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超聲波清洗工藝及清洗劑

  • 超聲波清洗技術以其清洗潔淨、清洗快速,並節省大量人力、物力而得到廣泛應用。現從超聲波的清洗原理、超聲波清洗工藝、清洗劑的配制等幾個方面提供意見,以供參考。

    一、超聲波清洗原理

    超聲波清洗機理極爲複雜,到目前爲止,還有許多問題有待研究人員論證,目前,相關人員對以下提法形成了共識,利用超聲場所産生強大的作用力,以促使物質發生一系列物理、化學變化而達到清洗目的。具體來說:當超聲波的高頻(20-50KHZ)機械振動傳給清洗液介質以後,液體介質在這種高頻波振動下將會産生近真空的“空腔泡”,“空腔泡”對清洗對象的強烈的作用稱爲“空化作用”。“空化作用”的有關理論如下:
    1.主腔泡在液體介質中不斷碰撞、消失、合並時,可使用周圍局部産生極大的壓力,這種極其強大的壓力足以能使物質分子發生變化,引起各種化學變化(斷裂、裂解、氧化、還原、分解、化合)和物理變化(溶解、吸附、乳化、分散等)。
    2.共振作用,當空泡胞的本征變化頻率與超聲波的振動頻率相等時,便可産生共振,共振的空腔泡內因聚集了大量的熱能,這種熱能足以能使周圍物質的化學鍵斷裂而引起一系列的化學、物理變化。
    3.當空腔泡形成時,兩泡壁間因産生較大的電位差而引起放電,致使腔內的氣體活化,這種活化了的氣體進而引發了周圍物質活化,從而使物質發生一系列化學、物理變化。可見,“空化作用”提供了物質在發生物理、化學變化時所需的能量,但是理想的清洗速度和效果還要取決于清洗介質,即清洗液的性質。這種性質體現在清洗液與汙物間所發生的各種物理、化學變化,要能夠削弱和去除汙物與玻璃零件表面間的附著力和結合力,並伎清洗保持原有的表面外觀。

    ODS清洗劑是指用于清洗、溶劑或其它用途(幹洗、塗改液)的CFC-113,CTC和TCA。中國ODS清洗行業包括用于電子、郵電、航空、航天、輕工、紡織、機械、醫療器械、汽車、精密儀器等所有使用ODS作爲清洗劑的企業。兩種主要的ODS清洗劑是CFC-113和TCA。

    ODS清洗劑淘汰目標
    清洗劑名稱 開始淘汰時間 最終淘汰時間
    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
    允許使用的替代品 金屬清洗

    (a)半水系/水系清洗劑
    包括使用萜類、石油醚類和乙醇的半水系清洗劑。其符合金屬清洗方面對清洗劑能力的要求。這些替代品的每一種都有可能占據金屬清洗市場的70%。
    安裝再生和循環使用這種清洗劑的系統。這既保護水資源帶來重要的益處,也降低了清洗工藝的操作成本。並依據關于廢水處理的要求進行汙水處理。
    (b)有機清洗劑
    這種可接受性不僅對單獨的有機溶劑,也對混合使用的有機溶劑。雖然這些化合物對人類健康有毒害作用,但這些危害可以通過技術措施予以控制和處理。
    這些溶劑的使用者應考慮回收和處理失效的有機溶劑,在使用有機溶劑清洗時應該考慮汙染預防的原則,例如采用適當排放控制措施,將會從來源上減少汙染。
    (c)其它的含氯溶劑
    三氯乙烯(TCE)、全氯乙烯(perc)和亞甲基氯(meth)都是可接受的CFC-113和MCF的替代品。這些替代品的化學性質可以符合超過80%的金屬清洗的需要。由于這些化合物的毒性較高,它們可能會對工人和附近的居民造成危害。但是,這些危害可以根據現有的環境標准進行控制,包括有適當的通風排氣裝置以及好的工作習慣。在金屬清洗操作方面爲三氯乙烯的最高允許排放濃度爲50 ppm,對亞甲基氯爲25 ppm。

    精密清洗

    (a)半水系/水系清洗劑
    半水系和水系清洗劑是可接受的。得出這種結論的原因與在金屬清洗部分所講的相同。這兩類清洗劑都有可能占據大約65%的精密清洗市場。
    (b)其它的含氯溶劑
    對于這些替代品在精密清洗這一最終用途方面的危害性分析,假定由于精密清洗過程的釋放量等于或少于金屬清洗的排放,所以暴露量也會等于或少于金屬清洗的暴露量。因此其危害性也會等于或低于金屬清洗造成的危害性。
    ( c)可溶性有機清洗劑
    這種可接受性的定義可以擴展到單獨使用或混合使用的有機溶劑。
    (d)超臨界流體清洗、等離子體清洗和紫外-臭氧清洗
    超臨界流體清洗、等離子體清洗和紫外-臭氧清洗作爲替代者都是可接受的。由于臭氧對人體健康有危害,使用這種化合物的工作場所應遵守制定的限制標准。
    (e)揮發性甲基硅氧烷
    在精密清洗方面,十二甲基環六硅氧烷、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。危害性鑒定顯示,這些替代品的釋放通常都低于會引起健康危害的標准。

    當前的替代趨勢——電子清洗

    清洗是最經濟和環境保護的替代技術;如果需要清洗
    水溶性的清洗最廣泛,汙水處理相對簡單;大部分情景成本低于CFC-113;
    加入皂化劑的水清洗,由于堿性對部分材料有破壞性,水處理要求高,成本高;
    碳氫表面活性劑-半水洗,設備投資高、汙水處理高;
    小企業清洗設備每台$ 50,000。

    當前的替代趨勢——精密清洗

    HCFC-225是用量最多的替代品
    HFEs和HFCs 用途廣泛但高GWP值
    水洗和半水洗程序複雜
    NPB正在進入該市場

    Chemical Life time GWP Use
    HCFC-123 1.4 93 清洗劑
    HCFC-225 2-6 170-530 清洗劑
    HCFC-141b 9.5 630 清洗劑
    HFC-43-10mee 17.1 1,300 清洗劑
    CF4 50,000 6,500 精密清洗和低溫制冷劑
    C2F6 10,000 9,200 精密清洗劑
    C3F8 2,600 7,000 精密清洗和低溫制冷劑
    C6F14 3,200 7,400 精密清洗劑
    當前的替代趨勢——金屬清洗

    溶劑清洗
    水洗
    水洗加表面活性劑
    依然不少清洗使用存儲的CFC-113/TCA

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