碳氢清洗剂及设备技术简介

碳氢真空清洗机(在日本也叫碳化水素清洗机)是利用碳氢化合物对产品进行清洗的设备,这项清洗技术在日本发展的已经十分成熟.由于碳氢化合物不含ODS物质,对大气臭氧层没有损害,因而在环保方面受到环保部门及用户的欢迎.碳氢化合物具有一定的特点,因此,对清洗设备的设计制造有一定的要求.

本文以日本清洗技术协会与中国洗净协会技术交流关于碳氢清洗剂的介绍的技术资料为主，结合笔者所在公司与日本清洗设备制造商的合作，在设备制造上积累的一定经验，在碳氢清洗机逐渐在中国被接受的时候，与同行业及用户交流经验，推广碳氢清洗技术，达到合理替代含ODS物质清洗机的目的。

曾经被广泛使用的清洗行业的优秀清洗剂CFC-113（氟里昂）以及1.1.1-三氯乙烷（乙烷）已经被全面禁止生产、进口。目前大致使用的有氯系清洗剂（三氯乙烷、三氯乙烯、二氯甲烷等）、水系清洗剂及碳氢系清洗剂等替代品，面对于大多数用户而言，由于含氯系清洗剂可以通过对原有设备略加改造即可使用的优点，可以推测这些用户曾有一段时间均改为使用含氯清洗剂。

然而含氯清洗剂由于有毒，环境控制很严，且由于ISO14000系列对含氯清洗剂有限制要求，企业为了取得ISO14000证书，现在都开始改用碳氢系的清洗剂和水系清洗剂。而水系清洗剂的设备投资成本高、不易干燥，清洗后的产品常会生锈迹、斑点，还需考虑排水问题，及在中国水资源缺乏等问题，现在各厂家已逐步开始研究其替代品。

另一方面，使用非水系清洗剂时需要分开考虑可燃性和不可燃性的问题。碳氢系有可燃性，而且与含氯系清洗剂相比具有不易干燥的弱点。但这些方面已逐步在清洗设备上得到补偿，从而预测碳氢系清洗剂将逐步成为当今替代清洗剂的主流。因此本文以碳氢清洗剂及设备为中心进行介绍。

一、碳氢系清洗剂

1、碳氢系清洗剂的种类

通过蒸馏原油得到的留分溶剂有石油系、石油系碳氢化合物、碳氢化合物系、烃（烃）、工业用汽油等称谓，其定义至今尚不明确。碳氢化合物顾名思义，只是由两种元素组成的化合物。以前曾简单将原油蒸馏精致得到的灯油直接作为清洗剂，由于有臭味，引火性以及从干燥性方面考虑以逐渐不被使用。

现在使用的大多数碳氢系清洗剂并不是原油简单蒸馏精致的产品，而是化学合成品或经过高级精炼处理的产品。碳氢系清洗剂从其化学结构上可以分为正构烃系、异构烃系、环烷烃和芳香烃四类。

正构烃：结构式为CnH2n+1的饱和链烃。直链烃的安定性好、臭味小。将灯油馏分过分子筛萃取，蒸馏调整沸点。也有单一组分的物质。

异构烃：结构式为CnH2n+2的饱和链烃。与直链的正构烃相比，异构烃具有支链，其安全性也好、臭味小。大多为合成制得。

环烷烃：结构式为CnH2n的饱和链烃。碳原子数不同，可有单纯的环状烷烃，具有侧链的环烷烃等。从结构上看比链烃的溶解性好，但安定性、臭味方面稍差。一般将含环烷烃多的原油蒸馏或向芳香系中加入核水至得。

芳香烃：含苯环，溶解力强，由于担心其毒性现在较少使用。

二、碳氢清洗剂的清洗原理

1、清洗机理

非水系清洗剂的清洗原理简单地说是依据溶剂的溶解力进行清洗。基于对油脂或油性污染的溶解性的脱脂机理是：相似相溶原则。汽油、灯油等碳氢化合物容易溶解重油，其它烃类，易与相近的卤代烃（四氯化碳、三氯乙烷等）互溶。水能与具有与水结构相似OH的化合物如R-COOH（低级脂肪酸）、R-OH （低级醇）等互溶也是基于此。异种液体间的溶解性与表面张力、界面张力有密切关系。例如，苯、环烷烃等溶剂的表面张力与焦油、润滑油的表面张力差别不大，两者间的界面张力值近似容易互溶。对于溶剂对油脂或油性污物的溶解性，不同溶剂一定温度下的溶液在冷却过程中，溶质分离的温度越低其对溶质的溶解度就越大。

2、KB值

KB值是喷漆、涂料工业如表示天那水的溶解力而使用的值，指25℃下从120g标准kauri gum-丁醇溶液中析出kauri gum所需要稀释剂的ml数，KB值越高溶解性越好。作为清洗用溶剂溶解力的判别曾以KB值作为指标，但KB值是指对树脂的溶解性，与清洗力无直接关系因而难于作为基准。

3、SP值

清洗用溶剂的溶解性能指标有溶解度参数SP值。SP值用下式表示：

SP值：δ=(△E/V) △E：蒸发能V：摩尔体积

SP值相近的物质具有相近的凝集能，因而易于互相溶解。此现象即相似相溶的经验规则。各物质的SP 值如另页所示。一般碳氢系清洗剂的SP值为7～8，此值因与加工油的SP值（7～8）一致，因此易于溶解，且有高的清洗力。但与树脂的SP值相距甚远，因而不易侵蚀这些材料。同时对于含树脂的污物，醇类的溶解性较差清洗效果不好。选择清洗剂时SP值可以作为一个指标，但仅以数值作为判断比较危险，必须用实际污染油等作清洗性能实验进行评价。

4、物理性

影响清洗力的因素除溶剂的溶解力外，还有热、搅拌、摩擦力、加压、减压、研磨、超声波等物理作用力的影响。不是只考虑其中的一种因素，而是将所有因素通盘考虑才能提高清洗效果。表2是影响清洗力的因素总结。

影响碳氢清洗剂清洗力的因素

化学力：溶解力…界面张力…表面活性剂（助剂）化学反应力…

物理力：加热…促进其它清洗因素的反应、污物的物理变化，被清洗物的物性变化。超声波…由超声所引起的空化作用、加速度、直进流引起的强力剥离、分散。搅拌…为促进被清洗表面与新鲜清洗液的接触的搅拌，由于均一化作（摇动、用提高清洗效果、机械促进被清洗表面污物的剥离，分散剥离回转）后的污物于清洗液中，防止清洗面的再附着。减压…使减压液向细微处浸透，使污物膨胀除去。根据以上影响清洗力的几点因素，碳氢清洗设备在设计和配置上要有所针对性，例如清洗的主功能槽的配置通常如下：工作原理：第一阶段：首先由操作者将欲清洗的产品放入洗篮，然后将洗篮放进设备上料区，通过操作员控制机械臂将洗篮提到清洗主槽。这时气缸驱动槽盖自动关闭清洗槽，真空脱气系统启动，将槽内空气抽尽.在真空状态下可以将需要清洗的产品的狭小缝隙内气体及含在清洗剂中的气体抽出，超声波启动，摇摆