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氟系清洗剂在使用过程中对大气臭氧层有微量影响,目前作为一种过渡性替代清洗剂使用,按《蒙特利尔议定书》的有关规定,有的至2040年禁止使用。
非水系清洗剂的清洗方式,按产品的清洗要求,可分为浸洗、超声波、喷淋洗、蒸气洗等数种,也可以采用不同方式的组合清洗。
(4)免清洗技术
免清洗技术分为两大类。
一类用于印刷线路板,另一类用于金属零件加工。
用于印刷电路板的免清洗技术归纳为以下三种:
①松香型焊剂—— 回流焊用惰性松香焊膏(免洗焊膏)一一免清洗
②水溶性焊剂——焊接后用水清洗
③低固态含量助焊剂——波峰焊接——免清洗在组装精度、密度、可靠性要求不太严格的常规消费类电子产品中,第一种免清洗技术用得最多。
目前,一些冲压零件、压缩机零件、薄金属板零件,通过加工工艺的改进或使用特殊的挥发性加工油,也可使用某些固体性物质经喷射工艺,直接完成零件的成形,较典型的例子有下面两种:
①薄板成型加工免清洗工艺
②压缩机定子免清洗工艺(空气洗)
2.替代清洗剂介绍
(1)替代清洗剂的分类和选择
到目前为止,替代CFC—113、1,1,1—三氯乙烷和四氧化碳的清洗剂品种和组成成分是多种多样的。
按照化学物质分类,大致上有以下几种,见表3.1。
在替代清洗剂的选用上,应该从其具有的特征加以适当考虑,这里以碳氢化合型清洗剂为例,说明选择、使用上的注意点,(见表3.2)。
选择上的注意点:
①要考虑被清洗物的特征,形状是简单或复杂的、形状是大是小的、每次清洗数量的多少等以及被清洗物所污染的程度等。
清洗度的要求,是一般清洗还是精密清洗。
②清洗剂使用时要注意防火、贮存、使用量的要求。
对清洗异味的排除、防静电等要求等都需适当考虑。
(2)水系清洗剂
水系清洗剂是目前应用范围最广的一种替代清洗剂,在各类产业中的使用量逐年增加,已经以多品种商品化形式推向了市场。
水系清洗剂主要通过界面活性作用,由清洗剂的润湿、浸透去除污染物,再经碱性和界面活性剂的乳化、分散作用,将污染物从被洗物体表面剥离。
界面活性剂是作为提高漂洗工序中的清洗性而加入的。
在被洗物脱离清洗槽后,其表面还留有包含清洗剂在内的污染物质,经漂洗时界面活性别的作用和水的置换,将污染物析出,做到完全清洗。
界面活性剂的固有性质能将水和油加以混合,具有良好的亲水性和亲油性,如果使用中能使亲水性、亲油性达到平衡,这时水漂洗性最好,且具良好的发泡性。
如果选择亲油性强,浊点低的界面活性剂,可以提高漂洗液的油水分离性,但是同平衡性好的界面活性剂相比,可能会降低漂洗性能。
通常在清洗焊剂残渣用清洗剂中添加酸性物质,在清洗油污的清洗剂中添加碱性物质。
清洗对象见表3.3。
常见的水系清洗方式有:
超声波方式、喷雾方式、摇动方式、喷淋方式、电解方式等。
利用水系清洗剂的特点是在原来使用氟里昂、1,1,1一三氯乙烷的清洗工序上,对被清洗物表面所有的残留物进行清洗。
清洗
后,被洗物上清洗剂的残留量少,对零件/元件下一工序的操作沿有影响,适合于下一道工序的电镀、喷涂、热处理或进行防锈、润湿处理。
对一些清洁度要求高的产品,清洗后还必须增加一道漂洗工序,这样就要求实施符合规定的排水处理,或利用封闭型排水处理系统。
目前国内外较为流行的清洗/排水一体化处理系统(见图3.3)。
一体化处理系统的优点是可以增加清洗剂使用寿命,减少清洗废液的处理频度。
其工作原理:
经分离膜、过滤膜、渗透膜的处理,再经过活性炭、离子交换树脂的吸附处理,形成一个去除油分的净化系统。
一体化循环处理系统的特征有以下数点:
①利用油水分离膜,能迅速地分离除去清洗剂中的油分,增加清洗剂使用寿命;
②采用组合式处理方式,提高漂洗水处理效率和漂洗水的纯度;
②由高级的膜分离技术,使活性炭和离子树脂的损耗小;
④通过漂洗水可对清洗剂重复使用,降低清洗剂的损耗;
⑤清洗装置设计成紧凑形式,容易做到一体化。
见图3.3所示。
(3)半水系清洗剂
半水系清洗剂,是水和有机溶剂加上一定量的界面活性剂而组成的清洗剂,主要有以下四种:
·
水十N甲基2吡喀烷酮十添加剂。
水十乙二醇醚十界面活性剂。
水十碳氢化合物十界面活性剂。
水十萜烯十添加剂。
有机溶剂,通常选择高沸点溶剂使用,其易燃的危险性低,经与水调和后可作为不具着火点的非燃性清洗剂使用,已经推向市场的半水系清洗剂都属这种类型,所以在使用中不必担心发生火
灾或爆炸、不需配置防爆性能的设备等,可以同水系清洗剂一样使用。
以萜烯和硅为主要成分组成的清洗剂,虽然属于不含水的可燃性清洗剂,因在其漂洗工序中需使用水,故分在半水系类。
①半水系清洗剂清洗的主要特征使用高沸点溶剂的半水系清洗剂,最大的不足是清洗后的干燥性差。
作为解决方法,应该在清洗后增加漂洗工序,由水的作用将被清洗物粘有的溶剂去掉,然后再加以干燥,为提高漂洗性能,可在清洗剂中添加一定比例的界面活性剂。
半水系清洗剂的清洗过程,主要有以下三个工序:
a.清洗工序 b.漂洗工序 c.干燥工序
清洗流程要素见表3.4所示。
各工序的要点分别由后面加以说明。
②漂洗工序
清洗后在被清洗物的内外面都粘有一定量的残液,在进入漂洗前,可利用鼓风或离心力作用加以脱液,这样做的目的是减少清洗剂的损耗量,同时也可保持漂洗液的清洁度。
漂洗工序的方法与清洗工序基本上相同,可采用超声波、滚动、液流、喷射等机械应力进行,其作用是对被清洗物实行完好的脱脂处理,漂洗工序的清洗质量,要根据被洗物的最后加工状态、形状来确定。
漂洗工序中的管理要点是对漂洗液的管理,在使用深井水和自来水漂洗时,水中所含的钙和无机离子物较多,这是被洗物产生污垢的原因,另外自来水中氯离子较多,易使被洗物生锈,对容易腐蚀的材质是不适应的。
可使用经混合床式脱氯装置处理成的离子置换水,并可在漂洗液中加入一定的防锈剂。
漂洗中不仅要防止漂洗液的污染,而且必须要使被洗物上所滞留的清洗剂少。
针对干燥工序的干燥效率,同样要注意脱液处理,减少由残液产生的污点。
对漂洗水清洁度的管理,最好使用二个槽以上的对流式供水方式,也可执行连续性的供水方式。
③干燥工序
进入干燥工序的被清洗物,干燥前必须经旋转脱液或鼓风脱液,这样可以缩短干燥时间和抑制锈斑的发生。
干燥方式通常使用热风或温风处理。
如干燥速度过快,对形状复杂、带有盲孔、细缝的被洗物,可能会有残液滞留,这时也可采用减压或真空干燥方式,但真空干燥的不足是传递效率低,由水形成的蒸发潜热使干燥时间拉长,最好采用红外加热器和辐射发热组合型干燥方式。
对脱水困难的被洗物,可以用低沸点且蒸发潜热小的亲水溶剂(异丙醇等),通过水溶解或置换方式,来缩短被洗物的干燥时间。
需说明的是,使用异丙醇类溶剂时,要注意到防火问题。
④半水洗的特征和注意点
半水洗方式具有较强的清洗能力,特别适合采用表面贴装技术(SMT)电路基板的清洗;
适用于流水作业,同时也适应于金属零件和非金属零件的清洗;
使用乳化清洗工序时蒸气压力小、蒸发损失少;
清洗剂配方组合时,可通过防锈剂防止零部件的生锈;
由于清洗中的冲洗力问题,可能会有残余物留存,增加废水的排水处理部分,使设备成本增加;
某些清洗剂使用时会产生有害气味,需增设通风装置;
如选择的半水洗溶剂具可燃性,在生产现场要设置防火设备。
(4)碳氨化合物型清洗剂
碳氢化合物型清洗剂就是原来使用的煤油、轻油类清洗剂。
经过改良的碳氢化合物型清洗剂作为替代物的应用正逐步扩大,近年来已得到较大的发展。
①碳氢化合物型清洗剂的组成和物性
碳氢化合物型清洗剂主要分为直链烷经系、环烷系、芳香族系三类,除芳香族系清洗剂外,另二类清洗剂在使用时,产生的气味对人的皮肤有刺激性和毒性,现正在进一步改进之中,碳氢化合物型清洗剂的组成结构由图3.4表示。
②碳氢化合物型清洗剂的应用
a.使用上的注意点有以下几项:
在清洗带有凹腔或盲孔等零件时,容易发生清洗不良的现象。
在清洗粘有水溶性加工油的零件时,其性能较差,应该配置脱脂和脱水组合型的清洗装置;
清洗中,随着清洗液的逐步污染会使清洗性能降低。
除对污染加以控制外,在制订工艺时要考虑到零件的清洗要求和允许残留污染物的关系。
对清洗液中的加工油添加剂成分,要注意由于添加剂的分解作用,可能对零件和清洗设备有一定腐蚀性;
在清洗后的干燥工序中,要注意其干燥时间与工厂生产节拍相符;
在清洗装置的选型或设计时,要重视生产的安全性,所采用的设备一定要有安全性的保证。
b.带凹腔和盲孔型零件的清洗对策
这类零件清洗后,经干燥蒸发,其内部可能还会留有残液,可适当调整被洗物的固定位置或使用喷射清洗方式,为提高被洗物的脱液效果,也可在局部位置设置风刀脱液。
c.清洗性能的维持
使用CFC—113和1,1,1—三氯乙烷的气相清洗,由于蒸发作用,零件能获得良好的清洗效果。
CFC—113的沸点为48℃,1,1,1—三氯乙烷的沸点为74C,而碳氢化合物型清洗剂的沸点为165~204C,在这样的高温区是不能采用气相清洗的,一般都用浸渍清洗方法。
如何对浸渍清洗的清洗液进行净化处理是急需解决的问题。
浸渍清洗方式在清洗时由于清洗液的污染,对被洗物亦伴有再污染因素。
利用蒸馏再生装置可对污染进行有效的控制,图3.5是利用再生装置进行污染控制的示意图。
再生流量以每小时1升为计算单位,漂洗槽污染的允许浓度为1%,按设定时间进行验算。
24小时后:
无再生装置——污染程度:
清洗槽21% 漂洗槽2.6%有再生装置——污染程度:
清洗槽4% 漂洗槽0.6%(恒定值)
在执行批量清洗和精密清洗时,再生装置是必不可少的,就生产成本而言,不设再生装置,将使清洗剂频繁更换,费用更大。
d.对再生装置的性能要求
再生装置的性能要求有如下几点:
再生纯度高,对漂洗槽液体可实行再生纯度的管理;
再生回收率高,成本低;
清洗剂不产生热岐化,可得到稳定的清洗质量
可以连续循环再生,具有良好的工作效率;
再生的流量可变,工作时无空载;
再生装置的结构简便,维修性好。
e.干燥性和安全性
碳氢化合物型清洗剂的沸点高,在低气压下其干燥时间更长,要加快清洗效率,干燥性是个问题。
一般情况下,要得到良好的干燥性,干燥中应该增加热风量,脱液必须充分。
碳氢化合物型清洗剂的可燃性,是生产过程中必须注意的大问题。
防止对策是:
首先要做好生产场所的环境控制,进行气体置换(氮置换或真空),去除生产现场的氧,防止气体泄漏;
其次要控制火源,装备电子报警系统,有条件的可添置防爆设备,也可使用带防电作用的清洗剂,生产场所必须装备完好的消防设备。
(5)氟系清洗剂
替代CFC—113的氟系清洗剂,大致有HCFC(含氢氟氯化碳)、HFC(含氢碳氟化合物)、HFE(氢氟醚)、PFC(全氟化碳)数种,其中HFC、HFE、PFC类清洗剂本身不具有清洗力,需和其他化合物组合后才能使用。
但是HCFC对臭氧层有微量影响。
HCFC清洗剂可以作为过渡替代物使用,使用量逐年减少,至.2040年全部禁止使用。
本节主要介绍HCFC的特征、性能。
①HCFC清洗剂的性质
HCFC清洗剂主要作为发泡剂使用,替代CFC—11的品种有HCFC一142b(CC12FCH3),与CFC—113非常接近的有HCFC—225(C3HCl3F5),比较性能列于表3.5。
(2)规划编制机关在报送审批专项规划草案时,将环境影响报告书一并附送。
HCFC—141b适合于金属清洗,与甲醇做成共沸混合物后,适用于松香系焊剂的清洗。
HCFC—141b的表面张力和粘度较低,对清洗具细小缝隙的物体很适用。
代表溶解参数的KB值为58,比CFC—113高,对油分、焊剂有良好的清洗能力。
其沸点比CFC—113低15℃,在原来使用CFC—113的清洗设备上,只要稍作改造即可使用。
HCFC—141b的气化潜热偏大,在高湿度场合,要注意到干燥时的结露现象。
该清洗剂没有着火点,可不作为危险品管理,但它具有燃烧范围,在这个范围内要加以注意。
HCFC — 225是 225ca(CF3CF2CHCl2)和225cb(CClF2CF2CHClF)组成的同分异构体混合物。
其沸点与CFC—113在同一范围,KB值与CFC—113相同,表面张力很小,清洗性均衡、良好。
HCFC—225的气体潜热基本与CFC—113一致,可进行气相清洗,且有良好的干燥性。
如和乙醇组成共沸混合物,其物性同CFC—113的共沸混合物相近,可用于各类焊剂的清洗。
表3.6是HCFC—141b、HCFC—225对塑料的影响评价。
试验条件:
在沸点下浸渍3天。
4.选择评价方法
建设项目所处环境的敏感性质和敏感程度是确定建设项目环境影响评价类别的重要依据,环境影响评价文件应当就该项目对环境的影响做重点分析。
由此可见,HCFC—141b对塑料的影响比CFC—113大,对合成橡胶的影响也比CFC—113大,对金属材料,基本上无影响。
HCFC—225的反应,除了在丙烯酸上与CFC—113有区别外,其他类目与CFC—113相比,基本上是接近的。
同样HCFC—225对金属材料也没有不良影响。
②HCFC清洗剂的应用
HCFC清洗剂目前主要作为CFC一113的替代物使用。
在焊剂清洗的替代物上,虽然已经开发了免清洗焊剂、水系、半水系等多种替代技术,来实行电路组装基极的清洗,但对于有高可靠性要求的电路板和高密度组装的基板,一般都利用HCFC清洗剂的低表面张力和低粘度的固有特性,在实际生产线上被广泛使用。
在电子元件、精密元件、光学仪器等行业,利用HCFC清洗剂进行脱脂清洗的情况很多,例如小型复杂元件的清洗、多接点继电器的清洗,易蚀材料的清洗,不允许有清洗污点的元件的清洗等等。
③HCFC清洗剂的安全性和环境影响
经过对HCFC清洗剂的各种毒性测试评价,认为这类清洗剂属低毒性。
HCFC清洗剂环境方面的测试结果的一部分数据列于表3.7。
HCFC225ca和HCFC225cb的大气寿命短,且臭氧破坏系数(0DP)和温室暖化系数(GWP)很低。
与CFCs相比,对环境的影响是很小的。
HCFC141b的ODP为0.11,已经接近于禁用ODs规定的数值,因此UNEP认为,以HCFC141b替代三氯乙烯是不理想的。
目前HCFC清洗剂作为一种过渡性替代物,在一段特定时间内可以使用。
(6)乙二醇系清洗剂
清洗剂中的乙二醇系物质一般无臭无色,可以和多种有机溶剂、水、界面活性剂混合。
经过配方设计的清洗剂性能好,如和水混合后使用,还可去除它的着火点。
利用乙二醇清洗剂的浊点,清洗中油水分离比较容易,可降低排水处理的成本。
由于以乙烯为基础的物质所具有的毒性,对其使用中操作环境的允许浓度作了严格规定(见表3.8)。
而在半导体工业范围内、是以丙烯作为清洗剂基础物质,做成替代物推广应用的。
(2)安全验收评价。
环境影响经济损益分析一般按以下四个步骤进行:
①乙二醇系清洗剂的用途
乙二醇系清洗剂主要用于电路组装基极、SMT、PCB、电子元件、印刷金属网板、液晶模块等,其中对电路基极的清洗是最适合的。
比较明显的特征是对焊剂中松香、活性剂有较强的溶解力,而不伤及电子元件的封装体(树脂)。
像这样平衡性良好的清洗溶剂,在整个乙二醇醚类溶剂中,也没有几种。
目前已经应用的乙二醇系清洗剂,日本多为半水系形式,美国为水系形式。
但随着电路的高密度、高速度化、对电路的特性有了更严格的要求,这种高质量要求的电路基极如果仍使用水系、半水系乙二醇清洗剂,对质量能否保障不得而知。
因此,有人提出用不含有界面活性剂的非水系乙二醇系清洗剂。
非水系乙二醇系清洗剂已经用于卫星通信、航空航天、机械设备等产品中。
②乙二醇系清洗剂的应用及系统
单独使用乙二醇系清洗剂清洗,被洗物的干燥较困难,需要通过水或干燥性良好的漂洗液加以置换,一般都选用价格便宜的异丙醇(IPA),但IPA属于危险易燃物,使用时必须有一定的防护措施。
全氟化碳(PFC)的不燃性和干燥性都不差,若和碳氢化合物型溶剂组成清洗剂是可行的,但与乙二醇系清洗剂组合的话,残液置换性达不到要求,对清洗形状复杂的电路基板不适合,加上使用中液体气化损耗大,将增加生产成本。
由乙二醇清洗液组成的非水系清洗剂,不仅有良好的清洗性能且干燥性能优良,并可对漂洗液进行再循环使用。
图3.6和表3.9分别说明该系统的特征和性能。
(四)建设项目环境影响评价资质管理
四、安全预评价
②乙二醇系清洗剂的应用趋势
使用清洗剂的用户在进行替代品选择时,一般都要考虑到其使用安全性,设备投资费用和生产运转费用等因素。
半水系的乙二醇系清洗剂虽然已经应用,但需在系统中配置废水处理装置。
非水系乙二醇系清洗系统的建立,相对可以弥补水系或碳氢化合物系清洗中的某些不足。
目前乙二醇清洗剂的价格比碳氢化合物系要贵,这是妨碍普及应用的原因。
如使用乙烯类的乙二醇醚做成清洗剂,虽价格低廉,但由于其残留的毒性作为替代清洗剂是不适合的,而实际上丙烯类乙二醇清洗剂的应用,价格又偏高,因此研制无毒且清洗性能良好、低成本的乙二醇清洗剂是今后发展方向。
(7)植物系清洗剂
植物系清洗剂属水溶性清洗剂,安全性能优良,可以在非常广的范围内对污物清洗,特别是对动物油、植物性油、矿物性油等油脂,其清洗能力很强。
除此以外,还具有抗菌、防锈等优点。
①植物系清洗剂的清洗原理
植物系清洗剂是以某种植物提取物为主,与界面活性剂、植物油配制而成的清洗剂。
植物系清洗剂含有非离子界面活性剂,是一种完全不同于其他类型的新型清洗剂,其组成成分至今还不明确。
它具有很强渗透性,通过在污染物表面的浸透,使污物分解、剥离。
清洗液中的污物粒子会聚在由植物清洗剂形成的胶质粒子周围,在静电推斥作用下浮于液体表面,可容易地将污物分离去除,这是植物系清洗剂明显的优点。
②植物系清洗剂的应用方式
植物系清洗剂一般以原液(高浓度状态)方式提供给客户,使用前必须稀释后再用,根据被洗物的不同种类,污染程度,选择相应的稀释倍数。
稀释用的液体,可用软水、硬水、海水等多种,这给用户带来使用上的便利。
植物系清洗剂的使用,一定要让被洗物在清洗液中浸透,可以用刷子、喷流、搅拌方式进行。
对于被粘住的污物,利用浸渍清洗,可得到良好的效果。
用超声波清洗时,可先洗去粘住的油迹,再洗去灰尘、锈迹等。
稀释的清洗液一般常温下即可使用。
对难以洗去的污垢,可用热水进行清洗。
清洗前一定要按照被洗物的种类、污染程度,选择相适应的清洗剂浓度,否则,清洗剂的清洗能力就不能充分发挥。
清洗后的处理:
清洗干燥后的工件表面会粘附一层薄膜,这个薄膜很容易被水溶解,对于被洗工件来说,这个薄膜层具有防锈和抗菌的作用。
(8)溴系清洗剂
近年来,在美国、日本等国已有商品化的溴系清洗剂面世。
溴系清洗剂的主要成份是正丙基溴,据介绍其性能可以同1,1,1—三氯乙烷、三氯乙烯类清洗剂相媲美,可以对电子工业,航空工业,汽车制造工业等行业的精密制造零部件和元件进行完好的清洗。
但是,正丙基溴的ODP值为0.006,其毒性试验仍在进行之中,对其应用无统一定论。
但美国、日本都有一些企业在用。
①溴系清洗剂“ABZOL”的基本性能
日本开发的“ABZOL”清洗剂和其他清洗剂的主要性能列于表3.10。
(3)专项规划环境影响报告书的内容。
除包括上述内容外,还应当包括环境影响评价结论。
主要包括规划草案的环境合理性和可行性,预防或者减轻不良环境影响的对策和措施的合理性与有效性,以及规划草案的调整建议。
安全评价的基本原则是具备国家规定资质的安全评价机构科学、公正和合法地自主开展安全评价。
②溴系清洗剂的特征
a.优异的清洗能力:
其清洗能力基本上同1、1,1—三氯乙烷相同,有良好的润湿性,适合于细槽或凹腔部的浸透清洗:
b.可利用原来的1,1,1—三氯乙烷用清洗机:
其沸点、比重、气化潜热等物理性质类似于1,1,1—三氯乙烷,可使用原来的清洗设备;
c.快速干燥:
其沸点仅70C,清洗后干燥迅速;
d.无着火性:
没有着火点,不属危险物品,可放心使用;
e. 良好的相容性:
对大多数金属无不良影响,可进行热分解或加水分解使用。
③清洗方法和废液管理
可使用的清洗方法有:
a.浸洗(常温或加温、摇动或超声波组合清洗)
b.气相清洗(单槽式—气相清洗)
(双槽式一浸渍清洗→气相清洗)
(三槽式—浸洗:
溶液·
超声波→浸洗:
冷液→气相清洗)
c.喷雾或喷射清洗
清洗中,液体受污染后,其比重和沸点略会随着污染程度的不同发生变化,这时应测定槽液浓度,认定污染量,一般气相清洗槽的油分浓度界限为30wt%。
超过时,就不能进行良好的清洗。
为使清洗液保持稳定的酸中和能力,有时需添加酸稳定剂,但长时间使用稳定性就会逐
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