水基光學(xué)玻璃清洗劑的研究

張 浩，胡 磊

（蘇州禾川化學(xué)技術(shù)服務(wù)有限公司，江蘇蘇州，215000）

水基光學(xué)玻璃清洗劑的研究

張 浩，胡 磊

（蘇州禾川化學(xué)技術(shù)服務(wù)有限公司，江蘇蘇州，215000）

本文論述了一種新型的水基光學(xué)玻璃清洗劑的研制過程，成功解決光學(xué)玻璃清洗劑中低泡、環(huán)保、清洗效率等問題，該類清洗劑清洗完后在玻璃表面殘留極少，不會影響玻璃的進一步加工。

水基清洗劑；光學(xué)玻璃；低泡；環(huán)保

1 前言

光學(xué)玻璃是現(xiàn)代光電技術(shù)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，特別是進入21世紀(jì)以后，隨著光學(xué)與電子信息科學(xué)及新材料的不斷交叉融合，作為光電基礎(chǔ)材料的光學(xué)玻璃更是在多方面得到迅速發(fā)展[1]。光學(xué)玻璃在生產(chǎn)工藝流程中，需要大量的清洗環(huán)節(jié)，特別要求清洗干凈無殘留，不損傷基材表面。傳統(tǒng)的清洗劑一般為有機溶劑型，其在清洗玻璃表面的切削液、研磨粉、油污、手指印等的過程中，難免會有大量的溶劑揮發(fā)，其常用的有機溶劑為鹵代烴溶劑，芳香烴溶劑等。該類有機溶劑吸入人體后不僅對操作人員的健康不利，還對工廠存在較大的消防安全隱患。因此，以水為溶劑的水基型清洗劑應(yīng)運而生，憑借其環(huán)保、成本低，得到了突飛猛進的發(fā)展。但使用這些水基型清洗劑普遍存在清洗效果不佳，清洗劑殘留量大，進而影響下一步鍍膜的附著力。本文通過大量實驗研究，得到一種清洗效果好、效率高、熱穩(wěn)定性好、殘留物極少的安全環(huán)保光學(xué)玻璃清洗劑。

2 實驗

2.1 實驗器材及藥品

器材：恒溫磁力攪拌器，分析天平，光學(xué)玻璃片

藥品：氫氧化鉀（化學(xué)級），碳酸鈉（化學(xué)級），硅酸鈉（化學(xué)級），三乙醇胺（工業(yè)級），EDTA-2Na（化學(xué)級），葡萄糖酸鈉（化學(xué)級），非離子表面活性劑A、B、C，增溶劑。

2.2 工藝條件

恒溫55～60℃，光學(xué)清洗劑與水以1∶8比例稀釋作為工作液。

2.3 實驗內(nèi)容

選取光學(xué)玻璃試樣：尺寸為30mm*90mm，厚度為2mm，將光學(xué)玻璃試樣用丙酮清洗后烘干干燥，冷卻至室溫稱量，記錄重量后備用。將各類混合油污及粉塵均勻涂抹在試片表面，稱重記錄備用。將配置的工作液放入燒杯中，在恒溫磁力攪拌器攪拌，模擬流動液體，清洗備好的光學(xué)玻璃試樣，約2～3min。洗凈的樣片用純水漂洗兩遍，烘干干燥，冷卻至室溫稱量，記錄重量后備用。

2.4 清洗能力判定

a．肉眼觀察樣片表面清洗狀況

b．水滴在樣片表面鋪展?fàn)顩r

c．重量法[2]來對清洗液去污能力進行評定，公式如下：

去污力=（A1-A2）/(A1-A) *100%

式中 A1 清洗前玻片質(zhì)量，A2 清洗后玻片質(zhì)量，A 干凈玻片質(zhì)量。

3 結(jié)果與討論

3.1 溫度對清洗能力的影響

通常我們認為堿性清洗劑的清洗機理是通過以下三個步驟進行：a）樣片表面的油脂與清洗劑中的堿性物質(zhì)進行皂化反應(yīng)，將油脂轉(zhuǎn)化為易乳化的皂；b）乳化劑對樣片表面的皂進行浸潤，滲透到皂的內(nèi)部；c）乳化劑對皂進行乳化，包裹形成水包油的體系，將油脂分散脫離樣片表面，進入溶液，從而達到較好的清洗效果[3]。在水溶液中，當(dāng)溫度升高時，有利于皂化反應(yīng)；乳化劑對皂的浸潤滲透也會隨著溫度的升高而增強，從而更好地去除玻璃樣片表面的油脂。但體系中的非離子表面活性劑賦予了清洗劑“濁點”的特性，這類非離子表面活性劑溶于水時靠氫鍵來使整個分子溶解，當(dāng)體系溫度升高時，氫鍵斷裂，非離子表面活性劑產(chǎn)生脫水現(xiàn)象，溶解度降低，從溶液中析出，變渾濁，使清洗劑去污能力大大下降；非離子表面活性劑由于其含有親油的一端，析出后還可能附著在樣片表面，形成新的污垢。所以在保證清洗劑穩(wěn)定的前提下，隨溫度的升高，其清洗能力及效果會大大提升。我們以光學(xué)清洗劑與水以1∶8比例稀釋液作為工作液，在光學(xué)玻璃表面進行試驗，結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，在10-60℃，樣片殘留的污漬逐漸變少，到40℃時，樣片表面基本清洗干凈，去污率達到90%，水滴在樣片表面沒有明顯收縮現(xiàn)象。同時隨著溫度的升高清洗劑的去污率先快速增大，后增大變緩；在60～70℃達到去污效果最佳，水滴在樣片表面完全鋪展，無收縮；75℃后，隨溫度升高，其去污率快速降低，樣片表面出現(xiàn)小白點，這是由于在此溫度下非離子表面活性劑達到濁點，從溶液中析出，其乳化清洗能力喪失。因此，該款清洗劑的使用溫度應(yīng)控制在55～70℃為宜。

3.2 清洗劑濃度對清洗能力的影響

圖2 不同濃度對清洗劑去污能力影響

在60℃下，我們測試了該清洗劑在不同濃度下去污效果（圖2）。由圖2可以看出，清洗劑濃度越高，清洗效果越好。稀釋1～10倍，其去污率隨著倍數(shù)的增大而緩慢降低，但變化不大；10倍以后，其去污率隨稀釋倍數(shù)增加呈直線下降。為了降低成本，在保證優(yōu)異的去污能力的同時，最大限度的稀釋清洗劑，因此，優(yōu)化出其稀釋倍數(shù)在8～10倍范圍內(nèi)為宜。

3.3 清洗劑成份對清洗能力的影響

玻璃清洗劑成份也是影響去污能力的重要因素。本文所配制的玻璃清洗劑有三種主要組成部分：堿性物質(zhì)，螯合劑，表面活性劑。下面就對這三種主要成分的作用及其對清洗能力的影響分別闡述。實驗測試條件為55～70℃清洗。

3.3.1 堿性物質(zhì)

本文所用堿性物質(zhì)包括無機堿和有機堿，無機堿為氫氧化鉀、碳酸鈉、硅酸鈉，有機堿為三乙醇胺。

氫氧化鉀是強堿，具有強的皂化能力，與油污進行皂化，得到可溶性的皂。一般其添加量越多，去污能力越強，但光學(xué)玻璃材料一般含有堿金屬和堿土金屬（R）氧化物進入玻璃硅氧網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，而R-O連接鍵的強度較Si-O鍵弱得多[4]，因此，它易被強堿性溶液損傷表面。所以，氫氧化鉀的用量不宜過多，本文用量在30～50g/L范圍內(nèi)。

碳酸鈉的水溶液呈弱堿性，不能起到皂化作用，但可以對油污進行潤濕和分散，還可以穩(wěn)定清洗劑的酸堿值，防止清洗劑因皂化作用對強堿的消耗而發(fā)生酸堿值的快速變化，造成清洗效果不穩(wěn)定的現(xiàn)象。

硅酸鈉在水中可水解形成游離堿和硅酸，游離堿具有潤濕性，可滲透到油污內(nèi)部，將油污皂化到溶液中；形成的硅酸可以對強堿有緩沖作用，和碳酸鈉配合使用，不但能促進清洗效果，還可保護玻璃不受損傷。

三乙醇胺作為輔助強堿皂化油污使用。它不僅可以與油污進行皂化，還可以充當(dāng)表面活性劑使用，具有乳化、分散、潤濕、滲透的作用。還能附著在玻璃表面保護基材不受損傷；在堿性環(huán)境下，與水中的金屬離子進行螯合，防止沉淀產(chǎn)生。

3.3.2 螯合劑

本文采用的螯合劑為綠色環(huán)保的葡萄糖酸鈉和乙二胺四乙酸二鈉，因其具有多個配位基團，對水中金屬離子具有很強的絡(luò)合作用，可以防止金屬離子與形成的皂生成不溶性的沉淀，附在玻璃表面，影響清洗效果。此二者本身沒有清洗能力，但可以增強清洗劑抵抗外部干擾的能力，是常用的清洗助劑。

3.3.3 非離子表面活性劑

表面活性劑的主要作用是降低表面張力、乳化、分散污垢，從而提高清洗效果。本文通過大量測試試驗，篩選出水溶性好、乳化清洗效果好、濁點高、低泡的非離子表面活性劑A、B、C。其中A主要賦予清洗劑的清洗效果好，濁點高的特性，B和C主要賦予了清洗劑低泡，易漂洗的特性。試驗采用正交實驗法對這3種非離子表面活性劑的配比進行優(yōu)化，最終確定A 70g/L， B 30g/L，C 20g/L，此時清洗劑去污能力高，低泡易漂洗，濁點高，熱穩(wěn)定性好。

4 結(jié)論

通過研究，我們配制出來的光學(xué)玻璃清洗劑配方組成為：氫氧化鉀40g/L，碳酸鈉10g/L，硅酸鈉20g/L，三乙醇胺12g/L，乙二胺四乙酸二鈉鹽15g/L，葡萄糖酸鈉20g/L，非離子表面活性劑A 70g/L，非離子表面活性劑B 30g/L，非離子表面活性劑C 20g/L，增溶劑5g/L，余量為純水。在55～70℃下，按與水以1∶8比例稀釋，在一定機械外力作用下（超聲波，攪拌等），其去污率達到99.5%以上，且不損傷玻片，低泡易漂洗，環(huán)保，成本低。

[1] 專利：肖海燕. 一種光學(xué)玻璃清洗劑.申請?zhí)枺?01410831076.9

[2] 吳超，吳桂湘，李孜軍，等.玻璃表面粘塵與清潔試驗研究[J]《清洗世界》2006，22（10）：1-9.

[3] 胡磊，景欣欣.金屬表面處理中高堿低泡噴淋清洗劑[J]《工業(yè)與公共設(shè)施清潔》2015（7）：41-45.

[4] 朱發(fā)松.光學(xué)玻璃元件水基清洗劑的實驗與研究[J]《洗凈技術(shù)》2003（5）：20-23.

The Research on the Water-based Cleaning Agent for Optical Glass

Zhang Hao,Hu Lei
(Suzhou Hechuan Chemical Technical Service Co., Ltd., Suzhou, Jiangsu 215000）

In the paper, a novel water-based cleaning agent for optical glass was developed to address the low-foaming, environmentally friendly, cleaning efficiency and other issues concerning optical glass cleaning agent. The agent shows advantages of excellent cleaning efficiency and few residues detected after being applied, which will not further affect the processing of optical glass.

water based cleaning agent; optical glass; low foam; environmentally friendly

TQ649

C

1672-2701（2017）11-46-04