TWI783635B - 具有類共沸物特性清潔溶劑組成物及其用途 - Google Patents
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Abstract
一種共沸清潔溶劑組成物，包含重量百分比約96%至約98%的1,1,1,3,3,3-六氟-2-甲氧基丙烷（「HFMOP」）和重量百分比約2%至約4%的丙酮，例如：重量百分比約97%的HFMOP和約3%的丙酮。本發明之另一種組成物含有HFMOP：丙酮之重量比約24：1至約99：1，例如：約24：1至49：1。傳統的添加劑諸如界面活性劑、潤滑劑及共溶劑等可以不超過該溶劑組成物約10%重量百分比的量存在。本發明之一種方法包含使一製造製品接觸該溶劑組成物以清潔該製造製品，然後將該溶劑組成物從該製造製品移除。
Description
本發明係關於基於溶劑之清潔組成物，其為用於工業製程中用以清潔多種製造製品的類型，包含金屬加工、電子和其他工業中的金屬和塑膠。
基於溶劑的清潔組成物在工業製程中被用以清潔多種污染物質和殘留物（以下有時稱為「污垢」或「汙染物質」）。電子工業通常在組裝零件的前後清潔各種裝置上的助熔劑、銲錫、黏合劑和塗料。這種裝置可包含廣泛的含有金屬、陶瓷、合成聚合物（塑膠）基材的材料與零件中一或多者。進行金屬加工時必須從金屬表面移除潤滑油、肥皂、研磨介質和潤滑脂。許多這些污垢很難從金屬表面上去除，尤其是使用非水性清潔劑時。
特別感興趣的是非可燃溶劑混合物，其提供可安全地用於噴霧劑包裝中的清潔溶劑，或用作擦拭液，或大容量清洗容器中，例如：在蒸氣脫脂（「VDG」）機組中。通常，這些清潔溶劑包含本身非可燃或可透過與其他鹵化化合物混合變成非可燃的鹵化化合物。舉例而言，已知同時使用諸如可燃反式二氯乙烯（TDCE）之氯化烴與氟化成分，其中該氯化烴作為高溶解力成分，該氟化成分用於使清潔溶劑混合物變成非可燃。另外，特別是對蒸氣脫脂（VDG）應用而言，清潔溶劑混合物應為非可燃共沸物或類共沸物組成物，以便其蒸氣也是非可燃。因此，共沸物在蒸餾、冷凝和重新混合後不會如蒸氣脫脂時發生明顯分餾是被高度需要的。換言之，在蒸氣脫脂（VDG）中，沸騰槽中的組成物比例應與潤洗槽中的組成物比例幾乎相同，或者在完全蒸餾過程中的沸騰燒瓶和接收器中的組成物比例幾乎相同。
業界尋求最大化產品的清潔力，通常被定義為考立-丁醇指數（「KB值」）。為此，混合物中高KB值成分的濃度被盡可能提高。然而，溶劑混合物會變得更難變成非可燃，因為組成物中高KB值成分的量增加了。所屬技術領域中的重大進展為由杜邦公司（Dupont Corporation）推出的含重量百分比4%甲基全氟庚烯（MPHE）醚、0.8% Vertrel XF 和 95.2%反式二氯乙烯（TDCE）的類共沸混合物，以品名Vertrel Sion供應。這是現今市售產品中反式二氯乙烯（TDCE）濃度最高者。然而，高濃度反式二氯乙烯（TDCE）對易燃性有不利影響，亦即，Vertrel Sion溶劑可能比期望的更易燃。
日本專利申請案第JPH10130183（A）號（Yuji等）揭露了用於清潔電子零件或其類似者的共沸組成物，揭露之組成物的一個實施例包含重量百分比55%至75%的1,1,1,3,3,3-六氟-2-甲氧基丙烷醚（HFMOP）和重量百分比25%至45%的丙酮之混合物。如以下實施例2之A部分的可燃性試驗所示，Yuji等人之包含重量百分比75%的HFMOP和25%的丙酮的組成物是高度易燃的。如Yuji等人所教示，增加丙酮的量至重量百分比25%以上和高達45%時會進一步增加易燃性。Yuji等人揭露的其他溶劑清潔組成物結合HFMOP和環己烷、己烷或環戊烷。Yuji等人的HFMOP/環己烷組成物揭露重量百分比75%至95%的HFMOP。
葉志紅的美國專利公開第2020/0024553 A1號公開於2020年1月23日並且揭露了包含1,1,1,3,3,3-六氟-2-甲氧基丙烷和選自由異丙醇、乙醇、甲醇和反式-1,2-二氯乙烯所成群的第二成分之混合物的共沸組成物。據說該共沸組成物在恆定壓力下展現基本上恆定的沸點並且可用於各種清潔和脫脂應用。
授予B.H. Minor等人並於2009年5月12日公告的美國專利第7,531,496 B2號揭露了基本上由1,1,1,3,3-五氟丁烷（HFC-365mfc）和1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-十氟戊烷（HFC-43-10mee）或九氟甲氧基丁烷構成的二元類共沸組成物。還揭露了三元或四元類共沸組成物，其基本上由1,1,1,3,3-五氟丁烷和1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-十氟戊烷或九氟甲氧基丁烷，以及另外的反式-1,2-二氯乙烯、正丙基溴、丙酮、甲醇、乙醇或異丙醇所組成。
授予A.B. Merchant等人並於1991年11月12日公告的美國專利第5,064,559號揭露了一種包含1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-十氟戊烷和甲醇或乙醇或異丙醇的共沸混合物的清潔溶劑，該共沸混合物用於溶劑清潔應用，如發泡劑、冷凍劑、加熱介質和噴霧推進劑。
授予J.E. Bartelt等人並於2013年4月2日公告的美國專利第8,410,039號揭露了甲基全氟庚烯醚和反式二氯乙烯之共沸配方的混合物及其用途。
授予T. Yamada等人並於2001年11月6日公告的美國專利第6,312,759號揭露了含95%或以上的七氟環戊烷（HFCP）與許多其他溶劑的混合物，用作清潔組成物或傳遞液。
整體而言，本發明係關於在例如蒸氣脫脂過程中展現類共沸物特性的低易燃性清潔溶劑組成物，以及此類清潔溶劑的用途。此外，本發明的清潔溶劑組成物基本上在蒸餾時不分餾，這對清潔操作的高效和安全使用以及數種諸如散裝溶劑、溶劑噴霧劑、濕巾和幫浦噴霧之溶劑包裝的安全性都很重要。本發明的清潔溶劑組成物包含1,1,1,3,3,3-六氟-2-甲氧基丙烷（HFMOP）醚
和丙酮的混合物。HFMOP是一種具有以下結構的氟醚：
並具有以下特性：
 |
| 分子量： | 182 | 黏度： | 0.33 厘司（在25°C） |
| 沸點： | 50°C | 密度： | 1.39 公克/毫升（在25°C） |
| 冰點： | ＜ -78°C | KB值： | 12.2 |
| 閃點： | 無法檢測 |
具體地，根據本發明的一個態樣，提供一種具有類共沸物特性的溶劑組成物而且該溶劑組成物包含1,1,1,3,3,3-六氟-2-甲氧基丙烷醚（「HFMOP」）和丙酮，HFMOP和丙酮以HFMOP：丙酮之重量比約24：1至約99：1存在，例如：約24：1至約49：1，例如：以HFMOP：丙酮之重量比約27.9：1至39.0：1存在。
本發明的其他態樣提供一種進一步可選地包含一或多種添加劑的組成物，該添加劑不會對本發明的組成物的類共沸特性和非可燃特性有顯著不利的影響，並且，當添加劑存在時，添加劑以不超過該組成物約10%重量百分比的有限量存在。
當此類添加劑存在時，該添加劑係選自由界面活性劑、潤滑劑及共溶劑所成群中之至少一種，這些添加劑傳統上用在清潔溶劑組成物中。在本發明的相關態樣中，當界面活性劑存在時，該界面活性劑係選自由烷基磷酸胺鹽、乙氧基醇及四級銨鹽所成群中之至少一種；當潤滑劑存在時，該潤滑劑係選自由礦油、烷基苯、多元醇酯和氟化潤滑劑，包含全氟聚醚、氟矽酮、聚四氟乙烯及聚三氟氯乙烯所成群中之至少一種；當共溶劑存在時，該共溶劑係選自由諸如甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇的醇類和苯甲醇、酯、醚、醚醇，以及諸如戊烷、環戊烷、己烷、環己烷、庚烷和辛烷的烴所成群中之至少一種。
本發明的另一態樣提供具有類共沸物特性的溶劑組成物，而且該溶劑組成物包含重量百分比約96%至約99%的1,1,1,3,3,3-六氟-2-甲氧基丙烷醚（「HFMOP」）和重量百分比約1%至約4%的丙酮，或約96%至約98%的HFMOP和重量百分比約2%至約4%的丙酮。在相關態樣中，丙酮構成組成物的重量百分比約2.0%至約3.5%，例如：丙酮可構成組成物的重量百分比約2.5%至約3%或約3.5%，同時HFMOP構成組成物的重量百分比約96.5%至約98%。添加物可選擇性地存在於本發明的組成物中，或者，除了可在市售HFMOP和丙酮中發現的痕跡雜質，組成物可基本上僅包含HFMOP和丙酮。
根據本發明的一個方法態樣，本發明提供一種清潔製造製品的方法，該方法透過使該製品接觸一種溶劑組成物，該溶劑組成物具有類共沸物特性且包含1,1,1,3,3,3-六氟-2-甲氧基丙烷醚（「HFMOP」）和丙酮，HFMOP與丙酮以HFMOP：丙酮之重量比約24：1至約99：1存在，或約24：1至約49：1，例如：以HFMOP：丙酮之重量比約27.6：1至約39.0：1存在，而且該組成物進一步可選地包含一或多種添加劑，該添加劑不會對組成物的類共沸特性和非可燃特性有不利的影響，並且，當添加劑存在時，添加劑以不超過該組成物約10%重量百分比的量存在。當添加劑存在時，該添加劑為前述之界面活性劑、潤滑劑及共溶劑。在製品接觸溶劑組成物後，將溶劑組成物從製品移除。
本發明進一步的方法態樣提供組成物被汽化且使製品接觸所產生的蒸氣，並且在接觸後將蒸氣冷凝成液態的組成物。
本發明的其他態樣在以下的詳細描述中將會清楚易懂。
除非另有明確說明，否則所有給定成分的百分比，無論是以「重量百分比」、「%」、「wt%」或其他方式表示，皆為溶劑組成物中，成分基於組成物總重量的重量百分比。
如本文所使用，用於論及本發明之清潔溶劑混合物的用語「類共沸物」特性或性質或類似意義的用語，意指雖然溶劑混合物可能沒有展現完美的共沸特性（雖然本發明的一些混合物可能有），但是在重複的蒸餾循環後，組成的改變很小。實際上，溶劑混合物組成之主要成分的起始量的改變不高於重量百分比20%通常被認為是可接受的。如以下實施例1所示，在丙酮之重量百分比為3%的本發明之實施例中，HFMOP的起始量在七小時的蒸餾後的改變非常小。這種改變理想為低於HFMOP起始量的重量百分比10%，更理想為低於重量百分比5%，例如不高於重量百分比2%。
圖1示意性地描繪用於模擬蒸氣脫脂（VDG）機組運作和產生以下呈現之實驗數據的類型的傳統雙球型實驗台式實驗室玻璃器皿。實驗室玻璃器皿10包含一個具有頸部12a的沸騰球12，頸部12a延伸至潤洗球14。頸部12a在其中形成了一個孔12b，該孔12b位於潤洗球14內。冷凝器16被安裝至潤洗球14的出口端並且包含設置在冷凝器16內的冷卻盤管18。冷水入口18a連接至冷卻水源（未展示）並且冷水出口18b連接至排水處（未展示）。沸騰球12置於加熱爐20之上。
使用時，將待測溶劑組成物引入沸騰球12並加熱以使溶劑組成物沸騰，並且產生蒸氣，該蒸氣上升到潤洗球14中然後進入冷凝器16，如箭頭V
1所指。蒸氣藉由與冷卻盤管18接觸而被冷凝，並流入潤洗球14，如箭頭C
1所指。當收集在潤洗球14中的冷凝液達孔12b的水平高度時，溢出的溶劑流回沸騰球12，如箭頭C
2所指。
標準測試步驟
試驗在標準雙槽蒸氣脫脂機的實驗台式模擬中進行，其為如圖1所描繪之使用「雙球型」裝置的類型，該設備在沸騰燒瓶上有取樣口（圖1中未展示）。使用安捷倫公司的 DB-200 毛細管柱（三氟丙基甲基二甲基矽氧烷固定相）和 FID 檢測器以氣相層析法分析不同位置與時間的樣品。以下實施例報告根據此標準測試步驟進行的試驗結果。
〔實施例1 〕
在圖1示意性描繪的類型的實驗室玻璃器品中蒸餾包含重量百分比97%的HFMOP和3%的丙酮的一個本發明實施例（指定為17-90-1）的配方。
A部分：在模擬蒸氣脫脂機的實驗室玻璃器皿中蒸餾時沸騰組成物的改變
HFMOP的初始含量的改變量為97.00-95.58=1.42。這代表HFMOP在七小時的蒸餾過程中，在沸騰組成物中減少重量百分比1.42/97.00=1.46%。
B部分：在模擬蒸氣脫脂機的實驗室玻璃器皿中蒸餾時潤洗組成物的改變
如沸騰組成物的計算方式，HFMOP含量在七小時的蒸餾過程中，在潤洗組成物中的改變為增加重量百分比0.90/97.00 = 0.93%。
| 原型 17-90-1 蒸氣脫脂機模擬 | ||
| 總蒸餾時間（小時） | HFMOP 重量百分比 （ % ） | 丙酮重量百分比 （ % ） |
| 0 | 97.00 | 3.00 |
| 1 | 95.45 | 4.55 |
| 2 | 95.57 | 4.43 |
| 3 | 95.59 | 4.41 |
| 4 | 95.62 | 4.38 |
| 5 | 95.60 | 4.40 |
| 6 | 95.58 | 4.42 |
| 7 | 95.58 | 4.42 |
| 原型 17-90-1 蒸氣脫脂機模擬 | ||
| 總蒸餾時間（小時） | HFMOP 重量百分比 （ % ） | 丙酮重量百分比 （ % ） |
| 0 | 97.00 | 3.00 |
| 1 | 98.24 | 1.76 |
| 2 | 98.09 | 1.91 |
| 3 | 98.02 | 1.98 |
| 4 | 97.98 | 2.02 |
| 5 | 97.96 | 2.04 |
| 6 | 97.93 | 2.07 |
| 7 | 97.90 | 2.10 |
如以上數據所示，原型17-90-1呈現共沸物特性。原型17-90-1的沸點測定為51.3°C，比計算的沸點低4.5°C。蒸餾數據顯示組成物確實從初始重量百分比3%的丙酮，在系統的潤洗區中轉變成2%，在系統的沸騰區中轉變成4%。七小時的蒸餾評估描述了在初始轉變後混合物的穩定性。
實施例1表明在沸騰槽和潤洗槽中，混合物的每一種成分的初始存在量在圖1的裝置中經過七小時的蒸發和冷凝期後，僅維持有限的變化，如圖2和圖3所示。圖4和圖5分別展示在圖1之裝置的沸騰和冷凝槽中的組成物中HFMOP和丙酮的變化量。
已發現HFMOP以所述比例與丙酮組合提供了已知組成物有利的替代方案，該組成物包含與高KB易燃溶劑組合的其他氫氟醚（「HFEs」）。在清潔溶劑中使用氫氟醚（HFEs）而非氫氟碳化物（「HFCs」）的主要好處是改善環境特性。HFMOP展現抑制易燃性的特性，該特性使它能與諸如丙酮之具有高KB值的易燃溶劑混合以提供非可燃組成物。當然，用氫氟醚（HFEs）和易燃清潔溶劑形成非可燃共沸物是非常需要的。
以下組成物透過「盤子試驗」測試可燃性。在通風櫥中將10毫升溶劑裝入金屬盤中。使火源經過液體表面並監測火焰的大小和持續時間。在火焰熄滅後，讓煙霧消散30秒。然後使火源再次經過溶劑表面。重複此過程直到所有溶劑蒸發。若火焰沒有在10秒內自行熄滅，則中止測試。使火焰在少於5秒內自行熄滅的溶劑被視為「非可燃」。在5秒後無法使火焰熄滅的溶劑被視為「易燃」。此測試方法是在使用閉杯或開杯法進行測試之前，用於測量溶劑混合物的可燃性潛力的步驟。
〔實施例2 〕每一組成物包含所述重量百分比的溶劑，其餘為HFMOP。
A部分：比較例
B部分：本發明實施例
| 組成物 | 可燃性試驗結果 |
| HFMOP和乙醇 重量百分比3% 乙醇 重量百分比5% 乙醇 | 易燃 易燃 |
| HFMOP和反式二氯乙烯（「Trans」） 重量百分比50% 反式二氯乙烯 重量百分比80% 反式二氯乙烯 重量百分比95% 反式二氯乙烯 | 非可燃 易燃 易燃 |
| HFMOP和異丙醇（「IPA」） 重量百分比3 wt % 異丙醇 | 易燃 |
| HFMOP和丙酮（取自前述Yuji等人的專利案JPH 10130183A的實施例） 重量百分比25% 丙酮 | 高度易燃 |
| 組成物 | 可燃性試驗結果 |
| HFMOP和丙酮 重量百分比1% 丙酮 重量百分比2% 丙酮 重量百分比2.5% 丙酮 重量百分比3% 丙酮（原型17-90-1） 重量百分比4% 丙酮 | 非可燃 非可燃 非可燃 非可燃 非可燃 |
如先前技術所教示，實施例2的可燃性試驗呈現出HFMOP或其他氫氟醚（HFEs）和某些醇類或反式二氯乙烯的混合物是易燃的。相比之下，HFMOP和丙酮的混合物（重量百分比3%的丙酮），也就是原型17-90-1，是可以使火焰自行熄滅的。進一步地，原型17-90-1的可燃性研究指出該混合物不會隨著時間的推移變得易燃。少於1%的低丙酮含量當然是非可燃的，但會導致清潔能力差。
現已針對本發明的具體實施例對本發明進行了詳細的描述，但是這些具體實施例不應被解釋為對本發明範圍的限制。
本申請係主張以 Venesia L. Hurtubise 的名義於2020年8月18日遞交之第63/067,018號美國臨時專利申請案的優先權，其發明名稱為「具有類共沸物特性清潔溶劑組成物及其用途」。
10:實驗室玻璃器皿
12:沸騰球
12a:頸部
12b:孔
14:潤洗球
16:冷凝器
18:冷卻盤管
18a:冷水入口
18b:冷水出口
20:加熱爐
V
1:指出蒸氣上升到潤洗球14中後進入冷凝器16的方向
C
1:指出蒸氣藉由與冷卻盤管18接觸而被冷凝後流入潤洗球14的方向
C
2:指出當收集在潤洗球14中的冷凝液達孔12b的水平高度時，溢出的溶劑流回沸騰球12的方向
〔圖1〕係包含「雙球型」裝置之標準雙槽蒸氣脫脂機的實驗台式模擬的示意性正視圖，並且為產生圖2至圖5所述之實驗數據所使用的類型。
〔圖2〕係描繪本發明之清潔溶劑實施例的組成物中HFMOP和丙酮成分在七小時運作期間的變化的圖，該數值是在圖1的裝置的沸騰槽中測得。
〔圖3〕係除了呈現雙球裝置的潤洗槽中組成物的變化，其餘條件與圖2相同的圖。
〔圖4〕係描繪圖2和圖3的實驗數據相對於裝置運作時間的圖，但是呈現沸騰和潤洗槽中HFMOP成分的變化量。
〔圖5〕係除了描繪丙酮成分的變化量，其餘條件與圖4相同的圖。
Claims (13)
- 一種具有類共沸物特性之溶劑組成物，其特徵係包含1,1,1,3,3,3-六氟-2-甲氧基丙烷醚(HFMOP)及丙酮，該HFMOP與該丙酮以HFMOP：丙酮之重量比24：1至99：1存在。
- 如請求項1所述之溶劑組成物，其中，該HFMOP與該丙酮以HFMOP：丙酮之重量比24：1至49：1存在。
- 如請求項1或2所述之溶劑組成物，其中，該溶劑組成物進一步包含一或多種添加劑，該添加劑不會對該溶劑組成物的類共沸特性有不利的影響，並且，當該添加劑存在時，該添加劑以不超過該溶劑組成物10%重量百分比的量存在。
- 如請求項3所述之溶劑組成物，其中，當該添加劑存在時，該添加劑係選自由界面活性劑、潤滑劑及共溶劑所成群中之至少一種。
- 如請求項4所述之溶劑組成物，其中，當該界面活性劑存在時，該界面活性劑係選自由烷基磷酸胺鹽、乙氧基醇及四級銨鹽所成群中之至少一種；當該潤滑劑存在時，該潤滑劑係選自由礦油、烷基苯、多元醇酯、全氟聚醚、氟矽酮、聚四氟乙烯及聚三氟氯乙烯所成群中之至少一種；當該共溶劑存在時，該共溶劑係選自由甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、苯甲醇、酯、醚、醚醇、戊烷、環戊烷、己烷、環己烷、庚烷和辛烷所成群中之至少一種。
- 如請求項3所述之溶劑組成物，其中，該HFMOP與該丙酮以HFMOP：丙酮之重量比27.6：1至39.0：1存在。
- 一種具有類共沸物特性之溶劑組成物，其特徵係包含重量百分比96%至99%的1,1,1,3,3,3-六氟-2-甲氧基丙烷醚(HFMOP)和重量百分比1%至4%的丙酮。
- 如請求項7所述之溶劑組成物，其中，該溶劑組成物包含重量百分 比96%至98%的1,1,1,3,3,3-六氟-2-甲氧基丙烷醚(HFMOP)和重量百分比2%至4%的丙酮。
- 如請求項7所述之溶劑組成物，其中，該丙酮佔該溶劑組成物的重量百分比2.5%至3.5%。
- 如請求項7所述之溶劑組成物，其中，該丙酮佔該溶劑組成物的重量百分比2%至3%。
- 一種清洗製造製品的方法，其特徵係透過使該製品接觸一溶劑組成物，該溶劑組成物具有類共沸物特性且包含1,1,1,3,3,3-六氟-2-甲氧基丙烷醚(HFMOP)和丙酮，該HFMOP與該丙酮以HFMOP：丙酮之重量比24：1至99：1存在，且該溶劑組成物選擇性地進一步包含一或多種添加劑，該添加劑不會對該溶劑組成物的類共沸特性有不利的影響，並且，當該添加劑存在時，該添加劑以不超過該溶劑組成物10%重量百分比的量存在，當該添加劑存在時，該添加劑係選自由界面活性劑、潤滑劑及共溶劑所成群中之至少一種，其中，當該界面活性劑存在時，該界面活性劑係選自由烷基磷酸胺鹽、乙氧基醇及四級銨鹽所成群中之至少一種，當該潤滑劑存在時，該潤滑劑係選自由礦油、烷基苯、多元醇酯、全氟聚醚、氟矽酮、聚四氟乙烯及聚三氟氯乙烯所成群中之至少一種，當該共溶劑存在時，該共溶劑係選自由甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、苯甲醇、酯、醚、醚醇、戊烷、環戊烷、己烷、環己烷、庚烷和辛烷所成群中之至少一種；並且在該製品接觸該溶劑組成物後，將該溶劑組成物從該製品移除。
- 如請求項11所述之方法，其中，該HFMOP與該丙酮以HFMOP：丙酮之重量比24：1至49：1存在。
- 如請求項11或12所述之方法，其中，該溶劑組成物被汽化且使該製品接觸該溶劑組成物被汽化後所產生的蒸氣，並且在接觸後將該蒸氣冷凝成 液態的該溶劑組成物。
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