水基光学玻璃清洗剂的研究

张 浩，胡 磊

（苏州禾川化学技术服务有限公司，江苏苏州，215000）

水基光学玻璃清洗剂的研究

张 浩，胡 磊

（苏州禾川化学技术服务有限公司，江苏苏州，215000）

本文论述了一种新型的水基光学玻璃清洗剂的研制过程，成功解决光学玻璃清洗剂中低泡、环保、清洗效率等问题，该类清洗剂清洗完后在玻璃表面残留极少，不会影响玻璃的进一步加工。

水基清洗剂；光学玻璃；低泡；环保

1 前言

光学玻璃是现代光电技术产业的基础，特别是进入21世纪以后，随着光学与电子信息科学及新材料的不断交叉融合，作为光电基础材料的光学玻璃更是在多方面得到迅速发展[1]。光学玻璃在生产工艺流程中，需要大量的清洗环节，特别要求清洗干净无残留，不损伤基材表面。传统的清洗剂一般为有机溶剂型，其在清洗玻璃表面的切削液、研磨粉、油污、手指印等的过程中，难免会有大量的溶剂挥发，其常用的有机溶剂为卤代烃溶剂，芳香烃溶剂等。该类有机溶剂吸入人体后不仅对操作人员的健康不利，还对工厂存在较大的消防安全隐患。因此，以水为溶剂的水基型清洗剂应运而生，凭借其环保、成本低，得到了突飞猛进的发展。但使用这些水基型清洗剂普遍存在清洗效果不佳，清洗剂残留量大，进而影响下一步镀膜的附着力。本文通过大量实验研究，得到一种清洗效果好、效率高、热稳定性好、残留物极少的安全环保光学玻璃清洗剂。

2 实验

2.1 实验器材及药品

器材：恒温磁力搅拌器，分析天平，光学玻璃片

药品：氢氧化钾（化学级），碳酸钠（化学级），硅酸钠（化学级），三乙醇胺（工业级），EDTA-2Na（化学级），葡萄糖酸钠（化学级），非离子表面活性剂A、B、C，增溶剂。

2.2 工艺条件

恒温55～60℃，光学清洗剂与水以1∶8比例稀释作为工作液。

2.3 实验内容

选取光学玻璃试样：尺寸为30mm*90mm，厚度为2mm，将光学玻璃试样用丙酮清洗后烘干干燥，冷却至室温称量，记录重量后备用。将各类混合油污及粉尘均匀涂抹在试片表面，称重记录备用。将配置的工作液放入烧杯中，在恒温磁力搅拌器搅拌，模拟流动液体，清洗备好的光学玻璃试样，约2～3min。洗净的样片用纯水漂洗两遍，烘干干燥，冷却至室温称量，记录重量后备用。

2.4 清洗能力判定

a．肉眼观察样片表面清洗状况

b．水滴在样片表面铺展状况

c．重量法[2]来对清洗液去污能力进行评定，公式如下：

去污力=（A1-A2）/(A1-A) *100%

式中 A1 清洗前玻片质量，A2 清洗后玻片质量，A 干净玻片质量。

3 结果与讨论

3.1 温度对清洗能力的影响

通常我们认为碱性清洗剂的清洗机理是通过以下三个步骤进行：a）样片表面的油脂与清洗剂中的碱性物质进行皂化反应，将油脂转化为易乳化的皂；b）乳化剂对样片表面的皂进行浸润，渗透到皂的内部；c）乳化剂对皂进行乳化，包裹形成水包油的体系，将油脂分散脱离样片表面，进入溶液，从而达到较好的清洗效果[3]。在水溶液中，当温度升高时，有利于皂化反应；乳化剂对皂的浸润渗透也会随着温度的升高而增强，从而更好地去除玻璃样片表面的油脂。但体系中的非离子表面活性剂赋予了清洗剂“浊点”的特性，这类非离子表面活性剂溶于水时靠氢键来使整个分子溶解，当体系温度升高时，氢键断裂，非离子表面活性剂产生脱水现象，溶解度降低，从溶液中析出，变浑浊，使清洗剂去污能力大大下降；非离子表面活性剂由于其含有亲油的一端，析出后还可能附着在样片表面，形成新的污垢。所以在保证清洗剂稳定的前提下，随温度的升高，其清洗能力及效果会大大提升。我们以光学清洗剂与水以1∶8比例稀释液作为工作液，在光学玻璃表面进行试验，结果如图1所示。

由图1可知，在10-60℃，样片残留的污渍逐渐变少，到40℃时，样片表面基本清洗干净，去污率达到90%，水滴在样片表面没有明显收缩现象。同时随着温度的升高清洗剂的去污率先快速增大，后增大变缓；在60～70℃达到去污效果最佳，水滴在样片表面完全铺展，无收缩；75℃后，随温度升高，其去污率快速降低，样片表面出现小白点，这是由于在此温度下非离子表面活性剂达到浊点，从溶液中析出，其乳化清洗能力丧失。因此，该款清洗剂的使用温度应控制在55～70℃为宜。

3.2 清洗剂浓度对清洗能力的影响

图2 不同浓度对清洗剂去污能力影响

在60℃下，我们测试了该清洗剂在不同浓度下去污效果（图2）。由图2可以看出，清洗剂浓度越高，清洗效果越好。稀释1～10倍，其去污率随着倍数的增大而缓慢降低，但变化不大；10倍以后，其去污率随稀释倍数增加呈直线下降。为了降低成本，在保证优异的去污能力的同时，最大限度的稀释清洗剂，因此，优化出其稀释倍数在8～10倍范围内为宜。

3.3 清洗剂成份对清洗能力的影响

玻璃清洗剂成份也是影响去污能力的重要因素。本文所配制的玻璃清洗剂有三种主要组成部分：碱性物质，螯合剂，表面活性剂。下面就对这三种主要成分的作用及其对清洗能力的影响分别阐述。实验测试条件为55～70℃清洗。

3.3.1 碱性物质

本文所用碱性物质包括无机碱和有机碱，无机碱为氢氧化钾、碳酸钠、硅酸钠，有机碱为三乙醇胺。

氢氧化钾是强碱，具有强的皂化能力，与油污进行皂化，得到可溶性的皂。一般其添加量越多，去污能力越强，但光学玻璃材料一般含有碱金属和碱土金属（R）氧化物进入玻璃硅氧网络结构中，而R-O连接键的强度较Si-O键弱得多[4]，因此，它易被强碱性溶液损伤表面。所以，氢氧化钾的用量不宜过多，本文用量在30～50g/L范围内。

碳酸钠的水溶液呈弱碱性，不能起到皂化作用，但可以对油污进行润湿和分散，还可以稳定清洗剂的酸碱值，防止清洗剂因皂化作用对强碱的消耗而发生酸碱值的快速变化，造成清洗效果不稳定的现象。

硅酸钠在水中可水解形成游离碱和硅酸，游离碱具有润湿性，可渗透到油污内部，将油污皂化到溶液中；形成的硅酸可以对强碱有缓冲作用，和碳酸钠配合使用，不但能促进清洗效果，还可保护玻璃不受损伤。

三乙醇胺作为辅助强碱皂化油污使用。它不仅可以与油污进行皂化，还可以充当表面活性剂使用，具有乳化、分散、润湿、渗透的作用。还能附着在玻璃表面保护基材不受损伤；在碱性环境下，与水中的金属离子进行螯合，防止沉淀产生。

3.3.2 螯合剂

本文采用的螯合剂为绿色环保的葡萄糖酸钠和乙二胺四乙酸二钠，因其具有多个配位基团，对水中金属离子具有很强的络合作用，可以防止金属离子与形成的皂生成不溶性的沉淀，附在玻璃表面，影响清洗效果。此二者本身没有清洗能力，但可以增强清洗剂抵抗外部干扰的能力，是常用的清洗助剂。

3.3.3 非离子表面活性剂

表面活性剂的主要作用是降低表面张力、乳化、分散污垢，从而提高清洗效果。本文通过大量测试试验，筛选出水溶性好、乳化清洗效果好、浊点高、低泡的非离子表面活性剂A、B、C。其中A主要赋予清洗剂的清洗效果好，浊点高的特性，B和C主要赋予了清洗剂低泡，易漂洗的特性。试验采用正交实验法对这3种非离子表面活性剂的配比进行优化，最终确定A 70g/L， B 30g/L，C 20g/L，此时清洗剂去污能力高，低泡易漂洗，浊点高，热稳定性好。

4 结论

通过研究，我们配制出来的光学玻璃清洗剂配方组成为：氢氧化钾40g/L，碳酸钠10g/L，硅酸钠20g/L，三乙醇胺12g/L，乙二胺四乙酸二钠盐15g/L，葡萄糖酸钠20g/L，非离子表面活性剂A 70g/L，非离子表面活性剂B 30g/L，非离子表面活性剂C 20g/L，增溶剂5g/L，余量为纯水。在55～70℃下，按与水以1∶8比例稀释，在一定机械外力作用下（超声波，搅拌等），其去污率达到99.5%以上，且不损伤玻片，低泡易漂洗，环保，成本低。

[1] 专利：肖海燕. 一种光学玻璃清洗剂.申请号：201410831076.9

[2] 吴超，吴桂湘，李孜军，等.玻璃表面粘尘与清洁试验研究[J]《清洗世界》2006，22（10）：1-9.

[3] 胡磊，景欣欣.金属表面处理中高碱低泡喷淋清洗剂[J]《工业与公共设施清洁》2015（7）：41-45.

[4] 朱发松.光学玻璃元件水基清洗剂的实验与研究[J]《洗净技术》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