Моющее средство
DETERGENT

Изобретение относится к области технологии приборостроения и может быть использовано в качестве универсального средства для отмывки электронных компонентов, печатных плат, а также механических и оптических устройств, металлических поверхностей и изделий из монокристаллического кварца от флюсов, механических, масляных, жировых загрязнений, клейких веществ и абразивов.
Актуальными технологическими требованиями, предъявляемыми к моющим средствам и отмывочным жидкостям в технологии приборостроения, являются универсальность применения для различных видов загрязнений; пожарная и экологическая безопасность, в том числе для здоровья персонала; высокое качество и эффективность отмывки, а также экономичность в использовании.
В настоящее время в технологических операциях отмывки печатных плат наряду с традиционными моющими средствами на основе спиртобензиновых смесей используются современные эффективные моющие средства как на водной основе, так и на основе растворителей, марок «Аквен», «Лира», «Zestron», «Vigon» и др., обладающие высокой отмывочной способностью, низкой токсичностью, пожарной и экологической безопасностью, отсутствием содержания поверхностно-активных веществ (ПАВ). («Технология очистки печатных плат», сайт «Инновационные Технологии для электронной промышленности», www.inoteh-ltd.ru. (А. Ефремов, А. Большаков «Компания ZESTRON-лидер в области отмывки журнал «Электроника НТВ», выпуск 7, 2005 г.).
Однако серьезными недостатками современных отмывочных жидкостей является их специализация на отмывке печатных плат от остатков различных флюсов, а также многокомпонентность составов, нередко включающих дорогостоящие вещества. Это требует повторного использования, что обеспечивается введением промежуточной фильтрации и последующего восстановления моющих средств, а также обязательной последующей утилизации, что усложняет технологию и влечет существенные материальные затраты на их применение.
В течение длительного периода в данной области техники традиционно используются отмывочные жидкости на основе органических растворителей, а также с содержанием силиката натрия на водной основе или на основе органических растворителей, преимуществом которых является более широкая область применения в отношении удаляемых загрязнений.
Известно моющее средство на водной основе, предназначенное для очистки радиоэлектронной аппаратуры от канифольных флюсов, масел, смол и водорастворимых загрязнений, содержащее, мас. %:
ПАВ алкилбензосульфонат натрия
0,5-0,8
ПАВ динатрийметиленбиснафталинсульфонат
1,5-2,0
гидрат окиси калия
0,8-1,0
триполифосфат натрия
1,5-2,5
силикат натрия
0,37-1,2
вода
до 100
Недостатком известного моющего средства является его сильнощелочная среда с добавлением поверхностно-активных веществ (ПАВ), что затрудняет отмывку и не обеспечивает полное удаление моющего средства с поверхности изделий (АС СССР №896063, 05.02.1980, С11D 1/12).
Известно также моющее средство для очистки печатных плат с электрорадиоэлементами от канифольных флюсов, масляных, механических и др. загрязнений, содержащее, мас. %:
метасиликат натрия
0,2-0.5
кальцинированную соду
0,6-1,2
ПАВ
0,02-0,3
воду
до 100
Моющее средство обладает пониженной щелочностью состава, однако наличие ПАВ в растворе затрудняет финишную отмывку и негативно влияет на коррозионную стойкость компонентов платы (АС СССР №1616984, С11D 3/04, 1988).
Для более современных аналогов, содержащих силикат натрия, характерно увеличение количества компонентов состава при узкой области применения средства, что значительно усложняет их изготовление, применение и увеличивает стоимость.
Так, из патента КНР (CN 106221962, C11D 1/83, 14.12.2016) известен раствор для очистки печатных плат на водной основе, который содержит в масс. долях:
композитное ПАВ
5-12
металлический ионный абсорбент
0.2-2
флокулянт
0,05-0,8
силикат натрия
1-7
карбонат натрия
2-5
изоамиловый спирт
10-25
диметиламин
1-3
вода
60-90
В патенте КНР (CN 103555447, C11D 1/83, 05.02.2014) приведен состав моющего средства на водной основе, предназначенного для аналогичных целей, которое содержит в масс. долях:
этиленгликоль
13-18
ацетон
20-25
силикат натрия
2-3
цитрат натрия
3-4
этанол
30-35
ПАВ трихлоргидроксидифениловый эфир
2-3
фосфат натрия
2-3
ПАВ глицерол моностеарат
3-4
ПАВ диэтаноламид кислоты кокосового масла
1-2
вспомогательные вещества
4-58
вода
100-120
Кроме того, общим и существенным недостатком перечисленных аналогов является то, что моющие средства, имеющие в составе щелочной силикат натрия, дополнительно содержат другие соли натрия, что препятствует силикату натрия в полной мере проявить свойства диспергатора при взаимодействии с загрязнениями.
Известны также моющие средства на основе органических растворителей, также применяемые преимущественно для очистки печатных плат.
Известен состав моющего средства, предназначенного для отмывки печатных плат от остатков флюса и припойной пасты, включающий смесь органических растворителей, мас. %:
этилкарбитол
30-50
диацетоновый спирт
25-40
бутанол
8-16
диметилформамид
7-13
триэтаноламин
1-5
Недостатками приведенного моющего средства являются узкая область применения, содержание ЛВЖ, повышающих пожароопасность средства, а также необходимость в его последующей утилизации (Патент РФ 2445352, C11D 7/22, 16.08.2010).
Примером моющего состава для очистки печатных плат от флюсов, включающего смесь органических растворителей, является состав, содержащий, мас. %:
Этоксипропоксипропанол
20
N-метил-2-пирролидон
50
N-бутоксипропанол
30
Недостатком аналога является то, что при использовании этого моющего средства необходима система фильтрации, а также возврат производителю для восстановления моющих свойств, что усложняет технологию и удорожает его использование (Патент США №5486314, C11D 1/44, 23.01.1996).
В составы описанных выше известных моющих средств входят различные органические растворители, за исключением бензилового спирта.
За прототип предлагаемого изобретения выбрано моющее средство, предназначенное для очистки печатных плат от флюсов, органических загрязнений и ионов металлов, состав которого содержит, в том числе, силикат натрия и органический растворитель, в следующих масс. долях:
Дипропиламид лития
1-2
Этиловый эфир фосфорной кислоты
2-6
Бутоксиэтанол
20-24
Этанол
25-40
Силикат натрия
2-3
Этилендиаминтетроуксусная кислота
4-6
Нитроэтан
10-12
Гликолят натрия
2-3
Вспомогательные
4-5
Вода деионизованная
100-120
Средство обладает высокой растворимостью и высокой степенью отмывки, не оказывает отрицательного воздействия на радиокомпоненты и экологически безопасно (Патент КНР CN 103054042, C11D 1/34, 29.01.2014).
Однако к недостаткам прототипа относятся узкая область применения; многокомпонентность состава, усложняющая его приготовление и увеличивающая стоимость композиции; содержание поверхностно-активных веществ, затрудняющих финишную отмывку; наличие в составе пожароопасносных легковоспламеняющихся жидкостей.
Таким образом, для известных из уровня техники аналогов и прототипа заявленного моющего средства характерен ряд общих недостатков:
- узкая область применения;
- сложный, многокомпонентный состав;
- труднодоступность и дороговизна ряда компонентов;
- наличие в составе поверхностно-активных веществ;
- сложность отмывки;
- необходимость введения в состав антикоррозионного компонента в ряде случаев;
- повышенное содержание ЛВЖ в ряде растворов;
- необходимость утилизации отходов и очистки сточных вод.
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является устранение указанных недостатков и создание моющего средства, состав которого обладает универсальностью действия по удалению широкого спектра загрязнений, имеет минимальное количество компонентов, прост в приготовлении, отвечает современным требованиям экологической и производственной безопасности, упрощает технологию отмывки, экономичен в использовании, а также имеет низкую стоимость компонентов по сравнению с другими аналогами.
Решение поставленной задачи достигается тем, что моющее средство, содержащее силикат щелочного металла, органический растворитель и воду, согласно изобретению содержит силикат натрия, или калия, или лития в сочетании с бензиловым спиртом, используемым в качестве органического растворителя, в следующем соотношении, мас. %:
Щелочной силикат
0,1-2
Бензиловый спирт
1.5-3.5
Вода остальное
до 100
Указанный технический результат обеспечивается за счет взаимодействия входящих в состав моющего средства трех компонентов - щелочного силиката, являющегося диспергатором прочносвязанных загрязнений; стабильного в щелочной и кислой среде бензилового спирта, используемого в качестве органического растворителя и обладающего свойствами солюбилизатора; а также воды.
Раствор бензилового спирта в воде имеет эмульсионную структуру, которая изменяется при введении щелочного силиката, образуя практически прозрачный раствор с микроэмульсионной структурой. Именно сочетание щелочного силиката и бензилового спирта в водной среде позволяет усилить известные свойства каждого компонента и выявить дополнительные. Таким образом, при смешении совокупности указанных компонентов в указанном соотношении в водной среде образуется микроэмульсия, являющаяся универсальным моющим средством, обеспечивающим взаимодействие с загрязнениями и отвод продуктов взаимодействия от очищаемой поверхности.
Это существенно отличает предлагаемый состав от составов известных моющих средств, содержащих щелочной силикат только в виде силиката натрия, и в которых требуемые характеристики достигаются набором отдельных компонентов в количестве, доходящем до 10, включая ПАВ. При таком количестве компонентов сложно обеспечить однородность состава и выполнение конкретных функций компонентов в полном объеме.
Заявленное моющее средство не содержит хлорфторуглеродов, галогенов, поверхностно-активных веществ и поэтому легко смывается водой. Обработка в моющем средстве может проводиться как при комнатной, так и при повышенной температуре в зависимости от цели использования. Моющее средство обладает антикоррозионными свойствами за счет содержания в составе бензилового спирта.
Отсутствие в его составе токсичных веществ также делает его безопасным для здоровья персонала. Оно экологически и пожаробезопасно, не наносит вреда окружающей среде, не требует утилизации отходов и очистки сточных вод.
Компоненты моющего средства имеют легкую доступность и низкую стоимость, а процесс приготовление раствора несложен и осуществляется при комнатной температуре.
Пример 1
Моющее средство, содержащее, мас. %:
силикат калия
0,2
бензиловый спирт
1,5
вода до
100
Раствор готовят смешением отдельных компонентов при комнатной температуре. Раствор используют для отмывки кварцевых кристаллических элементов после химического полирования при их возвратно-поступательном перемещении. Последующую отмывку производят горячей деионизованной водой, а затем проточной деионизованной водой, с сушкой в центрифуге в атмосфере азота. Контроль качества отмывки проводили элементным анализом на поверхности кристаллического элемента с использованием рентгеновского фотоэлектронного спектрометра РН15500 VersaProbell по результатам спектра относительной элементной чувствительности, спектра Si2p и спектра N1s высокого разрешения.
2
Химическое состояние кремния, определенное по спектру Si2p, соответствует SiO. По спектру N1s высокого разрешения было обнаружено 0.3% примесей азота. Адсорбированный азот связан с адсорбированными углеводородами. Это единственный вид примесей, обнаруженных на поверхности кристаллического элемента, содержание которых определяется на уровне фона.
Пример 2
Моющее средство предназначено для отмывки печатных плат от флюсов и содержит, мас. %:
силикат натрия
0.15
бензиловый спирт
1.9
вода
остальное
Процесс отмывки производят в ультразвуковой ванне с последующей отмывкой деионизованной водой. Контроль отмывки проводился с использованием оптического микроскопа и теста ZESTRON Flux Test. Результат контроля показал отсутствие остатков флюса на поверхности печатных плат.
Пример 3
Моющее средство предназначено для отмывки металлических поверхностей от клеящей мастики на основе воска и имеет состав, мас. %:
силикат натрия
2
бензиловый спирт
3,5
вода
остальное
Процесс склейки осуществляют при температуре 180°С. Остатки мастики имеют коричневой цвет. Процесс отмывки проводят при температуре 40-60°С с последующей отмывкой водой. Контроль отмывки проводился с помощью оптического микроскопа. Наблюдалась однородная металлическая поверхность с полным отсутствием следов мастики.
Пример 4
Струйную отмывку стеклянных элементов от жировых загрязнений производят в моющем растворе следующего состава, мас. %:
силикат натрия
0,5
бензиловый спирт
2,5
вода
остальное
Удаление моющего раствора проводится последующей промывкой в горячей и проточной деионизованной воде. Исследование поверхности с использованием электронного микроскопа Hitachi ТМ 3000 не выявило наличие посторонних примесей.
Пример 5
Вариант заявляемого моющего средства для очистки железоокисных шаблонов имеет состав, мас. %:
силикат лития
0.1
бензиловый спирт
2.0
вода
остальное
Процесс проводился в УЗ-ванне с последующей отмывкой в деионизованной воде. Качество отмывки определялось при контроле с помощью оптического микроскопа и при проведении последующих фотолитографических процессов по отсутствию не проявленных областей, что свидетельствует о качественной отмывке шаблона от загрязнений.
Пример 6
Очистка металлических кассет для шлифовки от абразивных материалов с использованием моющего средства следующего состава, мас. %:
силикат калия
2.0
бензиловый спирт
2.5
вода
остальное
Очистка позволяет восстановить плоскостность кассет, что подтверждается при контроле плоскостности на пробном стекле.