脱脂剂的工作原理

背景及概述^[1，3]

金属在进行化学处理、电镀或涂敷之前，要用脱脂剂脱除金属表面上的油脂及矿物油。脱脂剂是由碱、螯合剂及表面活性剂组成。脱脂剂未使用前，脱脂剂中不含有铁元素的；用脱脂剂清洗镀锡基板表面油污、铁粉杂质后，伴随着脱脂剂中残铁含量的逐渐增加，脱脂剂中清洗、脱脂能力逐渐减弱。对于脱脂剂中残铁含量检测，现有技术中通常用化学手工方法分析，因基体复杂要加入各种掩蔽剂进行处理，步骤繁琐，不易掌握，分析结果准确性差，且检测周期较长，不利于现场快速监控分析。

分类^[1]

主要脱脂剂有以下几种：

①碱脱脂剂。由碱、螯合剂、表面活性剂及缓蚀剂所组成。碱可使油脂皂化而乳化分散，使矿物油分散。所用的碱可为氢氧化钠、重碳酸钠、倍半碳酸钠、碳酸钠、磷酸钠、焦磷酸钠以及三聚磷酸钠等。这些碱对油分和金属的作用各不相同，一般需要2～3种配合使用。螯合剂系由金属离子和螯合物所制成，它可使金属皂溶解，使硬水软化，对碱和表面活性剂起着促进乳化分散的作用，并可防止非溶解性物质附着在金属表面上。所用表面活性剂以非离子型为佳，表面活性剂可以使金属表面的污垢脱离，而被除去，脱除的方法可以采用喷淋或浸渍。缓蚀剂主要是防止碱及其他化学药剂对金属的腐蚀。

②乳液脱脂剂。利用表面活性剂的润湿性、浸透性、乳化性及分散性可以脱除金属表面的污垢，一般采用阴离子型、阳离子型、非离子型表面活性剂中的一种或数种混合物，并用水或50℃温水稀释制成乳液，采用浸渍法、闪蒸法进行脱脂洗涤。对脱除矿物油有效。

③溶剂脱脂剂。采用浸渍法或蒸气法。主要溶剂有：a卤代烃溶剂，如三氯乙烷、1，1，1-三氯乙烷、全氯乙烷及二氯甲烷等。它们能溶解许多油脂、漆类有机物，其溶解能力是：二氯甲烷>三氯乙烷>1，1，1-三氯乙烷>全氯乙烷。三氯乙烷沸点87℃，溶解力及稳定性优良，价廉，已被广泛使用。全氯乙烷沸点高(121℃)，适宜于脱除高熔点漆及沥青等。b氟化烃溶剂，以1，1，2-三氯三氟乙烷为代表，毒性低，具有不燃性，对油脂及有机物均具有良好的溶解能力。

工作原理^[2]

碱性脱脂剂一般由碱性物质、表面活性剂和添加剂组成。冷轧不锈钢板带的清洗脱脂主要利用了油脂的皂化反应及表面活性剂的作用，通过润湿、渗透、卷离、分散和增溶的方式，将钢板表面的油脂去除。

1. 纯化学碱性脱脂剂的作用机理

碱性清洗剂中纯化学脱脂作用机理中最主要的是的皂化作用、乳化作用、浸润作用(润湿作用)和分散作用。

1）皂化作用：金属表面油污中的动植物油(主要成分是硬脂酸)，与金属脱脂剂中的碱或碱性盐如氢氧化钠、磷酸三钠等发生皂化反应生成硬脂酸钠和甘油，油脂被充分溶解进入碱性溶液，达到工件表面除油目的。其反应式为：

2）乳化作用;金属脱脂剂中常含有大量乳化剂等表面活性物质，易于吸附在工件表面的油污与溶液的两相界面上，乳化剂分子中的憎水基团对油污具有较强的亲和能力，面向金属基体表面的油污发生吸附反应，亲水基团面向溶液方向与水分子亲电结合，使金属与溶液间界面张力大大降低，在液体流动、搅拌、喷射、超声等外力辅助作用下，油膜破裂变成细小的珠状，形成水包油的乳液小微粒，使得油污脱离金属表面，达到油污溶解和除油的效果。

3)浸透作用(润湿作用)：皂化与乳化作用是主要从油污表面逐步进行的，要使碱性溶液浸透到油脂内部，达到润润工件表面，达到增进脱脂除油的效果和表面高度清洁的效果，这就是表面活性剂的浸透作用(润湿作用)。通过表面浸润作用，可以使皂化和乳化清除油污后金属表面，进一步溶解，达到表面高度清洁，对精密部件水基除油剂而言，清洗剂的质量优良性能主要体现在表面活性剂的浸润作用方面。皂化、乳化、浸透作用是相辅相成的，相互配合才能彻底清除金属表面油污。此外表面活性剂还具有良好的分散作用，将从工件清除下来的油脂匀地分散到脱脂溶液之中，不发生二次沉积，具有延长清洗剂使用寿命作用。

2. 电解脱脂除油机理

电解除油脱脂是将零件挂在碱性电解液的阴极或阳极上，利用电解时电极的极化作用和产生的大量气体将油污除去的方法。电极的极化作用，能降低油与溶液界面的表面张力；电极上所析出的氢气或氧气泡，对油膜具有强烈地撕裂作用和对溶液的机械搅拌作用，从而促使油膜更迅速地从零件表面上脱落转变为细小的油珠，加速、加强了除油过程，在脱脂剂本身的皂化、渗透、分散、乳化等化学或物理的共同作用下，电化学除油，脱脂速度远远超过化学除油，并能获得非常的良好除油效果。为提高除油脱脂效率，达到深度除油，一般在化学脱脂的基础上，需要进行电解脱脂除油，电解除油脱脂剂的主要成分与化学脱脂溶液相似，只是碱性更强，可完全电解的电解质更多。电化学除油过程的实质其实就是水的电解反应过程，反应机理如下：

当金属制品作为阴极时，其表面进行的是还原过程，是析出氢气的阴极反应：

当金属制品作为阳极时，其表面进行的是氧化过程，是析出氧气的阳极反应：

产生的气体从金属表面逸出，能进一步带走油污，反应产生的碱又加速油污皂化和乳化作用，强化脱脂过程，气体的逸出使得化学除油不易处理的毛细微孔部位便于电荷的聚集，气体密集产生，局部碱性更强，达到了纯化学清洗无法达到的除油效果，因此电解除油应用十分广泛，实际应用时，为了达到除油均匀度通常需要阴极与阳极交互转换进行。

主要参考资料

[1] 实用精细化工辞典

[2] 环保型碱性金属脱脂剂的应用

[3] CN201710133877.1一种脱脂剂中残铁含量的检测方法