Současná situace v legislativě a stoupající náklady na likvidaci odpadních vod a v budoucnu i očekávané zdražení surovinových vstupů pro odmašťovací lázně (v souvislosti s evropskou legislativou REACH) však zákonitě vyvolá potřebu lepšího hospodaření se odmašťovacím přípravkem. Proto je nezbytné věnovat rozvoji technologií regenerovatelných mikrofiltrací stálou pozornost.
Regenerace odmašťovacích lázní mikrofiltrací je nejen nejdokonalejší, ale i nejnáročnější metodou udržení dlouhodobého provozu odmašťovací lázně. Specifické vlastnosti membránového procesu přímo vyžadují zvláštní formulaci odmašťovacích lázní určených pro tuto technologii. Ne každá odmašťovací lázeň je vhodná pro čištění mikrofiltrací. V následujícím textu jsou shrnuty zkušenosti s vývoje a aplikace mikrofiltrovatelných odmašťovacích přípravků.
Formulace odmašťovacích lázní pro čištění mikrofiltrací
Princip regenerace odmašťovací lázně mikrofiltrací se zdá být velmi prostý, spočívá v odfiltrování částic mastnot na jemné filtrační přepážce s otvory řádu desetin až setin mikrometru. Problémy, které souvisejí se složením odmašťovacího elektrolytu a projevují se při reálném provozu mikrofiltrační jednotky, jsou následující:
– ucpávání membrán jemnými částicemi anorganických složek odmašťovací lázně
– zachycování tenzidů odmašťovací lázně na membráně a nepropouštění účinných a pro odmašťování nezbytných tenzidů do permeátu
– adsorpce ionogenních organických povrchově aktivních látek na povrchu membrány a tím ucpání membrán
– bobtnání plastových membrán vodorozpustnými ředidly
Při formulaci odmašťovacích lázní je nutné vyhnout se složkám, které tvoří jemné částice procházející běžnou filtrací. To vše při obvyklých pracovních podmínkách lázně, teplotě a koncentraci. Dále je nutné vystříhat se látkám, které poškozují membrány mikrofiltru. Dále jsou uvedeny složky odmašťovacích lázní, které působí problémy při mikrofiltrací a případné způsoby, jak jejich vliv eliminovat.
Anorganické složky odmašťovačů ve vztahu k mikrofiltraci
Křemičitany
Metasilikát sodný je základní složkou řady oblíbených alkalických odmašťovacích lázní. Při hydrolýze v lázni je zdrojem hydroxylových iontů a významně napomáhá emulgaci a dispergaci odmašťovaných nečistot. Výborně inhibuje slitiny hliníku a zinek proti rozpouštění v alkalickém prostředí. Je součástí univerzálních odmašťovacích lázní pro chemické a elektrolytické odmaštění, zejména pro barevné kovy. Je relativně levný. V kapalných přípravcích je často přítomen jako draselná sůl. V lázních s nízkou alkalitou se používají i silikáty s vyšším poměrem (modulem 1,5-2,5) SiO2 a Na2O, tak je zachována emulgační, dispergační a inhibiční účinnost i při snížené alkalitě lázně. Typickým použitím jsou mycí přípravky na nádobí, kde disilikáty omezují napadení skla alkáliemi.
Nebezpečí pro mikrofiltraci spočívá v tvorbě sólů a gelů kyseliny křemičité při jejich hydrolýze a poklesu alkality odmašťovací lázně. Pokles alkality lázně je obvykle způsobem konverzí hydroxylových skupin reakcí se vzdušným oxidem uhličitým. Míchání lázně vzduchem proces konverze značně urychluje.
2 OH– + CO2 → CO32- + H2O
Dále se hydroxylové skupiny spotřebovávají při zmýdelňování tuků rostlinného a živočišného původu a pro neutralizaci případných kyselých složek přenášených z předchozích operací (moření).
Při poklesu pH lázně a vyčerpání alkalické kapacity lázně vznikají z křemičitanů sóly a gely kyseliny křemičité, která ucpává mikrofiltrační membránu. Je pravděpodobné, že se tvorby gelu účastní i nerozpustné kovové soli křemičitanů. Křemičitany ve formě sólu často procházejí předběžnou filtrací, ale zachycují se na mikrofiltrační membráně. Řada formulací lázní pro mikrofiltraci proto křemičitany vypouští a nahrazuje jejich účinek kombinací jiných alkálií a povrchově aktivních látek.
Pokud se zvýší alkalita křemičitanové lázně a přidají se speciální dispergátory, je možné regenerovat mikrofiltrací i lázně s křemičitany. Dlouhodobým provozem lázně Pragolod 55 UF bylo ověřeno, že spodní, zcela bezpečnou hranicí poměru metasilikátu sodného a hydroxidu sodného je poměr 2,75 : 1. V obvyklých univerzálních lázních je volen poměr metasilikátu a hydroxidu okolo 1:1. Tento poměr zaručuje s dostatečnou rezervou, že se problémy s křemičitany neobjeví.
Dalším vývojem bylo zjištěno, že přídavek speciálních dispergátorů umožňuje úspěšně mikrofiltrovat i lázně formulované jenom z metasilikátu, bez další alkalizace hydroxidy. Přesto se tyto lázně pro mikrofiltraci nedoporučují, protože kladných výsledků bylo dosaženo na zařízení s automatickým zpětným proplachem (tlakovým rázem). Zpětný tlakový ráz se zapnul automaticky při překročení nastaveného odporu membránového modulu. Zařízení pracovalo se zpětným proplachem v intervalu několika sekund, z toho je zřejmé, že odpor membrán byl značný.
Fosforečnany
Fosforečnany v alkalických lázních zajišťují vázání iontů tvrdosti vody a výbornou oplachovatelnost zboží. Více se v současné době používají polyfosforečnany, difosforečnan, tripolyfosforečnan a hexametafosforečnan které jsou účinnější. Jejich hydrolýzou však fosforečnany v odmašťovacích lázních vznikají, takže jsou přítomny i v lázních, ve kterých nejsou součástí nasazovacího koncentrátu. Fosforečnany tvoří také hlavní složku lázně pro železnaté fosfátování, která může být čištěna mikrofiltrací.
Fosforečnany snadno tvoří málorozpustné kovové soli s řadou obecných kovů (Fe, Zn, Ca, Mn, Mg …). Soli jsou obvykle stálé v oblasti pH 3-12. Při nižším i vyšším pH se rozpouštějí. V alkalickém prostředí odmašťovacích lázní se pak kovy vážou na komplexotvorné látky. Při změně pracovních podmínek a vyčerpání lázně může dojít ke krystalizaci nerozpustných fosfátů. Ty mohou způsobovat komplikace při mikrofiltraci. Obvykle se tvoří dobře krystalické sraženiny, které nepředstavují pro mikrofiltraci problém. Řada moderních odmašťovacích lázní obsahuje inhibitory tvrdosti vody, z nich některé fungují pod hranicí koncentrace nezbytné pro komplexaci iontů kovu („threshold inhibition“) a zároveň modifikují krystalovou strukturu nerozpustných solí („crystal distortion“). K takovým inhibitorům tvrdosti vody patří soli fosfonových kyselin. Způsobují tvorbu velmi jemných sraženin, které nemají tendenci usazovat se na pevných površích, (omezení tvorby úsad na teplosměnných plochách). Patrně také procházejí předběžnou filtrací.
Je možné že tyto sraženiny působí problémy při startu mikrofiltrace po delší přestávce. Je pravděpodobné, že dochází ke krystalizaci fosforečnanů při přerušení činnosti a poklesu teploty lázně v mikrofiltru. Obvykle ale odpor modulu po zahřátí lázně na provozní teplotu sníží svůj odpor a pracuje normálně. Běžné krystalické sraženiny fosforečnanů se bez větších problémů odstraňují předfiltrací.
Ostatní anorganické složky
Alkalické hydroxidy, uhličitany, polyfosfáty, boráty, dusitany, dusičnany tvoří spolu s výše jmenovanými křemičitany a fosforečnany většinu běžných anorganických aniontů v alkalických odmašťovacích lázních. Méně často se vyskytují i chloridy a sírany v odmašťovacích lázních pro potravinářství. Tyto látky nepůsobí žádné problémy. Někdy jsou znečištěny mechanickými nečistotami, které se bez větších problémů odstraní v předfiltraci. Nebezpečí tvorby nerozpustných sloučenin (např. síranu vápenatého) je malé, protože těžké kovy jsou vázány stabilnějšími sekvestranty nebo maskovány inhibitory tvrdosti vody.
Odmašťovací lázně pracující v kyselé oblasti pH nebo lázně pro sdruženou operaci odmašťování–moření mohou obsahovat také volné anorganické kyseliny, chlorovodíkovou, fosforečnou a sírovou, výjimečně fluorovodíkovou, fluoroboritou, amidosírovou, dusičnou apod. Pokud jsou v nízkých koncentracích nepůsobí problémy, při vyšších koncentracích mohou působit agresivně na membrány a mikrofiltračního zařízení. Problémy mohou nastat spíše se změnou ionogennity tenzidů nebo mořících inhibitorů (viz dále). Lázně tohoto typu nebyly systematicky studovány, nemáme s nimi dostatek zkušeností. Volné anorganické kyseliny se používají v přípravcích na regeneraci membránových modulů.
Organické složky odmašťovačů ve vztahu k mikrofiltraci
V odmašťovacích lázních a příbuzných přípravcích se vyskytuje několik organických funkčních složek, které jsou kombinovány s anorganickými složkami. Existují i oba extrémy, lázně bez anorganických složek nebo bez organických přísadových látek. Obvyklá je však kombinace obou složek, výhodná jak z funkčního tak ekonomického hlediska. V lázních můžeme nalézt organické složky s funkcí:
– povrchově aktivní látky
– komplexotvorné látky
– tlumiče pH
– pasivační nebo inhibiční látky
– rozpouštědla
Nejvýznamnější složkou jsou povrchově aktivní látky, nichž hlavní jsou tenzidy. Tenzidy nejvýznamněji ovlivňují základní funkční vlastnosti v současných odmašťovacích lázní. Nesou převážnou část odmašťovací, emulgační, dispergační, antiredepoziční účinnosti.
Významně ovlivňují deemulgaci mastnot, pěnivost, odpěňovací schopnost a řadu dalších vlastností odmašťovače. Nové typy odmašťovacích lázní obsahují obvykle vyváženou směs tenzidů, pro dosažení optimalizované kombinace vlastností. Často se k jednomu základnímu složení odmašťovací lázně přidávají další tenzidové složky, které významně změní charakter lázně (z neemulgující na emulgující ap.)
Povrchově aktivní látky také nejvíce ovlivňují vlastnosti lázní a jejich vhodnost pro regeneraci mikrofiltrací. V odmašťovacích lázních fungují jako:
– odmašťovací, mycí nebo prací látky
zajišťují hlavní funkci odmašťovací nebo čistící lázně
– emulgátory a deemulgační přísady
emulgují mastnoty a stabilizují nebo naopak destabilizují micely kapalných nečistot a podporují jejich spojování do větších kapek a oddělení na hladině lázně
– smáčedla
zajišťují rychlé smáčení odmašťovaných povrchů a pevných nečistot nebo dobré rozprostření a homogenizaci tenzidového premixu s anorganickými solemi při míchání práškových odmašťovacích přípravků
– dispergátory
dispergují mechanické částice nečistot a jiných částic vznikajících v průběhu odmašťování
– solubilizátory
rozpouštějí ve vodě zcela nerozpustné látky, takže tvoří pravé roztoky
– antiredepoziční látky
zabraňují zpětné depozici nečistot na očištěném povrchu kovu, zejména při naředění lázně při oplachování
– hydrotropní látky
umožňují míchat homogenní kapalné koncentráty tenzidů s anorganickými složkami, které by se jinak rozdělily na dvě oddělené kapalné fáze
– látky ovlivňující bod zákalu tenzidů
zvyšují nebo snižují bod zákalu tenzidové směsi při daných pracovních podmínkách lázně, jsou často významné pro pěnění lázní a mikrofiltraci
– inhibitory kovů, inhibitory moření, pasivační látky
snižují rozpouštění kovů v kyselé nebo alkalické oblasti pH v odmašťovací lázni, nebo pasivují či inhibují povrch kovu po odmaštění, zajišťují tak mezioperační ochranu odmaštěného povrchu
– odpěňovače a nebo látky zvyšující pěnivost a potlačující vznik aerosolů
snižují pěnivost a stabilitu pěny odmašťovací lázně pro odmaštění postřikem nebo naopak zvyšují pěnivost a stabilitu pěny pro šamponování apod., tvorbou vrstvy pěny na hladině elektrolytických odmašťovacích lázní omezují tvorbu dráždivých aerosolů odmašťovací lázně
– látky zlepšující oplachovatelnost
zlepšují kvalitu oplachu po odmaštění a zkracují expoziční dobu oplachování
Pro zajištění optimální funkce lázně se v odmašťovacím přípravku obvykle kombinuje řada povrchově aktivních látek. Naopak jedna povrchově aktivní látka může zajistit více funkcí v odmašťovací lázni. U jednoduchých přípravků bývají obvykle kombinovány 2–3 povrchově aktivní látky. U složitějších přípravků jde až o 5–8 povrchově aktivních látek.
Tenzidy podle ionogenity
Obecně se tenzidy dělí na anionaktivní, kationaktivní, neionogenní a amfoterní. V odmašťovacích lázních se mohou vyskytovat všechny typy tenzidů. Obecně platí, že nevhodné jsou kationaktivní tenzidy pro jejich snadnou a často nevratnou adsorpci na materiálech membrán. Adsorpcí je ovlivněna silně nábojová struktura povrchu kanálků a tím i pohyb iontů přes membránu. Ostatní typy tenzidů nejsou obvykle problémem, pokud splňují další kriteria použitelnosti.
U některých tenzidů, hlavně amfoterních, záleží na oblasti pH, jak se projeví jejich ionogenita. V kyselých prostředích se kvarterizuje organicky vázaný dusík a amfoterní tenzidy (např. betainy) se stávají kationaktivní. Obdobně se chovají i ethoxylované mastné aminy, které se v neutrálním a alkalickém prostředí chovají jako neionogenní. Tento fakt je nutné mít na zřeteli, jedná-li se o regeneraci kyselých a silně kyselých odmašťovačů nebo přípravků pro sdruženou operaci odmaštění – moření. Dále je nutné změnu ionogenity tenzidů brát do úvahy při kyselé regeneraci membránového svazku. Tenzidy uvedeného charakteru ze zbytků alkalické odmašťovací lázně se kyselým čistícím přípravkem spolehlivě převedou do kationaktivní formy. Při podezření, že odmašťovací lázeň obsahuje tyto tenzidy, je bezpečnější, před aplikací kyselého regeneračního roztoku svazek dobře promýt vodou nebo nejlépe alkalickým regeneračním roztokem.
Vliv kationaktivních tenzidů nebo tenzidů měnících svou ionogenity lze potlačit přídavkem neionogenních tenzidů. Proto ve směsích tenzidů se mohou kationaktivní tenzidy vyskytovat. Bez problémů je možné kombinovat ethoxylované mastné aminy s neionogenními a anionaktivními tenzidy pro mikrofiltrovatelné přípravky, pracující v neutrálním až silně alkalickém pH. Tyto tenzidy jsou pro formulaci výhodné zejména svým vysokým bodem zákalu (viz dále).
Tenzidy podle bodu zákalu
Tenzidové složky odmašťovacích lázní vytvářejí v lázni asociované útvary – micely. Chovají se tedy jako koloidní částice. Tvorba micel jejich tvar a velikost je ovlivňována řadou faktorů. Patří k nim struktura molekuly tenzidů, ionogenní či neionogenní charakter, solnost roztoků, pracovní teplota a řada dalších veličin. Jsou známa nebo naměřena data o chování řady obvyklých tenzidů používaných zejména v textilním průmyslu. Předpovědět chování složitějších směsí tenzidů je však velmi obtížné a musí se provést mnoho praktických funkčních zkoušek. Velikost micel tenzidů je různá a pokud jsou řádu desítek nm a větší, tvoří v lázni zákal. Bod zákalu, teplota při které se v roztoku tenzidu vytvoří zákal, je jedna z důležitých charakteristik tenzidu a jsou stanoveny uzanční metody jeho měření v různých prostředích. Konkrétní hodnotu bodu zákalu tenzidu nebo směsi tenzidu je možné ovlivnit složením a pracovními podmínkami odmašťovací lázně. Rozhodující je zejména teplota odmašťování. Bod zákalu velmi často určuje pěnivost lázně. Lázně s neionogenními tenzidy, pracující při teplotách nad bodem zákalu pění podstatně méně, než stejná lázeň pracující pod bodem zákalu.
Proč je tvorba micel tenzidů v lázních tak významná? Velikost micel může vzrůst natolik, že se stanou neprůchodné přes mikrofiltrační membránu a permeát, vyčištěná lázeň, ztrácí svou nejúčinnější složku. Kromě velikosti se patrně při průchodu kanálkem membrány uplatňuje i nábojový charakter micely. Na základě zkoušek bylo zjištěno, že tenzidové směsi vykazující zákal, se zachycují při mikrofiltraci na membráně a procházejí do permeátu jen velmi málo. Proto je možné považovat téměř všechny lázně pracující nad bodem zákalu (zakalené vlivem zvětšené velikosti micel tenzidů) za nevhodné pro mikrofiltraci a naopak. Toto jednoduché a patrně ne zcela exaktní kritérium se dalšími zkouškami potvrdilo. Kritérium bodu zákalu zároveň velmi usnadňuje formulaci lázně, protože ke stanovení bodu zákalu lázně je zapotřebí jen teploměr a vizuální pozorování kádinky s lázní při ohřevu a ochlazování.
Bod zákalu tenzidů je dán strukturou tenzidu zejména poměru vlivu hydrofobní a hydrofilní části tenzidu. Poměr obou strukturních částí se vyjadřuje hodnotou HLB (hydrofilic lipofilic balance). Tato hodnota se dá vypočítat pro různé typy tenzidů podle různých kritérií. Dobře však popisuje chování jen neionogenních tenzidů ethylenoxidovaných mastných alkoholů. Obecně platí, že tenzidy s nízkým HLB mají i nízký bod zákalu a naopak.
Nízký bod zákalu tenzidu ještě neznamená, že je takový tenzid vyloučen z formulací odmašťovacích lázní pro mikrofiltraci. Bod zákalu konkrétního tenzidu s nízkým bodem zákalu lze zvýšit jinými tenzidy s vysokým bodem zákalu nebo bez bodu zákalu (bod zákalu vyšší než 100 °C). Dále se dají použít netenzidové suroviny, většina hydrotropních látek, dispergátory, ředidla apod. Vyřešení aplikace tenzidů s nízkým bodem zákalu v odmašťovacích lázních je často klíčovým problémem formulace lázně, protože zejména neionogenní alkoxylované tenzidy se středním HLB a relativně nízkým bodem zákalu jsou velmi účinné složky odmašťovacích lázní. Obecně platí, že nelze předem odhadnout jaký bod zákalu bude mít směs tenzidů v konkrétním anorganickém základu odmašťovací lázně. Vše je nezbytné ověřit a navržené složení korigovat podle výsledků praktických zkoušek.
Obtížnost návrhu tenzidové směsi je komplikována i faktem, že při provozu lázně se jednotlivé tenzidové složky nepotřebovávají se stejnou intenzitou. To vede ke změnám poměru tenzidů v lázni a k postupné změně vlastností lázně (třeba i změně bodu zákalu). Nerovnoměrná spotřeba složek tenzidů spočívá v rozdílné schopnosti tenzidů vázat se na kapénky mastnot při tvorbě micel. Obecně platí, že tenzidy s nízkým HLB, u nichž převažuje vliv hydrofobní složky, se snadno vážou na mastnoty a spolu s nimi se odstraňují při oddělování oleje v odlučovačích nebo při mikrofiltraci. V lázni zůstává větší podíl tenzidů s vyšším HLB, které svou hydrofilitou jsou ve vodě dobře rozpustné. I tyto tenzidy se však podílejí na tvorbě difúzní časti elektrické dvojvrstvy micel s mastnotami a stabilizují je, proto se také ve zvýšené míře ztrácejí z lázně.
Tenzidy a solubilizace
Tenzidy hlavně ethoxylované mastné alkoholy, alkylfenoly alkylnaftalény, mastné aminy a mastné kyseliny s vysokým stupněm ethoxylace (15 a více EO) a také některé sulfonáty a směsi těchto tenzidů jsou schopny solubilizace mastnot nebo jiných ve vodě nerozpustných látek. Protože mají i zároveň vysoké HLB a vysoký bod zákalu tvoří tenzidy se solubilizovanými mastnotami pravé roztoky. Membránový mikrofiltrační proces není schopen takto solubilizované mastnoty zachytit a oddělit z odmašťovací lázně.
Solubilizace je i jedním z triků, kterými zvýšíme bod zákalu jiných tenzidů s nízkým stupněm ethoxylace.
Pokud se solubilizace bude týkat látek silně adsorptivních je zde určité riziko, že v solubilizované formě se tyto látky bez problémů dostanou do kanálků membrány a zde převládne vliv hydrofobních funkčních skupin polymeru membrány a hydrofobní solubilizovaná látka se adsorbuje. Důkazy že by se tak dělo nebo problémy s membránami vyvolané solubilizovanými látkami nemáme.
Komplexotvorné látky a inhibitory tvrdosti vody
Komplexotvorné látky tvoří významnou součást odmašťovacích lázní. Jejich koncentrace v koncentrátech odmašťovacích přípravků se pohybuje v procentech u běžných lázní až do desítek procent v elektrolytických anodických odmašťovacích lázních s odrezovacím účinkem. Plní řadu funkcí:
– vážou do komplexu ionty z tvrdé vody, které mohou snížit účinnost některých povrchově aktivních látek
– vážou do komplexů kovové ionty hydrolytických produktů a hydratované oxidy na povrchu kovu, které se do lázně přenáší z předchozích operací (moření) nebo vznikly na povrchu kovu při předchozím zpracování a manipulaci
– zabraňují vzniku hydrolytických produktů kovů v odmašťovací lázni a brzdí jejich vznik při následném oplachování
– rozpouštějí fosfátové vrstvy z předchozího tváření a vážou do komplexu ionty kovů z kovových mýdel a zabraňují jejich tvorbě v lázni
– mikroskopicky zdrsňují odmašťovaný povrch (elektrolytické odmašťovací lázně)
– odrezují povrch kovu (jen speciální přípravky)
Z anorganických složek lázně jsou to polyfosforečnany a ve speciálních případech i kyanidy. Z organických látek jsou to soli karboxylových kyselin z nich nejčastější jsou glukonany, glukoheptonáty které jsou snadno biologicky rozložitelné, dále citrany, vínany, šťavelany apod. Z látek s organicky vázaným dusíkem jsou to ethanolaminy a soli EDTA a NTA. Soli kyseliny ethylendiamintetraoctové jsou levné a velmi účinné, ale biologicky téměř nerozložitelné, proto se už používají zřídka a jejich používání omezuje legislativa. Řada solí organických kyselin funguje v slabě alkalických tenzidových přípravcích i jako tlumiče pH.
Významné jsou i soli fosfonových kyselin a kopolymery kyselin maleinové a akrylové nebo jiné polykarboxyláty. Tyto látky kromě komplexotvorné aktivity fungují jako inhibitory tvrdosti vody, blokují růst větších krystalků vápenatých a hořečnatých solí a zabraňují jejich usazování na zboží, stěnách vany a zejména topných tělesech. Fungují i pod hranicí koncentrace nezbytné pro komplexaci iontů kovu („threshold inhibition“) a zároveň modifikují krystalovou strukturu nerozpustných solí („crystal distortion“).
Z funkce komplexotvorných látek zároveň vyplývá i nebezpečí pro proces mikrofiltrace. Je-li v lázni příliš vysoká koncentrace kovů a komplexotvorné látky nestačí na jejich navázání do rozpustných komplexů, dojde k vytěsnění iontů slabě komplexně vázaných jinými ionty, tvořícími silnější komplexy. Uvolněné ionty pak tvoří jemné sraženiny, které mohou ucpávat membrány. Inhibitory tvrdosti vody pak brání růstu krystalů sraženin tak účinně, že jemné sraženiny mohou procházet předfiltrací. V lázních pro mikrofiltraci je lépe inhibitorům tvrdosti vody se vyhnout. Nahrazují se polyfosfáty nebo biologicky odbouratelnými komplexotvornými látkami.
Pasivační nebo inhibiční látky
Tyto látky bývají většinou součástí sdružených operací odmaštění-moření, odmaštění-pasivace, odmaštění-omílání-pasivace a plní v odmašťovacích lázních následující funkce:
– snižují rozpouštění kovů v kyselé nebo alkalické oblasti pH v odmašťovací lázni
– pasivují či inhibují povrch kovu po odmaštění
– zajišťují mezioperační ochranu odmaštěného povrchu
Z anorganických složek působí pasivačně na povrch oceli a železných kovů dusitany, boráty a křemičitany. Křemičitany blokují rozpouštění hliníku a zinku ve středně alkalických prostředích. Zabraňují i selektivnímu odzinkování mosazi.
Organické inhibitory také blokují rozpouštění kovů v alkalickém nebo kyselém prostředí. Jejich hlavní aplikace je v adsorpční nebo chemisorpční inhibici kovových povrchů a zajištění mezioperační ochrany odmaštěného povrchu po usušení do další technologické operace nebo pro manipulaci a skladování odmaštěné produkce. Využívá se k tomu široký sortiment organických látek. Pro želené kovy jsou obvyklé ethanolaminy, které se aplikují na kovový povrch ze zředěných odmašťovacích lázní dvoustupňovou technologií. V prvním stupni se v koncentrovanější lázni na bázi ethanolaminů a za vyšší teploty povrch kovu odmastí. V oplachu je lázeň o nižší koncentraci a za normální teploty kde se ethanolaminy na povrchu zachytí usuší a pasivují povrch železa. V případě barevných kovů se často používají dusíkaté heterocyklické sloučeniny (deriváty imidazolů a substituovaných triazolů). Slitiny hliníku se chrání estery kyseliny fosforečné a fungují i jako dobré odmašťovací tenzidy.
V alkalických odmašťovacích lázních nebudou působí tyto látky zásadní problémy. Zasluhují však zvýšenou pozornost pro jejich silnou povrchovou aktivitu, obvykle polární charakter a silnou adsorpční schopnost. Nemáme však dostatek praktických zkušeností se všemi těmito látkami. Praktické zkušenosti máme s ethanolaminy, které jsou bez problémové. V mikrofiltrovatelné lázni pro odmašťování slitin mědi používáme směs tří derivátů dusíkatých heterocyklů pro ochranu mosazi a lázeň je bez problémů mikrofiltrovatelná.
Domníváme se, že nebezpečí hrozí jen v kyselých prostředích, vlivem kvarterizace organicky vázaného dusíku a kationizace molekuly dusíkatých inhibitorů. Pozornost zasluhují i sirné sloučeniny v kyselém prostředí např. deriváty thiomočoviny. Tyto látky jsou velmi silně vázány na kovy. Nemáme s nimi při mikrofiltraci žádné zkušenosti.
Rozpouštědla
Do odmašťovacích lázní se přidávají rozpouštědla ve vodě nerozpustná a ve vodě rozpustná. Plní následující funkce:
– pomáhají vytvořit vysoce koncentrované kapalné koncentráty odmašťovacích lázní
– rozpouští tuky a převádějí je do kapalné, snadno emulgovatelné formy
– zrychlují odmašťování
Nerozpustná rozpouštědla se používají v emulzních odmašťovačích, kde jsou hlavní odmašťovací složkou. Jsou to dnes většinou dearomatizované uhlovodíky úzkého destilačního rozmezí, což umožňuje přesně regulovat jejich hořlavost. Dále se používají alfaolefiny a d-limonen. Nasazení mikrofiltrace při provozu těchto lázní je nemožné. Mikrofiltrace se však může uplatnit při likvidaci vyčerpaných emulzních koncentrátů odmašťovačů nebo regeneraci oplachových vod po emulzních odmašťovačích.
Z rozpustných ředidel se používají ethanol a propanol pro snížení viskozity tenzidových směsí. Při zředění koncentrátu ne pracovní lázeň je jejich obsah v lázni zanedbatelný a mikrofiltraci neovlivňuje.
Nevhodnou složkou jsou pro řadu plastových mikrofiltračních membrán ve vodě rozpustná ředidla typu alkylglykoleterů (Dovanoly, Solvenony) nebo N-methylpyrrolidon. Tyto látky se používají, jednak pro zvýšení účinnosti zejména tenzidových odmašťovacích lázní, jednak pro přípravu vysoce koncentrovaných kapalných koncentrátů tenzidů. Zejména při zvýšené teplotě způsobují bobtnání polymerů mikrofiltrační membrány a mohou zcela zablokovat průchod permeátů. Poškození membrán bývá často nevratné.
Ve zvýšené míře se tato ředidla a jim podobná používají v silně alkalických odstraňovačích nátěrů. Zbobtnání a rozpad polymerů lakových bází je v těchto jejich hlavním úkolem. Navíc lázně pracují při teplotách okolo 80°C. Tyto lázně jsme netestovali. Domníváme se, nasazení mikrofiltrace s plastovými membránami by v tomto případě byla katastrofa.
Závěr a shrnutí zásad formulace přípravků pro mikrofiltraci
I když v předchozím textu je upozorňováno problémy, které se mohou při mikrofiltraci odmašťovacích lázní objevit, neznamená to, že bychom se měli mikrofiltraci vyhýbat. Je to dosud nejúčinnější metoda regenerace a prodloužení životnosti odmašťovacích lázní a reálný způsob omezení odpadů z odmašťování. Stručné zásady pro mikrofiltrovatelné lázně jsou následující:
1. Vyhni se kationaktivním tenzidů, amfoterní jsou podezřelé
2. Odmašťovací lázeň musí mít bod zákalu tenzidové směsi vyšší alespoň o 10 °C než je její obvyklá pracovní teplota
3. Nepoužívej ve vodě rozpustná ředidla, chceš-li použít plastové moduly
4. V kyselé oblasti pH může být všechno jinak
Část podkladů pro tuto publikaci byla získána v rámci řešení programu MPO TANDEM projekt FT-TA/047 „Optimalizace materiálového řešení a aplikace principů protikorozní ochrany technologických zařízení a celků“.
