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一招解决光学玻璃清洗难点已有1人参与
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背景 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]。 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。 实验介绍 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、工艺条件 恒温55-60℃，光学清洗剂与水1:8比例稀释作为工作液。 3、实验内容 选取光学玻璃试样： 1）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，冷却干至室温称量，记录重量后备用。 2）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。 3）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。 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% 其中：A1 清洗前玻片质量，A2 清洗后玻片质量，A 干净玻片质量。 结果与讨论 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，渗透到皂层内部； 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的效果[3]。 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1:8比例稀释液作为工作液，在光学玻璃表面进行试验。 ❶由图1可知，在10-60℃范围内，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。 ❷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； ❸ 75℃后，随温度升高，其去污率快速减少，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，结果如图1所示。 2、清洗剂浓度对清洗能力的影响 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。在稀释1-10倍范围内，其去污率随着倍数增大，缓慢减小，但基本变化不大；10倍以后，其去污率基本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、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。 本文所配置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连接键强度较Si-O键弱的多[4]，因此，其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。 ☆ 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形成不溶性的沉淀，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 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主要赋予了清洗剂清洗效果好，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 70 g/L， B 30 g/L， C 20 g/L，此时清洗剂去污能力高，低泡易漂洗，浊点高热稳定性好。 技术指标 通过研究，我们配置出来的光学玻璃清洗剂配方组成为： 组分 投料量（g/L）） 氢氧化钾 40 碳酸钙 10 硅酸钙 20 三乙醇胺 12 乙二胺四乙酸二钠盐 15 葡萄糖酸钠 20 非离子表面活性剂A 70 非离子表面活性剂B 30 非离子表面活性剂C 20 增溶剂 5 去离子水 余量 在55-70℃温度下，按与水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，环保高，成本低。 |
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