超临界流体精密清洗工艺

在许多制造行业中，工业装置中原材料和成品、半成品部件的清洗是非常重要的，例如：机械零、部件在喷涂、电镀、热处理和最后组装前必须进行表面清洗；电子工业中集成部件和硅片表面必须要经过非常严格的清洗，以去掉没、脂、残留的有机物、颗粒等污染物质，才能保证产品的生产加工质量。传统的方法主要通过有机溶剂进行清洗，如采用氯氟烃和其他一些卤化溶剂，由于它们会对臭氧层造成破坏，并危害健康和安全，所以其使用正日渐受到限制。目前开发的一些替代产品，也不同程度地存在价格昂贵、毒性大、易燃、易污染水质等缺点，超临界流体，特别是超临界CO2，作为一种特殊的清洗剂，它无毒、不燃、惰性、便宜、易得、既不污染产品又不污染环境，在精密清洗中，已初步显示出独特的优越性，并逐渐得到广泛研究及应用。
超临界流体精密清洗的原理
超临界流体能够快速渗透部件表面基质的小空隙和毛细孔，将吸附和隐藏其中的一切杂质溶解而除去。目前用于精密清洗的主要流体是二氧化碳、或添加少量共溶剂组合体，它适用于溶解一系列的有机化合物。CO2在溶解非极性和弱极性化合物中的优越性质前面已经述及，而这类非极性和弱极性化合物正是精密清洗的对象，因此它的效果和优势是不言而喻的。超临界流体CO2在溶解了部件表面的杂质生，很容易通过微小的改变操作温度和压力，而将杂质释放出来进行处理，CO2又可循环利用。这种方法无毒、无危险，使用安全，不损耗臭氧层和污染环境。
超临界流体精密清洗的工艺
目前比较成熟的超临界流体精密清洗剂是CO2，这里以CO2超临界流体清洗工艺为例进行说明。超临界CO2精密清洗工艺流程分为间歇式和半连续式两种
流程的主体设备是清洗罐，这是一个高压设备，其操作压力和温度一般控制在10M-25M和40-80度的温度范围内。被清洗件可由清洗罐顶盖放入罐中，间歇操作流程中，储罐中流出的液体CO2通过高压泵和加热器，使其加压和升温成为超临界流体，并达到规定的操作压力和温度，然后进入清洗罐；被清洗件表面的污染物在超临界CO2的渗透、溶解等作用下被洗脱；然后超临界CO2与污染物的混合物再通过减压阀进行适当的减压后，在分离罐子中进行分离；污染物从分离罐子底部排出；减压分离出的纯气体CO2则经冷却器冷凝成液休CO2后，又进入高压泵入口循环使用。间歇式操作流程在装卸清洗件时，系统要暂停操作，其效率较低。
在半连续式操作流程中，有两个清洗罐，通过阀闸的开和关，可以分别控制清洗罐，使之工作或是暂停进行换料。它是一个反复交替进行的流程，每个清洗罐是间歇的，而整体操作系统却可以保持连续工作，以提高生产的效率。
而且，超临界CO2清洗还可以将清洗和干燥操作过程结合起来，同时完成清洗和干燥的操作。即在清洗操作完成后，再通入新鲜的超临界CO2就可获得干燥、清洁的清洗件。
另外，为了改进清洗效果，增强超临界CO2对极性分子的溶解度，可在清洗罐子中加入少量添加剂。由于这些添加剂与超临界CO2的互溶性非常好，因此在清洗结束后会随CO2一起排除，浍在被清洗件中有任何的残留。
目前，超临界CO2精密清洗已有一些应用，特别在价值较高或要求严格的精密器件的清洗中具有优势。虽然与其它溶剂清洗方法相比，超临界CO2的精密清洗需要高压系统，设备反资费用较高，但由于能量及溶剂消耗的显著下降。尤其是简化了溶剂的分离和后处理工序，使得操作的综合费用明显下降，超临界精密清洗在技术、经济和环保方面都表现出显著的优越性，特别在环境保护方面的安全性，充分展示了广阔的发展前景。
当然，与其他所有的新技术一样，超临界流体精密清洗分离技术还存在许多的问题，要使其达到广泛应用化的程度，除了要克服所需高压设施这一技术障碍外，还需要进行需求量的应用基础研究。比如：精密清洗分离过程的机理，涉及到的热力学和传质、传热规律；精密清洗分离过程与其他过程的相容性和影响因素，提高工艺近程效率的途径与方法；适用设备的设计等等