不可燃的三元清洗溶剂 【技术领域】
本发明涉及一种清洗溶剂。更具体地说，本发明涉及一种在精密清洗应用中使用的不可燃的三元清洗溶剂。背景技术
在电子、电信和其它电气设备的制造和再制(rework)过程中，在最后的装配之前使用清洗溶剂或清洗剂来清洗元件。在电气设备上进行保养操作时也会使用到这些清洗剂，其目的是为了给电接触件上欲彼此结合的两个导电的(例如，金属)表面提供适当的电传导性。
例如，这些清洗剂可以在印刷电路板、连接器、继电器及接触点、螺线管、发动机及发动机线圈、断路开关、断路开关面板、变压器、电及数据通信连接器和转换设备、电子控制器、定时器、电缆装配、拼接和端接、水力及风动设备、磁读/写设备、光学设备等的制造、保养、维修和装配过程中使用。
通常，在最后的装配之前或设备和元件的保养之中或之后使用这些清洗剂来去除污染物，更具体地说，如焊剂、润滑油、轻油、侵蚀性污染物、氧化产物等。
很多这样的清洗剂是以气雾的形式提供的。这些气雾清洗剂包括一种溶剂和一种推进剂。很多气雾制剂包括那些使得制剂具有相对可燃的组分。也就是说，不包括推进剂在内的溶剂自身是相对可燃的。在制造过程中或在车间里进行设备和元件的保养时，这就可能给制造设施带来问题。此外，很多侵蚀性的溶剂由于其本身的侵蚀性而不能应用于某些类型的塑料。不过，由于这些制剂强烈地或侵蚀的清洗特性，这些清洗剂仍在很多应用中继续使用。
已知其它的制剂具有较低可燃性倾向。然而，这些制剂通常不具有足够的侵蚀清洗特性，所以不是非常重要或被使用。此外，很多上述清洗剂或溶剂不能双重应用。也就是说，很多这些制剂可以以液体或气雾形式之一被使用，而不能同时以两种形式被使用。发明内容
因此，对于这样的清洗溶剂存在需求，该清洗溶剂具有良好的清洗特性和低的可燃性。希望这种溶剂具有低的或没有臭氧损耗潜能，并具有与塑料的高度相容性。更希望这种清洗剂是这样一种制剂，可以液体形式或与适当的推进剂一起以气雾形式使用。
一种不可燃的三元清洗溶剂由第一，第二和第三溶剂组成。第一溶剂是含氟碳氢化合物(hydrofluorocarbon)，第二溶剂是二氯乙烯，和第三溶剂是含氯氟碳氢化合物(hydrochlorofluorocarbon)。含氯氟碳氢化合物使得清洗剂只有低的可燃性。
第一溶剂即含氟碳氢化合物占清洗剂总量约10％-80％，第二溶剂即二氯乙烯占清洗剂总量约10％-60％，和第三溶剂即含氯氟碳氢化合物占清洗剂总量约10％-40％。这种清洗剂显示出低的，甚至没有可燃性。
在本发明的一种组成中，第一溶剂是1，1，1，3，3-五氟丁烷，第二溶剂是反式1，2-二氯乙烯，第三溶剂是3，3-二氯-1，1，1，2，2五氟丙烷和/或1，3-二氯-1，1，2，2，3-五氟丙烷。在这种组成中，第三溶剂占清洗剂总量的约12％-15％。
本清洗剂可以以液体形式使用。另一方面，本清洗剂可以配制为气雾，并且包括一种推进剂。一种优选的推进剂占清洗剂和推进剂总量的约低于5％直至约30％。一种优选的推进剂是一种HFC液化气体，例如四氟乙烷。一种最优选的四氟乙烷是1，1，1，2-四氟乙烷。
从下面的详细描述及结合后附的权利要求，本发明的这些和其它的特征和优点将更为明显。具体实施方式
虽然本发明容许有各种形式的实施例，但在附图中表示的和下文描述的是一个当前的优选实施例，不过应该理解，本公开被认为是一个示例性说明，无意将本发明限定于这个所述的具体实施例。需进一步理解的是，本说明书这部分的标题，即“具体实施方式”涉及美国专利局的要求，不暗示，也不应被推断为是对本发明的限制。
在本公开中，单词”a”或”an”被认为包括单数和复数。相反，任何提及的复数物品，在适当的时候也应包括单数。
一种不可燃的三元清洗溶剂由第一，第二和第三溶剂组成。第一溶剂是含氟碳氢化合物，优选的是1，1，1，3，3-五氟丁烷。第二溶剂是二氯乙烯，优选的是反式1，2-二氯乙烯。第三溶剂是含氯氟碳氢化合物，优选的是3，3-二氯-1，1，1，2，2五氟丙烷和/或1，3-二氯-1，1，2，2，3-五氟丙烷。第三溶剂具有低的可燃性，因而赋予整个清洗剂低的可燃性。
在本发明的一种组成中，第一溶剂占清洗剂总量的约10％-80％，第二溶剂占清洗剂总量的约10％-60％，和第三溶剂占清洗剂总量的约10％-40％。
本清洗剂可以以液体形式使用，例如，直接使用，或是以一种气雾形式使用。在一种气雾组成时，推进剂是一种含氟碳氢化合物(HFC)的液化气体。优选HFC液化气体是1，1，1，2-四氟乙烷，占清洗剂和推进剂总量的约低于5％直至约50％。在本发明的一种组成中，推进剂占清洗剂和推进剂总量的约低于5％直至约30％，最优选的推进剂的浓度为占清洗剂和推进剂总量的约25％。然而，为了减轻气雾清洗剂呈现的“凝固”作用，该推进剂可以减少至低于或约5％。在这种情况下，还可以使用二氧化碳来辅助该碳氢化合物推进剂。
已经发现根据本发明的三元清洗剂具有广泛的应用。例如，可以使用本发明的清洗剂清洗包括印刷电路板、连接器、继电器及接触点、螺线管、发动机及发动机线圈、断路开关、断路开关面板、变压器、电及数据通信连接器和转换设备、电子控制器、定时器、电缆装配、拼接和端接、水力及风动设备、磁设备、光纤等在内的电子元件。
已经知道，提供了不同溶剂的一系列不同浓度的本清洗剂，可以具有不同程度的侵蚀性，同时又保持不可燃的特性。本领域的技术人员会知道，第一溶剂，即含氟碳氢化合物，呈现出相当良好的溶剂特性，但是通常都缺乏侵蚀性。这提供了防止或限制对于作为印刷电路板和元件制造中的基底的塑料和其它聚合物降解的应用。
另一方面，第二溶剂，即二氯乙烯，表现出强烈的侵蚀溶剂特性。就这一点而论，已经发现尽管足够高浓度的二氯乙烯可能会不利于某些塑料和聚合物的完整性，但是当与选择的含氟碳氢化合物结合在一起使用时，该溶剂的侵蚀性会减轻，并且适合用在上述基本上所有电的、电子机械和机械应用中。
本领域的技术人员会知道，含氟碳氢化合物(例如，1，1，1，3，3-五氟丁烷)和二氯乙烯(例如，反式1，2-二氯乙烯)是可燃的。同样的，这种二元结合物的缺点是这些成分的组合产生了另外一种可燃的混合物，其不可能被推荐与“带电的”电气设备一起使用。
然而，还发现第三溶剂，即含氯氟碳氢化合物(例如，3，3-二氯-1，1，1，2，2五氟丙烷和/或1，3-二氯-1，1，2，2，3-五氟丙烷)的使用在降低该清洗剂的整体可燃性的同时，带来了额外的溶剂特性，以致使清洗剂不可燃。就这一点而论，已发现，溶剂的独特组合提供了一种清洗剂制剂，该清洗剂的侵蚀性可以变化以适合所需的应用，并可降低可燃性以允许其在“带电的”电气设备上的应用。
尽管第三溶剂事实上呈现出溶剂特性，与第一和第二溶剂相比，它具有较低的侵蚀性。但是它带来的好处是降低了溶剂整体的可燃性。为此，做了测定以确定提供整体防火性(total flame suppression)所需要的第三溶剂的浓度。
发现仅使用第一溶剂含氟碳氢化合物时，需要的含氯氟碳氢化合物的最小浓度为15％。也就是，85％的含氟碳氢化合物和15％的含氯氟碳氢化合物的组成就可达到完全或全部的防火性。当使用第二溶剂，即二氯乙烯时，发现需要的含氯氟碳氢化合物的最小浓度为12％。也就是，88％的二氯乙烯和12％的含氯氟碳氢化合物的组成可达到完全的防火性。还发现具有43％的第一溶剂(含氟碳氢化合物)和43％的第二溶剂(二氯乙烯)的组分需要15％的第三溶剂(含氯氟碳氢化合物)以达到完全的防火性。可以预料的是这种关系曲线是线性的，为达到完全的防火性，第一和第二溶剂的浓度变化(在0到100％间)将导致第三溶剂所需的最小浓度在12％-14％。
在一种现有的三元清洗剂中，使用的第一溶剂，即含氟碳氢化合物是1，1，1，3，3-五氟丁烷，可以从密苏里州Saint Louis的SolvayFlorides公司购得，其商品名为Solkane365mfc。使用的第二溶剂，即二氯乙烯是反式1，2-二氯乙烯，可以从宾夕法尼亚州Pittsburgh的PPG industries公司购得。第三溶剂，即3，3-二氯-1，1，1，2，2五氟丙烷和/或1，3-二氯-1，1，2，2，3-五氟丙烷可以从日本Asahi Glass公司购得，其商品名为Asahiklin AK-225。
如前所述，本清洗剂可以以液体形式应用，也可作为气雾被提供。当以气雾形式被提供时，在本清洗剂中使用的优选的推进剂是一种HFC液化气体。最优选的推进剂是一种四氟乙烷(HFC-134a)。当用作为一种推进剂时，HFC-134a占清洗剂和推进剂总量约低于5％直至约50％。在本发明的一种组成中，推进剂占清洗剂和推进剂总量的约低于5％直至约30％，最优选的约占清洗剂和推进剂总量的25％。其中推进剂可以产生一种凝固作用，对于一种特别的应用，希望保持推进剂的浓度低至一个合乎情理、可以达到的水平上，低于约5％，此时，可以使用二氧化碳来辅助碳氢化合物推进剂。
已经制备了各种气雾形式的不可燃的三元清洗剂，并评估了它们的清洗性质。在一种编号为99A的组成中，第一溶剂占19.7％，第二溶剂占42.2％，第三溶剂占10.2％。在这种组成中，推进剂占25％，还包括占2.0％的二氧化碳。本清洗剂还包括占0.9％的微量的甲醇。不含推进剂，第一、第二和第三溶剂的浓度分别为27.0％、57.8％和14.0％。
在本发明的编号为98A的第二种组成中，第一溶剂占28.4％，第二溶剂占35.2％，第三溶剂占10.5％。在这种组成中，推进剂占25％。本清洗剂还包括占0.9％的微量的甲醇。不含推进剂，第一、第二和第三溶剂的浓度分别为37.9％、46.9％和14.0％。
在本发明的编号为100A的第三种组成中，第一溶剂占24.2％，第二溶剂占47.2％，第三溶剂占11.6％。在这种组成中，推进剂占15％，还包括占2.0％的二氧化碳。不含推进剂，第一、第二和第三溶剂的浓度分别为29.2％、56.8％和14.0％。
在本发明的编号为97A的第四种组成中，第一溶剂占42.9％，第二溶剂占12.3％，第三溶剂占34.8％。在这种组成中，推进剂占5.0％，还包括占2.0％的二氧化碳。这种组成还包括占2.9％的异己烷和占0.1％的硝基乙烷。已经发现异己烷增强了本清洗剂的清洗特性，而硝基乙烷抑制了清洗剂各种成分中及彼此之间的反应。不含推进剂(包括二氧化碳)、异己烷和硝基乙烷，第一、第二和第三溶剂的浓度分别为46.1％、13.2％和37.4％。
已经发现这些组成的每一种成分都恰到好处地发挥其溶剂作用，避免会对聚合物基底等不利的过度的侵蚀性，同时还提供整体防火性。
一种碳氢化合物溶解性的测量涉及kauri-butanol或KB值。较高的KB值意味着较大的碳氢化合物溶解性。美国测量和材料协会(ASTM)标准D1133提供了一种测定碳氢化合物KB值的方法。
在这种方法中，将一种碳氢化合物样品加到一个栲树脂橡胶(kaurigum)的丁醇(butano1)标准溶液中，直到栲树脂橡胶沉淀出来，使得通过烧瓶不能看清10号字体。当在清漆、硝基漆和瓷漆组成中使用时，一种高KB值的碳氢化合物的稀释液可以溶解相当大量的固体。
在制备上述的各种不可燃的三元制剂时，首先注意的是第一、第二溶剂的KB值，含氟碳氢化合物和二氯乙烯各自具有KB值为14和117。期望通过混合配比来产生一个很宽范围的溶解性和塑料相容性。然而，因为这些物料的每一种都是可燃的，所有的二元混合物都表现出一定程度的可燃性。
期望用诸如KB值为10的甲氧基-九氟丁烷(HFE-7100)和KB值为9的十氟戊烷(Vertrel)之类的物料来降低可燃性，但是所需的量相对较大。这会导致溶解性的显著降低。
随后又发现相对小量的第三溶剂，即3，3-二氯-1，1，1，2，2五氟丙烷和/或1，3-二氯-1，1，2，2，3-五氟丙烷可以使得第一和第二溶剂的混合物，即1，1，1，3，3-五氟丁烷和反式1，2-二氯乙烯的混合物不可燃，从而导致一个更为宽广和更为有用的溶解性范围。还发现浓度低至约12％-15％的3，3-二氯-1，1，1，2，2五氟丙烷和/或1，3-二氯-1，1，2，2，3-五氟丙烷可以使得结合的其它溶剂具有不可燃性。这与第三溶剂性质相似，3，3-二氯-1，1，1，2，2五氟丙烷和/或1，3-二氯-1，1，2，2，3-五氟丙烷的KB值约为31。因此，各种各样组分的本清洗剂不仅是不可燃的，而且具有相对高的KB值(和良好的溶解性)，可以按所需应用来制造并应用它。
制得如上所述的不同的制剂，根据ASTM D1133测定它们的KB值。发现最小KB值为11.5，其对应于组成为86％的第一溶剂和14％的第三溶剂的混合物。发现最大KB值为86.9，其对应于组成为86％的第二溶剂和14％的第三溶剂的混合物。这两种混合物都是不可燃的。
还制备并评估了一系列中间的三元混合物(如上所述)。一种编号为98A的混合物包括39％的第一溶剂、47％的第二溶剂和14％的第三溶剂。发现这种混合物或制剂的KB值为40，是一种很好的通用目的的清洗剂/除油剂。
另一种编号为99A的中间的三元混合物或制剂包括27％的第一溶剂、59％的第二溶剂和14％的第三溶剂。发现这种混合物或制剂的KB值为56，是一种侵蚀性非常强的焊剂去除剂。
还发现本发明的不可燃的三元清洗剂的其它优点。首先，因为没有第一或第二溶剂引起的臭氧损耗潜能(ODP)，仅有第三溶剂引起的低的ODP(ODP约为0.03)，还因为第三溶剂的浓度被限定在防火性所需的量，所以整个组成的ODP被有效地减至最小。
此外，第一和第三溶剂都已从联邦挥发性有机化合物(VOC)规则中免除了，目前第二溶剂的免除还悬而未决。因此，还需限定本发明溶剂可能存在的任何不利的环境影响。
由前所述，可以知道，在不偏离本发明新概念的真正的精神和范围下，可以进行多种的修正和改变。还应该理解的是，上述的具体实施例目的不是，也不应推断为对本发明的限定。本公开由后附的权利要求书所包含，所有的这些变更均在权利要求的范畴内。