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谈钢桶的表面处理(2)

徐国兴

  2.除油

  除油主要用于冷轧板钢桶。前文已说过,冷轧板表面涂 有防锈油。防锈的基础油有矿物油、植物油、动物油等。植物油、动物油能与碱起皂化反应,所以称为皂化性油。矿物油不会与碱起皂化反应,所以称与非皂化性 油。—般油类均不溶于水,只溶于有机溶剂,所以只能通过皂化、溶解、乳化、电解、超声波等手段来除油。由于电解除油和超声波除油工艺未应用于钢桶,以下只 探讨冷轧板钢桶的皂化、溶解、乳化除油工艺。

  ①皂化除油 皂化除油是利用碱和碱性盐使皂化性油,脂皂化的除油方法。一般采用的碱和碱性夢亨氧氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠、焦磷酸钠、硅酸钠等,一般以氢氧化钠为主。它与皂化性油脂的反应方程如下:

  氢氧化钠是强碱。它有很强的皂化能力,且具有一定的乳化作用。但是用氢氧化钠除油时,油脂还能发生水解反应,生成难溶的皂类。清除它比较困难,所以氢氧化钠在皂化除油液中的含量一般不超过lOOg/l。

  碳酸钠能起到皂化和软化jL的作用,对于凝胶状油脂具有润湿作用,对溶液的PH值有良好的缓冲作用。

  硅酸钠具有良好的渗透和乳化作用,但遇酸会生成难溶的硅胶,粘附在工件表面,对后工序带来影响,这是要注意的。

  磷酸三钠除具有碳酸钠的优点外,它的磷酸根还具有络合作用,能络合许多金属离子,使金属表面易被水洗净。

  氢氧化钠 80~100 g/l

  磷酸三钠 10~40 g/l

  碳酸钠 20~30 g/l

  硅酸钠 5—25 g/l

  工艺条件:

  浸入法: 80~90℃ 12—15分钟

  喷射法: 60~80℃ 2-3分钟

  提高溶液温度能加快除油的速度,但温度太高造成能耗过大,且能使某些表面活性剂分解,所以对个多数皂化除油液来说,适宜的温度为80℃以下。

  除油时,如在碱性溶液中加以搅拌、喷射等机械作用,可以改善除油的效果。这是因为在机械作用力下,碱溶液不断地冲刷钢桶表面,使粘附在钢桶表面的防锈油和其它油污能较快地被清除.

  水的硬度高低也影响碱性溶液的除油性能和效果。水的硬度高,除油效果差。为了使水软化,可在溶液中加入微量的三聚磷酸盐、三乙醇胺油酸皂等。

  皂化除油可根据情况采用浸入法或喷射法。喷射法处理时间短>效果好,但设备投资较大;浸入法处理时间长,效果不如喷射法,但设备投资较小.

  ②溶解除油 溶解除油是利用有机溶剂!对油脂的溶解能力,以去除锕桶表面的防锈油及油污。常用的有机溶剂有汽油、煤油、松香水、含氯有机溶剂等.

  含氯有机溶剂溶解力强,沸点低,经蒸馏易回收,便于重复利用,而且不易爆,不锡燃。其中,最具代表性的含氯有机溶剂是三氯乙烯,它的应用最为广泛。

  三氯乙烯溶解油脂的能力特强。在50℃时比汽油的溶解能力大7倍,又不易燃烧,所以深受用户的欢迎。

  溶解除油的方法有浸洗、喷漆、蒸汽除油三种。由于浸洗和喷淋法均大同小异,故此处只介绍蒸汽除油。

  由于三氯乙烯沸点低(86.7℃),易产生蒸汽,比重又大(1.462),所以其产生的蒸汽全部沉于空气的底层,利用此种特性制造除油设备。

  用于钢桶的三氯乙烯除油设备是一个长槽。长槽的上半 部是一个向下凹的两端是弧形的输送链。从长槽的始端向下,然后水平地走向末端,在末端处再向上送出槽外。槽的下半部是三氯乙烯溶液。液面高度为槽的 1/3,输送链加上钢桶的高度(钢桶卧放)在液面以上的1/3,也就是三氯乙烯溶液加钢桶的高度约占槽的总高度的2/3。在槽的总高度2/3多一点,即距 钢桶上面稍高处装有通冷却水的紫铜蛇形管。这样,三氯乙烯蒸汽遇到蛇形管时,就冷凝成液体流回槽中。从而,它的蒸汽只能停留在槽中而不会外溢。

  当钢桶通过输送链浸入三氯乙烯蒸汽的时候,三氯乙烯的蒸汽冷凝在钢桶表面,溶解钢桶表面的油脂。随着钢桶在槽中前进,此液体越来越多,最终将溶解下来的油脂带人槽中。藩就是三氯乙烯蒸汽除油的过程。

  三氯乙烯对钢桶无腐蚀性。当受到光和高温时会引起分 解ot在混入水份时,会分解成盐酸,从而降低了除油的效果和造成腐蚀,所以应加人二乙胺、三乙胺、四氢呋喃、三丙胺,吡啶等稳定剂。中般加入量为0.05 —0.2%。当三氯乙烯中酌含油量在25%以上时,应进行蒸馏再生,否则沸点上升,且难以除尽油脂。

  ③乳化除油 乳化除油是利用乳化剂(即表面活性剂)的润湿、渗透、乳化、分散、增溶等能力,除去工件表面的防锈油及油污。

  乳化剂c表率活性剂,是由、亲水基团和亲油基团结合构成的化合物。它能吸附在油水互相排斥的界面上,降低它们之间的界面张力。它的各项功能随着它的亲水亲油平衡值(Hydrophile - Lipophile Balance),即H.L.B值的不同而不同。

  H.L.B=(亲水基团分子量/总分子量)×20

  H.L.B=3~6时 主要作为水油型(W/O)乳化剂。

  H.L.B=7~9时 主要起润湿作用。

  H.L.B=8-18时 主要作为油水型(W/O)乳化剂。

  H.L.B=13-15时 主要起洗涤作用。

  H.L.B=15~18时 主要起增溶作用。

  我们用于钢桶表面去油的乳化剂,其H.L.B值大多在13-15左右。这样的乳化剂除有着较好的油水型(O/W)乳化作用外,还具有洗涤油脂作用和增溶作用。

  当乳化剂(表面活性剂)水溶液与金属表面油脂接触时,乳化剂中的亲油基团与油脂产生亲和作用,而另一端的亲水基团则使水分子对油脂分子实现包围,形成非常小的微粒,并从金属表面剥离,从而在客观上,实现将金属表面的油“溶解”到水中,达到了去油的目的。

  目前,用于去油的乳化剂(表面活性剂)主要有非离子 型和阴离子型两类。常用非离乳化剂有TX-10(即聚氧乙烯醚烷基酚),6501(即十二烷基二乙醇移胺)、6503(即6501与磷酸酯化的生成物)、 三乙醇胺油酸皂等。常用的阴离型乳化剂有A.B.S(即烷基苯磺酸钠),A.S(即烷基磺酸钠)等.

  乳化剂去油的用量一般在整个水溶液中占到0.5~6%之间。使用温度一般在50-90℃之间。喷淋法处理时间为2分钟左右,浸渍法为5-15分钟o

  一般乳化除油配方如下:

  平平加 0.3~1.0%

  聚乙二醇 0.2-0.6%

  油酸 0.2~0.7%

  三乙醇胺 0.8~1.3%

  亚硝酸钠 0.1-0.5%

  水 余量

  此配方具有防锈作用,去油条件为50℃,3-5分钟.

  3、磷化

  磷化处理是将钢铁制件置于含有磷酸、磷酸盐和其它化学药品的稀溶液中转变为完整的磷酸盐膜层的工艺。

  磷化膜具有较高的电绝缘性质,与铁基体结合非常牢 固。其表面呈粗糙状态;所以与油漆具有非常牢固的结合力。磷化膜具有较好的抗蚀能力。在涂漆之后抗蚀能力更强。磷化膜的缺点是机械强度低,较脆。所以,: 对于钢桶最好是上了底盖以后进行磷化处理。否则,上底盖时,卷边部分磷化膜可能产生裂纹,从而影响抗蚀能力。

  磷化防蚀处理的历史非常悠久,考古挖掘出公元前80 年左右罗马时代的铁器就有磷化处理的萨迹。据分析,其成份为磷酸铁.1905年,考斯勒特(COSLET)把钢铁浸于沸腾的磷酸浴中,成功地在其表面形成 了磷酸铁皮膜,并取得了专利。同年,爱伦(Allen)使磷酸锰的稀释水溶液处于沸腾状态,然后把钢铁浸渍于其中,发现表面也生成了具有防锈能力的薄膜。 基于这些技术的产生,美国的帕克(Parken)兄弟成立了P.R.P(Parker rust prarf)公司使磷化技术企业化。几乎同时,当时专营磷化的美国化学涂层(Amercercan Chemical Paint)公司也成立了。在随后的数十年中,随着时代的变迁,作了许多改进。到了今天,磷化处理温度从只能在沸腾状态扩展到常温范围内可调。处理方法也 得到了长足的进步,适应了近代工业的生产,从而,成为重要的金属表面处理方法。

  磷化处理,因磷化处理剂的不同,生成的皮膜也不同。现在使用的成份大致有如下3种:磷酸锰系、磷酸锌系和磷酸铁系。用于钢桶的一般为锌系和铁系。磷化膜是磷酸盐溶液与金属铁相互作用生成的,将磷酸锰,铁盐或磷酸二氢锌加水溶解,使磷酸盐产生水解:

  式中,Me代表锰、铁、锌离子

  随着溶液的加温,磷酸盐继续水解:

  将已经过去油、去锈处理的钢桶放入磷化液中,金属铁就与磷酸相互作用;并产生部分溶解,并在游离酸的作用下形成以下的反反应:

  同时,磷酸二氢盐开始在铁金属表面进行排列:

  不溶性的磷酸盐在金属表面结晶沉淀,形成磷化膜:

  随着铁金属表面上磷酸盐结晶沉淀,磷化过程随之减慢,当整个金属表面被磷化膜全部覆盖后,磷化过程就结束了。

  磷化液的一般配方(锌系及铁系)如下:

  配方1:

  磷酸 10~18 g/l

  氧化锌 5-9 g/l

  亚硝酸钠 0.1-0.9 g/l

  氯化钠 0.5-1.5 g/l

  硝酸钠 0.1-0.5 g/l

  配方2:

  磷酸二氢铁盐 4-10 g/l

  硝酸锌 5~11 g/l

  氧化锌 0.4-0.8 g/l

  氟化钠 0.3-0.5 g/l

  一般来说,.锌系磷化膜具有良好的防腐蚀能力,表面呈晶态,与铁基体和油漆均具有良好的结合力。铁系磷化膜是非晶态的,即是无定形的,相比来说成本较低,但抗蚀能力不及锌系,且磷化膜层相对较薄。

  磷化处理方法可分为浸渍法和喷淋法。一般来说,浸渍 法相对设备投资较少,但处理时间要长些,且效果不如喷淋法。因为在磷化液中,与铁金属靠近的界面相对稳定,金属表面被溶解下来的阳离子会很快达到饱和,从 而干扰磷化膜的形成,还有一部分变为沉渣。然而,构成磷化膜的阳离子嚀甲不断扩散到金属表夕歹产生贫乏。所以,钢桶磷化若采用浸渍法,最好要加强磷化液的 搅拌。

  浸渍磷化的设备只需几个能够加热溶液的槽。此槽可用 不锈钢或碳钢内衬玻璃钢制成。槽要敞口,以免氢气聚积发生爆炸。磷化槽要有足够的容量,使磷化液的温度和浓度都比较容易保持稳定。一般来说,锌系磷化 时,1m2金属表面需100L磷化液的容量。槽的深度应保证钢桶的最低点距离槽底30cm以上。槽底应略倾斜,以便沉渣的排放。磷化槽内应加水管、排液管 和加热器。可用水蒸汽、电或煤气加热。蒸汽管、电热管应设在槽的一侧,另一侧最好装螺旋浆式搅拌器。加热的能量必须保证在2小时内将磷化液加热到所需的磷 化温度。然后,要确保槽温在需求温度的±5~10%的精度范围内。

  浸渍磷化后要马上进行水洗。若水洗也采用浸渍怯,则、水洗槽应加有进水管、排水管、溢流装置、加热器、搅拌器。最好在槽的上部加设喷淋装置,以充分清除磷化膜表面的覆盖物。

  若采用喷淋磷化,则最好从除锈、除油开始全部采用喷 淋。这样,钢桶整个漆前处理流水线,设计在一条直线(或U型线)上,通过一个完全密闭的隧道。在隧道中,各种处理液在不同的隔离室内,从不同的角度喷射到 钢桶上。每个隔离室都设有贮槽、泵和喷咀。在相邻隔离室之间设有排液区,尽量减少交叉污染。喷咀有旋涡饗型和V型两种。旋涡型可喷射出旋转的空心锥形喷 液,喷射量一般为20-25l/mm,喷口距钢桶30-40cm时效果较好。V型喷咀可喷射出具有一定厚度和张角60°的扇形喷液,冲击力比旋涡型大,但 喷液量略小。喷液压力一般要O.1MPa以上,但流量比压力更为重要,泵的流量一定要满足喷咀流量的要求。贮液槽的容量一般为泵流量的2.5-3倍。钢桶 在输送链上边自转,边前进,最好略带倾斜,以便流出桶内积液。

  磷化处理的温度根据磷化配方的不同而不同。一般来说,分为热磷化和冷磷化。

  热磷化一般是将磷化液加热到60℃以上,95℃以下进行磷化处理的。热磷化得到的磷化膜耐蚀性、结合力、硬度和耐热性都比较高,磷化速度也快。缺点是蒸发量大,成份变化较快,能源消耗大。

  冷磷化一般是在室温下进行的。其优点是:不需加热,磷化膜的结晶较细,成本低。缺点是:磷化膜的厚度较薄,耐蚀性和结合力相对差些,耐热性也不如热磷化。

  磷化处理关键是控制总酸度、游离酸度及亚铁离子浓 度。总酸度是指各种金属离子水解后产生的酸度。游离的度是指磷酸二氢盐水解后产生的酸度d总酸度升高能加速磷化反应,使磷化膜层薄而密;总酸度过低则磷化 速度慢,磷化膜厚而粗。游离酸度过高使磷化时间延长,磷化膜松而多孔,并使磷化液中亚铁离子增加,沉淀二奶增多;游离酸度过低,使磷化膜变薄,甚至不成 膜。

  一般来说, 马日夫盐或磷酸二氢锌含量增加5~6g/l时游离酸度升高一点,总酸度升高五点;增加硝酸锌20g/l总酸度可升高十点;增加氧化锌0.5g/l,游离酸度下降一点。降低总酸度可通过加水来实现。

  当两者的酸比在6-8时浸渍法磷化效果最好;当酸比在15-25时,喷淋法磷化效果最好。亚铁离子一般控制在1-3g/l左右为好,它可通过双氧水来调节。

  三、废水治理

  漆前处理的主要工序为去油、酸洗、磷化等。由这些工序产生的废水主要含有油、酸、Zn2+、Fe2+等污染离子。废水治理的目的就是要使这些污染物达标排放。

  一般来说,钢桶除下的油很少,而且已经乳化或皂化; 用水稀释后容易达到排放标准。酸性废水的处理则主要是通过加入石灰或碳酸钠、氢氧化钠进行中和。如果去油方法是用碱性麥的,则二者中和到PH=6~9之间 即可排放了。对于Zn2+、Fe2+等离子可通过学沉淀法去除,在此不多介绍了。

  愿漆前处理得到国内各桶厂的足够重视。

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