Anwendungen von Tensiden in der Metallverarbeitung

Die Metallverarbeitung umfasst die Metallreinigung, Oberflächenveredelung und verschiedene Bearbeitungsvorgänge wie Drehen, Fräsen, Hobeln, Bohren, Walzen und Gießen. Um die Arbeitsintensität zu verringern, die Produktqualität zu verbessern, Energie zu sparen und die Produktionskosten zu senken, sind bei diesen Prozessen verschiedene Zusatzstoffe erforderlich. Unter ihnen spielen Tenside eine besonders wichtige Rolle.

Anwendungen von Tensiden in der Metallverarbeitung

1. Prinzip

Tenside sind Stoffe, die die Oberflächenspannung von Flüssigkeiten bzw. die Grenzflächenspannung zwischen zwei Flüssigkeiten deutlich herabsetzen können. Ihre Moleküle bestehen aus zwei Teilen: einer polaren hydrophilen Gruppe und einer unpolaren hydrophoben Gruppe. Zu den üblichen hydrophilen Gruppen gehören Carboxyl-, Sulfat-, Sulfonat-, Amino-, quartäre Ammonium- und Hydroxylgruppen, während es sich bei den hydrophoben Gruppen typischerweise um langkettige Alkyl- oder aromatische Kohlenwasserstoffstrukturen handelt.

Aufgrund ihrer dualen Natur – sowohl hydrophil als auch lipophil – verändern sie die Oberflächen- oder Grenzflächeneigenschaften von Reinigungslösungen während der chemischen Reinigung, was zu einer geringeren Oberflächenspannung führt.

Tenside werden entsprechend der Ladung ihrer oberflächenaktiven Gruppen in anionische, kationische, nichtionische und amphotere Typen eingeteilt. Sie weisen Eigenschaften wie Benetzung, Schäumung, Solubilisierung und Entschäumung auf.

2. Anwendungen in der Metallreinigung

Die Metallreinigung ist im Wesentlichen ein Bestandteil des gesamten Metallverarbeitungsablaufs. Reinigungsmittel bestehen im Wesentlichen aus drei Hauptkomponenten: Primärreinigungsmittel, Korrosionsinhibitoren und Tenside.

Tenside spielen bei der chemischen Reinigung mehrere Rollen, einschließlich Adsorption, Penetration, Emulgierung, Solubilisierung und Reinigungswirkung. Bei chemischen Reinigungsprozessen werden Tenside nicht nur als Hilfsstoffe eingesetzt, sondern können auch als Hauptwirkstoffe dienen. Sie sind besonders wichtig bei Prozessen wie Beizen, alkalischer Reinigung, Korrosionsschutz, Entfettung und Desinfektion, wo ihre Rolle immer wichtiger wird.

Gegenwärtig hat die Reinigung auf Wasserbasis, die sich auf Tenside konzentriert, viele Nachteile herkömmlicher saurer oder alkalischer chemischer Reinigungsmittel überwunden und ist zur Hauptentwicklungsrichtung für die Metallreinigung geworden.

Vorteile wasserbasierter Metallreiniger:

• Hohe Reinigungseffizienz und starke Reinigungswirkung

• Gutes Sicherheitsprofil und umweltfreundlich

• Energiesparend und kostengünstig

• Keine Beschädigung der gereinigten Metallteile und keine Korrosion nach der Reinigung

Wässrige Reinigungsmittel verwenden in der Regel Mischungen aus nichtionischen Tensiden und anionischen Tensiden als Hauptkomponenten, ergänzt durch verschiedene Hilfszusätze. Nichtionische Tenside bieten eine starke Reinigungswirkung und gute Rostschutz- und Korrosionshemmungseigenschaften, während anionische Tenside die Gesamtleistung der Reinigungsformulierung steigern und verbessern.

Der Reinigungsmechanismus beruht auf der Benetzungs-, Penetrations-, Emulgierungs-, Lösungs- und Dispergierwirkung von Tensiden, um die Haftung von Ölverunreinigungen auf Metalloberflächen zu schwächen. Anschließend wird der Ölfilm durch mechanisches Rühren, Bürsten, Erhitzen, Ultraschall oder andere physikalische Methoden von der Metalloberfläche getrennt und in der Reinigungslösung emulgiert oder dispergiert.

Zu den gängigen Tensiden, die bei der Metallreinigung verwendet werden, gehören:

• Fettalkohol -Polyoxyethylenether

• Alkylphenol -Polyoxyethylen -Ether

• Natriumdodecylbenzolsulfonat

• Lauryldiglykolamid

• Natriummethoxyfettamidbenzolsulfonat

3. Anwendungen in der Metallphosphatierung

Unter Phosphatieren versteht man die Behandlung von Metallen mit verdünnten Lösungen, die Phosphorsäure, Phosphate und andere Chemikalien enthalten. Wenn die Metalloberfläche chemisch mit dem Phosphorsäure- und Phosphatmedium reagiert, wandelt sie sich in eine dichte, unlösliche Metallphosphatschicht um, die einen mäßigen Korrosionsschutz bietet.

Diese Phosphatumwandlungsbeschichtung auf Metallen hat mehrere Funktionen:

• Es verbessert die Haftung und Korrosionsbeständigkeit von Lacken, die auf die Metalloberfläche aufgetragen werden.

• Es kann als Träger für Rostschutzöle dienen.

• Es dient als Schmierstoffträger bei der Kaltumformung von Metallen.

• Es kann auch als Schmiermittel an Reibungsschnittstellen verwendet werden.

Um die Struktur der Phosphatschicht zu verbessern und die Phosphatierungswirkung zu verstärken, werden den Phosphatierungslösungen verschiedene Zusätze zugesetzt. Unter ihnen spielen Tenside mehrere wichtige Rollen:

• Sie emulgieren und lösen restliche Ölverunreinigungen auf Metalloberflächen und verhindern eine erneute Schmutzablagerung.

• Sie fördern die Benetzung und Penetration und verbessern den Kontakt zwischen der Phosphatierungslösung und der Metalloberfläche.

• Sie verringern die Oberflächenspannung, erleichtern die Freisetzung des bei der Phosphatierungsreaktion entstehenden Wasserstoffgases, verstärken die kathodische Depolarisation und beschleunigen dadurch den Filmbildungsprozess.

Tenside, die üblicherweise bei Phosphatierungsbehandlungen verwendet werden, sind nichtionische Tenside, die durch die Kondensation von Ethylenoxid mit verschiedenen hydrophoben langkettigen Kohlenwasserstoffen entstehen.

4. Anwendungen in der Metallgalvanisierung

Beim Galvanisieren werden verschiedene Zusätze hinzugefügt, um die Leistung des Elektrolyten zu verbessern und die Qualität der galvanisierten Beschichtung zu verbessern. Unter diesen Zusatzstoffen sind Tenside eine der wichtigsten Kategorien. Sie tragen dazu bei, die Beschichtung zu nivellieren und aufzuhellen, die Dispersion zu verbessern, die physikalischen Eigenschaften der Ablagerung zu verändern und die Freisetzung von Säurenebel zu unterdrücken.

Zu den gängigen Tensiden, die beim Galvanisieren verwendet werden, gehören:

• Pingpingjia (nichtionische Tenside der AEO-Serie)

• OP-Emulgatoren (Alkylphenolethoxylate)

• Natriumlaurylsulfat (SLS)

• Natriummethylen-bis-naphthalinsulfonat

• Fluorierte Tenside

• Fettsäurepolyoxyethylenester

• Polyoxyethylen-Rizinusöl-Derivate