CN107321720B - 一种高效率激光清洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于工业清洗技术领域，提供了一种高效率激光清洗方法。该方法是首先通过将水相的分散剂和油相的其他助剂充分结合后制得的热膨胀微胶囊，然后加入预处理过的清洗物件表面的混合液膜，经激光照射后，微胶囊的外壳受热软化，发泡剂逸出，迅速产生爆炸性的气化，使得基底表面的污染物松散而脱离物件表面，从而显著提高了激光清洗的效率。该方法不仅清洗效率高，成本低，可用于大部分固体材料的表面清洁，适用范围广，对固体表面无损伤，可用于精密仪器的零件清洗，同时具有环保性，后处理简单，可大规模推广。

Description

一种高效率激光清洗方法

技术领域

本发明属于工业清洗技术领域，提供了一种高效率激光清洗方法。

背景技术

工业清洗是一门新兴行业。在我国发展历史较短，经过改革开放的飞速发展，已经取得一定成效，已成为我国国民经济可持续发展的重要战略决策。同比过去几十年，工业清洗已经不是单纯的简单操作，而是一项需要专业技术，专业设备的新兴产业。当今绿色环保产业渗透覆盖到所有工业领域，已经成为国家市场经济发展的宏观推动形成朝阳产业。工业清洗一般分为化学清洗，物理清洗，生物清洗。

化学清洗技术的发展与清洗剂的进步密切相关，清洗剂经历了简单到复合专项的发展，初期主要是酸洗和碱洗等强腐蚀性的试剂，品种单一，功能性差，缓蚀性能较差，限制了化学清洗的应用。清洗服务的对象主要与石油化工，电力供热等传热设备，由于清洗废液对环境有污染，毒性挥发大，综合技术水平较低。随着清洗助剂、缓蚀剂和复合配液的不断跟进，规划出更加专业高效的清洗产品。化学清洗方式在生产实践中存在很多实际问题，但化学清洗技术将向环保型、功能型、精细化、集成化方向发展。随着精细有机合成技术、生物技术，检测技术等相关技术的进步，化学清洗技术正面临绿色环保方向的转型。弱酸性或中性的试剂取代强腐蚀试剂，水基清洗剂将取代溶剂型和乳液型清洗剂，操作便捷、功能性强。物理清洗技术是通过各种机械外部力量促使污垢粉碎，碾磨、分解并剥离物体表面，从而达到清洗效果，我国物理清洗仍处于发展阶段，一部分设备得到应用。生物清洗技术是通过微生物将设备表面的油污等油污转化为无污染的水溶性物质的过程。

目前我国清洗行业仍处于产生阶段和产业化阶段，在技术水平上仍有较大的提升空间，清洗配剂的简单单一，缓蚀技术与操作工艺的落后，总体清洗水平普遍较低，不能满足国内市场的需要，整体实力较弱，单一的清洗方式具有局限性。我国的清洗行业面临着众多问题，体制上的不足，资金的匮乏，技术的落后，产业转型和环境治理的新要求。国内的清洗剂厂家的产品销售主要通过代理方式。由于工业清洗没有形成一个完善的具象概念和统计范围，暂时没法确定权威的数据统计。总之，我国的工业清洗行业正在向着国际大环境需要的方向发展。

激光清洗作为一种环保可靠的清洁技术,潜在着广阔的发展空间。激光产业的出现推动了光电产业的发展，是信息产业的支柱产业。据前瞻产业研究院测算，2014年国内激光产业市场规模在1300亿元左右。到2016年近期目标时，激光光产业产值预计超4000亿元，增加值上千亿元。激光产业园已建的和正在兴建的已超过16个。我国目前激光企业有3000家以上。激光产业正处于高速增长期。

激光清洗与机械磨擦清洗、化学腐蚀清洗、液体固体强力冲击清洗、高频超声清洗等传统清洗方法相比，有明显的优点。它高效、快捷、成本低，对基片产生的热负荷和机械负荷小，清洗为非损伤；废物可回收，无环境污染；安全可靠，不损害操作人员健康；可以清除各种不同厚度、不同成份的涂层；清洁过程易于实现自动化控制，实现远距离遥控清洗等激光清洗目前有3种清洗方法,激光干式清洗方法、激光湿式清洗方法、激光激波清洗方法，但是一般的激光清洗方法往往存在清洗效率不高、成本高等问题。

针对这种情况，我们提出一种高效率激光清洗方法。其主要在于先对待清洗物表面进行预处理，然后在表面涂覆一层水和乙醇的混合液膜，然后在液膜中加入一些热膨胀微胶囊，使得液膜在激光照射下急剧受热，迅速产生爆炸性的气化使得基底表面的污染物松散，提高了激光的清洗效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效率激光清洗方法，可以解决传统工业清洗品种单一、功能性差、操作复杂、环保性能差、缓蚀技术与操作工艺落后，后续处理工作繁杂等缺点，同时也可以解决一般激光清洗方法效率不高、成本高、工艺复杂等问题。

本发明涉及的具体技术方案如下：

一种高效率激光清洗方法，先对待清洗物表面进行预处理，然后在表面涂覆一层水和乙醇的混合液膜，然后在液膜中加入一些热膨胀微胶囊，使得液膜在激光照射下急剧受热，迅速产生爆炸性的气化使得基底表面的污染物松散。具体步骤如下：

（1）将食盐与水溶性高分子分散剂溶解于去离子水中，一边搅拌一边加入无机分散剂，即为水相。将单体、引发剂、发泡剂及交联剂按一定质量比例混合，搅拌均匀并充分溶解，即为油相。将油相与水相混合，高速剪切乳化，反应5~15min后，转入水浴容器内，通入惰性气体以排除空气，然后在真空状态下升温至60~70℃，恒温密闭反应20~24h。反应结束后，冷却至室温，并抽滤、洗涤、干燥，得到热膨胀微胶囊；

（2）对待清洗物件的表面进行适当预处理后，涂覆一层水和乙醇的混合液膜，然后将步骤（1）所得的热膨胀微胶囊加入到液膜中，采用激光照射液膜，液膜急剧受热，微胶囊的外壳受热软化，发泡剂逸出，迅速产生爆炸性的气化，使得基底表面的污染物松散而脱离物件表面，从而显著提高了激光清洗的效率。

优选的，步骤（1）所述水溶性高分子分散剂为甲基纤维素、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮或聚环氧乙烷；

优选的，步骤（1）所述无机分散剂为氧化铝、二氧化硅或氢氧化镁；

优选的，步骤（1）所述单体为丙烯腈、甲基丙烯腈、甲基丙烯酸或甲基丙烯酸甲酯；

优选的，步骤（1）所述引发剂为偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰或过硫酸盐；

优选的，步骤（1）所述发泡剂为正辛烷或异辛烷、正己烷或异己烷、正戊烷或异戊烷；

优选的，步骤（1）所述交联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯或三羟甲基丙烷三丙烯酸酯；

优选的，步骤（1）所述水相中，食盐的加入量为水的质量的15~30%，高分子分散剂的加入量为水的质量的0.5~1%，无机分散剂的加入量为水的质量的2~3%；

优选的，步骤（1）所述油相中，引发剂的加入量为单体质量的0.7~1%，发泡剂的加入量为单体质量的20~30%，交联剂的加入量为单体质量的2~3%；

优选的，步骤（1）所述水相与油相的混合质量比为3：1~5：1；

优选的，步骤（2）所述液膜中，乙醇与水的比例为2：1~3：1；

优选的，步骤（2）所述热膨胀微胶囊的加入量为液膜质量的3~5%。

本发明中，热膨胀微胶囊的制备及乙醇液膜的形成是关键技术。在悬浮聚合中，每个液珠都是一个微型的反应器。反应过程中，液珠不断被搅拌，反应容器的内部构造及搅拌桨的外形直接关系到微胶囊的成型过程。矮胖型的反应容器，底部空间大，有利于充分混合。瘦长型的反应容器，传热面积大，有利于充分传热。在反应容器内设置挡板，配以轴向搅拌叶，可加强对液体的剪切分散，提高搅拌的均匀性，体系更稳定，所得微胶囊粒径更小，分布更为均匀。反应过程中，对分散液粘度及反应温度的控制很重要。分散液粘度过大，会造成传热不均匀，液珠难以达到引发温度，单体聚合不能匀速稳定进行；粘度过小，液珠在聚合前碰撞融合导致粒径变大，聚合后碰撞导致薄膜破裂，影响气密性及膨胀性能。反应温度过高，聚合物沉积不均匀，导致微胶囊外壳厚度不均；温度过低，反应速度慢，时间长，影响进程。乙醇液膜涂覆时，应尽量保持厚度均匀，微胶囊在乙醇液膜中分布均匀，以达到良好的清洁效果。

本发明提供了一种高效率激光清洗方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：

1.本发明的激光清洗方法，清洗效率高，成本低。

2.本发明的激光清洗方法，可用于大部分固体材料的表面清洁，适用范围广。

3.本发明的激光清洗方法，对固体表面无损伤，可用于精密仪器的零件清洗。

4.本发明的激光清洗方法，其清洗过程具有环保性，后处理简单。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。

实施例1

一种高效率激光清洗方法，其实现高效率清洗作用的具体过程如下：

将20kg食盐与1kg甲基纤维素溶解于100kg去离子水中，一边搅拌一边加入氧化铝，即为水相。将100kg甲基丙烯酸甲酯、1kg偶氮二异丁腈、20kg正辛烷及2.5kg乙二醇二甲基丙烯酸酯混合，搅拌均匀并充分溶解，即为油相。将油相与水相按1:4的质量比例混合，高速剪切乳化，反应5min后，转入水浴容器内，通入惰性气体以排除空气，然后在真空状态下升温至70℃，恒温密闭反应20h。反应结束后，冷却至室温，并抽滤、洗涤、干燥，得到热膨胀微胶囊；对待清洗物件的表面进行适当预处理后，涂覆一层水和乙醇的混合液膜，乙醇和水的质量比例为2:1。然后将质量为液膜质量5%的热膨胀微胶囊加入到液膜中，采用激光照射液膜，液膜急剧受热，微胶囊的外壳受热软化，发泡剂逸出，迅速产生爆炸性的气化，使得基底表面的污染物松散而脱离物件表面，从而显著提高了激光清洗的效率。

实施例2

一种高效率激光清洗方法，其实现高效率清洗作用的具体过程如下：

将30kg食盐与0.6kg聚乙烯醇溶解于100kg去离子水中，一边搅拌一边加入2.5kg二氧化硅，即为水相。将100kg甲基丙烯酸、0.7kg过氧化苯甲酰、25kg异辛烷及2kg乙二醇二甲基丙烯酸酯混合，搅拌均匀并充分溶解，即为油相。将油相与水相按1:5的质量比例混合，高速剪切乳化，反应15min后，转入水浴容器内，通入惰性气体以排除空气，然后在真空状态下升温至70℃，恒温密闭反应20h。反应结束后，冷却至室温，并抽滤、洗涤、干燥，得到热膨胀微胶囊；对待清洗物件的表面进行适当预处理后，涂覆一层水和乙醇的混合液膜，乙醇和水的质量比例为3:1。然后将质量为液膜质量4%的热膨胀微胶囊加入到液膜中，采用激光照射液膜，液膜急剧受热，微胶囊的外壳受热软化，发泡剂逸出，迅速产生爆炸性的气化，使得基底表面的污染物松散而脱离物件表面，从而显著提高了激光清洗的效率。

实施例3

一种高效率激光清洗方法，其实现高效率清洗作用的具体过程如下：

将15kg食盐与0.8kg聚乙烯吡咯烷酮溶解于100kg去离子水中，一边搅拌一边加入2kg氢氧化镁，即为水相。将100kg甲基丙烯酸、0.9kg偶氮二异丁腈、30kg正己烷及3kg三羟甲基丙烷三丙烯酸酯混合，搅拌均匀并充分溶解，即为油相。将油相与水相按1:3的质量比例混合，高速剪切乳化，反应10min后，转入水浴容器内，通入惰性气体以排除空气，然后在真空状态下升温至60℃，恒温密闭反应22h。反应结束后，冷却至室温，并抽滤、洗涤、干燥，得到热膨胀微胶囊；对待清洗物件的表面进行适当预处理后，涂覆一层水和乙醇的混合液膜，乙醇和水的质量比例为3:1。然后将质量为液膜质量3%的热膨胀微胶囊加入到液膜中，采用激光照射液膜，液膜急剧受热，微胶囊的外壳受热软化，发泡剂逸出，迅速产生爆炸性的气化，使得基底表面的污染物松散而脱离物件表面，从而显著提高了激光清洗的效率。

实施例4

一种高效率激光清洗方法，其实现高效率清洗作用的具体过程如下：

将20kg食盐与0.6kg甲基纤维素溶解于100kg去离子水中，一边搅拌一边加入2.7kg氧化铝，即为水相。将100kg丙烯腈、0.8kg过氧化苯甲酰、26kg异己烷及2.8kg乙二醇二甲基丙烯酸酯混合，搅拌均匀并充分溶解，即为油相。将油相与水相按1:4的质量比例混合，高速剪切乳化，反应15min后，转入水浴容器内，通入惰性气体以排除空气，然后在真空状态下升温至65℃，恒温密闭反应24h。反应结束后，冷却至室温，并抽滤、洗涤、干燥，得到热膨胀微胶囊；对待清洗物件的表面进行适当预处理后，涂覆一层水和乙醇的混合液膜，乙醇和水的质量比例为3:1。然后将质量为液膜质量5%的热膨胀微胶囊加入到液膜中，采用激光照射液膜，液膜急剧受热，微胶囊的外壳受热软化，发泡剂逸出，迅速产生爆炸性的气化，使得基底表面的污染物松散而脱离物件表面，从而显著提高了激光清洗的效率。

实施例5

一种高效率激光清洗方法，其实现高效率清洗作用的具体过程如下：

将25kg食盐与0.7kg聚乙烯醇溶解于100kg去离子水中，一边搅拌一边加入2kg二氧化硅，即为水相。将100kg甲基丙烯酸甲酯、1kg偶氮二异丁腈、22kg正戊烷及3kg三羟甲基丙烷三丙烯酸酯混合，搅拌均匀并充分溶解，即为油相。将油相与水相按1:5的质量比例混合，高速剪切乳化，反应15min后，转入水浴容器内，通入惰性气体以排除空气，然后在真空状态下升温至70℃，恒温密闭反应24h。反应结束后，冷却至室温，并抽滤、洗涤、干燥，得到热膨胀微胶囊；对待清洗物件的表面进行适当预处理后，涂覆一层水和乙醇的混合液膜，乙醇和水的质量比例为2:1。然后将质量为液膜质量4%的热膨胀微胶囊加入到液膜中，采用激光照射液膜，液膜急剧受热，微胶囊的外壳受热软化，发泡剂逸出，迅速产生爆炸性的气化，使得基底表面的污染物松散而脱离物件表面，从而显著提高了激光清洗的效率。

实施例6

一种高效率激光清洗方法，其实现高效率清洗作用的具体过程如下：

将25kg食盐与o.6kg聚乙烯吡咯烷酮溶解于100kg去离子水中，一边搅拌一边加入2kg氢氧化镁，即为水相。将100kg甲基丙烯酸甲酯、1kg过氧化苯甲酰、25kg异戊烷及2kg三羟甲基丙烷三丙烯酸酯混合，搅拌均匀并充分溶解，即为油相。将油相与水相按1:3的质量比例混合，高速剪切乳化，反应10min后，转入水浴容器内，通入惰性气体以排除空气，然后在真空状态下升温至65℃，恒温密闭反应24h。反应结束后，冷却至室温，并抽滤、洗涤、干燥，得到热膨胀微胶囊；对待清洗物件的表面进行适当预处理后，涂覆一层水和乙醇的混合液膜，乙醇和水的质量比例为3:1。然后将质量为液膜质量5%的热膨胀微胶囊加入到液膜中，采用激光照射液膜，液膜急剧受热，微胶囊的外壳受热软化，发泡剂逸出，迅速产生爆炸性的气化，使得基底表面的污染物松散而脱离物件表面，从而显著提高了激光清洗的效率。

实施例7

一种高效率激光清洗方法，其实现高效率清洗作用的具体过程如下：

将18kg食盐与0.9kg聚环氧乙烷溶解于100kg去离子水中，一边搅拌一边加入2.2kg氢氧化镁，即为水相。将100kg甲基丙烯腈、0.7kg偶氮二异丁腈、22kg正辛烷及2.8kg乙二醇二甲基丙烯酸酯混合，搅拌均匀并充分溶解，即为油相。将油相与水相按1:4的质量比例混合，高速剪切乳化，反应5min后，转入水浴容器内，通入惰性气体以排除空气，然后在真空状态下升温至70℃，恒温密闭反应20h。反应结束后，冷却至室温，并抽滤、洗涤、干燥，得到热膨胀微胶囊；对待清洗物件的表面进行适当预处理后，涂覆一层水和乙醇的混合液膜，乙醇和水的质量比例为2:1。然后将质量为液膜质量3%的热膨胀微胶囊加入到液膜中，采用激光照射液膜，液膜急剧受热，微胶囊的外壳受热软化，发泡剂逸出，迅速产生爆炸性的气化，使得基底表面的污染物松散而脱离物件表面，从而显著提高了激光清洗的效率。

将该方法用于清洗扫描电镜表面的顽固的沉积物，不但清洗效率高，而且不损伤仪器表面。

Claims (6)

1.一种高效率激光清洗方法，其特征在于，先对待清洗物表面进行预处理，然后在表面涂覆一层水和乙醇的混合液膜，然后在液膜中加入热膨胀微胶囊，使得液膜在激光照射下急剧受热，迅速产生爆炸性的气化使得基底表面的污染物松散，提高了激光的清洗效率；制备的具体步骤如下：

（1）将食盐与水溶性高分子分散剂溶解于去离子水中，一边搅拌一边加入无机分散剂，即为水相；将单体、引发剂、发泡剂及交联剂按一定质量比例混合，搅拌均匀并充分溶解，即为油相；将油相与水相混合，高速剪切乳化，反应5~15min后，转入水浴容器内，通入惰性气体以排除空气，然后在真空状态下升温至60~70℃，恒温密闭反应20~24h；反应结束后，冷却至室温，并抽滤、洗涤、干燥，得到热膨胀微胶囊；所述单体为丙烯腈、甲基丙烯腈、甲基丙烯酸或甲基丙烯酸甲酯；所述引发剂为偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰或过硫酸盐；所述发泡剂为正辛烷或异辛烷、正己烷或异己烷、正戊烷或异戊烷；所述交联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯或三羟甲基丙烷三丙烯酸酯；

（2）对待清洗物表面进行适当预处理后，涂覆一层水和乙醇的混合液膜，然后将步骤（1）所得的热膨胀微胶囊加入到液膜中，采用激光照射液膜，液膜急剧受热，微胶囊的外壳受热软化，发泡剂逸出，迅速产生爆炸性的气化，使得基底表面的污染物松散而脱离物件表面，从而显著提高了激光清洗的效率。

2.根据权利要求1所述一种高效率激光清洗方法，其特征在于：步骤（1）所述水溶性高分子分散剂为甲基纤维素、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮或聚环氧乙烷；所述无机分散剂为氧化铝、二氧化硅或氢氧化镁。

3.根据权利要求1所述一种高效率激光清洗方法，其特征在于：步骤（1）所述水相中，食盐的加入量为水的质量的15~30%，高分子分散剂的加入量为水的质量的0.5~1%，无机分散剂的加入量为水的质量的2~3%；所述油相中，引发剂的加入量为单体质量的0.7~1%，发泡剂的加入量为单体质量的20~30%，交联剂的加入量为单体质量的2~3%。

4.根据权利要求1所述一种高效率激光清洗方法，其特征在于：步骤（1）所述水相与油相的混合质量比为3：1~5：1。

5.根据权利要求1所述一种高效率激光清洗方法，其特征在于：步骤（2）所述液膜中，乙醇与水的比例为2：1~3：1。

6.根据权利要求1所述一种高效率激光清洗方法，其特征在于：步骤（2）所述热膨胀微胶囊的加入量为液膜质量的3~5%。