清洗剂基础知识介绍20121018

技术部2012-10-15清洗剂基础知识介绍替代ODS清洗技术开发背景替代清洗技术的比较清洗剂种类清洗剂去污机理清洗剂的物理性能清洗剂的选用表面活性剂目录对于不同工业部门的各种清洗对象，实施工业清洗的目的是不一样的，所采用的方法也不相同。就一般而论，工业清洗的目的主要有下述诸方面：1.改善设备外观，净化和美化环境；2.维持正常生产，延长设备寿命；3.提高生产能力，改善产品质量；4.减少生产能力，改善产品质量；5.减少生产事故，有利人体健康；为了文明生产和保证产品质量,现代企业大量使用工业清洗。工业清洗可分为湿式清洗与干式清洗。采用液体清洗剂清除污垢的称为湿式清洗。臭氧层在地球大气的平流层中距地球表面10-50公里的高度，存在着一个高浓度的臭氧层。它包围在地球表面起到阻挡太阳辐射的短波紫外线，保护地球生物不受到损害的作用。是地球上生物生存不可或缺的重要天然屏障。近年来发现大气臭氧层被严重破坏，特别是在南极上空出现了臭氧的空洞。为此，1987年9月16日世界上24个国家在加拿大的蒙特利尔市签署了《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》，规定了限制使用并最终完全淘汰0DS物质的时间表，开始了保护大气臭氧层的具体行动。中国也于1991年正式成为这个议定书的缔约国，至今蒙特利尔议定书已成为被世界各国广泛接受的国际公约。温室效应地球表面被吸收的能量正常情况下能以长波红外线的形式辐射回空间中，但由于被大气中的温室气体滞留，使温度升高，所以使全球变暖。是为了保护大气环境，减少温室气体的排放，1997年12月在日本东京召开的第三届缔约国大会上制定的一个协议书。为了减少温室气体的排放，在协议中规定了世界各国在今后的数年中都有义务大量减少二氧化碳等温室气体的排放量，特别是主要的工业大国更要承担更多的义务，要求各国政府在京都议定书上签字并实践有关的承诺。中国于1998年5月签署并于2002年8月核准了该议定书。出于自身经济利益等各方面的考虑，直到目前为止，美国等主要工业大国仍未在京都议定书上签字。替代ODS清洗技术开发背景技术种类水半水高沸点溶剂氯代烃正溴丙烷氟代烃HCFC-141B溶剂清洗氟代烃蒸洗清洗能力评价有机污物的清洗一般好好好好差一般好微粒污物的清洗好好差好好好好好清洗剂残留一般好一般好好好好好防腐蚀性差一般好一般一般好好好使用评价清洗设备体积一般一般好好好好好好清洗剂循环次数一般一般好好好好好好运行成本好好好好一般一般好一般投资成本一般一般好好好好好一般环境评价操作工安全健康好好好差差好好好废弃物处理一般好好一般一般好好好环境可接受性好好好一般一般好一般一般替代清洗技术的比较非水系清洗剂半水系清洗剂水系清洗剂酸性中性碱性非离子型阴离子型阳离子型两性型清洗剂*按表面活性剂溶于水时的离子类型分类清洗剂种类离子型特殊型清洗剂种类顾名思义，非水系清洗剂不含水，也可称为有机溶剂系清洗剂，按化学结构分类见表。由于非水系清洗剂有较多优点，其在工业清洗领域的应用正在不断扩大。它可通过与蒸汽清洗共用，不仅清洁度高，而且容易干燥，用过的清洗剂有可能循环使用，可以解决水系清洗剂废液处理困难，不需作废液处理设备的额外投资等。非水系清洗剂半水系清洗剂基本组成为有机溶剂，有时添加水、也有添加SAA与助洗剂的。按使用目的大致可区分为以下两种：1)可燃性的半水系清洗剂难溶于水的石油系萜烯类等的清洗剂在除去污垢的固体表面用水漂洗时无效，因此为了能够用水漂洗，可以在这些非水水溶性的清洗剂中掺合水溶性清洗剂(如乙醇，硅酮系，乙醚系等)，还可再添加SAA等。2)非可燃性半水系清洗剂在可燃性有机溶剂中，添加水可变成非可燃性的，如同溶剂清洗剂一样使用良好，因而适用的可燃性有机溶剂，要对水溶解性较大，容易掺合，多为含有乙醇系与乙二醇乙醚系等的水溶性溶剂。这些半水系清洗剂的特征为：1.比起水系清洗剂，由于有机溶剂较强的溶解能力，在较低温度下可使油性污垢较好除净，在漂洗时使用水，又容易去除水溶性(离子性)污垢；2.半水系清洗剂几乎是由中性液掺合组成，因而即使清洗金属零件，也不必担心腐蚀的危害；3.在漂洗时使用纯水，可得到很高的清洁度；4.由于水作为液媒，可发挥超声波气蚀作用，用超声清洗可增强清洗效果；5.但非可燃型并不适用于消防法规。清洗剂种类半水系清洗剂水系清洗剂一般指添加表面活性剂(SAA)的水系清洗药剂，我国传统称为水基清洗剂，即是以水为基体，再配以一定比例的SAA及其它助剂所组成的清洗剂。根据清洗剂的pH可分为酸性、中性与碱性，其种类及特征见表。清洗剂种类水系清洗剂酸性清洗剂组成为：1.无机酸：常见的有硫酸、盐酸、硝酸、氢氟酸、磷酸等。2.有机酸：常见的有柠檬酸、葡萄糖酸、酒石酸、磺胺酸、羟基乙酸等。3.表面活性剂：包括非离子型、阴离子型、阳离子型、两性型。4.其它成份：包括螯合剂、缓蚀剂、杀菌剂。清洗剂种类水系清洗剂-酸性清洗剂中性清洗剂主要组成物为表面活性剂(SAA)。SAA种类多，性质各异，除与碳氧基及其它亲油基的大小形状有关外，主要还与亲水基团的不同有关。一般以亲水基团作为分类的依据，即按SAA在溶液中其亲水基是否电离，将SAA分为离子型与非离子型，离子型又分为阴离子型、阳离子型与两性型。在工业清洗剂中，主要采用非离子型与阴离子型，两者比较见表。清洗剂种类水系清洗剂-中性清洗剂碱性清洗剂组成为：1.无机组成物。常见的有氢氧化盐、硅酸盐、碳酸盐、正磷酸盐、聚磷酸盐等。2.有机组成物。常见的有螯合剂、缓蚀剂、杀菌剂等。3.表面活性剂。常见的有非离子型、阴离子型、阳离子型、两性型。各种常见碱性清洗剂组成物特性见表。清洗剂种类水系清洗剂-碱性清洗剂清洗剂去污机理采用有低表面张力的清洗剂在被清洗物表面及其接触的界面上作用，把污垢清除。在被清洗的A和A、B层的界面上接触比A、B层的表面张力小的清洗剂时，会在A、B界面上浸透扩散，起剥离A、B层的作用。由于污垢的表面张力一般比30N／m大得多，如用较低表面张力的清洗剂就有从被清洗物A直接剥离污垢B的清洗功能。利用低表面张力除污机理清洗剂去污机理水系清洗剂主要利用SAA的润湿、渗透、乳化、分散与增溶性能。污垢和工件间虽有粘结力，油水之间存在表面张力，但清洗剂的润湿渗透作用会降低粘结力，清洗剂的乳化作用会使油水交界处的表面张力降低，清洗剂的分散作用会使污垢中碳粉、灰尘，金属粉末分散成许多微粒，清洗剂的乳化增溶作用可有效阻止污垢分子再凝结，并不再沉积在工件表面上，如果再借助热力，机械搅拌与射流等便可以使污垢脱离工件表面而卷离到清液中，达到除去污垢的目的。污垢粒子通过吸附添加清洗剂中SAA与助洗剂碱成分，使粒子问表面上负电荷发生电气相斥力，使污垢粒子被分散在清洗液中结果难于再沉积与凝集在固体表面上。利用表面活性能乳化、分散与增溶的除污机理清洗剂去污机理SAA的清洗效果在胶束形成的最低质量分数，即临界胶束质量分数(CMC)以上会显著地发挥出来，如图所示，该图中的斜线及以上区域SAA溶液的各种性质发生改变，清洗能力大幅地增加。SAA形成的胶束如图所示，胶束体中亲油基能大量溶解油性污垢，使清洗能力飞速增加。SAA的化学构造不尽相同，但在常温下CMC大致在0．5％～5％，在液温升高时CMC降低。利用表面活性能乳化、分散与增溶的除污机理清洗剂去污机理1.无机酸无机酸如盐酸、硝酸电离出大量的H+，在清洗过程中可发生如下化学溶解反应：H+在上述反应过程起着主要作用，此外，酸根的存在对污垢溶解也有一定作用，有时是关键性的，如F一的存在可使SiO2发生化学溶解。2.有机酸具有代表性的为柠檬酸与乙二胺四乙酸(EDTA)，利用其自身的酸性和所带的活性基团优异的螯合能力，能将附着在金属表面的氧化层等特殊污垢螯合、溶解、分散至清洗液中，达到清洗目的。3.碱具有代表性的为氢氧化钠、碳酸钠、磷酸钠与硅酸钠，各种碱分别或联合通过皂化、转化、中和与螯合等作用使污垢解离除去。4.氧化还原剂采用卤素及其化合物如次氯酸钠与过氧化物如双氧水，通过氧化还原反应使污垢溶解，转化而去除。利用化学反应的溶解分离的除污机理清洗剂去污机理电解清洗剂由碱性无机物为主体，可分为非螯合型与螯合型，从使用方法可分为阳极电解、阴极电解与PR电解(阳极与阴极电解交换变化处理)。主要通过氧化(阳极电解)与氢气(阴极电解)析出而把工件表面油性污垢气掀剥离清除的机理。利用电解作用除污机理清洗剂的物理性能清洗剂应用时，还要灵活掌握好以下多项物理性能：1.相对密度，清洗剂相对密度与清洗剂使用量(容积)，如采用超声清洗时，相对密度大的容易清洗；2.粘度(cP)，粘度低的适用于问隙清洗；3.沸点(BP)，沸点低的挥发损失较多，但适用于蒸汽清洗；4.凝固点(FP)，FP高的由于冻结难于操作；5.表面张力(N／m)，表面张力小，向污垢界面浸透性好，即使污垢溶解性小，但清洗还是容易的；6.燃烧性，应掌握清洗剂的引火点、发火点及燃烧范围等信息；7.蒸发性，要了解清洗剂的挥发损失(蒸汽压)，以及蒸汽清洗性能(蒸发热)，蒸汽压大的，蒸汽干燥性优；8.导电率，导电率大的离子性污垢(指纹、汗与盐分等)的清洗性能优；9.水的溶解性，在非水系清洗剂适用项目中，水溶性小的清洗过程容易管理；10.KB值，KB值大的溶解除去油污垢能力优；11.臭气毒性浓度，直接影响清洗剂使用的安全环境等。清洗剂的选用水系清洗剂的选用原则为：1.良好的去污能力；2.对清洗对象无不良影响；3.质量稳定；4.价格低廉。国内外工业清洗剂品种繁多，但没有万能型的清洗剂，一般均为专用型，应针对清洗对象的材质、清洗要求的不同，污垢的不同等，最好应作工艺试验，才能选用。但在选用时应综合考虑并研究分析以下几点：1.清洗剂的主要成分；2.清洗剂各项物理性能；3.清洗剂的主要特征及注意事项；4.清洗剂的适用范围(主要用途，污垢对象等)；5.清洗剂的清洗条件，方法与实施可能性；6.排液与废液处理方法；7.清洗剂的成本；8.有关清洗的法规等。即聚氧乙烯醚羧酸盐，非离子型表面活性剂（聚氧乙烯醚）和阴离子性表面活性剂（羧酸盐）复配而成。此类复配体系既可能提高也可能降低胶束的增溶作用。不同增溶效果的出现与两种表面活性剂分子的相互作用和混合胶束的形式有关。一般认为，当非离子表面活性剂的烃链较长、环氧乙烷加成数较小时，与阴离子表面活性剂复配容易形成混合胶束。而当烃链较短、环氧乙烷加成数较大时，则容易形成富阴离子表面活性剂和富非离子表面活性剂两类胶束，他们在溶液中共存。汉能现用玻璃清洗剂为ECB-150(韩国一信化学会社)，其组成见下表：表面活性剂表面活性剂定义：表面活性剂是指在加入少量时就能显著降低溶液表面张力并改变体系界面状态的物质。表面活性剂的分子是由易溶于油的亲油基和易溶于水的亲水基两种基团所组成。亲油基以长的碳氢链为代表。而亲水基团是极性的基团，如羟基、羧基、氨基、磺酸基和醚基等为代表。这两种基团的不同亲和力各自独立作用而又同时发生。这种特点，使液体表面发生许多性能上的变化．表现在表面或界面上的吸附，表面力与界面张力的降低及润湿、净洗、分散增溶、乳化、润滑等性能上。表面活性剂的分类一般是以其亲水基团的结构为依据，即按表面活性荆溶于水时的离子类型来分类，可分为四犬类：阳离子型、阴离子型、两性型和非离子型。在工业生产中用阴离子型和非离子型两类。表面活性剂的亲水基亲油基的强弱与其润湿、洗涤、乳化性有关系，主要表现在HLB值上及临界胶束浓度(CMC)。CMC越小，表面活性越大，而CMC的大小与结构有关，与双亲程度有关：1.憎水基链越长，越易形成胶束，CMC越小。2.亲水基越强，电荷越多，静电排斥力越大，越不易形成胶束．CMC越大。故CMC值顺序是：离子型两性型非离子型。一般表面活性剂CMC值都很低，其质量分数大多在0.02％～0.4％范围内。使用表面活性剂时，一定要保证它的浓度大于CMC，才能充分发挥其性能。表面活性剂表面活性剂表面活性剂表面活性剂表面活性剂1.双亲媒性（两亲结构）从化学结构来看，表面活性剂的分子中应同时具有亲油性的碳氢链和亲水性的官能团。2.溶解性：表面活性剂至