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工業用洗浄は、その名前が示すように、物理的、化学的、または生物学的作用を使用して基材の表面から汚染物質 (汚れ) を除去するプロセスです。最終的な目標は、表面を元の状態に戻すことです。
工業用洗浄 の成功は 主に、洗浄技術、洗浄装置、洗浄剤という 3 つの主要な要素に影響されます。
洗浄技術は一般に次の 3 種類に分類されます。
化学洗浄: これには、酸洗浄、アルカリ洗浄、溶剤洗浄などの一般的な方法が含まれます。これらの方法では通常、化学薬品と連携して動作する洗浄装置が必要です。従来の工業用洗浄では、低コスト、速度、利便性により、これが依然として主流の方法です。
物理的洗浄: これには、高圧水噴射、乱気流、超音波洗浄、電気パルス洗浄、ショット ブラスト、サンドブラスト、ドライアイス洗浄、および機械的スクレーピングが含まれます。これらの方法は、水または固体粒子と組み合わせた装置に依存します。効率は高いものの、機器は高価であることが多く、運用コストも比較的高くなります。
生物学的洗浄: これには、微生物の触媒作用の使用が含まれます。繊維製品やパイプラインの洗浄によく使用されます。しかし、生物学的酵素による特定の触媒活性が必要であるため、その応用範囲は狭い。
工業用洗浄剤を分類するにはさまざまな方法があります。一般的なタイプには、水系、半水系、溶剤系のクリーナーがあります。環境意識の高まりにより、溶剤ベースのクリーナーは徐々に置き換えられ、水ベースのクリーナーがより多くの市場スペースを占めるようになりました。水性洗剤は、pH レベルに基づいて、アルカリ性、酸性、中性のタイプにさらに分類されます。
業界は、グリーンで効率的、省エネ、経済的なソリューションを目指して進んでいます。この移行により、最新のクリーナーに対して次のような特定の要件が設定されます。
従来の溶剤を水ベースのシステムに置き換えます。
リン酸塩を含まず、低窒素から窒素を含まず、重金属や環境に有害な物質を含まない製品を配合しています。
輸送コストを削減するための濃縮フォーミュラの開発。
利便性を確保し、周囲温度での使用に最適です。
低い生産コストを維持してエンドユーザーの出費を削減します。
洗浄剤の配合を設計する前に、適切な洗浄方法に基づいて汚染物質を分類する必要があります。
一般的な汚染物質のカテゴリ:
酸、アルカリ、酵素溶液に可溶な汚染物質： これらは簡単に除去できます。特定の酸、アルカリ、または酵素を選択して、直接除去するための溶液を調製できます。
水溶性汚染物質: 例には、可溶性塩、糖、デンプンが含まれます。これらは、水浸漬、超音波、またはスプレーによって溶解して除去できます。
水分散性汚染物質: 例には、セメント、石膏、石灰、粉塵などがあります。これらは、水中で湿らせ、分散させ、懸濁させるために、水溶性分散剤および浸透剤と組み合わせた洗浄装置の機械的な力を必要とします。
不溶性汚れ: 例には油やワックスが含まれます。これらは外力、添加剤、 、乳化、ケン化、分散のためにこれにより、汚れが基材から剥離し、洗い流される分散液が形成されます。 界面活性剤を必要とします。
実際には、土壌が単独で存在することはほとんどありません。これらは通常、一緒に混合され、基材の表面または深部に付着します。環境要因によって発酵、分解、カビが発生し、複雑な汚染物質が生成されることもあります。結合が反応性化学力であるか物理的接着力であるかに関係なく、洗浄プロセスは、 溶解、湿潤、乳化/分散、およびキレート化という 4 つの重要なステップに従う必要があります。
一般的な水系洗浄システムは、中性、酸性、アルカリ性の 3 種類に分類されます。
中性クリーナー: 主に酸やアルカリに耐えられない基材に使用されます。このプロセスは添加剤と界面活性剤の相乗効果に依存しています。
酸性洗浄： 一般的に金属のサビやスケールの除去に使用されます。酸性条件に使用できる添加剤は少なくなります。酸と錆・スケールの反応を利用して土を剥がします。次に、界面活性剤が破片を乳化して分散させます。一般的な酸には、硝酸、塩酸、硫酸、リン酸、クエン酸、シュウ酸、酢酸、メタンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、ホウ酸などがあります。
アルカリ洗浄: 工業環境で最も広く使用されています。アルカリは植物油とケン化して親水性石鹸を形成するため、グリース除去に最適です。一般的なアルカリには、NaOH、KOH、炭酸ナトリウム、アンモニア水、アルコール アミンなどがあります。
工業用洗浄では、洗浄効果を高める添加剤を「ビルダー」または助剤と呼びます。これらには、キレート分散剤、腐食防止剤、消泡剤、防腐剤、酵素、および pH 安定剤が含まれます。
一般的なカテゴリは次のとおりです。
キレート系分散剤： リン酸塩（ピロリン酸ナトリウム、STPPなど）、有機ホスホン酸塩（ATMP、HEDPなど）、アルコールアミン（TEA、DEA、MEAなど）、アミノカルボン酸塩（NTA、EDTAなど）、ヒドロキシカルボン酸塩（クエン酸塩、酒石酸塩、グルコン酸塩など）、ポリアクリル酸誘導体。
防食剤： 酸化皮膜タイプ（クロム酸塩、亜硝酸塩など）、沈殿皮膜タイプ（リン酸塩、炭酸塩など）、吸着皮膜タイプ（ケイ酸塩、有機アミン、イミダゾリン、トリアゾールなど）。
消泡剤: シリコーンベース、ポリエーテル変性シリコーン、および非シリコーン消泡剤。
界面活性剤は工業用洗浄において重要な役割を果たします。これらはシステムの表面張力を低下させ、製品の浸透を向上させます。これにより、洗浄剤が土壌の奥深くまで素早く浸透します。さらに、界面活性剤は除去された油を分散および乳化させます。
界面活性剤の一般的なカテゴリは次のとおりです。
非イオン性： アルキルフェノールエトキシレート（NP/OP/TXシリーズ）、脂肪アルコールエトキシレート（AEOシリーズ）、異性体アルコールエトキシレート（XL/XP/TOシリーズ）、第二級アルコールエトキシレート（SAEOシリーズ）、EO/POブロック共重合体（PE/RPEシリーズ）、脂肪酸メチルエステルエトキシレート（FMEE）、脂肪酸エトキシレート（EL）、脂肪族アミンエトキシレート（AC）、アセチレンジオールエトキシレート、アルキルポリグリコシド（APG）シリーズ。
アニオン性： スルホン酸塩（LAS、AOS、SAS、OT、MESなど）、硫酸塩（K12、AESなど）、リン酸エステル（アルキルリン酸塩、アルコールエーテルリン酸塩、アルキルフェノールエーテルリン酸塩）、カルボン酸塩（脂肪酸塩）。
カチオン性: 第四級アンモニウム塩 (1631、1231 など)。
両性： ベタイン（BS、CABなど）、アミノ酸、アミンオキシド（OBなど）、イミダゾリン。
界面活性剤を選択する場合、通常、4 つの重要なパラメーターを分子構造に基づいて評価します。 表面張力、 HLB 値、CMC (臨界ミセル濃度)、曇点 (またはクラフト点) という
表面張力: 界面活性剤を添加すると、洗浄剤の表面張力が低下します。一般的な界面活性剤を使用すると、それを約 30 mN/m に下げることができます。表面張力は液体表面の収縮力を表すため、値が低いほど洗浄剤が基板上に広がりやすくなり、固体表面をよりよく濡らすことができます。
HLB 値: これは親水性と親油性のバランスを表します。 HLB が高いほど親水性が優れていることを示し、値が低いほど親水性が低いことを示します。
HLB 1 ～ 6: 親油性の特性が支配的です。消泡剤または W/O 乳化助剤として使用されます。
HLB 7–9: バランスのとれた特性。湿潤剤および浸透剤として一般的に使用されます。
HLB > 10: 親水性が優勢です。洗浄時の乳化剤としてよく使用されます。
CMC: 臨界 ミセル濃度は 、界面活性剤分子が会合してミセルを形成する最低濃度です。 CMC より下では、分子は自由な状態で存在し、濃度が増加するにつれて表面張力が減少します。 CMC に達すると、表面張力は最小値になります。さらに濃度を高めるとミセル密度が増加するだけで、油の溶解能力が高まります。
曇り点 (クラフト点): イオン性界面活性剤の場合、クラフト点と呼ばれる特定の温度で溶解度が急激に増加します。したがって、イオン性界面活性剤はクラフト点を超える温度で使用する必要があります。非イオン性界面活性剤は逆の挙動をします。温度が上昇すると溶解度が急激に低下し、濁りや沈殿が生じます。この温度が曇点です。非イオン性界面活性剤は通常、曇点以下または曇り点付近で使用する必要があります。
ケーススタディ: アルミニウム合金脱脂剤配合設計
システムの確立:
脂肪物質はアルカリ性条件下でより容易にケン化するため、工業用脱脂にはアルカリ系 (水酸化ナトリウムなど) が推奨されます。
アルカリ系では、グルコン酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、STPP、EDTA-2Na などのさまざまな助剤を使用できます。ただし、アルミニウム合金を洗浄する場合、腐食が最大の懸念事項となります。アルミニウムは両性金属であり、酸性条件でもアルカリ性条件でも腐食します。したがって：
アルカリ含有量は厳密に管理する必要があります。
適切な腐食防止システムを選択する必要があります。
界面活性剤の選択:
脱脂の核心は、次の 4 つの重要なパラメーターに基づいて界面活性剤を選択することにあります。
表面張力: ほとんどの界面活性剤は、30 mN/m を超えないという要件を満たすことができます。
HLB 値: 10 より大きい値が必要です。異性化アルコールエトキシレートを主界面活性剤として使用する場合、EO (エチレンオキシド) カウントは 5 以上である必要があります。
温度と曇り点: 超音波洗浄では、温度が約 50°C に達することがあります。したがって、曇点が 50°C 以上の界面活性剤が必要であり、EO カウントが 7 以上である必要があります。
使いやすさ: 一般に、EO 値が高くなると流動点も高くなります。便宜上、流動点が 30°C を超えないことが理想的です。これにより、界面活性剤が室温で液体状態を維持し、最大限の効率が得られます。したがって、主な界面活性剤には 7 ～ 12 の EO 範囲が選択されます。
相乗効果と浸透:
一次界面活性剤は優れた乳化力と洗浄力を提供しますが、EO 数が増加するにつれて (親水性が高くなるため) 湿潤力と浸透力が弱まります。したがって、ブレンドには湿潤浸透剤が必要です。これには、HLB 7 ～ 9 の界面活性剤が最適です。アルコール エーテルの場合、通常は 4 ～ 6 の EO 数が選択されます。
親油性構造に関する考慮事項:
直鎖： 乳化力が強い。
分岐鎖： 浸透力に優れています。
分子サイズ: 構造が大きいと浸透が妨げられ、構造が小さすぎると表面活性が失われる可能性があります。
したがって、炭素原子数 8 ～ 10 の親油性鎖を有する界面活性剤が浸透剤として一般に好まれます。
最終配合組成:
水酸化ナトリウム: 1～2%
ケイ酸ナトリウム: 2～3%
グルコン酸ナトリウム: 1～2%
EDTA-2Na: 1～2%
浸透剤 QH-7: 0.1 ～ 0.5%
ルテンソール TO-8: 3 ～ 5%
腐食防止剤 FS-11: 0.1 ～ 0.5%
防腐剤/殺菌剤：必要に応じて
水：バランス
洗浄方法：
10〜20倍に希釈します。室温での浸漬洗浄に使用してください (最良の結果を得るには超音波による洗浄を推奨します)。
