивающее отмывание с помощью ПАВ;
• наличие щелочного резерва для нейтрализации кислотных загрязнений;
  наличие солей для усиления действия органического ПАВ;
• диспергирующие свойства, способствующие ускоренному удалению загрязнений и предупреждающие их повторное осаждение на поверхности;
• эмульгирующие свойства для удержания в объеме раствора масляных загрязнений;
• заданная стоимость;
• смягчение воды для предупреждения вредного воздействия солей кальция и магния на моющий процесс и для облегчения промывки;
• предупреждение вредного воздействия моющего раствора на металл с помощью ингибиторов;
• сокращение вторичной коррозии после очистки;
• отсутствие вторичной коррозии деталей после очистки при их хранении;
• допустимый или желательный уровень пены при работе методом распыления;
• положительное влияние моющего состава для обезжиривания перед фосфатированием.

Для удовлетворения этим требованиям моющий раствор должен состоять как минимум из 3—4 щелочных компонентов и 2—3 ПАВ, причем содержание ПАВ для метода окунания составляет 2—10%, распыления — 2,5—7%, а при электролитической очистке — 0,5— 2%.

Группы моющих растворов

В общем случае моющие растворы можно разделить на три группы:

1. сильнощелочные растворы на основе едкого натра (рН = 12—14) для очистки стали от консервационных застаревших смазок, старых лакокрасочных покрытий, нагаров и др.;
2. среднещелочные растворы (рН = 10—11) преимущественно для обезжиривания от технологических смазок и перед фосфатированием;
3. слабощелочные растворы (рН = 9—10) для обезжиривания от легких загрязнений, для очистки цветных металлов и перед фосфатированием.

В промышленной очистке используют как универсальные моющие средства, так и растворы, предназначенные для удаления одного вида загрязнений.

Однако часто на практике приходится сталкиваться со сложными загрязнениями, удаление которых только за счет обезжиривающего состава невозможно. Поэтому приходится варьировать технологические параметры: температуру, концентрацию, сочетать различные методы нанесения и др.

Написано специально для портала коррозио.ру по материалам статьи «Обезжиривание — необходимая стадия для обеспечения коррозионной стойкости лакокрасочных покрытий» А.Д.Карасева, Е.Ф.Акимова, В.А.Рыбкин, К.Г.Богословский, Е.Д.Быков. Сборник научных трудов «Технология лакокрасочных покрытий», М., 2008. с разрешения ОАО «НИИ ЛКП с ОМЗ «Виктория»