清洗工作中关于清洗媒体的知识详解

根据清洗使用的媒质不同而将清洗系统分为两大类：把使用水、各种水溶液、有机溶剂等液体媒质的清洗系统叫湿式清洗系统，而把以空气等气体作为媒质的清洗系统叫干式清洗系统。湿式清洗系统主要包括清洗、冲洗、干燥三个工艺过程；而干式清洗系统不需要干燥工艺，只包括清洗和冲洗两个工艺过程。下面对这两种清洗系统做进一步介绍。

液体媒体——湿式清洗

清洗多是在溶液中进行的，如在水中、各种水溶液中及有机溶剂中进行清洗。这些情况下，清洗媒体都是液体。把用液体做清洗媒体的清洗方法称为湿式清洗。如洗衣服、洗澡等清洗。它主要包括喷射清洗、浸泡清洗和溶剂蒸气清洗。

1.喷射清洗

如果用液体媒质进行润湿的清洗对象是大型的不易搬动的或外型结构决定它不适合浸泡在液槽中的物体时，需要把洗液喷射或用刷子蘸取的方法使清洗对象表面润湿，然后进行清洗和冲洗。这类湿式清洗一般叫喷射清洗。

喷射清洗是利用喷嘴喷出的水或洗液的冲击力量使污垢解离分散的。在喷射清洗中要求的清洁程度越高，消耗的洗液也越多，因此往往要求尽可能使用价格便宜的清洗液。

根据喷射清洗使用的喷嘴情况可具体分为两类：

（1）喷射位置固定的喷射清洗：当清洗对象是多个小型物体时，经常使用在固定位置的喷嘴进行喷射清洗。在这种装置中，清洗对象往往通过输送带排成直线并从喷嘴下面通过，洗液通过喷嘴对清洗对象进行清洗和冲洗。

（2）喷嘴位置可任意移动的喷射清洗：工厂中各种大型设备容器壁面和机器的外形以及桥梁、飞机、火车外壳等设备适用可移动的喷射装置进行清洗。这种装置的特点是可以装在手推车或卡车上，方便地任意移动，经过泵加压后的洗液，通过输送水龙管及喷嘴，由人工控制可喷射到任意方向。

2.浸泡清洗

将清洗对象放在洗液中浸泡，湿润而洗净的湿式清洗叫浸泡清洗。在浸泡清洗工艺系统中，清洗和冲洗分别在不同洗槽中进行，分多次进行的浸泡清洗可以得到洁净度很高的表面。因此，浸泡清洗是以清洗效果好为特点的。这种方法对数量多的小型清洗对象特别合适。

浸泡清洗系统基本上有两种类型：一是清洗槽用溶剂、冲洗槽用清水型，即一种在清洗槽中使用表面活性剂水溶液或有机溶剂作洗液，而在后面的冲洗槽中用水作冲洗剂的浸泡清洗系统。使用这种浸泡清洗系统应注意的问题是：由于冲洗工艺一般使用的是清水，清水中含有微量杂质，在干燥后留在清洗对象表面会使其洁净度变差。在洁净度要求特别高的情况下，在清水冲洗之后要用纯水或超纯水进一步冲洗。另外，在用水作冲洗剂时往往产生大量废水，需要经过处理后才能排放。

二是清洗槽、冲洗槽都使用同一种溶剂的系统，这是适合使用合成有机溶剂和石油类溶剂去除油性污垢为主要目的的清洗系统。这种系统的特点是管理较容易，设备安排较紧凑，使用的溶剂都釆用逆流方式运动，使溶剂的溶解能力得到充分利用，同时产生的废液数量也较少。但该清洗系统的问题在于清洗对象表面的亲水性污垢还是较难被完全去除。而且有机溶剂大多存在毒性大、安全性差、易燃易爆、受环境保护要求限制的问题。由于这些原因，原来广泛使用的氯氟炷和三氯乙烯等有机溶剂，现在已不能继续使用了。而使用高沸点的石油类溶剂，虽然闪点升高，安全性较好，但又出现干燥较困难的问题。

浸泡清洗系统是由清洗工艺、冲洗工艺、干燥工艺三个部分组成的。清洗工艺指把污垢从清洗对象表面解离下来并分散到媒液中的工艺。因此这一工艺中使用的媒液，不仅应对污垢的溶解、分散能力大，同时能使解离下来的污垢在它中间稳定分散。当清洗对象表面存在多种类型污垢时，清洗工艺应分阶段进行。冲洗是指清洗工艺完成之后，清洗对象表面上附着一层含有污垢的洗液，用清洁的媒液把含垢洗液从清洗对象表面置换出来的过程。冲洗工艺包括用清洁媒液反复浸泡的方法以及使媒液流动的喷射或淋洗方法。在冲洗工艺结束之后，洗净的对象物表面仍附着一部分媒液，干燥工艺是通过气化的方法使媒液去除，使湿式清洗最终得以完成。干燥工艺要求媒液沸点低，汽化热小，比热容小，易于挥发去除；表面张力低，易于在物体表面铺展开，即易于蒸发；闪点及燃点高，不易燃易爆，安全性好：毒性小，对工人健康危害小；还要求对环境破坏作用小。

浸泡清洗系统也存在一些问题，如由于清洗对象表面上的污垢（称为一次污染）有一部分未洗净而残留下来，而且在清洗过程中不可避免的发生新的污染（称为二次污染），结果达不到所期望的洗净效果。冲洗工艺中可能出现已溶解分散的污垢造成逆污染的问题。即在清洗工艺中已被溶解分散的污垢，在冲洗工艺中又吸附到清洗对象表面。在干燥工艺中常使用水作冲洗媒液。但由于水的沸点为1009，且有很大的汽化热，因此在干燥脱水时要耗费较多的能量和较长的干燥时间，这是它的不足之处。此外，一般冲洗用的水是清水，其中溶解有一些杂质，而且水有很高的表面张力。当水在清洗对象表面均匀蒸发时，随着干燥的进行逐渐形成圆球状的水滴并逐渐缩小半径，当最后水滴完全蒸发后就会在清洗对象表面上留下环状的水斑残迹。在工业精密清洗中，很多情况下不希望有水斑生成，因此要求用洁净度高的纯水或超纯水作冲洗过程最后阶段的用水。但是即使超纯水也含有极微量的杂质，还会有生成水斑的可能。这在精密电子工业元件的清洗中会造成问题。

清洗系统中使用的机器应符合以下要求：

（1）机器的材料要求对媒液有非常好的稳定性，不会被媒液侵蚀。通常认为不锈钢适合作清洗系统的机器材料。但在精密清洗领域中，它也存在能溶解出微量金属离子造成二次污染的问题，因此在这种情况下不能使用不锈钢而使用塑料。为防止产生的微量污染离子使制品的洁净度受到影响，盛装受清洗部件的容器不用金属材料的，而要用不会与溶剂发生溶解作用的塑料（如氟塑料）制成。另外清洗槽内部及附属部件都应经常保持清洁是十分必要的。

（2）用于装运小型清洗对象进出洗液的托盘的构造也应十分注意。从清洗槽中夹带出来的含垢溶剂量是与清洗对象和托盘的表面积总和成正比关系的。托盘多余部分表面积越大，造成冲洗工艺中不必要的负荷也越多。另外，装在托盘内的清洗对象的排列方式是否适当，对清洗效率也有很大影响。

在多次浸泡清洗工艺中如果使用不同性质的媒液时，存在随媒液种类的变化而发生相转换问题。相转换的方式主要有以下几种：

（1）亲油性溶剂相转变成水相的转换：当用亲油性溶剂做媒液在清洗工艺之后，带着溶解的污垢进入水相进行冲洗和干燥工艺之前要釆用相转换工艺，其具体方法有以下三种：①在亲油性溶剂清洗槽和清水冲洗槽中间加一个由丙酮、乙醇或异丙醇等亲水性溶剂槽。把清洗对象在亲水性溶剂槽中处理之后，清洗对象表面就由亲油性变成亲水性了，而亲油性溶剂也被上述亲水性有机溶剂溶解掉。

②在亲油性溶剂清洗槽与清水冲洗槽之间加一个表面活性剂水溶液槽。把清洗对象放在表面活性剂水溶液槽中处理。清洗对象表面的亲油性溶剂被表面活性剂乳化，形成水包油型乳状液而被去除，而清洗对象表面转变成亲水性的。

③在亲油性溶剂中加入一定量的表面活性剂，形成乳化性溶剂。当含有乳化性溶剂的清洗对象进入到清水冲洗槽时，乳化性溶剂形成水包油型乳状液分散到水中，清洗对象表面转变成亲水性的。釆用以上方法不仅有利于相转换的发生，而且使用亲水性有机溶剂槽及表面活性剂水溶液槽也有利于清洗力的提高。

（2）水相向亲油性溶剂相转换：当用水作冲洗剂完成冲洗之后，为了使干燥工艺进行更顺利，往往用亲油性低沸点的有机溶剂置换清洗对象表面上的水，这过程中间首先发生水相转变成有机溶剂相的转换。采用的方法有：

①在清水冲洗槽与亲油性低沸点有机溶剂槽之间加一个亲水性有机溶剂槽（使用丙酮、乙醇或异丙醇）。利用亲水性有机溶剂既亲水又亲油性有机溶剂的特点，把清洗对象表面由水相先转变成亲水有机溶剂相，以有利于转变成亲油性低沸点有机溶剂相的转换。

②利用水与亲油性低沸点有机溶剂形成共沸混合物的方法把水去除。在受热沸腾的条件下，液体蒸发过程中水与有机溶剂形成共沸混合物一起被蒸发掉。由于在此混合物中水含量比有机溶剂少得多，所以很快水被全部蒸发掉。而清洗对象表面转变成亲油性低沸点有机溶剂相。

3.溶剂蒸气清洗

在湿式清洗系统中除了采用喷射清洗、浸泡清洗外，也经常釆用有机溶剂蒸气清洗。溶剂蒸气清洗适合于小型物品的精密清洗。

图2-7是一个有机溶剂蒸气清洗装置的简图。在装置中清洗槽的上部沿槽壁装有冷却水管。把有机溶剂加到清洗槽的下部，并通过一定热源对它进行加热。当槽内溶剂温度达到它的沸点时，溶剂开始沸腾蒸发，槽的上半部充满溶剂蒸气，形成溶剂蒸气相。由于在槽的上部装有冷却水管，蒸气遇冷而凝结液化，从而防止蒸气向槽外逸散损失，使蒸气始终保持在槽内，当把温度低于溶剂蒸气温度的清洗对象安放在蒸气相中时，由于清洗对象与蒸气之间存在温度差，蒸气就在清洗对象表面凝结放热并使清洗对象表面上的污垢溶解并分散到溶剂液体中，在重力的作用下含有污垢的溶剂从清洗对象的下方落入液相溶剂中，这种方法叫溶剂蒸气清洗。

这种方法包括以下几个过程：溶剂蒸发，蒸气液化，溶剂溶解污垢。即溶剂蒸发形成其纯净的溶剂蒸气并在气相运动；利用蒸气液化时放出的热量提高溶剂的溶解能力。虽然蒸气也有直接的清洗作用，但主要还是利用液态溶剂的浸泡溶解作用，所以从本质上讲蒸气清洗仍是浸泡清洗的一种方式。

图2-7蒸气清洗装置

蒸气清洗有以下优点：

（1）由于蒸发的溶剂蒸气不含污垢，是新鲜的溶剂，所以使溶剂总能保持在清洁的状态下进行清洗去污。

（2）清洗之后清洗对象受溶剂蒸气放热的影响温度上升，使干燥更快。

（3）液体溶剂中含有的污垢在清洗槽下部集中浓缩，便于集中处理。

（4）装置比较紧凑，节约空间。

对蒸气清洗使用的有机溶剂有以下要求：

（1）沸点要低，易于蒸发，节约能量。

（2）有一定蒸气密度。为了保持溶剂蒸气与空气有明显分界，使槽内形成稳定的蒸气相，要求溶剂蒸气的相对密度比空气大。

（3）安全性好，毒性小。

从以上各方面综合考虑，最适合作蒸气清洗的有机溶剂是三氟三氯乙烷。在目前由于环境保护的要求，氯氟坯和三氯乙烷不能使用之后，只能使用不燃性的合成溶剂，如三氯乙烯和二氯甲烷。而乙醇和异丙醇用作蒸气清洗剂有安全性差、对空气相对密度较小、脱脂力较弱的缺点，因此它们不适合用于蒸气清洗，而更适合作置换干燥用的溶剂。

蒸气清洗系统主要存在以下问题：

（1）利用溶剂与清洗对象之间的温度差产生的冷凝放热作用，当清洗对象是热容量小的小型物体时，由于在很短时间内清洗对象与溶剂蒸气之间的温度就达到平衡，因此溶剂蒸气冷凝过程很快就停止，随后污垢的溶解过程也跟着停止。而且通过重力的影响使冷凝的液态溶剂流动而起到的搅拌、喷射等强烈的液体流动效果也都消失了。这样，由于缺乏冷凝的溶剂均匀流动造成的清洗效果，使得清洗对象表面上的凹陷部分和死角部位难以洗净，致使清洗的清洁程度下降。在出现上述情况时，用蒸气清洗之后仍需大量的溶剂进行喷射清洗，在经过很大努力之后才能得到好的洗净效果。因此当清洗对象上附着的污垢很多时，只用蒸气清洗是不能使污垢充分溶解去除的。严格地讲，蒸气清洗更适合用于冲洗工序和干燥工序。而含有大量污垢的清洗对象要用包括浸泡清洗在内的多重组合的多槽式蒸气清洗系统进行清洗才能取得较好的效果。

（2）从理论上讲，在蒸气清洗槽的上部，溶剂蒸气相与外界空气有一明确的分界，溶剂蒸气会遇冷而凝结不致外泄，即蒸气清洗是一封闭系统。当清洗对象送进清洗槽或取出时是会造成蒸气向外部扩散泄漏的。特别是当清洗对象温度与溶剂蒸气温度相等时，被带出的溶剂量更多。

（3）当清洗槽中混入少量水时，由于有机溶剂与水会形成共沸混合物，比如含有少量水的三氯乙烯在73.6°C时沸腾，这时溶剂蒸气中会含7%的水，而蒸气中的三氯乙烯和水可以分别在清洗对象表面冷凝。冷凝的水对三氯乙烯的清洗有阻碍作用。为了减少水的这种不利影响，在装置中要加上水分离器以除去水分，但效果并不一定很好。

（4）蒸气清洗装置一般规模较小，要建立大规模的蒸气清洗装置在工作中会遇到许多困难。

气体媒体——干式清洗

以空气为媒质的干式清洗是最简便的清洗方法，比如在日常生活中广泛采用的用布和搏子去除家具表面灰尘，用吸尘器打扫客厅、卧室去除灰尘。在工业领域利用吸附力、摩擦力和研磨力进行干式清洗也得到广泛应用。

干式清洗不使用液体媒质，因此不需要清洗后进行干燥，这是它的优点。但另一方面，气体媒质使解离分散下来的污垢粒子稳定地分散能力不强，结果经常造成污垢对清洗对象的再污染，而且用清洁的空气替代含污垢粒子的污浊气体的冲洗工艺在许多场合也被省略掉。因此干式清洗往往达不到较高的清洁程度并最终造成清洗不彻底，这是它的缺点。

当被解离下来的有机物污垢分解成气体以气体状态分散到空气媒质中时，由于气体分子能均匀地分散到空气中并稳定地保持在其中，这时用干式清洗往往能得到很高的洁净度。如用紫外线一臭氧法的干式清洗，使有机物污垢被氧化分解以及用热分解，等离子体去除吸附在清洗对象表面的水分和使有机物污垢分解，都是能获得很好洁净度的干式清洗方法的例子，目前正在研究，在空气经过净化处理的“洁净室”气氛中对特定的微量有机污垢进行去除的新的干式清洗新工艺，很有希望应用于精密工业清洗工艺中。

清洗媒体的作用

清洗媒体在清洗过程中起着重要的作用，主要表现在以下两方面：

1.对清洗力起传输作用

众所周知，肥皂是一种具有强清洗力的家庭常用清洗物质，但如果把它直接涂在沾有污垢的衣物上并不能很好地发挥它的洗净效力。只有把肥皂溶于水中形成水溶液之后，肥皂分子才能吸附在污垢表面并深入到其内部，同时肥皂分子又能吸附在衣物的纤维上，将纤维间细孔中的空气顶出来，这样使织物与污垢都被洗涤液润湿、渗透而膨胀，并且使衣物与污垢间的结合力减弱，此时借助机械搅拌或搓洗、加热等物理作用力使衣物上的污垢转移到水中。如没有水作为媒介，这个过程是不能发生的。

在某些利用机械作用力的物理清洗过程中，没有水和空气等介质的传输作用，水力、风力、超声波等这些作用力也是不可能发挥其作用的。

2.防止解离下来的污垢再吸附

清洗媒体能使从清洗对象表面解离下来的污垢以稳定的状态分散并保留下来，则污垢不会再吸附到已被洗净的表面上，并且随着介质的流动更换，污垢可永久地被去除。

然而不同介质对污垢分散稳定的能力是不同的。如用超声波对浸泡在水中的表面沾有油性污垢的物体进行清洗处理时，油性污垢会脱离清洗对象表面而解离分散到水中，但当超声波作用停止后，油性污垢又会重新附着在清洗对象表面。这是因为水这种媒体对油性污垢的分散作用稳定性差，因此纯水不适合作油性污垢的清洗媒体。在这种情况下改用对油性污垢解离分散作用强的表面活性剂水溶液和有机溶剂作媒体，洗涤效果更好。

由上可知，在选择清洗媒体时应考虑它能否在清洗系统中充分发挥上述两种作用。