水基印刷線路板油墨清洗劑的研制

曾小君 *，陳燁，金萍

（1.常熟理工學院化學與材料工程學院，江蘇 常熟 215500； 2.常熟理工學院江蘇省新型功能材料重點建設(shè)實驗室，江蘇 常熟 215500）

印刷電路板(PCB)是各類電子產(chǎn)品中不可缺少的關(guān)鍵電子互聯(lián)件。隨電子產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，大量家用電器開始升級換代，廢電路板的數(shù)量越來越大，如何以環(huán)境友好的方式處理不斷增加的電子廢棄物已成為世界各國共同關(guān)注的重要問題[1-3]。另外，在線路板生產(chǎn)過程中常會出現(xiàn)斷路、短路、凸起、凹陷、空洞、阻焊斷橋和PCB 板面起臟等問題，對于存在質(zhì)量缺陷的印刷電路板，需要重新去除其表面的油墨，對其進行修復(fù)后回收再利用[4-5]。因此，廢棄印刷線路板的資源性和對環(huán)境的危害性共同決定了對其進行有效回收的重要性。

印刷電路板表面有一層經(jīng)熱固化的感光顯影油墨保護金屬，在回收再利用前應(yīng)將其表面的油墨清洗干凈。當前印刷工業(yè)中清洗印版、印刷機械、印刷書稿等著墨部位的油墨，大多使用有機清洗劑和堿性清洗劑，有機清洗劑毒性大，對人體和環(huán)境危害大，因此急需開發(fā)清洗效果好、綠色環(huán)保的清洗劑[6-8]。本文研制了一種水基印刷線路板油墨清洗劑。采用超聲輔助清洗工藝，考察了清洗溫度以及清洗時間對不同類型印刷線路板的油墨去除率的影響。

1 實驗

1.1 儀器及試劑

主要儀器：DZF-6090 真空干燥箱，上海一恒科技有限公司；KQ-600KDB 臺式高功率數(shù)控超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司；EL-204 型電子天平，梅特勒-托利多公司。

主要試劑：不含油墨的潔凈印刷線路板，含油墨的廢棄印刷線路板，氫氧化鈉、磷酸三鈉、三聚磷酸鈉、氯化鈉、亞硝酸鈉、硅酸鈉，表面活性劑AES、K12、SAS-60 等。

1.2 試驗材料準備

1.2.1 印刷線路板試片的準備

用酒精將不含油墨的潔凈印刷線路板試片表面清洗干凈，掛在支架上，放入真空干燥箱中，在105 °C下真空干燥恒重后用電子天平稱重，精確到0.000 1 g，記錄為m0；同上，測定待處理的含油墨廢棄印刷線路板試片質(zhì)量m1。

1.2.2 印刷線路板油墨清洗劑的組成

印刷線路板油墨清洗劑的配制均按活性物質(zhì)量分數(shù)為17%計算，具體組成如表1所示。

表1 印刷線路板油墨清洗劑的組分Table 1 Components of water-based ink cleaner for printed circuit board

1.3 試驗步驟

(1) 將活性物質(zhì)量分數(shù)為17%的印刷線路板油墨清洗劑放入超聲波清洗器中，將試驗溫度分別設(shè)定為(35 ± 2) °C、(45 ± 2) °C、(55 ± 2) °C、(65 ± 2) °C、(75 ± 2) °C、(80 ± 2) °C、(85 ± 2) °C、(90 ± 2) °C、(95 ± 2) °C。

(2) 將事先準備好的待處理的含油墨廢棄印刷線路板試片掛入到超聲波清洗器中，并浸沒于清洗劑中。

(3) 試片掛好以后，記錄掛入試片的時間，并注意隨時觀察油墨去除效果。

(4) 試片超聲清洗一定時間后取出，用清水沖洗干凈，再掛于支架上，然后放入真空干燥箱中，在105 °C 下真空干燥恒重后在電子天平上稱重，精確到0.000 1 g，記錄為m2。

(5) 油墨去除率的計算公式如下：

式中，P──油墨去除率，%；m0──不含油墨的潔凈印刷線路板試片質(zhì)量，g；m1──待處理的含油墨廢棄印刷線路板試片質(zhì)量，g；m2──處理后含油墨廢棄印刷線路板試片質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與討論

2.1 各組分對清洗效果的影響

在(85 ± 2) °C 下，以配方IV 為基礎(chǔ)，清洗時間為50 min，對氫氧化鈉、磷酸三鈉、三聚磷酸鈉、硅酸鈉分別進行單因素實驗，研究各組分對油墨去除率的影響。

2.1.1 氫氧化鈉用量

水基油墨清洗劑的最大優(yōu)點在于其完全不可燃，使用非常安全，其清洗作用是靠表面活性劑和堿性助劑共同作用來完成。氫氧化鈉用量對油墨去除率的影響見圖1。

圖1 氫氧化鈉用量對油墨去除率的影響Figure 1 Effect of dosage of sodium hydroxide on ink removal

由圖1可以看出，隨氫氧化鈉用量的增大，油墨去除率逐漸升高，氫氧化鈉用量為6%時，繼續(xù)增大氫氧化鈉的用量，油墨去除率的升高并不明顯，相反使油墨清洗劑中表面活性劑的耐堿性變差，導致產(chǎn)品的貯存穩(wěn)定性變差而分層。因此，氫氧化鈉用量控制在6%左右較合適。

2.1.2 磷酸鹽用量

磷酸三鈉和三聚磷酸鈉用量對油墨去除率的影響見圖2。

圖2 磷酸鹽用量對油墨去除率的影響Figure 2 Effect of dosage of phosphate on ink removal

由圖2可以看出，無論是磷酸三鈉還是三聚磷酸鈉在達到一定含量后，繼續(xù)增大其用量，油墨去除率反而下降，故使用時磷酸鹽含量不能超過一定值，且磷酸鹽增大至某一含量后，油墨清洗劑中表面活性劑的耐鹽性變差，導致產(chǎn)品的貯存穩(wěn)定性變差而分層。因此，磷酸鈉和三聚磷酸鈉的用量分別控制在2%左右比較合適。

2.1.3 硅酸鈉用量

硅酸鈉的清洗效果很好，且對印刷線路板表面的固體物也具有極好的去除功能，可使油墨和不溶于水的臟物乳化并分散，對印刷線路板油墨的濕潤效果在無機堿中是最好的[9]。硅酸鈉用量對油墨去除率的影響見圖3。

圖3 硅酸鈉用量對油墨去除率的影響Figure 3 Effect of dosage of sodium silicate on ink removal

由圖3可以看出，隨硅酸鈉用量的增大，油墨去除率逐漸升高，當硅酸鈉用量達1%時，繼續(xù)增大硅酸鈉用量，油墨去除率反而降低，這可能是由于硅酸鈉很容易黏附在印刷線路板表面，不易清洗干凈。因此，硅酸鈉的用量控制在1%為宜。

2.2 印刷線路板油墨清洗劑配方的選擇

提高印刷線路板油墨清洗劑的油墨去除效果，其關(guān)鍵在于表面活性劑類型和用量的選擇。按表1所示的印刷線路板油墨清洗劑配方，在(85 ± 2) °C 下對印刷線路板清洗50 min，結(jié)果見表2。

表2 不同配方印刷線路板油墨清洗劑的油墨去除率Table 2 Ink removal of ink cleaner for printed circuit boards with different formulation

從表2可以看出，清洗溫度和清洗時間相同時，配方IV 的油墨去除率達到100%。因此，下文中均采用配方IV 進行印刷線路板油墨清洗試驗，以研究清洗溫度和清洗時間對油墨去除效果的影響。該產(chǎn)品的pH為12.0～14.0，使用過程中應(yīng)注意安全。

2.3 超聲清洗溫度對油墨去除效果的影響

清洗溫度對油墨去除效果的影響很大。因溫度升高，油墨清洗劑中各組分的活性增強，油墨的黏度減小，因此，升高溫度可有效縮短油墨清洗時間。超聲清洗溫度對油墨去除率的影響見圖4。

圖4 超聲清洗溫度對油墨去除率的影響Figure 4 Effect of ultrasound-assisted cleaning temperature on ink removal

從圖4可以看出，溫度高于90 °C 時，油墨的去除效果明顯下降。這是由于溫度升至濁點(93 °C)時，非離子表面活性劑析出形成乳濁液而影響其油墨去除能力。因此，油墨清洗劑的最佳溫度應(yīng)低于濁點，油墨清洗劑的使用溫度以80～90 °C 為宜。

2.4 超聲清洗時間對油墨去除效果的影響

超聲清洗時間和清洗溫度與油墨清洗劑活性物質(zhì)量分數(shù)有密切關(guān)系，又是影響油墨去除工藝和生產(chǎn)的一個重要參數(shù)。在(85 ± 2) °C，對試樣超聲清洗不同時間，結(jié)果見圖5。

圖5 超聲清洗時間對不同類型PCB 上油墨去除率的影響Figure 5 Effect of ultrasound-assisted cleaning time on ink removal from different types of PCB

從圖5可知，采用超聲輔助浸漬去除油墨時，普通型線路板需耗時5～8 min，而烘烤型線路板需耗時45～50 min，油墨去除率均可達100%。但在實際操作中超聲輔助浸漬清洗時間應(yīng)根據(jù)清洗現(xiàn)場的具體情況而定。

3 結(jié)論

(1) 印刷線路板油墨清洗劑的典型組分為：氫氧化鈉6%，磷酸三鈉2%，三聚磷酸鈉2%，硅酸鈉1%，氯化鈉2%，亞硝酸鈉1%，表面活性劑AES 1%，表面活性劑K12 1%，表面活性劑SAS-60 1%。該產(chǎn)品本身呈堿性，pH 為12.0～14.0，使用過程中應(yīng)注意安全。當超聲清洗溫度為80～90 °C，油墨清洗劑活性物質(zhì)量分數(shù)為17%時，對普通型印刷線路板超聲浸漬清洗5～8 min，烘烤型印刷線路板超聲浸漬清洗45～50 min，油墨去除率可達100%，均得到滿意的油墨去除效果。

(2) 印刷線路板油墨清洗劑可滿足普通型印刷線路板和烘烤型印刷線路板的油墨清洗工藝。在實際操作時，超聲輔助浸漬清洗時間應(yīng)根據(jù)清洗現(xiàn)場的具體情況而定。另外，由于配方中加有表面活性劑，在清洗過程中會產(chǎn)生泡沫，但不影響產(chǎn)品的使用性能，必要時可加入一定量的消泡劑。

(3) 該油墨清洗劑的配制工藝簡單，操作簡便，是一種水基印刷線路板油墨清洗劑，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。

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