JP6780172B1 - 水系洗浄剤ならびに該水系洗浄剤を用いる洗浄方法 - Google Patents
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Abstract
Description
なお、本明細書における「界面活性剤を実質的に含有しない」とは、上記成分(a)〜(d)以外に少なくとも界面活性剤の意図的な添加が行われていないことを指す。したがって、界面活性剤と解釈され得る成分が原料や製造工程等に由来して不可避的かつ微量に含まれるような場合は、本明細書における「界面活性剤を実質的に含有しない」の概念に包含される。例えば、水系洗浄剤全体の重量を100wt%としたときの界面活性剤の含有量が0.001wt%以下(好ましくは0.0005wt%以下、より好ましくは0.0001wt%以下、特に好ましくは0.00005wt%以下)である場合、「界面活性剤を実質的に含有しない」ということができる。
。これによって、表面保護性と洗浄性能とを好適に両立させることができる。
上述したように、ここに開示される水系洗浄剤は、界面活性剤を含有していないにもかかわらず、高い洗浄性能を発揮することができるため、かかる水系洗浄剤を含む洗浄液を用いることによって、洗浄後の金属部材の表面状態を好適に改善できる。
本実施形態に係る水系洗浄剤は、(a)ジエチレングリコールモノアルキルエーテル、(b)三級アミン、(c)乳酸エステル、(d)ヒドロキシカルボン酸、および(e)水を含有する。かかる水系洗浄剤によると、これらの(a)〜(e)の成分以外に界面活性剤を含有させることなく、高い洗浄能力を発揮することができるため、洗浄後の金属部材の表面状態を好適に改善できる。また、かかる水系洗浄剤は、取り扱いおよび廃棄が比較的に容易であるという利点も有している。以下、本実施形態に係る水系洗浄剤の成分について具体的に説明する。
ジエチレングリコールモノアルキルエーテルは、ジエチレングリコールのヒドロキシ基(−OH)の1つがアルキル基に置換された化合物である。ここに開示される洗浄剤において、ジエチレングリコールモノアルキルエーテルは、他の成分の析出や分離を防止する安定剤として機能し得る。また、ジエチレングリコールモノアルキルエーテルは、極性分子と無極性分子の両方に対して一定の溶解力を発揮する溶剤としても機能する。なお、ジエチレングリコールモノアルキルエーテルのアルキル基の炭素数は特に限定されない。すなわち、ジエチレングリコールモノアルキルエーテルとしては、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノペンチルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、ジエチレングリコールモノヘプチルエーテルなどが挙げられる。なお、本実施形態に係る水系洗浄剤は、これらを2種以上組みあわせて使用してもよい。これらを安定剤として添加することによって、良好な安定性を発揮する水系洗浄剤を得ることができる。また、本実施形態に係る水系洗浄剤は、ジエチレングリコールモノアルキルエーテルのアルキル基の炭素数が増加するにつれて洗浄性能が向上するという傾向を有することが本発明者らの実験によって確認されている。かかる観点から、ジエチレングリコールモノアルキルエーテルのアルキル基の炭素数は、3個以上が好ましく、4個以上が特に好ましい。
三級アミンは、窒素原子にアルキル基またはヒドロキシアルキル基が3個結合した有機化合物である。すなわち、三級アミンは、下記の式(1)で示される化合物(式中のR1、R2、R3はアルキル基またはヒドロキシアルキル基)である。この三級アミンは、洗浄対象に付着した油脂に対して高い鹸化性を発揮し、当該油脂を溶解させる溶剤として機能し得る。
乳酸エステル(ラクテート)は、乳酸とアルコールとをエステル結合させることによって得られる化合物である。本実施形態に係る水系洗浄剤において、乳酸エステルは、上記三級アミンと同様に、洗浄対象の表面に付着した汚れ(典型的には油脂)を溶解・分散する溶剤として機能する。特に、乳酸エステルは、合成樹脂や高粘度油脂に対して高い溶解性と分散性を発揮し得る。かかる乳酸エステルの好適例として、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸プロピル、乳酸ブチルなどが挙げられる。また、これらの乳酸エステルを2種以上組み合わせて使用してもよい。
ヒドロキシカルボン酸としては、特に限定されず各種公知のものを使用できる。かかるヒドロキシカルボン酸の一例として、酒石酸、クエン酸、リンゴ酸、グルコン酸などが挙げられる。また、前記酸の塩をヒドロキシカルボン酸として使用することもできる。上述した酸の中でも、酒石酸は、特に好適な洗浄性能を発揮するため好ましい。また、上述のヒドロキシカルボン酸を2種以上組み合わせて使用してもよい。
本実施形態に係る水系洗浄剤は、溶媒として水を使用する洗浄剤である。すなわち、上述した(a)〜(d)の成分を(e)水に溶解させることによって水系洗浄剤が調製される。かかる水系洗浄剤は、環境への負荷が小さく、かつ、管理や廃棄が容易であるという利点を有している。なお、水には、脱イオン水、純水、超純水、蒸留水などを特に制限なく使用できる。
上記(a)〜(d)の成分を(e)水に溶解させた水系洗浄剤は、これらの成分以外に界面活性剤を実質的に含有していないにも関わらず、高い洗浄性能を発揮できることが本発明者らによる実験で確認されている。このため、本実施形態に係る水系洗浄剤によると、金属部材の表面状態を好適に改善できる。具体的には、洗浄後の金属部材の表面に界面活性剤が残留すると、当該界面活性剤が鹸化する可能性がある。この鹸化した界面活性剤は、それ自体が油脂汚れとなるだけでなく、金属部材の表面に固形分(金属粒子等)が残留する原因にもなる。これに対して、本実施形態に係る水系洗浄剤は、界面活性剤の残留による悪影響を確実に防止した上で、洗浄対象に付着した汚れを好適に除去できるため、種々の汚れが好適に除去されており、かつ、界面活性剤が残留していない好適な表面状態を実現できる。加えて、本実施形態に係る水系洗浄剤は、NMPのような極性有機溶媒が添加されていないため、人体や環境への影響が比較的に小さく、手洗浄時の取扱いや使用後の廃棄処理が容易という利点も有している。なお、ここに開示される技術を限定するものではないが、界面活性剤や極性有機溶媒が添加されていない本実施形態に係る水系洗浄剤が高い洗浄性能を発揮できる理由は、極性分子と無極性分子の両方に対して一定の溶解力を発揮するジエチレングリコールモノアルキルエーテルと、油脂に対して高い鹸化性を発揮する三級アミンと、合成樹脂や高粘度油脂に対して高い溶解性と分散性を発揮する乳酸エステルとが相互的に作用したためと推測される。
本実施形態に係る水系洗浄剤には、公知の添加剤(例えば、無機アルカリ剤、キレート剤、防腐剤、防錆剤、消泡剤、研磨剤等)が添加されていてもよい。
次に、本実施形態に係る水系洗浄剤を用いた洗浄方法について説明する。かかる洗浄方法は、金属部材の表面を洗浄対象とし、洗浄液準備工程と、洗浄工程とを少なくとも含む。
まず、本実施形態に係る洗浄方法の洗浄対象について説明する。上述したように、本実施形態に係る洗浄方法は、金属部材の表面を洗浄対象とする。本明細書における「金属部材」は、金属表面を有した工業製品一般を指す。すなわち、「金属部材」は、樹脂等の金属以外の材料からなる部品の表面に金属膜が形成された部品等を包含し得る。なお、金属部材に使用され得る金属としては、アルミニウム、鉄、ニッケル、クロム、チタン等が挙げられる。また、上述の金属を含む合金(アルミニウム合金、ステンレス、インコネル、マグネシウム合金等)であってもよい。
本実施形態に係る洗浄方法では、まず、上述した水系洗浄剤を含む洗浄液を準備する。かかる洗浄液には、水系洗浄剤を所定の媒体(水やアルコール類など)で希釈したものを使用してもよいし、水系洗浄剤をそのまま使用してもよい。また、洗浄対象や汚れの種類によっては、本発明の効果が著しく妨げられない範囲内で、上述した水系洗浄剤と他の洗浄剤とを混合してもよい。なお、水系洗浄剤を希釈する場合には、洗浄対象や汚れの種類に応じて希釈倍率を適宜調節することが好ましい。かかる希釈倍率は、例えば、体積基準で2倍〜100倍程度であってもよく、5倍〜30倍程度であってもよい。
本工程では、洗浄液を洗浄対象(金属部材の表面)に供給する。上記洗浄液を供給する手段は、特に限定されず、洗浄対象の形状や汚れの種類に応じた適切な手段を採用できる。例えば、電子部品等の微小な部品であれば、洗浄対象を洗浄液に浸漬させることによって洗浄を行うことができる。また、配管の内壁を洗浄する際には、内部空間に洗浄液を流通させるフラッシングや、高圧の水滴を内壁に衝突させる高圧洗浄などを実施できる。これによって、短時間で高い洗浄効果を得ることができる。
また、洗浄工程の後にリンス工程を実施すると好ましい。かかるリンス工程は、水(例えば、脱イオン水、純水、超純水、蒸留水等)を洗浄対象に供給する。これによって、洗浄工程において、洗浄対象から剥離した汚れを好適に除去できると共に、洗浄液の成分が洗浄対象に残留することを防止できる。なお、上記洗浄工程と同様に、リンス工程において水を供給する手段は特に限定されず、洗浄対象を水に浸漬させる手法、洗浄対象の表面に水を掛け流す手法、配管内部に水を流通させる手法、水滴を内壁に衝突させる手法等を洗浄対象等に応じて適宜採用できる。また、要求される表面状態や汚れの程度に応じてリンス工程を複数回実施してもよい。
次に、本発明に関する試験例を説明する。なお、以下の試験例は、本発明を限定することを意図したものではない。
1.洗浄剤の準備
(1)サンプル1
サンプル1では、比較対象として代替フロン系洗浄剤を準備した。具体的には、ハイドロクロロフルオロカーボン(HCFC濃度:100wt%)を洗浄剤として使用した。
サンプル2〜5では、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)を含む水系洗浄剤を調製した。具体的には、5wt%のジエチレングリコールモノアルキルエーテルと、5wt%のトリエタノールアミン(TEA)と、5wt%のNMPと、3%の酒石酸とを水(脱イオン水)に溶解させた水系洗浄剤をサンプル2〜4とした。なお、本試験では、サンプル2〜5の各々でジエチレングリコールモノアルキルエーテルが異なっている。具体的には、サンプル2では、ジエチレングリコールモノメチルエーテル(DGMmE)を使用し、サンプル3では、ジエチレングリコールモノエチルエーテル(DGMeE)を使用した。そして、サンプル4では、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル(DGMpE)を使用し、サンプル5では、ジエチレングリコールモノブチルエーテル(DGMbE)を使用した。
サンプル6〜9では、乳酸エステルを含む水系洗浄剤を調製した。具体的には、5wt%のジエチレングリコールモノアルキルエーテルと、5wt%のトリエタノールアミン(TEA)と、5wt%の乳酸エチルと、3%の酒石酸とを水(脱イオン水)に溶解させた水系洗浄剤をサンプル6〜9とした。なお、上記サンプル2〜5と同様に、サンプル6〜9では、ジエチレングリコールモノアルキルエーテルが異なっている。具体的には、サンプル6ではDGMmEを使用し、サンプル7ではDGMeEを使用し、サンプル8ではDGMpEを使用し、サンプル9ではDGMbEを使用した。
(1)洗浄対象
上述した各サンプルを40℃に加温したものを洗浄液として使用し、アルミニウム製の配管の洗浄を行った。かかるアルミニウム製の配管は、直径が203mm、長さが2300mmの直管であり、洗浄対象である内壁の面積が0.7m2である。そして、1gの防錆剤(Esgard,Inc.製、型番:ESGARD PL−2)を50gのメチルエチルケトンで希釈したものを「油脂汚れ」として配管の内周面に隙間なく塗布した。次に、洗浄対象である配管と同じ素材(アルミニウム)でできた部材を研磨して微粒子を作成し、当該微粒子を配管内に散布することによって配管の内壁に微粒子を付着させた。
上記油脂と微粒子が付着した配管の内部に、各サンプルの洗浄液を流通させることによって洗浄工程を実施した。なお、洗浄液の流量は8.52L/min、洗浄時間は5分に設定した。そして、洗浄工程の後に、脱イオン水を流通させるリンス工程を実施した。なお、本工程における脱イオン水の流量は8.52L/min、洗浄時間は1分に設定した。
リンス工程後の配管の内部に0.7Lの脱イオン水を通過させ、当該脱イオン水を評価用試料として採集した。そして、評価用試料をフィルター(材質:セルロース混合エステル、孔径:0.8μm)で濾過することによって、リンス工程後の残留異物をフィルター上に捕集した。そして、フィルター表面を顕微鏡で観察し、フィルター上に存在する異物(粒子状および繊維状の固形物)の数と大きさを計測し、当該計測結果に基づいて各サンプルに対する残留固形分評価を行った。
上述の異物残留評価を行った後の配管内に、サンプル1と同じ組成の代替フロン系洗浄剤を流通させた後、当該代替フロン系洗浄剤を評価用試料として採集した。そして、評価用試料をフィルター(材質:セルロース混合エステル、孔径:0.8μm)で濾過して固形物を除去した後に、ロータリーエバポレーター(アズワン社製、型式:NA−1)を使用して濃縮した。そして、濃縮後の評価用試料を乾燥炉(80℃)内に1時間保持して乾燥させて得られた評価用固形分Xを採集した。一方、配管内に流通させていない代替フロン系洗浄剤に対して同じ手順で濃縮・乾燥処理を行って比較用固形分Yを採集した。そして、評価用固形分Xと比較用固形分Yとの質量差(WX−WY)を測定し、これをリンス工程後の配管内に残留した不揮発性の残留油脂の量とみなした。
各サンプルの残留固形分評価と残留油脂評価の結果を下記の表2に示す。
1.サンプルの準備
本試験では、サンプル9と同様に、ジエチレングリコールモノブチルエーテル(DGMbE)と、トリエタノールアミン(TEA)と、乳酸エチルと、酒石酸とを水(脱イオン水)に溶解させた水系洗浄剤(サンプル10〜12)を調製した。なお、第2の試験で調製したサンプル10〜12は、表3に示すように各成分の添加量を異ならせている。
第2の試験においても、各サンプルを使用して配管の洗浄を行い、残留固形分評価と残留油脂評価を行った。各評価の手順は、第1の試験と同じである。評価結果を表3に示す。なお、表3では、比較検討のために、第1の試験で測定したサンプル9の残留固形分評価と残留油脂評価も記載する。
Claims (15)
- 金属部材の洗浄に用いられる水系洗浄剤であって、
(a)ジエチレングリコールモノアルキルエーテルと、
(b)三級アミンと、
(c)乳酸エステルと、
(d)ヒドロキシカルボン酸と、
(e)水と
を含有し、かつ、前記水系洗浄剤全体の重量を100wt%としたときの前記(a)〜(e)の成分以外の界面活性剤の含有量が0.001wt%以下であることを特徴とする、水系洗浄剤。 - 前記(a)ジエチレングリコールモノアルキルエーテルとして、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテルからなる群から選択される少なくとも一種を含む、請求項1に記載の水系洗浄剤。
- 前記(b)三級アミンとして、トリメタノールアミン、トリエタノールアミン、トリプロパノールアミン、トリブタノールアミン、トリペンタノールアミン、およびトリヘキサノールアミンからなる群から選択される少なくとも一種を含む、請求項1または2に記載の水系洗浄剤。
- 前記(c)乳酸エステルとして、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸プロピル、乳酸ブチルからなる群から選択される少なくとも一種を含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の水系洗浄剤。
- 前記(d)ヒドロキシカルボン酸として、酒石酸、クエン酸、リンゴ酸、グルコン酸、およびこれらの塩からなる群から選択される少なくとも一種を含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の水系洗浄剤。
- 前記(a)ジエチレングリコールモノアルキルエーテルの含有量は、水系洗浄剤全体を100wt%としたとき、2.5wt%〜10wt%である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の水系洗浄剤。
- 前記(b)三級アミンの含有量は、水系洗浄剤全体を100wt%としたとき、2.5wt%〜10wt%である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の水系洗浄剤。
- 前記(c)乳酸エステルの含有量は、水系洗浄剤全体を100wt%としたとき、2.5wt%〜10wt%である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の水系洗浄剤。
- 前記(d)ヒドロキシカルボン酸の含有量は、水系洗浄剤全体を100wt%としたとき、0.5wt%〜7.5wt%である、請求項1〜8のいずれか一項に記載の水系洗浄剤。
- 前記水系洗浄剤全体の重量を100wt%としたときの無機アルカリ剤の含有量が0.001wt%以下である、請求項1〜9のいずれか一項に記載の水系洗浄剤。
- 前記水系洗浄剤全体の重量を100wt%としたときのキレート剤の含有量が0.001wt%以下である、請求項1〜10のいずれか一項に記載の水系洗浄剤。
- 金属部材の表面を洗浄対象とした金属部材の洗浄方法であって、
請求項1〜11のいずれか一項に記載の水系洗浄剤を含有する洗浄液を準備する洗浄液準備工程と、
前記洗浄液を洗浄対象に供給することによって洗浄対象を洗浄する洗浄工程と
を少なくとも含む、洗浄方法。 - 前記洗浄工程の後に前記洗浄対象に水を供給するリンス工程をさらに含む、請求項12に記載の洗浄方法。
- 前記リンス工程において、前記水に不活性ガスをマイクロバブルの状態で混入させる、請求項13に記載の洗浄方法。
- 前記洗浄工程において、前記洗浄液に不活性ガスをマイクロバブルとして混入させる、請求項12〜14のいずれか一項に記載の洗浄方法。
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