清洗剂是一个很大的范畴,种类繁多,包括无机清洗和有机清洗两大类.有机清洗剂与无机清洗剂的区别简单地说,有机清洗剂就是含碳的化合物制成的清洗剂,无机清诜剂就是不含碳的化合物制成的清洗剂,因此它们属于无机物。清洗剂的分类方法也很多,各国都不尽相同,我们通常分成水系,半水系、非水系清洗剂三大类。 清洗剂按用途可分为工业用清洗剂与民用清洗剂。 工业清洗剂有除油清洗剂,除蜡清洗剂,液晶清洗剂,冷脱(常温清洗),除锈清洗剂,铝酸脱等品种较多。 民用清洗剂有洗衣粉,洗手液,肥皂,洗洁精、全能清洗剂等。 清洗剂按溶剂的不同可分为水基清洗剂与有机溶剂清洗剂。 水基清洗剂就是溶剂为水,如除油清洗剂,洗洁精,洗衣粉等。 有机溶剂清洗剂溶剂为有机溶剂,如三氯乙烯,丙酮(指甲水),天那水,开油水,白电油等。 ⑴水基型 水是最重要的清洗剂,有着其它任何清洗剂无法替代的作用和地位。普通的水很容易从自然界中得到,水有很强的溶解力和分散力。但是水的表面张力大,在使用中需要添加表面活性剂,以减小表面张力,增加表面湿润性。在一般工业清洗中,酸,碱和水的配合比较常见,有些金属用水洗要加入防锈剂;在精密和超精密工业清洗中。大部分要求将水制成纯净水。通常以电阻率来衡量水纯度。半导体工业要求在18MΩ/cm以上。而TN型液晶生产10MΩ/cm就可以了,还有一些行业对细菌含量要求很严。
近几年,中国部分地区严重缺水,对清洗用水提出了挑战。有的城市已经严禁用普通水洗车,而只能使用回收的中水,或者雾化水的节水设备。在精密工业清洗中,制备纯水费用昂贵。水洗必然要加热和烘干,增加很多漂洗工位。耗能大,运行成本通常比溶剂洗要高;另外,以往大量的含有化学活性剂和污垢的废水未经处理就直接排放。有些还挟带了毒性很大的重金属,严重地污染了环境,必须增加污水处理设施。 ⑵半水基型 半水基型清洗剂也叫准水基型清洗剂,是由高沸点溶剂及活性剂等组成如醇类,有机烃类等。通常含有5%一20%的水分,一般不易燃烧,但加温清洗时水含量控制不当,可能产生燃烧现象。半水基型清洗与溶剂洗有一些不同,它的清洗原理是剥离去除,而不是溶解。为了防止已经剥落的油污再附到被清洗物上,清洗液要连续地循环,并增加油水分离器。半水洗通常清洗效果很好,但运行成本较高,废液不能再生回收,重复使用,含COD(化学耗氧量)较高,需要进行废水处理。 ⑶溶剂型 溶剂型清洗剂是指不溶于水的有机溶剂。精密工业清洗使用的非水系清洗剂主要是烃类(石油类)、氯代烃、氟代烃、溴代烃、醇类、有机硅油、萜烯等有机溶剂。
衡量溶剂的主要指标有KB值(贝壳松脂丁醇值)、AP(苯胺点)、SP溶解参数)、表面张力、密度、粘度、 沸点、闪点、暴露浓度等参数。KB值很高,也就是溶解力很强的溶剂,不一定是好的清洗剂。 一个好的精密工业清洗剂必须具备以下条件: ①化学性能稳定,不易与被清洗物发生反应; ②表面张力和粘度小,渗透力强; ③沸点低,可以自行干燥; ④没有闪点,不易燃; ⑤KB值不应太高,避免与被清洗物相溶; ⑥低毒性,使用安全; ⑦非ODS和低GWP值(全球变 暖潜能值),环保。 如果不考虑上述第7条。最佳的清洗剂就是CFC和TCA。它们的化学稳定性好,可以长期保存不变质;对绝大多数金属、塑料、漆均无作用,不会发生溶解现象,没有闪点,低毒,使用安全;表面张力小,渗透力强,清洗能力强;沸点低,蒸发速度快,清洗过的工件可以自行干燥,一般不需要烘干,因而被广泛应用在各种工业清洗中。但唯一的缺点就是破坏臭氧层,因而正在被逐步禁用。 虽然世界各国都开发了各式各样的替代品,世界上还没有找到一种能够和CFC相媲美的替代清洗剂,它们都存在这样那样的问题,正在使用的主要替代产品有: ⑴烃类 只含有碳和氢两种元素的烃类溶剂,在日本也叫作碳化水素或碳氢溶剂。根据其分子结构的不同,已经开发了多种性能的产品,日本使用比较广泛。该类清洗剂的优点是:非ODS,对油污的洗净力强。渗透性好。无味或微臭,毒性小。废液处理容易。可再生利用,价廉;缺点是有一定的易燃易爆性,干燥慢,对清洗设备要求高,一次性投入大。比较理想的是采用真空清洗方式,降低其表面张力,提高清洗能力,最后再使用真空干燥。设备造价很高,操作比较复杂,效率相对较低。 ⑵氯代烃溶剂 使用的氯代烃清洗剂主要是三氯乙烯,二氯甲烷以及四氯乙烯。该类溶剂被广泛应用于清洗领域,主要是有以下优点和特征:
很低的ODP值(臭氧耗减潜能值。几乎不会破坏臭氧层;在一般条件下使用具有不燃性。没有火灾或爆炸的危险(二氯甲烷在长时间强烈光照下可能爆炸);对金属加工油。油脂等油污的溶解力大。对塑料和橡胶也可产生膨润或溶解:其粘度及表面张力小,渗透力强,可渗透狭小缝隙,彻底溶解清除附着污物;沸点低,蒸发热小,适合蒸汽清洗,清洗后可以自行干燥;废液可通过蒸馏分离,循环使用;可使用与CFC和TCA相同或相近的清洗工艺和设备,操作简单,效率高,运行费用低;缺点是毒性较高,一般在空气中的含量限制在为50PPM以下;有些劳动保护条例对使用它有明文限制;一些欧洲国家限制进口和使用这类含氯清洗剂的产品。 ⑶溴代烃溶剂 最近几年。在美国,日本有溴系清洗剂面世。并在电子工业,航空工业。汽车工业,家电领域大量使用。溴系清洗剂的主要成分是高纯度的正溴丙烷(NPB)。其性能可以与CFC-113和TCA相媲美。主要技术参数与TCA几乎完全一样,湿润系数更好,对于金属零件的清洗能力更强。没有闪点,可以重复回收使用,运行成本很低。替代CFC和TCA,工艺完全一致,几乎不需要更换设备。只需要调整一下蒸洗温度就可以了,也被称为是“第三世界的替代清洗剂”。溴系清洗剂的ODP为 0.006,在大气中寿命为11天,几乎没有GWP值。关于毒性还有争论,联合国环境规划署(UNEP)已经组织进行了5年多的实验。实验结果与理论分析有很大差异。美国环保局在2002年3月27日发布的政策中明确接受NPB作为溶剂用于清洗、气雾和胶粘剂。但是由于对其毒性尚无确切的数据,在使用中应当控制在空气中的暴露浓度。 同时,在压缩机和电真空领域,替代实验也已经完成,特别是通过了压缩机冷媒和润滑油的相溶性实 验,开始在压缩机行业批量使用。电 真空行业协会组织的实验也已经完 成,结果完全可以满足要求。最终报告正在完成之中。 在中国生产HEP-2项目已经正式得到联合国多边基金的批准,国家环保总局正在组织有关单位在国 际履约环保产业园内实施该项目,届时,HEP-2将成为中国ODS清洗剂的主要替代品。 助洗剂在体系中起着螯合、缓蚀、消泡、增溶、稳定、抗沉积等作用。 ⑷有机氟化物(HCFC、HFO、HFE、PFC) 替代CFC-11 3的氟系清洗剂主要有HCFC(含氢氟氯化碳)、HFC(含氢碳氟化物)、HFE(氢氟醚)、PFC(全氟化碳)等。其中HFC,HFE,PFC本身不具有清洗力,需要和其它化合物组合后才能使用。该类清洗剂具有与CFC-113接近的清洗性能,稳定。低毒。不燃。安全可靠,但是通常价格昂贵。HCFC对臭氧层有一定的影响,大量使用的有HCFC-141B、HCFC-225。属于过渡性替代品,最终还要被禁用;HFC和HFE类清洗剂过于稳定。在大气中的寿命高达数千年甚至几万年。是非常厉害的温室气体。在<;京都议定书>;正式生效以后,可能也要被限制使用。 ⑸天然有机物(植物系) 从植物中提取的烃类有机物品种很多,使用较多的主要有松节油和柠檬油。松节油是一种比较有代表性的植物系烃类溶剂。存在于天然的松脂中。将松脂蒸馏,馏出物就是松节油,固体剩余物就是松香。主要成分是和蒎烯,其溶解能力介于石油醚和苯之间。沸点和燃点较高,使用安全性较好。 柠檬油是由柑橘。柚子。柠檬类水果皮中蒸馏提炼得到的一种烃类溶剂。主要化学成分是叫苎烯(甲基丙烯基环己烯)的单环萜烯,组分很复杂。沸点为1 75.5—1 76℃,物理性能与松节油相似,具有柑橘(柠檬)水果香味。柠檬油本身不溶于水。添加活性剂后与水任意比例混配。它的去油脱污能力很强。在美国应用很广泛。包括机械加工。车辆维修去油污清洗,保龄球道的清洗,油罐清洗。电子部件清洗等。特别是它来自纯天然水果,被美国FDA认定可以作为食品添加剂。不用担心残留,并被证明具有杀菌作用,被应用到食品加工机械。餐具的清洗。啤酒罐的清洗等直接与饮食相关的领域,在民用和家庭清洗领域也具备良好的应用前景。 柑橘油对油脂的相溶性很强,通过棉纱过滤,可以将油污分离。重复使用。废液可以生物降解,不会造成污染,环保费用低。缺点是去油和溶解能力太强。直接接触皮肤会造成皮肤脱油干燥;不能直接清洗有漆的物件和很多种塑料、橡胶,容易造成油漆脱落和溶解。日本曾经用该类溶剂融化一次性餐具盒和包装用泡沫塑料,也就是白色垃圾,溶解力很强。 中国有关单位已经开始植物系清洗剂的研究和应用。国内公司从1998年开始,从美国引进柑橘油清洗剂和相关的清洗技术,并开发生产了配套的专业清洗设备。在机械加工等领域进行了推广应用。 用于工业污垢清洗的化学制剂,一般应满足下述的技术要求。用于不同的清洗目的与清洗对象的清洗剂,对于这些要求可以有所侧重或取舍。 ⑴清洗污垢的速度快,溶垢彻底。清洗剂自身对污垢有很强的反应、分散或溶解清除能力,在有限的工期内,可较彻底地除去污垢。 ⑵对清洗对象的损伤应在生产许可的限度内,对金属可能造成的腐蚀有相应的抑制措施。 ⑶清洗所用药剂便宜易得,并立足于国产化;清洗成本低,不造成过多的资源消耗。 ⑷清洗剂对生物与环境无毒或低毒,所生成的废气,废液与废渣,应能够被处理到符合国家相关法规的要求。 ⑸清洗条件温和,尽量不依赖于附力口的强化条件,如对温度、压力、机械能等不需要过高的要求。 ⑹清洗过程不在清洗对象表面残留下不溶物,不产生新污溃,不形成新的有害于后续工序的覆盖层,不影响产品的质量。 ⑺不产生影响清洗过程及现场卫生的泡沫和异味。 清洗剂的主要成分为表面活性剂,在家用清洁剂配方中约占5%~30%。按用量和品种,用得最多的是阴离子表面活性剂,其次是非离子表面活性剂,两性表面活性剂很少使用。阳离子表面活性剂在纤维上的吸附性很大、洗涤力小,且价格昂贵,常不采用。有时清洁剂中也会加入一些阳离子表面活性剂,那是为了使清洗剂具有杀菌消毒的能力。
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