Oppervlaktebehandelingen: Deel 1 Ontvetten

1.1Algemene opmerkingen

Ontvetten van roestvast staal is geen doel op zich maar vormt een belangrijke tussenstap die voorafgaat aan een oppervlaktebehandeling. Doel is het verwijderen van vetdeeltjes en de behandeling draagt bij tot het verzekeren van het welslagen van de opvolgende oppervlaktebehandeling.

De aanwezigheid van vet op het roestvaststaaloppervlak heeft een aantal bronnen van herkomst:
- Minerale herkomst: koolwaterstoffen bestaande uit paraffineachtige en nafteenverbindingen alsmede andere organische en anorganische verbindingen waaronder zwavelhoudende verbindingen.
- Natuurlijke herkomst: dit is het geval met talk, lijnolie en koolzaadolie. Verder zijn dit met name mengsels van triglyceriden, stearaten, esters en emulgatoren. Ontvetten doet in hoofdzaak een beroep op twee chemische onttrekkingsprincipes:
- Oplossen, hetgeen bestaat uit het oplossen van een substantie door een oplosmiddel.
- Verzepen (en emulgatie); dit is een chemische behandeling waarmee het mogelijk is om een vet uiteen te laten vallen onder vorming van een zeep, die op haar beurt uiteenvalt in glycerol en zuur.
Er worden twee typen ontvetting onderscheiden:
a) Chemisch ontvetten, onder te verdelen in:
- ontvetten in een niet-waterig milieu (organische oplosmiddelen);
- ontvetten in waterig milieu.
b)Elektrolytisch ontvetten.

1.2 Keuze van een ontvettingsmethode

Bij de keuze van een ontvettingsmethode moet rekening worden gehouden met de volgende eisen :
- Technische eisen: soort te verwijderen vet, vereiste reinheidsgraad, navolgende behandelingen, hoeveelheid te ontvetten metaal.
- Economische eisen: beschikbare installatie; prijs per m2 (of per ton), kosten van de ontvettingsmiddelen, kosten van de behandeling van de gebruikte middelen.
- Milieu-eisen: wetgeving op dit vlak, opslagvergunning, gezondheidseisen voor het personeel, samenstelling en toestand van het afval.

1.2.1 Chemisch ontvetten met organische oplosmiddelen
Een oplosmiddel wordt gekenmerkt door zijn oplossend vermogen, dat kan worden uitgedrukt door middel van een oplossingsindex of Kauri Butanol Index (KBI), waarbij benzeen wordt gekozen als basis met index 100. Deze laatste indexwaarde is volstrekt willekeurig gekozen. Substanties met een index lager dan 100 zijn matige ontvetters en substanties met een index hoger dan 100 zijn effectieve ontvetters.
Enkele voorbeelden:
dichloormethaan CH2Cl2 BKI = 36
trichloorethyleen CHCl - CCl2 129
benzeen C6H6 100
perchloorethyleen Cl2C = CCl2 90

1.2.2 trifluortrichloorethaan CFCl2 - CF2Cl 31 (freon 113)
Er worden drie typen oplosmiddelen onderscheiden:
- alifatische koolwaterstoffen: white spirit, kerosine (dit zijn zeer licht ontvlambare producten);
- alifatische gehalogeneerde koolwaterstoffen (meestal ge chloreerd);
- aromatische koolwaterstoffen: benzeen, tolueen, xyleen (giftige producten).
De oplosmiddelen kunnen koud en warm worden gebruikt. Het rendement van een ontvettingsbehandeling neemt toe met stijgende temperatuur. Er kan zelfs in de dampfase worden gewerkt. In de industrie wordt dikwijls gebruikgemaakt van een of meer U-vormige bakken. De damp wordt opgezogen en vervolgens gerecycleerd.

1.2.2 Chemisch ontvetten in een waterig milieu
Bij het chemisch ontvetten in een waterig milieu wordt een beroepgedaan op twee principes:
- verzeping; dit is het omzetten van een onoplosbaar vet in een oplosbare zeep;
- emulgatie; dit is het verplaatsen van de vetlaag van het metaaloppervlak naar de detergentoplossing, waarin deze in de vorm van zeer fijne druppeltjes wordt vastgehouden. Genoemde reacties zijn tamelijk complex en verlopen via talrijke tussenstappen. Het ontvettingsmiddel hecht zich op het vette oppervlak door de grensvlakspanning tussen vet en oplossing te wijzigen. Op deze mechanismen zal hier verder niet worden ingegaan. Er wordt bij dit type ontvetting gebruikgemaakt van de volgende
baden:
Fosfaten (mengsels van orthofosfaten)
- NaH2 PO4
- Na2 HPO4
- Na3 PO4
- Na4 P2 O7
Soda
Soda is nodig voor de verzepingsreacties. De concentratie ervan moet worden beheerst omdat zij de oppervlaktegesteldheid van het metaal kan veranderen.
Natrium- of kaliumcarbonaat
Natriumboraat
Natriumsilicaat (Na2 SiO3)
De parameters die bij dit type ontvetting moeten worden beheerst zijn de volgende:
- oplosbaarheid van de reagerende stoffen in water
- pH
- het bevochtigend vermogen
- het verzepend of emulgerend vermogen
- de temperatuur
- de duur van de ontvettingsbehandeling
Aan de baden worden dikwijls oppervlakteactieve stoffen toegevoegd die de adsorptie aan het grensvlak metaal-vet wat vlotter laten verlopen.
De volgende oppervlakteactieve stoffen worden onderscheiden:
- positief geladen ionen (benzyldimethylammoniumchloride)
- negatief geladen ionen (natriumdodecylbenzeensulfonaat)
- amfotere stoffen
Het bevochtigend vermogen wordt door oppervlakteactieve stoffen aanzienlijk verbeterd.
Er bestaat een heel scala van ontvettingsprocedures die variëren met te behandelen productvormen zoals vlakke en lange producten. Zo omvatten bijvoorbeeld industriële ontvettingsinstallaties:
- een of twee bakken voor ontvetten door besproeiing
- een of twee bakken voor ontvetten door onderdompeling
- een of twee bakken voor spoelen door besproeiing met water.
De onderdompelingsfase wordt dikwijls versneld door gebruik te maken van ultrasone trillingen (trilfrequenties liggen tussen 40 Hz en 20 kHz).

1.2.3 Elektrolytisch ontvetten
Het principe van electrolytisch ontvetten is een elektrochemische reactie voor het oxideren of verzepen van vetten. Er komen twee typen hoofdreacties voor:
- Kathodische reactie waarbij H+-ionen worden gevormd door reductievan water en het ontladen van alkalischeionen en reductie van metaaloxiden;
- Anodische reactie waarbij negatieve ionen naar de positieve pool bewegen en daar worden ontladen: 4OH- → O2 + 2H2O + 4 elektronen. De zuurstof die aldus ontstaat bevordert het verwijderen van organische stoffen van het te ontvetten metaaloppervlak. De elektrolyten die worden gebruikt zijn dezelfde als die welke voor het chemisch ontvetten worden toegepast: basische carbonaten, soda, natriumpolyfosfaten, organische complexvormers zoals E.D.T.A. en C.D.T.A. Het elektrolytisch ontvetten stelt dezelfde eisen als het chemisch ontvetten met als extra een scherpe controle van de elektrische parameters. De gebruikte stroomdichtheid ligt in de orde van 10 a 20 A/dm2 en kan al naar gelang het verloop van de ontvetting variëren. Een elektrolytische ontvettingsbehandeling bestaat gewoonlijk uit:
- chemische ontvetting met waterige oplosmiddelen
- chemische ontvetting met organische oplosmiddelen
- uiteindelijke elektrolytische ontvetting
- reeks spoelbehandelingen