表面活性劑及其在金屬加工方面的應用

1、表面活性劑及其在金屬加工方面的應用論文關鍵字：表面活性劑，金屬加工，應用論文摘要：表面活性劑由于具有潤濕或抗粘、乳化或破乳、起泡或消泡以及增溶、分散、洗滌、防腐、抗靜電等一系列物理化學作用及相應 的實際應用，成為一類靈活多樣、用途廣泛的精細化工產(chǎn)品。表 面活性劑除了在日常生活中作為洗滌劑，其他應用幾乎可以覆蓋所有的精細化工領域。本文主要討論了表面活性劑及其在金屬加 工方面的應用。一、表面活性劑及其性能表面活性劑（sufacta nt）是指具有固定的親水親油基團，在溶液的表面能定向排列，并能使表面張力顯著下降的物質(zhì)。它們的分子都是由極性的親水基和非極性的憎水基兩部分組成。親水基常見的有羧基、硫酸

2、酯、磺酸基、胺基、季胺基、羥基等；憎水基則是長鏈烷烴和芳烴為代表的基團。由于它們具有既親水又親油的兩親”性質(zhì)，因而在化學清洗時可使清洗溶液表面 （或界面）性質(zhì)發(fā)生改變，使其具有較低的表面張力。 根據(jù)表面活 性部分所帶電荷的不同將表面活性劑分為陰離子型、陽離子型、非離子型和兩性型。表面 活性劑具有潤濕、起泡、增溶、消泡等特性。二、常見表面活性劑的及其應用2. 1陰離子表面活性劑2. 1 . 1 磺酸鹽此類活性劑常見的有直鏈烷基苯磺酸鈉和a -烯基磺酸鈉。直鏈烷基苯磺酸鈉別名 LAS 或 ABS，為白色或淡黃色粉狀或片狀固體，在復配表面活性劑體系中溶解性很好，對堿、稀酸和硬水都比較穩(wěn)定。常用于洗潔

3、精（餐具液洗劑）和衣用液體洗滌劑，一般不用于洗發(fā)香波，很少用于淋浴液。在洗潔精中其用量可占表面活性劑總量的 一半左右，在衣用液體洗滌劑中所占比例實際調(diào)節(jié)范圍較寬。應用于洗潔精比較典型的復 配體系是三元體系“LAS（直鏈烷基苯磺酸鈉）AES（醇醚硫酸鈉）FFA（烷 基醇酰胺）”。直鏈烷基苯磺酸鈉突出的優(yōu)點是穩(wěn)定性好、去污力強、環(huán)境危害極小，能 很好地被生物降解為無害物、價格低廉。突出的缺點是刺激性大。烯基磺酸鈉別名AOS，極易溶于水，它在廣泛的pH 值范圍內(nèi)都有較好的穩(wěn)定性。在磺酸鹽品種中，性能最好。突出的優(yōu)點是穩(wěn)定性好，水溶性好，配伍性 好，刺激性小，微生物降解也非常理想，是洗發(fā)香波和淋浴液中

4、常使用的主表面活性劑之 一。其缺點是價格較貴。2. 1. 2 硫酸鹽此類活性劑常見的有脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉和十二烷基硫酸鈉。脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉別名AES、醇醚硫酸鈉。易溶于水，在洗發(fā)香波、淋浴液、餐具液體洗滌劑（洗潔精）、衣用液體洗滌劑中都可應用。水溶性比十二烷基硫酸鈉更 好，在常溫下本身就可配成任何比例的透明水溶液。在液體洗滌劑中的應用比直鏈烷基苯 磺酸鈉更廣泛，配伍性更好；能夠與許多表面活性劑二元復配或多元復配成透明水溶液。 突出的優(yōu)點是刺激性小、水溶性好、配伍性好、在防皮膚干裂粗糙方面表現(xiàn)好。缺點是在 酸性介質(zhì)中的穩(wěn)定性稍差，去污力次于直鏈烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉。十二烷基硫酸

5、鈉別名AS、K 12、椰油醇硫酸鈉、月桂醇硫酸鈉發(fā)泡劑，對堿和硬水不敏感，在酸性條件下穩(wěn)定性次于一般磺酸鹽，接近于脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉，易 降解，對環(huán)境危害極小。在液體洗滌劑中應用，酸度不能太高；在洗發(fā)香波和沐浴液中使 用其乙醇胺鹽或銨鹽，不僅可增加耐酸穩(wěn)定性，還有益于降低刺激性。除發(fā)泡性好和去污 力強外，其他方面的使用性能都不如醇醚硫酸鈉。在常見陰離子表面活性劑中價格一般為 最高。2. 1 . 3脂肪酸皂按脂肪酸的碳鏈分類，應用于液體洗滌劑以月桂酸皂最好，按成鹽不同分類，應用于 液體洗滌劑以胺鹽、鉀鹽、銨鹽較好。硬脂酸鈉不能在液體洗滌劑中作為主表面活性劑應 用。在液體洗滌劑中，脂肪酸鹽主要

6、用于衣用液體洗滌劑和淋浴液中，產(chǎn)品pH 值般為8以上。與之匹配的表面活性劑一般是起鈣皂分散作用，其次還能改善表面活性劑的 水溶性。優(yōu)點是價格低廉，在防皮膚干裂粗糙方面表現(xiàn)好；缺點是不能在酸性介質(zhì)中使用（作主表面活性劑），在一般陰離子表面活性劑中去污力稍差，耐硬水性能最差。2.2陽離子表面活性劑與各種類型表面活性劑相比，陽離子表面活性劑的調(diào)整作用最突出，殺菌作用最強， 盡管有去污力差，起泡性差，配伍性差、刺激性大，價格昂貴等缺點。陽離子表面活性劑 不直接與陰離子表面活性劑配伍，只能作為調(diào)理劑組分或殺菌劑來使用。陽離子表面活性 劑在液體洗滌劑中作為輔助表面活性劑（配方用量很少的調(diào)理劑組分）一般用于

7、較高檔次 產(chǎn)品，主要用于洗發(fā)香波。作為調(diào)整劑組分在高檔次液體洗滌劑洗發(fā)香波中不是其他類型 表面活性劑所能替代的。常見陽離子表面活性劑品種有十六烷基二甲基氯化銨（1631 ）、十八烷基三甲基氯化銨（1831 ）、陽離子瓜爾膠（C14S）、陽離子泛醇、陽離子硅油、十二烷基二甲基氧化胺（OE 2）等。2. 3兩性離子表面活性劑兩性表面活性劑指兼有陰離子和陽離子性親水基的表面活性劑，因此這種表面活 性劑在酸性溶液中呈陽離子性，在堿性溶液中呈陰離子性，而在中性溶液中有類似非離 子的性質(zhì)。兩性表面活性劑易溶于水，溶于較濃的酸、堿溶液，甚至在無機鹽的濃溶液 中也能溶解，耐硬水性好，對皮膚刺激性小，織物柔軟性

8、好，抗靜電性好，有良好的殺 菌作用，與各種表面活性劑的相容性好。重要的兩性表面活性劑品種有十二烷基二甲基 甜菜堿、羧酸鹽型咪唑啉等。非離子表面活性劑的性能更全面，缺陷少，只是去污力和起泡性差一些；與非離子 表面活性劑比較，兩性表面活性劑的某些性能更優(yōu)，其余性能也不落后。兩性表面活性 劑比一般非離子表面活性劑有更好的發(fā)泡能力，更好的殺菌能力，更好的調(diào)理性。因此,在液體洗滌劑中，兩性表面活性劑主要是應用于洗發(fā)香波，其次是淋浴液等皮膚清潔劑。2. 4非離子表面活性劑非離子表面活性劑具有良好的增溶、洗滌、抗靜電、刺激性小、鈣皂分散等性能； 可應用 pH 范圍比一般離子型表面活性劑更寬廣；除去污力和起泡

9、性外，其他性能 往往優(yōu)于一般陰離子表面活性劑。在離子型表面活性劑中添加少量非離子表面活性劑， 可使該體系的表面活性提高（相同活性物含量之間比較）。主要品種有烷基醇酰胺（FFA）、脂肪醇聚氧乙烯醚（AE）、烷基酚聚氧乙烯醚（APE 或 OP）。烷基醇 酰胺（FFA）是一類性能優(yōu)越和用途廣泛及使用頻率很高的非離子表面活性劑，在各 種液體洗滌劑中常用。 在液體洗滌劑中使用常與酰胺配伍，配比一般為“ 2:1 ” , “1.5 :1” （烷基醇酰胺：酰胺）。烷基醇酰胺可以在一般稍偏酸性和堿性洗滌劑中應用，是非 離子表面活性劑中價格最便宜的一個品種。三、表面活性劑在金屬加工中的應用金屬加工包括金屬清洗、表

10、面涂飾以及金屬的車、銃、刨、鉆、軋、鑄造等加工過程。 為了減輕勞動強度、提高產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源、降低成本，在各種加工工藝過程中常需使用 一些助劑，其中，表面活性劑起著十分重要的作用！3.1在金屬清洗中的應用金屬清洗實際上貫穿在整個金屬加工過程中。清洗劑主要由清洗主劑、 緩蝕劑、表面活性劑三大組分構成。表面活性劑在化學清洗中起著吸附、滲透、乳化、溶解、洗滌等作用， 其在化學清洗中不僅僅作為輔助劑，而且可以作為主要成分而得到廣泛重視，尤其在酸洗、 堿洗、緩蝕、除油、殺生等清洗過程中已經(jīng)發(fā)揮出越來越大的作用。目前，以表面活性劑為 主體的水基清洗克服了化學酸洗、化學堿洗等其它幾種清洗劑的不足，成為金屬

11、清洗的主要發(fā)展方向。水基金屬清洗劑的優(yōu)點：清洗效率高，去污力強；安全性能好，不污染環(huán)境；節(jié)約能源， 洗滌成本低；洗滌過程對被洗機件無損傷，洗后對機件不腐蝕等。水基清洗劑多以非離子表面活性劑與陰離子型表面活性劑復配物為主體，再加多種輔助劑所組成的混合物？前者去污能力大，具有良好的防銹、緩蝕能力，后者能提高并改進清洗劑的綜合性能？其清洗機理是借助于表面活性劑的潤濕、滲透、乳化、增溶、分散等作用，使油污在金屬表面的附著力削弱，再施以機械攪拌、刷洗、加熱、超聲波等物理方法，使油 污脫離金屬表面，而進入洗液中被乳化、分散開。金屬清洗中常用的表面活性劑有脂肪醇聚環(huán)氧乙烷醚、烷基酚聚環(huán)氧乙烷醚、十二烷 基苯

12、磺酸鈉、十二烷基二醇酰胺、甲氧基脂肪酰胺基苯磺酸鈉等。以雙辛基聚氧乙烯醚和雙烷基苯雙磺酸鹽兩類雙子表面活性劑為主的金屬清洗劑清洗 性能的研究結果表明：這種含有陰/非雙子表面活性劑的金屬清洗液具有較高的表面活性，陰/非雙子表面活性劑之間存在良好的協(xié)同效應。3.2在金屬磷化處理中的應用磷化處理就是用含有磷酸、磷酸鹽和其它化學藥品的稀溶液處理金屬。金屬表面在上述溶液中與磷酸、磷酸鹽介質(zhì)起化學反應，轉(zhuǎn)變?yōu)橥暾木哂兄械确牢g作用的不溶性金屬磷 酸鹽層。金屬上的這種磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜具有多種用途， 它可以提高油漆與金屬的結合力和抗腐 蝕性；也可以用做防銹油的載體、金屬冷加工過程中潤滑劑的載體以及磨擦表的潤滑劑等

13、。為了改善磷化膜結構，提高磷化效果，磷化液中還含有其它添加劑，其中表面活性劑的作用有：對金屬表面粘附的油污具有乳化增溶的作用，且能防止污垢的再沉淀；使溶液產(chǎn) 生潤濕、滲透，有利于磷化液與金屬表面的接觸；降低液體表面張力， 有利于磷化反應中氫氣的逸出，加強陰極去極化，從而加速磷化成膜過程。磷化處理常用的表面活性劑是由環(huán)氧乙烷和各種疏水碳氫長鏈縮合而成，即非離子表 面活性劑。3.3在金屬電鍍中的應用在電鍍過程中，為了提高電解液性能和改善鍍層質(zhì)量，常需加入一些助劑，其中表面活性劑是主要品種之一，它有平整、光亮、擴散、改變鍍層物理性能、抑制酸霧逸出等作用。電鍍中常用的表面活性劑有平平加、0P孚L化劑、

14、十二烷基硫酸鈉、亞甲基雙萘磺酸鈉、氟表面活性劑、脂肪酸聚環(huán)氧乙烷酯、聚環(huán)氧乙烷蓖麻油等 3.3.1鍍前清洗液金屬工件在電鍍前， 首先必須除油清洗， 使之表面干凈？否則，沉積層在表面結合不良， 嚴重時甚至得不到沉積層工件表面的油污有動、植物油脂和礦物油類動、植物油脂在堿性溶液中可以發(fā)生皂化反 應，形成水溶性的肥皂和甘油而去除；而礦物油或其它不皂化油則不能用堿使之化學分解， 須借助表面活性劑的作用才能從金屬表面除去在除油過程中，表面活性劑分子首先吸附于油與溶液的分界面上，油污在表面活性劑的親油基和親水基的作用下，再加上溶液的對流和攪拌作用，逐漸從金屬表面脫離而進入溶液，呈極細小的球形成乳濁液典型的

15、碳鋼零件除油液配方：氫氧化鈉2030g/L，磷酸三鈉 3040g/L，碳酸鈉3040g/L , OP乳化劑12g/L , 30 50 C ?當零件表面在去除氧化皮進行強腐蝕時，腐蝕過程中產(chǎn)生各種有害氣體，氣體在逸出時產(chǎn)生酸霧，對環(huán)境和設備影響很大？若在酸洗槽中加入少量0P乳化劑后，酸洗溶液表面能產(chǎn)生一層泡沫，防止了酸霧的逸出3.3.2電鍍液在鍍鉻時電流效率極低（10%15%），而且使用不溶性鉛陽極，通電后兩極產(chǎn)生大量的 氫和氧，容易產(chǎn)生有害的鉻酸煙霧鉻霧污染環(huán)境，危害操作人員的健康，而且引起設備的腐蝕為抑制鉻霧的產(chǎn)生，可以在鍍鉻液中加入少量全氟烷醚磺酸鹽表面活性劑，在鍍鉻時溶液表面形成一層泡沫

16、，抑制了鉻霧逸出，既確保了操作者的健康，又可降低鉻酸消耗電鍍中使用的表面活性劑對電沉積過程起著直接和間接的作用， 這些作用的實質(zhì)是在電 極和溶液界面上有機化合物的表面活性作用隨著科學技術的進步， 表面活性劑在電沉積中的 應用必將進一步得到重視和發(fā)展。3.4在防蝕及其它方面的應用對于大多數(shù)金屬，由于周圍介質(zhì)的影響，在金屬表面會因發(fā)生化學或電化學變化而遭受 腐蝕據(jù)統(tǒng)計，每年由于腐蝕而耗掉的金屬和報廢的金屬設備與材料約相當于金屬每年產(chǎn)量的 30%為了減少金屬腐蝕，需在金屬表面涂一層保護層或改變腐蝕介質(zhì)性質(zhì)等方法，以隔絕金屬體與周圍環(huán)境的直接接觸除上述磷化處理、電鍍方法外，還有涂防銹油等方法緩蝕用表面

17、活性劑有烷基醇酰胺、十八烷基胺環(huán)氧乙烷加成物、季銨鹽、羧酸銨、咪唑啉衍生物、環(huán)烷酸鈣（鋅）、烷基萘磺酸鈉、磷酸酯等四、表面活性劑的發(fā)展趨勢表面活性劑素有“工業(yè)味精”之稱，新世紀中人們將會進一步拓寬其應用領域，除在 造紙、食品、建筑、交通、水處理和農(nóng)業(yè)等方面開發(fā)應用之外，還會大力開發(fā)其在紡織和能 源方面的應用。目前我國每加工100千克纖維耗助劑4千克，而國際先進水平為每加工100千克纖維耗助劑 7千克。我國2010年纖維加工總量預計為 1350萬噸，所以，紡織助劑 依然是表面活性劑工業(yè)應用的一個重點。能源工業(yè)將成為我國表面活性劑應用的另一個熱 點，特別是在三次采油和重油遠距離輸送方面。另外，表面

18、活性劑在材料科學，環(huán)境科學， 生命科學，信息科學以及機械工業(yè)等方面也將得到廣泛應用?？傊?，拓寬表面活性劑的應用領域，探索其在高新技術領域中的應用，將成為我國表面活性劑行業(yè)的熱門課題。目前，我國表面活性劑工業(yè)已有相當大的規(guī)模，裝備和技術已越來越向國際水平靠攏， 產(chǎn)品產(chǎn)量、種類和質(zhì)量都有大幅增長和提高。有關專家提出，在未來這一行業(yè)將在產(chǎn)品結構、 應用和市場開發(fā)商呈現(xiàn)新的形勢。開發(fā)溫和型、功能型、環(huán)境友好型表面活性劑原料及其產(chǎn)品將成為我國新世紀表面活性劑工業(yè)的工作重點。由于洗滌用品及基本原料趨于飽和，表面活性劑原料的發(fā)展除了在原來的基礎上改進和開發(fā)新催化劑，改進工藝，加強高新技術在這些領域的應用，提

19、高工藝裝置的自動化與智能化能力，以期降低單耗、能耗、有害雜質(zhì)含量，適合不同要求，提高產(chǎn)品質(zhì)量等等以外，開發(fā)環(huán)境友好、易生物降解、溫和型及功能型的表 面活性劑及洗滌用品將是新世紀表面活性劑工業(yè)的工作重點。結語：討論了表面活性劑的概念、性質(zhì)和一些常見和應用廣泛的表面活性劑。著重介紹了其 在金屬加工方面的應用；并對其發(fā)展趨勢作了簡要的評述。參考文獻：徐燕利表面活性劑的功能北京化學工業(yè)出版社，（2000）賀曉慧水基金屬油污清洗劑的研制精細化工，（1998）表面活性劑網(wǎng)環(huán)球資訊出師表兩漢：諸葛亮先帝創(chuàng)業(yè)未半而中道崩殂， 今天下三分，益州疲弊，此誠危急存亡之秋也。然侍衛(wèi)之臣 不懈于內(nèi)，忠志之士忘身于外者，蓋追先帝之殊遇，欲報之于陛下也。誠宜開張圣聽，以光 先帝遺德，恢弘志士之氣，不宜妄自菲薄，引喻失義，以塞忠諫之路也。宮中府中，俱為一體；