弥散技术与乳化技术-仅供了解性参考.doc

轧制液及弥散技术简介轧制油组成简介经过研究和开发，已经开发出了一些用于每个应用场合的在开始时用的一些关键配方，这些配方与轧机的条件有关。在本讨论中，我们主要讨论用于轧制薄板的轧制油配方的概念。化学家面对着原料的广泛选择，从这些原料中可以开发出各种轧制油。通常，一种斯图亚特生产的用于镀锡板的轧制油包括下列各种成份。薄板用轧制油基本配料1. 基础润滑油2. 矿物油3. 合成脂4. 脂肪酸5. 乳化剂6. pH缓冲剂7. 润滑添加剂8. 抗氧化剂9. 杀菌剂1. 基础润滑油：动物脂肪常被用作基础润滑油。一种动物脂肪的选择是一个重要的而且关键的过程。尽管动物脂肪可以被看作一种商品，但由于来源和加工工艺的不同，其物理性能可能有很大的差异。有必要使用一种在润滑性、清洁性和乳化性能等方面的质量最稳定的脂肪来源。已经开发了试验室测试方法，用来监测各种来源的脂肪的其它各种物理性能。在选择一种脂肪来源的时候，必须考虑下列各项因素：a.批次之间的稳定性b.润滑性c.清洁性d.乳化性能2. 矿物油：当轧机的润滑要求不必使用全脂肪润滑油时，可以使用矿物油作为基础润滑油的一部分。矿物油来源的适当选择再次成为了轧制油性能的关键。当选择油的来源时，稳定性、退火清洁性和润滑性都必须加以考虑。对于每个应用场合，都必须评估环烷的和烷族成份的适当平衡。在不要求使用全脂肪油时，用矿物油来平衡基础润滑油的要求。在选择一种矿物油的来源时，必须考虑下列因素：a.稳定性b.退火清洁性c.润滑性能3. 脂肪酸由于每种类型的脂肪酸的不同的碳链的长度、不饱和度和极性不同，脂肪酸将会以不同的方式影响到油产品的性能。为了下列的原因加入脂肪酸：a.润滑性b.要求的乳化性能由于脂肪酸的极性和各种乳化剂以不同方式对溶解性的影响，脂肪酸影响了乳化液的性能。必须仔细地给出某种脂肪酸对某种特别的乳化剂的配方的影响的定义。4. 乳化剂几乎所有的轧制油，特别是在循环系统中使用的轧制油，都有一个与其相配合的乳化剂配方。这种乳化剂的主要功能是允许油弥散在水中。在轧制过程中，既润滑了轧辊又润滑了带钢，水在将油带到带钢上的同时，由于它的低表面张力，起到了一种冷却的作用。轧制油的乳化是最重要的，是决定轧机上使用轧制油成功与否的一个最复杂的因素。不适当地使用一种乳化剂的配方可能导致下列的问题：a.欠润滑-如摩擦啄印、高负荷和高轧制力、振颤纹和板形不良b.过润滑-如打滑c.带钢和轧机脏d.轧制油消耗量高乳化剂太多会导致乳化液非常稳定，只有一点带油能力。这会导致缺乏润滑，表现出“摩擦啄印”、板形不良、卷取温度高等现象。另一方面，乳化剂太少将导致乳化液不稳定。这种情况可能在短时间内润滑情况非常好，但最后容易“分离”，就是分离成油层和水层。还可能导致润滑不良和油的消耗量过高，这是因为漂浮的油层并没有恰当地起到对带钢润滑的作用。从欠乳化的乳化液中来的过多的带油量将导致轧辊和带钢过热，这是因为热传导受到妨碍。由于油过多而产生的轻微的打滑可能产生擦痕，这种现象容易与“摩擦啄印”相混淆。乳化剂或者表面活性剂可以将油分散到水中，这是由于它们具有喜油部分（非极性）和喜水部分（带有极性）。这种在油相和水相的溶解度由“HLB系统”（亲水-亲油性的平衡）来测量。除了这个HLB数之外，乳化剂还被分成许多化学等级，把适当的化学等级与优选的HLB数结合起来，几乎任何类型的乳化液都能实现。乳化剂分为阴离子型、阳离子型和非离子型。阳离子型和阴离子型的乳化剂在水中离子化成为二次离子，有些可以溶解在油相中，有些可以溶解在水相中。这种离子化的能力和在油相或者水相中的溶解性使得这些材料成为乳化剂。乳化剂的形式1阴离子型2阳离子型3非离子型在一个乳化液的配方中可以使用一种单独类型的乳化剂，也可以结合使用这三种类型的乳化剂。每种类型的乳化剂都有成千上万种化学类型。在选择一个特定的应用系统时，经验和进一步的研究扮演了重要角色。在选择乳化液配方时，必须考虑的影响乳化液稳定的一些因素如下：a.水的质量-硬度，pH值b.乳化液箱的尺寸和配置c.搅拌的种类和等级d.泵和循环率e.过滤f.乳化液箱与轧机的距离g.污染5. pH缓冲剂每种乳化液的配方都在特定的pH值范围内最有效。一种pH值缓冲剂被加入到斯图亚特公司的润滑油中，用来控制pH值在所要的范围内。此外，这种缓冲剂的作用是一种清除剂，用来在消耗脂肪形成皂的溶液中保持一定的离子量。a) 无缓释剂系统（乳化型）脂肪酸 + Fe, Mg, Ca - Fe, Mg, Ca皂脂肪酸由于与金属离子反应形成金属皂而被消耗。这些金属皂在轧制液中不溶解并易于形成污泥并且粘附在轧机上和轧制液系统中。这些皂类是逆向的乳化剂使轧制液系统变得不稳定。消耗掉的脂肪酸便不再起到在轧制液中作为润滑物质和添加剂应起的作用。无缓冲乳化液的效益1) 不溶性脂肪酸/金属皂形成轧机上的污泥。2) 这些金属皂减低了乳化液的稳定性。3) 在轧制油中的脂肪酸的消耗的效率。b) 缓冲乳化液脂肪酸Fe盐缓冲剂+Ca脂肪酸+CaMg缓冲剂缓冲剂与离子起反应生成复合物或者盐类，可以溶于乳化液。残留的金属粉分散开，使轧机保持清洁，而且由于脂肪酸没有被消耗，乳化液的稳定性也不受影响。缓冲剂的效益1) 乳化液中的脂肪酸不消耗。2) 轧机更干净。3) 乳化液稳定。6. 润滑添加剂斯图亚特公司已经开发了多种润滑性能添加剂以便适合各种润滑应用场合。这些添加剂是由斯图亚特公司生产的，或者是专门为斯图亚特公司生产的，以确保产品的稳定性和总的产品质量。在扁平钢材的轧制中所见到的三种润滑方式是液动润滑、边界润滑和极端压力润滑。在一种轧制油中必须含有适当比率的相应的润滑性能添加剂，以便适合一种具体的轧机润滑的应用场合。7. 抗氧化剂因为所有天然脂肪和油类都含有不饱和化学键，能够与其它化学物发生多种化学反应。在轧制油中最重要的反应是氧化反应和聚合反应。油的氧化反应甚至可以使油完全变成新的低分子量的复合物，如短链单酸和辉绿酸。另一方面，聚合反应在不饱和链时两个或者多个分子结合形成大分子。聚合脂肪呈胶质状，或者甚至象漆一样硬的物质。在轧制油的寿命期间内的两个阶段经常发生这些反应：1) 当油长期在升高的温度下存放时，氧化导致酸败；2) 在轧制乳化液中，油与水、空气、铁粉的紧密接触产生了氧化现象。使用有效的抗氧化剂可以把氧化和聚合反应减到最低。如果基础油的碘值高，表示存在许多不饱和链时，或者使用了每个脂肪酸分子中有一个以上不饱和结构的油时，抗氧化剂特别重要。抗氧化剂的效能是：1) 在存储油时保持油质量，防止变坏；2) 在轧制乳化液中减缓导致油的降解的反应；3) 保持油的质量，防止发生聚合及形成漆状物。抗氧化剂1) 抑制存储中的纯油的氧化。2) 抑制轧制乳化液中的油的氧化。3) 抑制聚合或者硬化现象。4) 杀菌剂尽管乳化液的细菌污染不是经常发生的，但是，当发生这种细菌污染现象时可能会产生一些问题。对轧制乳化液造成污染的污染源有很多，如配乳水与人员的接触。尽管有些条件看起来是适合细菌生长的，但轧制乳化液的污染情况相对稀少。这是由于多种因素造成的，如轧制油的很高的操作温度。在适当的条件下，细菌就会以惊人的速度繁殖。如果是酸性的细菌，就会产生甲酸、乙酸、乳酸、丁酸或者其它短链的酸，这些酸在很大程度上降低了轧制乳化液的pH值。这可能导致一种不稳定的轧制乳化液条件，严重地影响生产。这些细菌也可能产生难闻的气味，或者细菌消耗硫的成份产生副产物硫化氢。轧制乳化液的PH值的急剧变化，或者难闻的气味的产生都表明细菌侵入的情况。细菌的影响甚至可以在带钢上产生锈斑。如果出现细菌污染的迹象，必须使用一种有效的抗菌剂以便控制细菌的繁殖。所选择的抗菌剂必须能杀菌并且不改变轧制乳化液的其它性能，如乳化性。除非有细菌污染的迹象，通常不加杀菌剂。因为这会明显地增加润滑油的费用。细菌可能产生下列问题：1) 减低乳化液的稳定性。2) 在带钢上产生锈斑。弥散技术概述首先，我们对弥散液与传统的乳化液之间的区别给出定义。在传统的油在水中（O/W）乳化的液体中，油由于化学的和物理的原因在水中被剪碎成大小不同的油滴。我们的乳化液一般地使用一种非离子的或者非离子/阳离子乳化剂的混合物。这种乳化剂的作用是降低油相和水相之间的表面张力，允许把油分成一定粒度范围的油滴。由于在乳化液中包含的油滴颗粒的粒度范围很广泛，我们认为这是一种非恒定的条件。较小的颗粒对于控制乳化液的稳定性和分离率是必要的，而较大的颗粒对于润滑性能是有好处的。这两种颗粒是互相竞争的，较小颗粒的油滴的润滑性能不好，而较大颗粒对溶液的稳定性有害。乳化液不要求任何机械搅拌来保持稳定。泵与喷嘴的剪切作用与回流运动结合起来就足够维持乳化液的稳定了。无搅拌对于乳化液的自我清洁是必要的。时间一长，加上由于受到污染物的影响，一些油分离出来，形成了浮在乳化液上面的黑色漂浮层。油滴的大粒度是发生这种现象的主要原因。乳化液中的铁粉与分离的油聚集在一起浮在此层中。有必要采用撇油的方法去掉这个漂浮层，使其没有机会再次混合在乳化液中。用肉眼观察，乳化液是一种呈乳白色的液体，其中含有一定程度的分离的油。当油的颗粒聚得越来越大时就出现了油层。这种聚集起来的油膜很难重新分散并且乳化成原来的状态。在弥散液中，由于油滴表面上的保护层乳胶体的表面活性作用和分散性作用，极大地降低了或者消除了油滴的聚集作用。在我们的弥散剂系统中，我们采用了阳离子表面活性剂。机械剪切的程度，弥散剂的种类和弥散水平决定了弥散的粒度。弥散液的油滴粒度的分布范围比乳化液的分布范围小得多。大粒度弥散液采用典型程度的搅拌，保持不均匀的弥散状态。在静止时观察，弥散液中的油滴迅速地分离进入油层中，可以看到油离开水相时的轨迹。这种油层可以很容易地重新分散进入弥散液中，并且达到原来的粒度分布状态。离子的分散性能给带钢表面提供了很强的亲合性，这是带油功能的一个主要因素。弥散液要求剧烈的机械搅拌以便保持一种均匀的溶液,并且防止出现分层现象。这种搅拌系统包括一个螺旋浆式的搅拌器，用来产生旋涡。此旋涡将溶液从乳液箱的上部向底部拉。搅拌要求无死角，角落上也要搅拌到。乳化型和弥散型的特点一. 乳化型在传统的油水乳化液里，油滴受化学和机械的剪切作用被剪切成粒径尺寸不同的颗粒。其中，乳化剂用来降低油水相界的界面张力，使油与水混合，分布于一定颗粒度范围内。小颗粒油粒主要控制着乳液的稳定性，而润滑部分则主要由大颗粒油粒来提供。这一对相反的因素，相互竞争，造成乳液稳定性和润滑性之间的矛盾。乳化液通常呈奶白色，静置时会发生一些油水分离现象。油粒之间聚集之后，变成更大的颗粒，形成油浮层。这部分聚集的油膜很难再次分散开来被乳化。由此可见，乳化型乳液蕴含着不持续稳定的因素。二. 弥散型在分散型乳液里，表面活性剂或分散剂在油滴的表面形成胶体保护膜，消除了油滴之间的聚合。分散剂对由机械搅拌而剪切的油粒的大小和分布起很大作用，但总的来说其油粒分布于比较集中的范围。分散型的油颗粒比较大，并在搅拌作用下，均匀地分散起来，从而能够提供更多的持续稳定的润滑。 一旦静置下来, 分散型的乳液很快发生油水分离现象，但油粒以“个体”形式容易被分散，不发生在液面聚集的现象。分散剂的离子特性使之具有与钢带表面有较强的亲和力，大大提高了离水展着力。总之，分散型乳液在颗粒度及其分布和润滑性