CN116157498A - 具有类共沸物特性的清洁溶剂组合物及其用途 - Google Patents
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Abstract
共沸清洁溶剂组合物具有约96至约98重量％的1,1,1,3,3,3‑六氟‑2‑甲氧基丙烷(“HFMOP”)和约2至约4重量％的丙酮，例如，约97重量％的HFMOP和约3重量％的丙酮。本发明的另一组合物的HFMOP与丙酮的重量比为约24至约99，例如，约24至49。常规添加剂(例如表面活性剂、润滑剂和助溶剂)可以以不超过该组合物的约10重量％的量存在。本发明的方法包括将制造物品与溶剂组合物接触，以清洁制造物品并随后从制造物品中除去溶剂组合物。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求以Venesia L.Hurtubise的名义于2020年8月18日提交的，题为“CLEANING SOLVENT COMPOSITIONS EXHIBITING AZEOTROPE-LIKE BEHAVIOR AND THEIRUSE”临时专利申请序列号63/067,018的优先权。
技术领域
本发明涉及溶剂基型清洁组合物，该组合物在工业过程中用于清洁各种制造物品，所述制造物品包括金属加工、电子和其他行业中的金属和塑料。
背景技术
基于溶剂的清洁组合物在工业过程中用于清洁各种脏污物质和残留物(以下有时称为“污物(soil)”或“脏污物质(soiling substances)”)。电子工业通常在组件组装前后对来自各种装置的助焊剂、焊膏、粘合剂和涂层进行清洁。该装置可以包括一种或多种广泛的材料，所述材料包括金属、陶瓷和合成聚合物(塑料)基材和组件。金属加工操作必须除去来自金属表面的润滑油和肥皂、研磨介质和润滑脂。许多这类污物很难从金属表面剥离，特别是用非水清洁剂。
特别令人感兴趣的是不易燃的溶剂混合物，其提供了可以安全地用于气溶胶包装，或作为擦拭液或用于散装清洁槽例如用于蒸汽脱脂("VDG")装置的清洁溶剂。通常，这些清洁溶剂包括本身不易燃，或者在与其他卤素化合物的混合物中可以变得不易燃的卤素化合物。例如，已知使用氯代烃(如易燃的反式二氯乙烯(TDCE)作为具有氟化组分的高溶解性组分，用于使清洁溶剂混合物不易燃。此外，特别对于VDG应用，清洁溶剂混合物应是一种不易燃，因此蒸汽也不易燃的共沸物或类共沸物的组合物。因此，非常希望共沸物在蒸馏、冷凝和再混合后不像在蒸汽脱脂剂中那样发生明显的分馏。也就是说，在整个蒸馏过程中，沸腾池中的组分比率应与VDG中的冲洗池中的组分比率几乎相同，或者在整个蒸馏过程中，沸腾烧瓶和接收器中的组分比率也是如此。
该行业寻求最大化其产品的清洁力度，通常定义为考立丁醇指数(“KB值”)。为了做到这一点，混合物中高KB值组分的浓度要尽可能地高。然而，随着组合物中高KB值组分量的增加，溶剂混合物变得更难做到不易燃。杜邦公司(Dupont Corporation)在该领域取得了重大进展，推出了一种4重量％的甲基全氟庚烷(MPHE)醚、0.8重量％的Vertrel XF和95.2重量％的TDCE的类共沸物的混合物，作为Vertrel Sion提供。这是目前商业产品中TDCE的最高浓度。然而，高TDCE浓度的会对易燃性产生不利影响，也就是说，Vertrel Sion溶剂可能比期望的更易燃。
日本专利申请JPH10130183(A)("Yuji等人")公开了用于清洁电子部件或类似物的共沸组合物，所公开组合物的一个实施方案是由55-75重量％的1,1,1,3,3,3-六氟-2-甲氧基丙烷(HFMOP)和25-45重量％的丙酮的混合物组成。正如下文实施例2的A部分的易燃性试验所示，Yuji等人的含有75重量％的HFMOP和25重量％的丙酮的组合物，是高度易燃的。如Yuji等人所教导的，将丙酮的量增加到25重量％以上且至高45重量％，将进一步增加易燃性。Yuji等人公开的其他溶剂清洁组合物将HFMOP与环己烷、正己烷或环戊烷相结合。Yuji等人的HFMOP/环己烷组合物公开了75-95重量％的HFMOP。
Zhihung Ye的专利公开US 2020/0024553 A1于2020年1月23日公开，公开了一种共沸组合物，其包括1,1,1,3,3,3-六氟-2-甲氧基丙烷和选自由异丙醇、乙醇、甲醇和反式-1,2-二氯乙烯组成的组的第二组分的共混物。据称，该共沸组合物在恒定压力下具有基本恒定的沸点，并且用于各种清洁和脱脂应用。
2009年5月12日公告的B.H.Minor等人的美国专利7,531,496B2公开了主要由1,1,1,3,3-五氟丁烷(HFC-365mfc)和1,1,2,3,4,4,5,5-十氟戊烷(HFC-43-10mee)或九氟甲氧丁烷组成的二元类共沸物组合。还公开了类似三元或四元共沸物的组合物，主要由1,1,1,3,3-五氟丁烷和1,1,2,3,4,4,5,5-十氟戊烷或九氟甲氧基丁烷组成，另外还有反式-1,2-二氯乙烯、正丙基溴、丙酮、甲醇、乙醇或异丙醇。
1991年11月12日公告的A.B.Merchant等人的美国专利5,064,559于，其公开了一种由1,1,1,2,3,4,4,5,5-十氟戊烷和甲醇或乙醇或异丙醇组成的共沸混合物的清洁溶剂，该共沸混合物可用于溶剂清洁应用，作为发泡剂、制冷剂、加热介质和气溶胶喷射剂
2013年4月2日公告的J.E.Bartelt等人的美国专利8,410,039公开了甲基全氟庚烯醚和反式二氯乙烯共沸制剂的混合物和用途。
2001年11月6日公告的T.Yamada等人的美国专利6,312,759公开了95％或更多的七氟环戊烷(HFCP)与许多其他溶剂的混合物，用作清洁组合物或载液(carrier fluids)使用。
发明内容
通常，本发明涉及例如在蒸汽脱脂操作中具有类共沸物性能的低易燃性清洁溶剂组合物，以及这样的清洁溶剂的用途。此外，本发明的清洁溶剂组合物在蒸馏时基本上不分馏，这对清洁操作的高效和安全操作以及各种溶剂包装(如散装溶剂、溶剂气溶胶、湿巾和泵喷雾)的安全都是重要的。本发明的清洁溶剂组合物包括1,1,1,3,3,3-六氟-2-甲氧基丙烷("HFMOP")和丙酮的混合物。HFMOP是一种具有以下结构
以及以下特性的氟醚。
| 分子量： | 182 | 粘度： | 0.33cSt(25℃) |
| 沸点： | 50℃ | 密度： | 1.39g/mL(25℃) |
| 凝固点： | <-78℃ | KB值： | 12.2 |
| 闪点： | 无法检测 |
具体地，根据本发明的一个方面，提供了一种具有类共沸物特性的溶剂组合物，其包括1,1,1,3,3,3-六氟-2-甲氧基丙烷("HFMOP")和丙酮，HFMOP和丙酮以约24至约99，例如，约24至约49份HFMOP对1份丙酮的重量比存在，例如，以HFMOP对丙酮为约27.9至39.0的重量比存在。
本发明的其他方面规定，所述组合物进一步任选地包括一种或多种添加剂，所述添加剂不会对本发明组合物的类共沸物和不易燃特性产生明显的不利影响，并且如果存在，其以不超过组合物的约10重量％的有限量存在。
当这样的添加剂存在时，其选自由常用于清洁溶剂组合物的表面活性剂、润滑剂和助溶剂中的一种或多种组成的类别。在本发明的相关方面，所述表面活性剂，当存在时，其选自由烷基磷酸酯胺盐(alkylphosphate amine salts)、乙氧基醇和季铵盐中的一种或多种组成的类别；所述润滑剂，当存在时，其选自由矿物油、烷基苯、多元醇酯和氟化润滑剂(包括全氟聚醚、氟硅酮、聚四氟乙烯和聚三氟氯乙烯)中的一种或多种组成的类别；以及所述助溶剂，当存在时，其选自由醇(例如甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇和苯甲醇)、酯、醚、醚醇和烃(例如戊烷、环戊烷、己烷、环己烷、庚烷和辛烷)中的一种或多种组成的类别。
本发明的另一个方面提供了一种具有类共沸物特性的溶剂组合物，其包括约96至约99重量％的1,1,1,3,3,3-六氟-2-甲氧基丙烷("HFMOP")和约1至约4重量％的丙酮，或约96至约98重量％的HFMOP和约2至约4重量％的丙酮。在相关方面，丙酮包括约2.0至约3.5重量％的组合物，例如，丙酮可包括约2.5至约3或约3.5重量％的组合物，而HFMOP包括约96.5至约98重量％的组合物。添加剂可任选地存在于本发明的组合物中，或者该组合物除了可以在市售的HFMOP和丙酮中发现的微量杂质外，可以基本上仅包括HFMP和丙酮。
根据本发明的一个方法方面，提供了一种清洁制造物品的方法，是通过使物品与所述溶剂组合物接触，所述溶剂组合物具有类共沸物特性，并包括1,1,1,3,3,3-六氟-2-甲氧基丙烷("HFMOP")和丙酮。所述HFMOP和丙酮以约24至约99份HFMOP对约1份丙酮，或约24至约49份HFMOP对约1份丙酮的重量比存在，例如，以HFMOP与丙酮为约27.6至约39.0的重量比存在，并且组合物任选地进一步包括一种或多种添加剂，所述添加剂不会对组合物的类共沸物和不易燃特性产生不利影响，并且如果存在，其以不超过该组合物的约10重量％的量存在。所述添加剂，当存在时，其是上述的那些表面活性剂、润滑剂和助溶剂。在物品与溶剂组合物接触后，将溶剂组合物从物品中去除。
本发明的另一个方法方面规定，组合物被蒸发，且物品与产生的蒸气接触，而且在该接触后，所述蒸气被冷凝为液体组合物。
本发明的其他方面将从下面具体描述中变得显而易见。
除非另有特别说明，所有给定组分的百分比，无论是用"重量％"、"％"、"wt％"或其他方式表示，都是基于组合物总重量的该组分在溶剂组合物中的重量百分比。
如本文所用，涉及本发明的清洁溶剂混合物使用的术语“类共沸物”性能或特性或类似含义的语言是指，虽然溶剂混合物可能不具有完美的共沸物特性(尽管本发明的一些混合物可能如此)，但重复蒸馏循环后的组合物的变化很小。实际上，通常认为溶剂混合组合物的主要组分的起始量变化不大于20wt％是可接受的。如下面实施例1所示，在本发明3wt％的丙酮实施方案中，蒸馏7小时后的HFMOP的起始量的变化相当小。这样的变化优选地小于HFMOP起始含量的10wt％，更优选地小于5wt％，例如，不大于约2wt％。
附图说明
图1是一个标准的双池蒸气脱脂器的台式模拟立面示意图，该蒸气脱脂器包括一种用于生成图2-5所示数据的“双球”装置；
图2是绘制在图1的装置的沸腾池中测量的本发明的清洁溶剂实施方案的HFMOP和丙酮组分在7小时操作中的组成变化的图；
图3是与图2相同的图，除了图3示出了双球装置的冲洗池中组成的变化；
图4是绘制了图2和图3的数据对装置操作时间的图，但示出了沸腾和冲洗池中HFMOP组分的量的变化；和
图5是与图4相的图，除了图5绘制了丙酮组分的量的变化。
具体实施方式
图1示意性地示出了一种常规的双球台式实验室玻璃器皿，用于模拟VDG单元的操作并生成如下所示的数据。实验室玻璃器皿10包括沸腾球12，该沸腾球12具有突出到冲洗球14的颈部12a。颈部12a在其中形成有孔12b，该孔12b设置在冲洗球14内。冷凝器16安装在冲洗球14的出口端处，并包括设置在冷凝器16内的冷却盘管18。冷水入口18a连接至冷却水源(未示出)，并且冷水出口18b连接至排水(未示出)。沸腾球12设置在加热壁炉架20上。
在使用中，将待测溶剂组合物引入沸腾球12，并加热以煮沸溶剂组合物并产生蒸气，所述蒸气上升至冲洗球14，然后如箭头V1所示进入冷凝器16。蒸气通过与冷却盘管18接触而冷凝，并如箭头C1所示流入冲洗球14。当在冲洗球14中收集的冷凝物达到孔12b的水平时，如箭头C2所示，溢流溶剂流回沸腾球12中。
标准试验程序。使用图1所示类型的“双球”装置在标准双槽蒸气脱脂器的台式模拟中进行试验，该装置在沸腾烧瓶上具有取样口(图1中未显示)。使用AgilentCorporation DB-200毛细管柱(三氟丙基甲基二甲基硅氧烷固定相)和FID检测器对来自不同位置和时间的样品进行气相色谱分析。以下实施例报告了根据该标准试验程序进行的试验的结果。
实施例1
含有97wt％的HFMOP和3wt％的丙酮的本发明的实施方案(指定为17-90-1)的制剂在图1示意性示出的类型的实验室玻璃器皿中蒸馏。
A部分-通过在模拟蒸气脱脂器的实验室玻璃器皿中蒸馏中的沸腾组合物的变化
HFMOP起始含量的变化为97.00-95.58＝1.42。这表示在7小时蒸馏过程中，沸腾组合物中的HFMOP减少了1.42/97.00＝1.46wt％。
B部分-通过在模拟蒸气脱脂器的实验室玻璃器皿中蒸馏中的冲洗组合物的变化。
7小时蒸馏后冲洗组合物中HFMOP含量的变化(根据沸腾组合物计算)增加了0.90/97.00＝0.93wt％。
如上述数据所示，原型17-90-1具有共沸特性。原型17-90-1的沸点确定为51.3℃，比计算出的沸点低4.5℃。蒸馏数据表明，组合物确实从最初的3wt％丙酮在冲洗中转变至2wt％，且在系统的沸腾区域中转变至4wt％。7小时的蒸馏评估描述了初始转变后混合物的稳定性。
实施例1表明，如图2和图3，所示在图1的装置中蒸发和冷凝7小时后，沸腾池和冲洗池中混合物的每种组分的初始存在量仅保持有限的变化。图4和图5分别示出了HFMOP和丙酮在图1中的沸腾池和冲洗池中的组成的变化。
已经发现，HFMOP与丙酮以规定的比例结合，为含有其他氢氟醚(“HFE”)与高KB易燃溶剂结合的已知组合物提供了有利的替代方案。在清洁溶剂中使用HFE代替氢氟碳化合物(“HFC”)的一个主要好处是改善了环境特性。HFMOP已显示出可燃性抑制特性，这允许其与具有高KB值的易燃溶剂如丙酮混合，以提供非易燃组合物。当然，我们非常希望与HFE和易燃清洁溶剂生成非易燃共沸物。
通过“圆盘测试(pan test)”测试以下组合物的易燃性。在通风橱中用金属盘装满10mL溶剂。火焰源通过液体表面，并监测火焰的大小和持续时间。一旦火焰熄灭，使烟雾消散30秒。然后，火焰源再次通过溶剂表面。重复该过程，直到所有的溶剂都蒸发。如果火焰没有在10秒内自熄灭，则将停止测试。在少于5秒内自熄灭火焰的溶剂被认为是“不易燃的”。5秒后没有熄灭火焰的溶剂被认为是“易燃的”。该试验方法是在通过闭杯或开杯方法进行试验前用于测量溶剂混合物的易燃性潜力的程序。
实施例2
每个组合物包括规定重量％的溶剂，余量为HFMOP。
A部分-对比例
B部分-本发明的实施方案
实施例2的易燃性试验表明，现有技术中所教导的HFMOP或其他HFE与某些醇或反式二氯乙烯的混合物是易燃的。相反，原型17-90-1，即丙酮(3wt％丙酮)与HFMOP的混合物，是自熄性的。此外，对原型17-90-1的易燃性研究表明，混合物不会随着时间的推移变得易燃。低于1％的低丙酮含量当然是不易燃的，但会导致清洁能力差。
已针对本发明的具体实施方案详细描述了本发明，但这些具体实施方案不旨在被解释为对本发明范围的限制。
Claims (13)
1.一种具有类共沸物特性的溶剂组合物，其包括1,1,1,3,3,3-六氟-2-甲氧基丙烷(“HFMOP”)和丙酮，HFMOP和丙酮以约24至约99份HFMOP对1份丙酮的重量比存在。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述HFMOP和丙酮以约24至约49份HFMOP对1份丙酮的重量比存在。
3.根据权利要求1或2所述的组合物，其进一步包括一种或多种添加剂，所述添加剂不会对所述组合物的类共沸物特性产生不利影响，且所述添加剂如果存在，其以不超过所述组合物的约10重量％的量存在。
4.根据权利要求3所述的组合物，其中所述添加剂，当存在时，选自由表面活性剂、润滑剂和助溶剂中的一种或多种组成的类别。
5.根据权利要求3所述的组合物，其中所述表面活性剂，当存在时，选自由烷基磷酸酯胺盐、乙氧基化醇和季铵盐中的一种或多种组成的类别；所述润滑剂，当存在时，选自由矿物油、烷基苯、多元醇酯、全氟聚醚、氟硅酮、聚四氟乙烯和聚三氟氯乙烯中的一种或多种组成的类别；以及所述助溶剂，当存在时，选自由甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、苯甲醇、酯、醚、醚醇、戊烷、环戊烷、己烷、环己烷、庚烷和辛烷中的一种或多种组成的类别。
6.根据权利要求3所述的组合物，其中所述HFMOP和丙酮以约27.6至约39.0份HFMOP对1份丙酮的重量比存在。
7.一种具有类共沸物特性的溶剂组合物，其包括约96至约99重量％的1,1,1,3,3,3-六氟-2-甲氧基丙烷(“HFMOP”)和约1至约4重量％的丙酮。
8.根据权利要求7所述的组合物,其包括约96至约98重量％的1,1,1,3,3,3-六氟-2-甲氧基丙烷(“HFMOP”)和约2至约4重量％的丙酮。
9.根据权利要求7所述的组合物，其中所述丙酮占所述组合物的约2.5至约3.5重量％。
10.根据权利要求7所述的组合物，其中所述丙酮占所述组合物的约2至约3重量％。
11.一种清洁制造物品的方法，是通过使物品与溶剂组合物接触以及在物品与所述溶剂组合物接触后从物品中除去溶剂组合物，所述溶剂组合物具有类共沸物特性，并包括1,1,1,3,3,3-六氟-2-甲氧基丙烷(“HFMOP”)和丙酮，所述HFMOP和丙酮以约24至约99份HFMOP对1份丙酮的重量比存在，且所述组合物任选地进一步包括，一种或多种添加剂，所述添加剂不对所述组合物的类共沸物特性产生不利影响，且所述添加剂如果存在，其以不超过组合物的约10重量％的量存在，所述添加剂，当存在时，选自由以下中的一种或多种组成的类别：表面活性剂，其选自烷基磷酸酯胺盐、乙氧基醇和季铵盐中的一种或多种；润滑剂，当存在时，其选自矿物油、烷基苯、多元醇酯、全氟聚醚、氟硅酮、聚四氟乙烯和聚三氟氯乙烯中的一种或多种；以及助溶剂，当存在时，其选自由甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、苯甲醇、酯、醚、醚醇、戊烷、环戊烷、己烷、环己烷、庚烷和辛烷中的一种或多种组成的类别。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述HFMOP和丙酮以约24至约49份HFMOP对1份丙酮的重量比存在。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中所述组合物被蒸发，且所述物品与产生的蒸气接触，并在这样的接触后蒸气被冷凝成液体组合物。
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