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輔助光亮劑:對光亮鍍鎳溶液及添加劑的作用

目錄:安皓動態發布時間:2019-11-27 16:46:00點擊率:

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過去僅用一種初級光亮劑和一種次級光亮劑配伍,就成為一組光亮劑。如糖精配丁炔二醇就是一個典型的例子。但事物是不斷發展的,永遠不會停留在一個水平上。隨著電鍍件質量要求的提高,對鍍液的性能也提出了更高的要求。除了初級光亮劑和次級光亮劑配能獲取光亮鍍層外,還需得有輔助光亮劑來幫助,這樣就可以獲得更好的性能。這就是輔助光亮劑所起的作用。常用的輔助光亮劑有:丙炔磺酸鈉(PS)、丙烯基磺酸鈉(ALS)、乙烯基磺酸鈉(VS)、ATP(一種白色或淡黃色的固體,由硫脲和磺內酯的反應而得,它是一種含硫和含氮化合物,是鍍鎳溶液的深鍍劑和雜質掩蔽劑)、羧乙基硫脲鋪甜菜堿(ATPN)、LCDA(一種淡黃色的含硫化合物,有極強的走位作用和低電流區的光亮作用)。

    1.除雜劑

    在工作的鍍鎳液,難免會有異金屬雜質污染。對鍍鎳溶液來說,常會受到銅和鐵離子的污染;因為槽液與導電銅棒和銅鉤接觸,還有鍍件掉落到槽中引起化學或電化學溶解,所以無論怎樣純化過的鍍鎳液,只要槽液是在工作的,這兩種異金屬雜質幾乎總是存在的。這些異金屬雜質,量小時不足以影響鍍層質量,但達到允許量以上,就會對鍍鎳層產生有害的影響;如鍍層柔軟性降低、粗糙發花或在低電流密度區發暗等。以往去除異金屬雜質的方法是,常用低電流密度條件下電解法,或將鍍液的pH值提高到6.2,使銅、鐵、鋅等異金屬雜質成為氫氧化物Me(OH)n的形式沉淀,再經過濾除去。這樣做雖能有效地除去異金屬雜質,但是費工費時,而且處理成本也較高。現在可用一些*的去雜劑,能方便地將這些異金屬雜質除去。

    除雜劑也分兩大類,一類是選擇性化學沉淀劑,與雜質金屬離子形成較大顆粒的化合物,使之產生沉淀;另一類是選擇性的螯合劑,與金屬雜質形成螯合物,并且與鎳在鍍層中共沉積。這種螯合物多數是帶有芳環或雜環結構的有機化合物,不會對鍍鎳層產生不利影響。由于這些螯合劑與鍍鎳液中的異金屬雜質形成螫合物,從而能改變這些異金屬的電極電位,使它們放電的電位接近鎳離子,這樣鍍出來的鍍層既不會粗糙,也不會帶來其他有害的影響。由于異金屬雜質與鎳離子共析,所以槽液中金屬雜質不會過多地積累起來。這種方法不需過濾,既簡便,成本又低,是當今去除鍍鎳溶液中雜質*有效和*好的方法。當然也需選用性能優良的除雜劑,尤其要注意的是對鍍鎳層不會帶來有害的影響。

    (1)QT除銅劑

    主要成分是亞鐵氰化物,如俗稱黃血鹽鉀的亞鐵氰化鉀,K4[Fe(CN)6]·3H20和稱黃血鹽鈉的亞鐵氰化鈉,Na4[Fe(CN)6]·10H20。亞鐵氰化物在弱酸性溶液中能與銅形成亞鐵氰化銅沉淀:

    2Cu2++[Fe(CN)6]4→Cu2[Fe(CN)]6↓

    亞鐵氰化銅在鍍鎳溶液中是一種顆粒極其細小的不溶物,用常規方法過濾,很難將它濾去;為此需要進行精密過濾,方能將亞鐵氰化銅除去。這種方法比起調高pH值使重金屬形成氫氧化物的化學沉淀法要節約許多,因為可避免大量的氫氧化鎳同時沉淀;但溶液需要過濾,也覺不便。又如前面所說,因亞鐵氰化銅形成的顆粒細小,呈溶膠狀懸浮在鍍液中,過濾起來比較困難,所以這種方法,近年來已趨向不用了。

    螯合型除雜劑是*近十幾年間發展起來的。這些產品如的綜合除雜劑、高效鍍鎳溶液除銅劑和高效除鋅劑,西南化工研究院的AD871鍍鎳液除雜劑,武漢大學的FeZac-881除雜劑等。

    在鍍鎳溶液不是污染太嚴重的情況下,通常只要加入上述有選擇性的除雜劑l~2mL/L就可。因為在通常的鍍鎳溶液中,常有少量的銅和鐵質量污染。銅多是銅棒、陽極掛鉤上產生的銅綠進入槽液的;鐵則是因為鐵件掉落到鍍槽中,又沒有及時打撈出來,造成鐵的而來的。這兩種因素造成的銅鐵雜質,在槽液中積累比較緩慢,因此只要加綜合除雜劑就可。綜合除雜劑的加入與銅鐵離子形成螯合物,改變了這兩種金屬的析出電位,可與鎳同時在陰極上析出,鍍層不會產生毛刺。這樣槽液中的銅鐵雜質就不會大量積累起來,可維持槽液穩定。如電鍍產品的基材是銅或黃銅,這樣鍍液中銅雜質就容易積累起來,可用高效除銅劑效果更好。對于電鍍鋅壓鑄件的鍍鎳槽,特別是滾鍍服裝拉練頭等一類鋅壓鑄件,鎳槽中鋅離子積累是不可避免的,因為鋅在酸性的鍍鎳槽中容易被腐蝕。這樣的滾鍍鎳槽,一般需要每星期大處理一次,嚴重時甚至需要隔天大處理一次。這就顯得費工費時,浪費甚大。現在只要加入高效除鋅劑就能解決這一老大難問題。

    其他還有一些異金屬雜質去除劑,也可列入到輔助添加劑之列,因為它們能保證獲取良好的鎳鍍層,也是起到輔助作用的。這些異金屬雜質去除劑,有些是單體,有的是化合物,因屬于商品秘密,大部分都未曾公開,因此它們既可歸屬于輔助添加劑的中間體,也可作為商品來介紹。常用的有如下幾種。

    (2)鍍液綜合除雜劑這是一種商品。是一種淡黃色液體。它有去除鍍鎳液中多種異金屬雜質的功能。每毫升除雜劑可消除下列數量雜質的影響:

    Cu2+20mgAl3+30mg

    Zn2+15mgCr3+20mg

    Fe2++Fe3+40mg

    這種綜合除雜劑能與上述金屬雜質產生螯合作用,而不是產生沉淀物,因而不需要過濾。螯合后使雜質的電極電位接近鎳離子,從而能使金屬雜質共同在陰極上沉積析出,這樣鍍液中的異金屬雜質就不會過多地積累起來。這種除雜劑即使加入過量對鍍鎳層也不會產生有害的影響,所以比較安全。這一方法簡單方便、安全可靠,效益好。如果只是異金屬雜質的影響,就可用這一方法來解決,這樣比化學堿化法能大大降低處理費用,據估算,每萬升鍍鎳溶液每年可減少大處理費用20000~40000元。

    根據大多數廠的經驗數據,每用堿化法大處理一次,平均要損耗硫酸鎳30g/L,1×104L槽液就要損耗硫酸鎳300kg。還要加雙氧水和活性炭,又要停產,因此損失是不少的。只要仔細算一算,就可得出結論。

    對于被少量六價鉻污染的鍍鎳液,應先用保險粉或亞硫酸氫鈉將六價鉻還原成,然后加入綜合除雜劑才會有效;這是因為六價鉻是陰離子的緣故。

    (3)鍍鎳液除銅劑

    這是一種專用來除去鍍鎳溶液中銅雜質的添加劑。對由銅雜質造成的影響作用顯著,每毫升除銅劑可消除銅雜質50mg的影響,對其他雜質作用不如綜合除雜劑。

    (4)鍍鎳液除鋅劑這是一種專用來除去鍍鎳溶液中鋅雜質的添加劑。每毫升除鋅劑可消除鋅雜質l00mg的影響,對其他雜質作用不如綜合除雜劑。

    上面介紹的不同單位和不同牌號鍍鎳除雜劑,都是與鍍液中的金屬雜質有特定的螯合關系,使這些異金屬雜質能在陰極上電沉積析出,這樣鍍液中的這些異金屬雜質就會愈來愈少。因為雜質與除雜劑不是形成氫氧化物,所以也不需要過濾。如鍍鎳光亮劑分解產物較少,槽液可較長時期不必大處理;或者用活性炭進行定期間隙性的過濾,以除掉部分積累起來的有機雜質;平時則用一般過濾機進行循環過濾,這樣鍍鎳槽液幾乎不必進行定期大處理。這樣做的話,就可比一般用堿提高pH值→加活性炭→攪拌加溫→過濾→出槽→調pH值→低電流密電解處理等繁瑣的大處理過程節約許多勞動力和費用,應該說經濟效益是十分顯著的。

    2.潤濕劑

    作為鍍鎳溶液的潤濕劑都是一些表面活性劑,有陰離子型、非離子型兩種,下面逐項進行介紹。

    (1)十二烷基硫酸鈉這是鍍鎳溶液中用得*多的一種陰離子型表面活性劑,由十二醇與氯磺酸酯化所得。十二烷基硫酸鈉是一種白色的粉狀產物,主要用作牙膏的清潔劑和泡沫生成劑。它的加入能使鍍液溶液的表面張力降低,使吸附在陰極上的氫氣泡容易逸出,從而可消除鍍鎳層的針孔麻點。十二烷基硫酸鈉還能使鍍層結晶變細,這可能與鍍件表面氫氣不容易停留有關。

    十二烷基硫酸鈉的本身質量和加入的方法會對鍍鎳層帶來一定的影響,這點需引起注意。如酯化得不徹底,成品中還存有未酯化掉的十二醇,這樣的十二烷基硫酸鈉,溶解后的溶液是渾濁狀的,加入后鍍鎳層就會發霧發花。所以選用質量好的十二烷基硫酸鈉是一項十分重要的工作。在加入方法上也大有講究,溶解不充分,反會引起鍍層發花、發霧或麻點。不能直接放在電爐或其他明火上加熱,否則底部會燒焦而成為不溶的質點,這樣的溶液如不經過濾加入到鍍槽中,一旦吸附到鍍件表面上,就會出現麻點。正確的方法應是先用少量水把粉狀的十二烷基硫酸鈉充分潤濕,然后用沸水沖'溶,或用隔套隔水加熱。溶液也不宜配得過濃,一般以配制5%左右濃度為宜。下面我們舉一個配制1000mL

    5%濃度的十二烷基硫酸鈉為例,以供讀者參考。

    在1000mL玻璃燒杯中,稱十二烷基硫酸鈉50g,加20mL冷水用玻璃棒調勻,使其充分潤濕。然后用開水沖下到800mL左右的體積,用玻璃棒攪動,使成完全透明的溶液,再加冷水到1000mL即可。如溶液有渾濁,則需隔水加熱,使其透明;如溶液雖然透明,但有懸浮物,需用濾紙進行過濾后再用。

    此溶液1mL加到鍍鎳溶液中去,即為0.05g/L。一般鍍鎳槽中的加入量為l~2mL/L,即含有十二烷基硫酸鈉0.05~0.1g/L.

    十二烷基硫酸鈉具有多泡性,因此只適用于陰極移動裝置的鍍液,現代鍍鎳槽多用循環過濾和空氣攪拌,則因其泡沫太多,就不能用了。

    (2)乙基己基硫酸鈉這是一種異辛醇與氯磺酸的酯化產物,生產方法基本同十二烷基硫酸鈉。因其碳鏈較短且有支鏈結構,因此泡沫較少,既可用于陰極移動的鍍鎳槽,也可用于空氣攪拌和循環過濾的鍍鎳槽。添加量掛鍍為l~2mL/L,滾鍍0.5~1mL/L。

    (3)LB低泡潤濕劑這是一種低碳鏈的具有雙鍵結構磺化產物,是一種陰離子表面活性劑和滲透劑,因是磺化產物,所以比乙基己基硫酸鈉更穩定,具有極其良好的降低表面張力和滲透作用,可稱作表面潤濕劑*。加到鍍鎳液中,具有比十二烷基硫酸鈉和乙基已基硫酸鈉更好的潤濕效果,而且幾乎不產生泡沫,與乙基己基硫酸鈉一樣,既可用于陰極移動的鍍鎳槽,也可用于空氣攪拌和循環過濾的鍍鎳槽。另一個優點是因為它是一種磺化產物,所以在鍍鎳溶液中不易分解,非常穩定。鍍層不會出現發霧和發花現象。添加量掛鍍為l~2mL/I。,滾鍍0.5~1mL/L。

    (4)聚乙二醇聚乙二醇是非離子表面活性劑,分子式為H[OCH2CH2]nOH,由乙二醇縮合而得。它在鍍鎳溶液中很穩定,不水解,不變壞。分子量小的聚乙二醇(M要低于600)是鍍鎳溶液的一種良好潤濕劑。早在20世紀60年代初,大躍進粗制濫造的流風所及,當時十二烷基硫酸鈉質量很差,加入后不是鍍層發花就是發霧,有時針孔麻點還會增多,這可能與十二醇沒有酯化完全有關。因為這一原料問題一時無法解決,促使筆者不得不尋求其他道路。經過多次試驗,低分子量的聚乙二醇有較好的效果。相對分子質量分別為200、400和600,這三種聚乙二醇呈略帶黏稠的液體,都是能夠使用的;經我們試驗,相對分子質量高于600會使鍍層發脆,所以不能用。根據當時情況,國產的質量也不行,有脆性,德國進口的沒有脆性;現在我國的基礎化工工業有了提高,究竟國產的低分子量的聚乙二醇質量如何,能否用于鍍鎳槽,還得進一步加以驗證。低分子量聚乙二醇的添加量為0.01~0.1mL/L。

    (5)OP乳化劑的磺化產物據報道,0P乳化劑經磺化成陰離子表面活性劑是一種鍍鎳溶液的*潤濕劑。OP乳化劑是一種非離子表面活性劑,由壬基酚或辛基酚與環氧乙烷縮聚而得。目前的TX一10是由壬基酚與環氧乙烷加成聚合而成的,化學式為。從化學結構式來看,因為其疏水基團較長,可見其表面活性比十二烷基硫酸鈉和聚乙二醇要大。經過磺化加成,成為具有下列結構的陰離子表面活性劑,親水性更好。據說,這種潤濕劑,不會使鍍鎳層發花,還有一定的光亮作用。

    (6)脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯鈉鹽(AES)脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯鈉鹽是非離子表面活性劑脂肪醇聚氧乙烯醚R-O一[OCH2CH2]nH與磺酸酯化、然后用氫氧化鈉中和的產物。酯化后成了一種陰離子表面活性劑。其表面活性也較大,合適結構的AES是鍍鎳槽良好的潤濕劑。加入量一般為0.2~O.8mg/L。

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