超声波清洗工艺及清洗剂-上海韦本
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超声波清洗工艺及清洗剂

  • 超声波清洗技术以其清洗洁净、清洗快速,并节省大量人力、物力而得到广泛应用。现从超声波的清洗原理、超声波清洗工艺、清洗剂的配制等几个方面提供意见,以供参考。

    一、超声波清洗原理

    超声波清洗机理极为复杂,到目前为止,还有许多问题有待研究人员论证,目前,相关人员对以下提法形成了共识,利用超声场所产生强大的作用力,以促使物质发生一系列物理、化学变化而达到清洗目的。具体来说:当超声波的高频(20-50KHZ)机械振动传给清洗液介质以后,液体介质在这种高频波振动下将会产生近真空的“空腔泡”,“空腔泡”对清洗对象的强烈的作用称为“空化作用”。“空化作用”的有关理论如下:
    1.主腔泡在液体介质中不断碰撞、消失、合并时,可使用周围局部产生极大的压力,这种极其强大的压力足以能使物质分子发生变化,引起各种化学变化(断裂、裂解、氧化、还原、分解、化合)和物理变化(溶解、吸附、乳化、分散等)。
    2.共振作用,当空泡胞的本征变化频率与超声波的振动频率相等时,便可产生共振,共振的空腔泡内因聚集了大量的热能,这种热能足以能使周围物质的化学键断裂而引起一系列的化学、物理变化。
    3.当空腔泡形成时,两泡壁间因产生较大的电位差而引起放电,致使腔内的气体活化,这种活化了的气体进而引发了周围物质活化,从而使物质发生一系列化学、物理变化。可见,“空化作用”提供了物质在发生物理、化学变化时所需的能量,但是理想的清洗速度和效果还要取决于清洗介质,即清洗液的性质。这种性质体现在清洗液与污物间所发生的各种物理、化学变化,要能够削弱和去除污物与玻璃零件表面间的附着力和结合力,并伎清洗保持原有的表面外观。

    ODS清洗剂是指用于清洗、溶剂或其它用途(干洗、涂改液)的CFC-113,CTC和TCA。中国ODS清洗行业包括用于电子、邮电、航空、航天、轻工、纺织、机械、医疗器械、汽车、精密仪器等所有使用ODS作为清洗剂的企业。两种主要的ODS清洗剂是CFC-113和TCA。

    ODS清洗剂淘汰目标
    清洗剂名称 开始淘汰时间 终淘汰时间
    CFC-113 三氟三氯乙烷 2000年 2006年1月1日前
    CTC 1.1.1三氯乙烷 2002年 2003年6月1日前
    TCA 四氯化碳 2000年 2010年1月1日前
    允许使用的替代品 金属清洗

    (a)半水系/水系清洗剂
    包括使用萜类、石油醚类和乙醇的半水系清洗剂。其符合金属清洗方面对清洗剂能力的要求。这些替代品的每一种都有可能占据金属清洗市场的70%。
    安装再生和循环使用这种清洗剂的系统。这既保护水资源带来重要的益处,也降低了清洗工艺的操作成本。并依据关于废水处理的要求进行污水处理。
    (b)有机清洗剂
    这种可接受性不仅对单独的有机溶剂,也对混合使用的有机溶剂。虽然这些化合物对人类健康有毒害作用,但这些危害可以通过技术措施予以控制和处理。
    这些溶剂的使用者应考虑回收和处理失效的有机溶剂,在使用有机溶剂清洗时应该考虑污染预防的原则,例如采用适当排放控制措施,将会从来源上减少污染。
    (c)其它的含氯溶剂
    三氯乙烯(TCE)、全氯乙烯(perc)和亚甲基氯(meth)都是可接受的CFC-113和MCF的替代品。这些替代品的化学性质可以符合超过80%的金属清洗的需要。由于这些化合物的毒性较高,它们可能会对工人和附近的居民造成危害。但是,这些危害可以根据现有的环境标准进行控制,包括有适当的通风排气装置以及好的工作习惯。在金属清洗操作方面为三氯乙烯的高允许排放浓度为50 ppm,对亚甲基氯为25 ppm。

    精密清洗

    (a)半水系/水系清洗剂
    半水系和水系清洗剂是可接受的。得出这种结论的原因与在金属清洗部分所讲的相同。这两类清洗剂都有可能占据大约65%的精密清洗市场。
    (b)其它的含氯溶剂
    对于这些替代品在精密清洗这一终用途方面的危害性分析,假定由于精密清洗过程的释放量等于或少于金属清洗的排放,所以暴露量也会等于或少于金属清洗的暴露量。因此其危害性也会等于或低于金属清洗造成的危害性。
    ( c)可溶性有机清洗剂
    这种可接受性的定义可以扩展到单独使用或混合使用的有机溶剂。
    (d)超临界流体清洗、等离子体清洗和紫外-臭氧清洗
    超临界流体清洗、等离子体清洗和紫外-臭氧清洗作为替代者都是可接受的。由于臭氧对人体健康有危害,使用这种化合物的工作场所应遵守制定的限制标准。
    (e)挥发性甲基硅氧烷
    在精密清洗方面,十二甲基环六硅氧烷、六甲基二硅氧烷、八甲基三硅氧烷、十甲基四硅氧烷都是可接受的替代品。危害性鉴定显示,这些替代品的释放通常都低于会引起健康危害的标准。

    当前的替代趋势——电子清洗

    清洗是经济和环境保护的替代技术;如果需要清洗
    水溶性的清洗广泛,污水处理相对简单;大部分情景成本低于CFC-113;
    加入皂化剂的水清洗,由于碱性对部分材料有破坏性,水处理要求高,成本高;
    碳氢表面活性剂-半水洗,设备投资高、污水处理高;
    小企业清洗设备每台$ 50,000。

    当前的替代趋势——精密清洗

    HCFC-225是用量多的替代品
    HFEs和HFCs 用途广泛但高GWP值
    水洗和半水洗程序复杂
    NPB正在进入该市场

    Chemical Life time GWP Use
    HCFC-123 1.4 93 清洗剂
    HCFC-225 2-6 170-530 清洗剂
    HCFC-141b 9.5 630 清洗剂
    HFC-43-10mee 17.1 1,300 清洗剂
    CF4 50,000 6,500 精密清洗和低温制冷剂
    C2F6 10,000 9,200 精密清洗剂
    C3F8 2,600 7,000 精密清洗和低温制冷剂
    C6F14 3,200 7,400 精密清洗剂
    当前的替代趋势——金属清洗

    溶剂清洗
    水洗
    水洗加表面活性剂
    依然不少清洗使用存储的CFC-113/TCA