CN1798620A - 清洁制品的方法 - Google Patents

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CN1798620A
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K·库马
V·M·奈克
A·苏雷
S·J·苏雷斯
S·塔拉达尔
R·温卡塔拉哈范
J·劳特
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    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B3/00—Cleaning by methods involving the use or presence of liquid or steam
    • B08B3/04—Cleaning involving contact with liquid
    • B08B3/10—Cleaning involving contact with liquid with additional treatment of the liquid or of the object being cleaned, e.g. by heat, by electricity or by vibration

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Abstract

本发明提供了一种清洁制品或物品的方法，其中要清洁的制品或物品的表面：(i)与一种或多种介电常数为1－200的液体接触，和(ii)放置在电场中，该电场是在使用交变电压/电流源产生的103V/m至由所述液体在该电场中的稳定性限定的值之间的范围内。

Description

清洁制品的方法
技术领域
本发明涉及一种清洁制品或物品的新方法，其中这些制品或物品在施加电场的情况下在有或没有由机械装置或其它装置引起的擦洗、搅拌、流体流动的情况下与液体接触。
背景和现有技术
关于可用于清洁制品和物品的方法有大量的信息。用于清洁这些制品和物品的方法通常取决于污垢的性质、制品或物品的性质、所需要的清洁程度以及可以用的清洁剂/清洁方法。在日常生活中许多常用的制品和物品是由材料例如木材、陶瓷、石材、瓷土、玻璃、天然和合成纤维、金属、合金、现代合成聚合物及其复合材料等制成。有许多由相似材料制成的制品和物品，它们应用于许多工业中，需要在再次使用或进一步加工之前或作为成品生产之前进行清洁。
有一些公知的清洁制品和物品的方法，这些方法大致分为：
(i)机械/物理方法，例如擦洗、打磨、磨蚀、超声波处理；
(ii)物理化学/化学方法，例如涉及使用表面活性剂、溶剂、酸、碱、漂白剂和酶的那些方法；
(iii)或者上述两种或多种方法的组合。
每种方法具有自身的优点和缺点。机械/物理装置/方法可以实现良好的表面清洁，但是不适用于具有不可及部件的系统。这些方法还会损伤或腐蚀表面。物理化学/化学方法除了成本高之外还会损伤或腐蚀制品或物品的表面，另外可能在使用之后产生不利的环境影响。
尽管有许多清洁方法，但是仍然需要开发更好的清洁方法，这些方法探作更快捷，更经济，并且对制品或物品和环境具有最小的不利影响。
本发明已经发现可以通过将制品或物品置于电场中使它们与液体接触来清洁制品或物品，所述液体优选是水，可以另外含有少量的表面活性剂和/或增稠剂。
JP03082029(Noriyuki，1991)公开了一种从半导体器件的表面除去颗粒的方法，其中该器件放置在纯水中，并施加交流电，且在超声波存在下进行。
WO9304790(Bragger，1993)公开了一种清洁半导体芯片的方法，包括以下步骤：(i)用频率为0.1kHz至1GHz的AC电信号处理纯化水以改变纯化水的清洁特性；(ii)用经过处理的纯化水洗涤半导体芯片以除去污染物。
JP06232103(Sadahiro等，1994)公开了一种通过静电和超声洗涤组合来清洁半导体设备的方法。其中，将半导体芯片浸入优选电解质的水溶液中，并在芯片上施加交变电场以从待洗涤的芯片上除去静电。同时用超声器使颗粒错位。
上述方法特别适合用于清洁半导体器件，特别适合于除去微米尺寸的颗粒污垢。上述现有技术出版物还使用了各种方法的组合以实现所需要的结果。但是，仍然需要开发更有效的从更多常用制品和物品更有效、更快捷地除去污垢的方法。
本发明的目的
因此，本发明的目的是从大量常用制品或物品除去污垢和沉积物的方法，所述制品或物品由以下材料制成：金属、聚合物/塑料、天然以及合成纤维、玻璃、陶瓷、木材、石材等；以及合金/复合材料/织物/非织造织物/层以及它们的组合。
本发明的另一个目的是从常用制品或物品除去各种类型的污垢和沉积物，例如碳烟灰、灰尘、泥浆、皮脂、油和脂肪、食品、饮料、燃烧残余物、油脂、微生物植物/动物细胞、细胞碎片、合成/天然化学品等，以及它们的组合，并且与它们的物理和化学性质无关。
本发明的另一个目的是在不使用或仅仅使用最小量的化学清洁剂例如表面活性剂的情况下从制品或物品除去污垢和沉积物。
本发明的另一个目的是在不使用或仅仅使用最小量的化学清洁剂的情况下以经济有效的方式从制品或物品除去污垢和沉积物。
本发明的另一个目的是在不使用或仅仅使用最小量的化学清洁剂的情况下以便宜安全且更快捷的方式从制品或物品除去污垢和沉积物。
本发明的另一个目的是在不使用或仅仅使用最小量的化学清洁剂的情况下以便宜安全、更快捷且对制品或物品的特性没有任何显著改变的方式从制品或物品除去污垢和沉积物。
本发明的另一个目的是在不使用或仅仅使用最小量的化学清洁剂的情况下以便宜安全、更快捷且对制品或物品的特性没有任何显著改变的方式并且在清洁过程中产生最少的环境不安全流出物的情况下从制品或物品除去污垢和沉积物。
本发明的概述：
本发明提供一种清洁制品或物品的方法，其中要清洁的制品或物品的表面：
(i)与一种或多种介电常数为1-200的液体接触，和
(ii)放置在电场中，该电场是在使用交变电压/电流源产生的103V/m至由所述液体在该电场中的稳定性限定的值之间的范围内。
为了本发明的目的，术语“液体”指所有处于液体状态的介质，包括其稠度已经通过使用增稠剂改变的液体，包含溶液、乳液和凝胶状态的介质。
特别优选的是要清洁的制品或物品的表面与水接触。
本发明的优选方面提供一种清洁制品或物品的方法，其中要清洁的制品或物品的表面：
(i)与含有选自非离子、两性或两性离子表面活性剂或其混合物的化学品的水溶液接触，其中表面活性剂在水中的总浓度使得该水溶液具有小于50mN/m的表面张力，和
(ii)该表面被放置在使用交变电压/电流源产生的103V/m至107V/m的电场中。
特别优选的是电场在使用交变电压/电流源产生的2.5×103V/m至4×105V/m的范围内。
特别优选的是表面活性剂的水溶液具有15-50mN/m的表面张力。
本发明的另一个方面提供一种清洁制品或物品的方法，其中要清洁的制品或物品的表面：
(i)与含水的凝胶介质接触，和
(ii)放置在电场中，该电场是在使用交变电压/电流源产生的103V/m至由所述液体在该电场中的稳定性限定的值之间的范围内。
本发明的详细描述：
本发明的第一方面提供一种清洁制品或物品的方法，其中所述制品或物品的表面与一种或多种介电常数为1-200的液体接触，并且放置在电场中，该电场是在使用交变电压/电流源产生的103V/m至由所述液体在该电场中的稳定性限定的值之间的范围内。
液体：
为了本发明的目的，术语“液体”指所有处于液体状态的介质，包括其稠度已经通过使用增稠剂改变的液体，包含溶液、乳液和凝胶状态的介质。
可以使用任何介电常数为1-200的液体。合适的可以使用的溶剂包括水和有机溶剂，后者包括链烷烃、脂族和芳族醇、伯酰胺、仲酰胺以及它们的混合物。特别优选介电常数为1-100的液体。
特别优选所用的液体是水。还优选任何其它液体可以与水混合使用，使得介质的介电常数为1-200。
虽然本发明方法中所用的液体不是必须处于运动中，但是所述液体可以在合适的流速下流动，并且可以补充或循环。本发明的方法也可以与任何其它公知的清洁方法组合使用，例如机械方法，例如搅拌、擦洗、超声波处理等，但是这不是本发明的必要特征。
要清洁的制品或物品：
要清洁的制品或物品可以由任何固体材料制成，这些材料的表面是硬或软或多孔的，可以是良好的或不良的导电体或介电材料。优选的要通过本发明方法清洁的制品或物品包括由以下材料制成的那些：金属、聚合物/塑料、天然以及合成纤维、玻璃、陶瓷、木材、石材等；以及合金/复合材料/织物/非织造织物/层，以及它们的组合。要清洁的制品或物品还可以用作电极之一。
表面活性剂的浓度和类型：
优选的是，要清洁的制品或物品与含有表面活性剂的稀释水溶液接触，并且所述制品或物品被放置在使用交变电压/电流源产生的103V/m至107V/m的电场中。优选的是，表面活性剂在水中的浓度使得表面活性剂溶液的表面张力在15-50mN/m范围内。本发明也可以在更高的表面活性剂浓度下操作。
在本发明范围内的两性或两性离子或非离子性或阴离子性或阳离子性表面活性剂的例子在下面的公知教科书中给出：(i)“SurfaceActive Agents”，第I卷，A.M.Schwartz和J.W.Perry，(ii)“SurfaceActive Agents and Detergents”，第II卷，A.M.Schwartz，J.W.Perry和J.Berch，(iii)“Handbook of Surfactants”，M.R.Porter，(iv)“Amphoteric Surfactants”，E.G.Lomax。
虽然可以使用任何表面活性剂，但是优选所用表面活性剂是非离子性、两性或两性离子的。合适的非离子性表面活性剂可以大致描述为由亲水性的氧化亚烷基基团与有机疏水化合物(可以是脂族或烷基芳族的)进行缩合产生的化合物。可以轻易调节与任何特定疏水基团缩合的亲水性基团或聚氧亚烷基的长度，从而得到具有亲水性和疏水性元素之间的所需平衡度的水溶性化合物。
具体的非限定性例子包括6-22个碳原子的直链或支链的脂族醇与环氧乙烷之间的缩合产物，例如每摩尔椰子醇具有2-15摩尔环氧乙烷的椰子油环氧乙烷缩合物；烷基酚的缩合物，其烷基含有6-22个碳原子，并且每摩尔烷基酚具有2-15摩尔环氧乙烷；乙二胺和环氧丙烷与环氧乙烷的反应产物的缩合物，该缩合物合有40-80重量％的聚氧乙烯基；结构为R3NO的叔胺氧化物，其中一个基团R是6-22个碳原子的烷基，其它R各自是甲基、乙基或羟乙基，例如二甲基十二烷基氧化胺；结构为R3PO的叔膦氧化物，其中一个基团R是6-22个碳原子的烷基，其它R各自是1-3个碳原子的烷基或羟烷基，例如二甲基十二烷基氧化膦；以及结构为R2SO的二烷基硫氧化物，其中一个基团R是6-22个碳原子的烷基，其它R是甲基或乙基，例如甲基十四烷基硫氧化物；脂肪酸烷基醇酰胺；脂肪酸烷基醇酰胺与烷基硫醇形成的氧化烯缩合物。
术语“两性表面活性剂”用于描述其极性基团的离子特性取决于溶液pH的那些表面活性分子。术语“两性离子表面活性剂”用于描述含有正电和负电基团的表面活性分子。
可以使用的合适的两性和两性离子表面活性剂是含有季铵、锍、氧鎓或磷鎓离子作为阳离子并含有羧酸根、磺酸根、硫酸根、亚硫酸根、次膦酸根、亚膦酸根、亚磷酸根(phosphito)或磷酸根(phosphato)基团作为阴离子的那些。
两性和两性离子表面活性剂的非限定性例子包括烷基氨基酸，烷基甜菜碱，烷基亚氨基二酸，烷基咪唑啉衍生的两亲性物质，烷基多氨基羧酸盐，烷基氨基二甲基丙基磺酸盐，卵磷脂，硫鎓甜菜碱，磷鎓甜菜碱，磺基甜菜碱，亚硫酸基(sufito)甜菜碱，硫酸基甜菜碱，次膦酸基(phophinate)甜菜碱，膦酸基甜菜碱，亚磷酸基甜菜碱、磷酸基甜菜碱以及烷基氨基磺酸盐。
本发明提供一种清洁制品或物品表面的方法，其中所述制品或物品与具有特定性能的液体接触，并放置在电场中。还可以将所述液体配制成溶液、乳液或凝胶或者任何其它物理形式。当配制所述液体时，特别优选的是该液体作为凝胶存在。这可以通过向该液体中加入合适的增稠剂实现。合适的增稠剂包括天然多糖，例如淀粉、改性淀粉、改性纤维素和天然树胶和合成聚合物，包括聚乙烯醇、聚丙烯酸酯和聚丙烯酰胺。
交变电场：
要清洁的制品/物品被放置在使用交变电压/电流源产生的电场。该制品优选放置在两个电极之间，并通过连接通过电极的交变电压/电流源来使其经受交变电场。
电极之间的电场是通过将在电极之间的电压降低检测值除以电极之间的距离确定的，适合地表示为V/m。因此，电场强度取决于所施加的电压以及电极之间的距离。为了本发明的目的，合适的电场范围是103V/m至由所述液体在该电场中的稳定性限定的值之间。优选的电场范围是103V/m至107V/m。特别优选的电场范围是2.5×103V/m至4×105V/m。
术语“交变”表示周期或非周期性时间变化以及相应参数的时间反演(reversal)。如果交变电压/电流源得到周期性变化，则所得的电压/电流波形式可以是任何形状，例如正弦曲线、三角性、正方性或脉冲，或它们的组合。
电极可以由任何导电材料制成，例如不锈钢、铜、铝、导电聚合物等。导电电极也可以通过将导电材料涂在其它半导体/介电/漏电材料上制备。导电电极也可以用其它导电/半导电/介电/漏电材料涂覆、油漆或印刷，例如聚酯、PVC、钛酸钡、五氧化二钒、玻璃和聚四氟乙烯。电极的形状和尺寸是基于应用设计的。要清洁的制品或物品还可以用作电极之一。
下面参考以下非限定性实施例说明本发明。
实施例：
两种要清洁的制品或物品用于此目的：(i)无孔物品(玻璃和不锈钢板)，(ii)多孔物品(织物布样)。
在物品是玻璃/SS板的情况下，采用以下工序。将污垢薄层涂在该物品上。被污染的物品放置在两个平行的不锈钢电极之间，所述电极保持分开约0.5-2cm，经过所述电极施加合适的AC电压。该物品和电极被完全浸入含有洗涤介质的试管中。开启电场以开始清洁。
在物品是织物布样的情况下，采用以下工序。采用预先被污染的织物布样，从wfk-Cleaning Technology Research Institute，CampusFichtenhain 11-D-47807 Krefeld，德国取得。该织物被供应者称为WFK20D，是聚酯(合成)和棉(天然)纤维的共混物，并含有复合污垢。该织物的反射系数在排除UV组分的460nm波长检测。织物布样然后放置在两个平行的不锈钢电极之间，所述电极保持分开约0.5-2cm，经过所述电极施加合适的AC电压。该物品和电极被完全浸入含有洗涤介质的试管中。开启电场以开始清洁。再次检测织物在460nm波长的反射系数。在下面显示了与清洁工艺之前检测的值相比，织物反射系数的增值(ΔR*)，这作为衡量织物清洁度的间接手段。
用不同物品和污垢进行实验的细节以及结果列在表1中。表1还显示了在施加和不施加电场的情况下清洁的改进(清洁度或所用时间的改变)。
表1
  实验   洗涤介质   介电常数   所用的表面活性剂，浓度   电场(V/m)   污垢   要清洁的物品   表面活性剂溶液的表面张力(mN/m)   清洁时间(秒)   结果
  1.1a   水   80   (i)，100ppm   0   芥末油   SS板   38mN/m   60   除去32％油
  1.1b   水   80   (i)，100ppm   25000   芥末油   SS板   38mN/m   60   除去100％油
  1.2a   水   80   (i)，100ppm   0   芥末油   玻璃板   38mN/m   60   除去40％油
  1.2b   水   80   (i)，100ppm   665000   芥末油   玻璃板   38mN/m   60   除去100％油
  1.3a   水   80   (i)，500ppm   0   复合污垢(WFK20D)   聚酯/棉织物(WFK20D   38mN/m   60   织物未清洁，ΔR*＝2.1(2个布样的平均值)
  1.3b   水   80   (i)，500ppm   200000   复合污垢(WFK20D)   聚酯/棉织物(WFK20D   38mN/m   60   织物已清洁，ΔR*＝10.7(3个布样的平均值)
  1.4a   水   80   (iv)，0ppm   0   碳烟灰   SS板   71mN/m   约60   没有除去烟灰
  1.4b   水   80   (iv)，0ppm   40000   碳烟灰   SS板   71mN/m   约60   除去96％烟灰
  2.1a   水   80   (i)，100ppm   0   芥末油   SS板   32mN/m   ＞1800   不完全清洁
  2.1b   水   80   (i)，100ppm   404000   芥末油   SS板   32mN/m   2   完全清洁
  2.2a   水   80   (ii)，5000ppm   0   芥末油   SS板   32mN/m   约1800   没有清洁
  2.2b   水   80   (ii)，5000ppm   25000   芥末油   SS板   32mN/m   约30   清洁，伴随电解
  2.3a   水   80   (iii)，935ppm   0   芥末油   SS板   38mN/m   约1800   没有清洁
  2.3b   水   80   (iii)，935ppm   75000   芥末油   SS板   38mN/m   约30   清洁，伴随电解
  3.1a   癸烷   1.98   (iv)，0ppm   0   芥末油   SS板   23.37mN/m   1200   完全清洁
  3.1b   癸烷   1.98   (iv)，0ppm   500000   芥末油   SS板   23.37mN/m   60   完全清洁
  3.2a   苯甲酸丁酯   5.52   (iv)，0ppm   0   芥末油   SS板   32.03mN/m   90   完全清洁
  3.2b   苯甲酸丁酯   5.52   (iv)，0ppm   666666.7   芥末油   SS板   32.03mN/m   10   完全清洁
  3.3a   己醇   13.03   (iv)，0ppm   0   芥末油   SS板   25.81mN/m   ＞1800   不完全清洁
  3.3b   己醇   13.03   (iv)，0ppm   86666.7   芥末油   SS板   25.81mN/m   180   完全清洁
  3.4a   丁醇   17.84   (iv)，0ppm   0   芥末油   SS板   24.93mN/m   ＞1800   不完全清洁
  3.4b   丁醇   17.84   (iv)，0ppm   86666.7   芥末油   SS板   24.93mN/m   60   完全清洁
  3.5a   丙醇   20.8   (iv)，0ppm   0   芥末油   SS板   23.32mN/m   ＞1800   不完全清洁
  3.5b   丙醇   20.8   (iv)，0ppm   86666.7   芥末油   SS板   23.32mN/m   120   完全清洁
  3.6a   乙醇   25.3   (iv)，0ppm   0   芥末油   SS板   21.97mN/m   ＞1800   不完全清洁
  3.6b   乙醇   25.3   (iv)，0ppm   130000   芥末油   SS板   21.97mN/m   420   完全清洁
  3.7a   甲醇   33   (iv)，0ppm   0   芥末油   SS板   22.07mN/m   ＞1800   不完全清洁
  3.7b   甲醇   33   (iv)，0ppm   65000   芥末油   SS板   22.07mN/m   1   油膜破坏，部分清洁
  3.8a   水   80   (iv)，0ppm   0   芥末油   SS板   72mN/m   ＞1800   不完全清洁
  3.8b   水   80   (iv)，0ppm   104000   芥末油   SS板   72mN/m   1   油膜破坏，部分清洁
  3.9a   甲酰胺   111   (iv)，0ppm   0   芥末油   SS板   57.03mN/m   ＞1800   不完全清洁
  3.9b   甲酰胺   111   (iv)，0ppm   26000   芥末油   SS板   57.03mN/m   1   油膜破坏，部分清洁
  3.10a   正基(n-Methy)甲酰胺   189   (iv)，0ppm   0   芥末油   SS板   40.47mN/m   ＞1800   不完全清洁
  3.10b   正基(n-Methy)甲酰胺   189   (iv)，0ppm   26000   芥末油   SS板   40.47mN/m   1   油膜破坏，部分清洁
  3.11a   10％乙醇水溶液   (i)，1800ppm   0   芥末油   SS板   ＞1800   不完全清洁
  3.11b   10％乙醇水溶液   (i)，1800ppm   106000   芥末油   SS板   30   完全清洁
  4.1a   乙醇   25.3   (i)，5000ppm   0   芥末油   SS板   ＞1800   不完全清洁
  4.1b   乙醇   25.3   (i)，5000ppm   150000   芥末油   SS板   180   完全清洁
  5.1a   水+GelriteGellan胶   80   (i)，3O00ppm   0   复合污垢(WFK20D)   聚酯棉织物(WFK20D   180   织物已清洁，ΔR*＝10.9(3个布样的平均值)
  5.1b   水+GelriteGellan胶   80   (i)，3000ppm   20000   复合污垢(WFK20D)   聚酯棉织物(WFK20D   180   织物已清洁，ΔR*＝20.3(3个布样的平均值)
  5.2a   水+植物凝胶   80   (i)，3000ppm   0   复合污垢(WFK20D)   聚酯棉织物(WFK20D   180   织物已清洁，ΔR*＝10.5(3个布样的平均值)
  5.2b   水+植物凝胶   80   (i)，3000ppm   20000   复合污垢(WFK20D)   聚酯棉织物(WFK20D   180   织物已清洁，ΔR*＝20.5(3个布样的平均值)
注：
(i)表示两性离子表面活性剂，使用3-(N，N-二甲基棕榈基氨基)丙磺酸盐(C21H45NO3S)。
(ii)表示阴离子性表面活性剂，使用十二烷基硫酸钠(C12H25NaSO4)。
(iii)表示阳离子性表面活性剂，使用N-十六烷基-N，N，N-三甲基溴化铵(C19H42BrN)。
(iv)表示不使用表面活性剂。
(v)实验符号a和b用于区分在不存在和存在电场下进行的实验。
(vi)除了15、16、30、31，表示洗涤介质的介电常数和表面张力的数据，从CRC Handbook of Chemistry and Physics，第80版获得。
(vii)表示洗涤介质15、16、30、31的介电常数和表面张力的数据，通过实验确定。
表1的结果表明，与现有技术的方法(带符号a的实施例编号)相比，本发明的清洁方法(带符号b的实施例编号)在宽范围的电场和对于含有不同类型沉积物/污垢的不同类型物品与不同液体接触时是有效的。

Claims (11)

1.一种清洁制品或物品的方法，其中要清洁的制品或物品的表面：
(i)与一种或多种介电常数为1-200的液体接触，和
(ii)放置在电场中，该电场是在使用交变电压/电流源产生的103V/m至由所述液体在该电场中的稳定性限定的值之间的范围内。
2.根据权利要求1的清洁方法，其中电场是在103V/m至107V/m的范围内。
3.根据权利要求2的清洁方法，其中电场是在2.5×103V/m至4×105V/m的范围内。
4.根据前述权利要求任一项的清洁方法，其中所述液体的介电常数在1-100的范围内。
5.根据前述权利要求任一项的清洁方法，其中所述液体是水。
6.根据权利要求5的清洁方法，其中所述液体是表面活性剂水溶液，其中表面活性剂在水中的总浓度使得该水溶液具有小于50mN/m的表面张力。
7.根据权利要求6的清洁方法，其中表面活性剂选自非离子性、两性或两性离子表面活性剂，或它们的混合物。
8.根据权利要求6或7的清洁方法，其中所述水溶液具有15-50mN/m的表面张力。
9.一种清洁制品或物品的方法，其中要清洁的制品或物品的表面：
(i)与含水的凝胶介质接触，和
(ii)放置在电场中，该电场是在使用交变电压/电流源产生的103V/m至由所述液体在该电场中的稳定性限定的值之间的范围内。
10.根据前述权利要求任一项的清洁方法，其中该方法还包括其它已知的清洁方法，包括搅拌、擦洗或超声波处理。
11.根据前述权利要求任一项的清洁方法，其中要清洁的基材选自金属、聚合物、塑料、天然或合成纤维、玻璃、陶瓷、木材、石材以及它们的组合，包括合金、复合材料、织物、非织造织物和层。
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