铝合金超声波除蜡清洗剂的研究

铝合金工件需要经过抛光后才能使表面光滑且具有 良好的光泽性。在工件抛光后表面会有不同程度的蜡垢 残留，蜡垢通常以机械吸附、分子间吸附和静电力吸附 等方式粘附在工件表面。传统的除垢方法是用有机 溶剂如：三氯乙烯、二氯甲烷等对蜡垢进行浸泡去除， 这些有机溶剂挥发性较大，对人体伤害比较大，除蜡速度慢、用量比较大、成本较高。本工作针对上述问题，成功的研制出一种高效、耐用性持久、可降解性好，成 本相对低的除蜡水，且在体系中加入了是适量的缓蚀剂，对铝材表面起到抗腐蚀的作用，使清洗后的铝材表面更加有光泽。

除蜡水必须具有优越的性能，才能更好的在产线上应用。评价除蜡水的性能指标主要有：除蜡去污力、耐用性、防锈性、稳定性，要使除蜡水同时具有以上优越 的性能，必须对配方进行合理的设计，选择合适的原材 料，并对其配比进行优化。铝材除蜡水制备的关键在于对各种有机碱、表面活性剂、渗透剂、缓蚀剂等进行合理的选择与复配，通过降低表面张力、改善润湿渗透性能和乳化、溶解、增溶等性能，从而加强渗透力和溶解力、 使得被洗工件与污垢间的润湿角大大减少，铺展能力增 强，从而使工件在加温和超声波的作用下，不但可以快速去除铝材光滑表面的蜡垢、也可快速渗透到铝材细小凹槽中，将残留的蜡垢快速的去除。

1 实验部分

1.1 实验仪器及材料

超声波清洗器：频率42kHz，功率200W，手动定时，加热300W，温控范围 30-85℃; 白色抛光蜡；原料采用工业级原材料；铝合金眼镜脚丝若干。

1.2 除蜡水的原料选择

合金除蜡水一般采用一种或两种有机碱进行复配，一方面是为了使整个样品为碱性体系，从而保证除蜡速 度；另一方面有机碱具有良好的相容性，对铝材的腐蚀 性能较低，可保证样品清洗后的抛光效果。有机碱还可 与油酸、十二烷基苯磺酸发生反应，生成物质更易溶于 水，使整个除蜡水保持良好的稳定性。常见的有机碱有 单乙醇胺、异丙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二乙烯三胺， 其中单乙醇胺、二乙烯三胺的碱度较高，为降低除蜡水对铝合金基材的腐蚀性能，本文采用二乙醇胺和三乙醇 胺复配进行除蜡水的制备。

非离子表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚NP-10具有水溶性好、稳定性高，渗透力极强、浊点高、配伍性 好等特点，被广泛应用于各种洗涤剂产品。十二烷基苯 磺酸是一种常见的阴离子表面活性剂，其除蜡性能高于 其他种类的阴离子表面活性剂，耐强碱且具有好的分散 性能、且在低温条件下流动性能较好，便于取用。油酸 可延长除蜡水的使用寿命，使除蜡水的换槽频率降低，提高了产线的效率。

乙二胺四乙酸四钠水溶性较好，且能有各种离子形成配位，具有良好的螯合能力，同时具有优越pH调节功能和良好的缓冲性能。可明显降低硬水中钙、镁离子的含量，可起到协同除蜡的效果。

1.3 配制步骤与实验方法

向500 mL 的烧杯中加入一定量的自来水，开动搅拌器，依次加入配方量的二乙醇胺、三乙醇胺，搅拌均匀。加入配方量的十二烷基苯磺酸（96%含量棕黄色液体）、 油酸，继续搅拌，并放置2-3小时，使十二烷基苯磺酸与油酸与醇胺发生反应，形成黄色透明液体。依次加入壬基酚聚氧乙烯醚（NP-10）、椰子油脂肪酸二乙醇酰 胺（6501）、乙二胺四乙酸四钠（EDTA.Na4）、苯并三 氮唑（BTA）继续搅拌，直至上述材料全部溶解，形成均一稳定的黄色透明液体。

以二乙醇胺、三乙醇胺、十二烷基苯磺酸、油酸、壬基酚聚氧乙烯醚（NP-10）、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺（6501）、乙二胺四乙酸四钠（EDTA.Na4）在体系中的百分含量为变量，见表1，进行实验设计，以除蜡效果为考察标准，进行配方优化选择。选用正交实验表 L8(27) 对实验结果进行方差分析，如表2所示。

1.4 去污力性能测试

表 1 正交实验设计

表 2 正交实验设计表

说明：TX-10 为壬基酚聚氧乙烯醚；6501 为椰子油脂肪酸二乙醇酰胺；EDTA-4Na 为乙二胺四乙酸四钠

将洗净并在 105℃下干燥 2h 的眼镜脚丝放到干燥器 内，冷却至室温后称重，质量记为M₀；在眼镜脚丝表面均匀涂覆白色抛光蜡（0.26±0.02）克，在 200℃的烘箱内老化10min后取出，放到干燥器内陈化 24h，制得 污片，称重并记为M₁ ；实验时，将污片置于 200mL 的烧杯中，加入60mL清洗剂后置于超声波中，控制温度在 55-60℃之间，处理10min后，将眼镜脚丝取出，用 温水（35-40℃)漂洗两次，接着在 105℃下干燥1h后放到干燥器中，冷却至室温后，称重记为M2 。去污力用式（1）计算：

去污力 =[(M₁-M₂)/(M₁-M₀)]×100%   (1)

2 结果与讨论

从正交表2的实验数据来看，影响除蜡水去污力的各因素的顺序为椰子油脂肪酸二乙醇酰胺>十二烷基苯磺酸>壬基酚聚氧乙烯醚>二乙醇胺>油酸>三乙醇胺>乙二胺四乙酸四钠。椰子油脂肪酸二乙醇酰胺对除蜡水的去污力影响最显著，因为脂肪酸醇胺基的化合物脂肪酸基可以对抛光蜡进行吸附、溶解，而醇胺基团为亲水基团可溶解在水中。在高温（60-70℃)和超声波的振动下，蜡垢被迅速包裹，分散成小油滴而从基材中脱离下来。十二烷基苯磺酸作为除蜡水常用的原材料之一，除蜡效果也非常明显。非离子表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚HLB值约为13.7，其具有良好的水溶性，与阴离子表面活性剂的配伍性好，可耐强酸强碱 , 并且具有较低的表面张力，他对各种油脂和蜡垢具有很好的润湿、乳化、分散能力，且在较低的温度下也能发挥优异的除 蜡性能。

表2的正交试验数据显示，样品中二乙醇胺的对除蜡也起到了比较关键的作用，二乙醇胺的水溶液pH值约为9.5，对金属腐蚀性较小，同时提供了碱性环境，是除蜡水重要的原材料之一。

根据初步的正交实验结果设计除蜡水的基础配方如表3所示：

表 3 除蜡水的基础配方

从正交实验数据来看，椰子油脂肪酸二乙醇酰胺的含量对除蜡效果的影响较大，在保持其他物质含量不变的情况下，通过改变 椰子油脂肪酸二乙醇酰胺的加入量，研究其含量对除蜡效果的影响。实验结果如图1所示。从图1可以看出当6501的含量大于14%时，其除蜡效果已接近100%，在不同浓度下都有较高的除蜡率，因此6501的变分含量14-16%。

图 1 不同 6501 含量下的除蜡率

图 2 不同浓度下的除蜡水不同时间的除蜡率

按照基础配方配制除蜡水，特别的是将椰子油脂肪酸二乙醇胺的含量调整为15%，分别对不同浓度不同时间下的除蜡率进行对比试验，试验结果如图2所示。由图2可以看出，当除蜡水的浓度在2%时，即使在超声加温的条件下处理工件9-10分钟，工件表面的蜡垢残留量较多。当除蜡水的浓度达到4%时，在同样的温度条件下，大约7分钟内就可以将工件表面的蜡垢清除掉，工件表面光亮度好，且水膜连续性好。所以此种除蜡水的开槽比例应控制在3.5-5.0%之间。

3  结束语

通过正交试验，得出了性能比较优越的铝合金除蜡水，配方为：三乙醇胺7.5%、油酸8.0%、二乙醇胺13.0、十二烷基苯磺酸8.0%、壬基酚聚氧乙烯醚12.0%、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺15.0%、乙二胺四乙酸四钠0.7%、水35.8%。通过产线试验效果较好。本除蜡水具有以下特点：

1）铝合金工件表面经过除蜡效果后光亮效果较好。

2）本除蜡水具有较强的渗透力，可对铝合金眼镜 脚丝的蜡垢进行去除。

3）除蜡水在较低浓度下，短时间内就可将工件表 面的蜡垢去除。

该除蜡清洗剂可适用于抛光蜡的清洗。

作者：王世会