專利名稱：清洗劑及表面清洗方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一方面，本發(fā)明涉及一種尤其用于光學(xué)表面的清洗劑。另一方面，本發(fā)明涉及尤其是從光學(xué)表面上除去結(jié)垢物的方法。
背景技術(shù)：
流體處理系統(tǒng)總的來(lái)說(shuō)在本領(lǐng)域是公知的。
例如，美國(guó)專利4,482,809、4,872,980和5,006,244(均以Maarschalkerweerd的名義，并且全部轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，以下稱Maarschalkerweerd#1專利)均記載了利用紫外(UV)輻射的重力給料流體處理系統(tǒng)。
這樣的系統(tǒng)包括一排包括幾具UV燈的UV燈架，各UV燈安裝在套內(nèi)，這些套在一對(duì)與橫木相連的支柱間延伸并由其支撐。被支撐的套(包括UV燈)浸入被處理的流體中，然后按需要照射。流體受到的照射量由諸如下面的因素決定流體與燈的接近度、燈的輸出瓦特?cái)?shù)、流體流過(guò)燈的流量、水或廢水的紫外線透過(guò)率(UVT)、套的百分透過(guò)率(％T)等。通常，可以使用一個(gè)或多個(gè)UV傳感器監(jiān)控?zé)舻腢V輸出量，并且在處理裝置的下游，通常是通過(guò)水位門(level gate)等將液位控制到某種程度。
但是，上述系統(tǒng)存在缺點(diǎn)。根據(jù)被處理流體的特性，UV燈周圍的套周期性地因外來(lái)物而結(jié)垢，抑制了其向流體傳送UV的能力。對(duì)于給定的裝置，結(jié)垢的發(fā)生率可以由歷史操作數(shù)據(jù)或通過(guò)UV傳感器的測(cè)量來(lái)確定。一旦發(fā)生或在發(fā)生結(jié)垢之前，必須清洗套，除去污物，最優(yōu)化系統(tǒng)性能。
如果在開放式槽狀系統(tǒng)(例如，Maarschalkerweerd#1專利中記載和圖示的一種)中使用UV燈組件，可以在系統(tǒng)連續(xù)工作的同時(shí)拿掉一個(gè)或多個(gè)組件，并且可以將拿掉的框架浸入適當(dāng)?shù)那逑匆?例如，弱酸)的浴中，可空氣攪拌清洗液以除去污物。當(dāng)然，這需要提供多余或過(guò)剩的UV照射源(通常通過(guò)包括額外的UV燈組件)，以確保在一個(gè)或多個(gè)框架被拿掉進(jìn)行清洗的同時(shí)對(duì)被處理流體足量照射。這需要在安裝處理系統(tǒng)的資本費(fèi)用基礎(chǔ)上增加盈余UV能力。另外，也必須提供和維護(hù)用于容納UV燈組件的清洗容器。根據(jù)一次清洗必須提供的組件數(shù)以及它們所需的清洗頻率，這可能大幅增加處理系統(tǒng)的操作和維護(hù)費(fèi)用。此外，為管理清洗容器中所需的組件拆卸/再安裝和清洗液的排出/再填充，清洗方式需要較高的勞力成本。再者，這樣處理組件導(dǎo)致組件中的燈的損壞或破碎的風(fēng)險(xiǎn)加大。
如果框架在封閉系統(tǒng)中(例如，美國(guó)專利5,504,335(以Maarschalkerweerd的名義，并轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人)中記載的處理室)，從清洗流體中拆除這些框架通常是不現(xiàn)實(shí)的。此時(shí)，必須通過(guò)暫停流體處理、關(guān)閉處理包殼(treatment enclosure)的入口閥和出口閥、并用清洗液填充整個(gè)處理包殼及空氣攪拌流體以除去污物這樣的方法對(duì)套進(jìn)行清洗。清洗這樣的封閉系統(tǒng)存在的缺點(diǎn)是進(jìn)行清洗時(shí)必須停掉處理系統(tǒng)，以及必須利用大量清洗液填充處理包殼。存在的另一個(gè)問(wèn)題是操作大量清洗液是危險(xiǎn)的，以及處置大量用過(guò)的清洗液是困難的和/或昂貴的。當(dāng)然，開放式流動(dòng)系統(tǒng)也存在這兩個(gè)問(wèn)題，盡管程度較弱。
事實(shí)上，一旦安裝，與現(xiàn)有技術(shù)的流體處理系統(tǒng)相關(guān)的最大維護(hù)費(fèi)之一經(jīng)常是清洗照射源周圍的套的費(fèi)用。
美國(guó)專利5,418,370、5,539,210和5,590,390(均以Maarschalkerweerd的名義，并且全部轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，以下稱為Maarschalkerweerd#2專利)均記載了改進(jìn)的清洗系統(tǒng)，該系統(tǒng)用在利用UV照射的重力進(jìn)料流體處理系統(tǒng)中特別有利?？偟膩?lái)說(shuō)，該清洗系統(tǒng)包括與具有照射源(例如，UV燈)的照射源組件外部連接的清洗套。清洗套可以在(i)和(ii)間移動(dòng)(i)縮入位置，其中照射源組件的第一部分與被處理的流體流接觸，和(ii)伸出位置，其中照射源組件的第一部分完全或部分被清洗套覆蓋。清洗套包括與照射源組件的第一部分接觸的室。該室中裝有適于從照射源組件的第一部分除去不希望的材料的清洗液。
在2000年5月11日出版的國(guó)際公報(bào)WO 00/26144[Pearcey等，(Pearcey)]中記載了一種用于照射源組件的清洗裝置，以及裝有這樣的清洗裝置的照射源組件?？偟膩?lái)說(shuō)，該清洗裝置和相關(guān)的組件包括(i)與清洗套磁力匹配的可滑動(dòng)部件，該可滑動(dòng)部件安裝在無(wú)桿的圓筒上并可相對(duì)于它滑動(dòng)；和(ii)發(fā)動(dòng)裝置，使可滑動(dòng)部件沿?zé)o桿圓筒平移，從而使清洗套在照射源組件的外部上方平移。
其它對(duì)于清洗裝置的改進(jìn)在下面的專利申請(qǐng)中記載共同待審的美國(guó)專利申請(qǐng)09/258,142[Traubenberg等，(Traubenberg)]，1999年2月26日提交；共同待審的美國(guó)專利申請(qǐng)60/136,766[Dall’Armi等，(Dall’Armi)]，1999年5月28日提交；共同待審的美國(guó)專利申請(qǐng)60/148,648[Fang等，(Fang)]，1999年8月13日提交；上述各專利申請(qǐng)轉(zhuǎn)讓給了本發(fā)明的受讓人。
Pearcey、Traubenberg、Dall’Armi和Fang的教導(dǎo)代表了本領(lǐng)域的重要進(jìn)步，特別是當(dāng)在例如Maarshalkerweerd#1專利中說(shuō)明的一種流體處理系統(tǒng)組件中實(shí)施時(shí)。
現(xiàn)有技術(shù)中較少受到注意的一個(gè)領(lǐng)域是在用于諸如Maarschalkerweerd#2專利以及Pearcey、Traubenberg、Dall’Armi和Fang教導(dǎo)的光學(xué)照射裝置的這樣的清洗裝置中使用的清洗劑的特性。
已知UV燈的滅菌效率取決于覆蓋UV燈的表面的清潔度—參見(jiàn)Kreft，P.；Scheible，O.K.；Venosa，A.“紫外滅菌單元的水力學(xué)研究和清洗評(píng)價(jià)”(HYDRAULIC STUDIES AND CLEANING EVALUTIONSOF ULTRAVIOLET DISINFECTION UNITS)，Journal WPCF，58卷，12期，1129頁(yè)[Kreft]。為使紫外滅菌系統(tǒng)發(fā)揮最佳效率，該系統(tǒng)的清洗很重要。表面結(jié)污可能大大地影響滿足滅菌要求所需的劑量效率。通常用來(lái)容納照射燈的嶄新熔石英套的紫外線透過(guò)率(UVT)評(píng)價(jià)為80-90％。為維持滿足滅菌要求的能力，將％UVT保持在80％或非常接近80％是非常理想的。
紫外線照射表面(例如，燈周圍的石英套)的結(jié)污很復(fù)雜，并且位置不同也可能不同。結(jié)污的三個(gè)主要原因包括無(wú)機(jī)沉淀、有機(jī)結(jié)污和生物膜(其在表面污濁及未充分照射時(shí)生長(zhǎng))—參見(jiàn)Kreft。
無(wú)機(jī)垢沉淀的主要結(jié)污成分通常包括氫氧化鎂、氫氧化鐵、氫氧化鈣、碳酸鎂、碳酸鈣、磷酸鎂和磷酸鈣的一種或多種。這些是具有逆溶解度特性的鹽，即溶解度隨溫度升高而下降的鹽。曾指出諸如上述的紫外線照射系統(tǒng)中使用的石英套在石英/水界面上的溫度比本體溶液高—參見(jiàn)Kreft。這引出這樣一個(gè)假設(shè)這樣的石英套的結(jié)污可能來(lái)自無(wú)機(jī)鹽的逆溶解度特性。其他因素如表面光化學(xué)效應(yīng)也可能導(dǎo)致結(jié)污。
清洗無(wú)機(jī)結(jié)污面的傳統(tǒng)方法使用酸性物質(zhì)。應(yīng)注意通常避免堿性化學(xué)物質(zhì)如氫氧化銨或氫氧化鈉，因?yàn)樗鼈兣c石英發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并且對(duì)無(wú)機(jī)殘余物的清除效率有限。
酸對(duì)無(wú)機(jī)介質(zhì)(在石英或其它表面上的無(wú)機(jī)結(jié)垢通常由金屬氧化物和碳酸鹽組成)的清除能力大小主要與pH有關(guān)。pH低時(shí)，金屬陽(yáng)離子更容易水合，在主要是由碳酸鹽陰離子引起結(jié)垢的場(chǎng)合，發(fā)生分解，形成CO2。酸進(jìn)一步具有破壞離子橋鍵效應(yīng)和溶解沉淀的脂肪酸皂的能力，所述的離子橋鍵效應(yīng)產(chǎn)生污垢膜樣的皂垢。大多數(shù)清洗劑使用極強(qiáng)的酸以除去表面上的無(wú)機(jī)水漬、斑點(diǎn)和結(jié)垢。當(dāng)酸處理與能夠與除去吸附的有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合物的表面活性劑結(jié)合時(shí)，無(wú)機(jī)物的清除最有效(McCoy，J.W.“工業(yè)化學(xué)清洗”(Industrial Chemical Cleaning)，第2章，34頁(yè)，Chemical Publishing Co.New York，N.Y.)。
酸具有破壞能夠產(chǎn)生污垢膜樣皂垢的離子橋鍵效應(yīng)的能力，也具有溶解沉淀的脂肪酸的能力。目前大多數(shù)清洗劑使用強(qiáng)酸除去表面上的無(wú)機(jī)水漬、斑點(diǎn)和結(jié)垢。當(dāng)與表面活性劑結(jié)合時(shí)，通過(guò)能夠除去吸附的有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合物的酸處理，可以清除無(wú)機(jī)結(jié)垢物。
用傳統(tǒng)的紫外線照射系統(tǒng)處理的廢水也可能含有各種各樣的活生物和有機(jī)基分子，這些有機(jī)基分子的范圍從具有表面活性的那些到油脂類。帶負(fù)電的表面活性分子如腐殖酸可以結(jié)合水中的多價(jià)離子(鈣、鐵、鎂)。另外，由于表面活性分子具有疏水部分，因此紫外線照射吸附物類如蛋白質(zhì)或芳香族化合物的粘附也可能引起來(lái)自燈的紫外透射減少。
提出了大量化學(xué)物質(zhì)用于從存在或不存在有機(jī)結(jié)垢物的表面上清除污垢沉淀物。無(wú)機(jī)酸如鹽酸、硝酸、硫酸、磷酸和氨基磺酸是化學(xué)清除無(wú)機(jī)結(jié)垢沉淀物常用的—參見(jiàn)Kreft。但是，所有的這些酸都具有腐蝕性并難以操控。因此，在使用這樣的酸時(shí)出現(xiàn)關(guān)于職業(yè)健康的顧慮。另外，由于使用這樣的酸，對(duì)設(shè)備的損耗可能性增加。鹽酸和硫酸因其腐蝕作用，因而通常不建議在與不銹鋼接觸的場(chǎng)合使用。硝酸具有氧化能力，并且因其潛在的反應(yīng)性而僅能以小于等于約10％的濃度使用。磷酸是較為安全且有效的清洗酸，在各工業(yè)中廣泛應(yīng)用。但是，磷酸的使用可能造成形成與鐵、鈣或鎂的不溶性磷酸鹽。另外，磷酸鹽對(duì)于微生物和藻類生長(zhǎng)是限制性營(yíng)養(yǎng)物，因此清洗液向處理水中排放和泄漏需要仔細(xì)監(jiān)控。
在2000年5月26日提交的共同待審美國(guó)專利申請(qǐng)60/207,187[Ketelson等(Ketelson)]中提出了一種新型的清洗劑。Ketelson教導(dǎo)的清洗劑代表了本領(lǐng)域的重大進(jìn)步。具體地，Ketelson教導(dǎo)的清洗劑具有下面的一項(xiàng)或多項(xiàng)屬性(i)它可以從光學(xué)和/或金屬表面上除去有機(jī)、生物和無(wú)機(jī)來(lái)源的外來(lái)沉淀物；(ii)它基本上不與光學(xué)表面起化學(xué)反應(yīng)，或基本上不遺留將實(shí)質(zhì)性減?。VT的殘余吸附物；(iii)它可以較為安全地操控，對(duì)人體皮膚相對(duì)無(wú)腐蝕性；(iv)它滿足目前管理廢水和飲用水工業(yè)中環(huán)境容許實(shí)用性的標(biāo)準(zhǔn)；(v)它受到紫外線照射時(shí)隨時(shí)間推移(如，幾個(gè)月)能夠保持清洗活性；(vi)它具有抗菌性；(vii)它與清洗劑領(lǐng)域公知的一種或多種其它成分實(shí)質(zhì)上相容，這些成分包括表面活性劑、濕潤(rùn)劑、增稠劑、多價(jià)螯合劑和螯合劑；(viii)它在擦器室中使用時(shí)實(shí)質(zhì)上具有相容性，并且既不實(shí)質(zhì)性地劣化密封材料，也不實(shí)質(zhì)性地阻礙擦器在表面運(yùn)動(dòng)；(ix)它在與具有剪切稀化性的增稠劑結(jié)合以維持控制其流動(dòng)性時(shí)具有實(shí)質(zhì)性的用途；(x)它符合FDA對(duì)于食品和藥品的賦形劑和添加劑的規(guī)定；(xi)它對(duì)不銹鋼基本上沒(méi)有腐蝕性。
盡管Ketelson在本領(lǐng)域作出了進(jìn)步，但仍有改進(jìn)的空間。具體地，當(dāng)諸如Ketelson教導(dǎo)的液體清洗劑用在諸如Maarschalkerweerd#2專利教導(dǎo)的一種清洗系統(tǒng)時(shí)，存在液體清洗劑隨時(shí)間推移從清洗室泄漏出去的可能性。當(dāng)把有問(wèn)題的所述流體處理系統(tǒng)用在清潔(即，飲用)水時(shí)是不利的。另外，由于導(dǎo)致清洗劑成本增加，因此這也是不利的。
鑒于此，希望提供一種改進(jìn)的清洗劑，它結(jié)合了Ketelson教導(dǎo)的清洗劑的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又消除或減輕了前一段指出的泄漏和/或成本問(wèn)題。
發(fā)明的公開本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種新型清洗劑，它消除或減輕了現(xiàn)有技術(shù)中至少一個(gè)上述缺點(diǎn)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種從光學(xué)表面上除去結(jié)垢物的新方法。
因此一方面，本發(fā)明提供一種清洗劑，含有清潔劑、粒狀粘土材料和水性載體，該配制物的pH低于約4.0，其特征是25℃下剪切速率達(dá)到約0.10s-1時(shí)粘度減小至少90％。
另一方面，本發(fā)明提供一種從表面上除去結(jié)垢物的方法，該方法包括在表面上使用含有清潔劑、粒狀粘土材料和水性載體的清洗劑的步驟，該清洗劑的pH低于約4.0，其特征是25℃下剪切速率達(dá)到約0.10s-1時(shí)粘度減小至少90％。
因此，本發(fā)明者意外發(fā)現(xiàn)一種酸性(即，pH＜4)清洗劑，它具有觸變性(下文也稱“剪切稀化”)，它的酸穩(wěn)定性、溫度穩(wěn)定性、電解質(zhì)穩(wěn)定性和紫外線照射穩(wěn)定性的組合很理想。另外，本發(fā)明的清洗劑的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它使被清洗的表面與移過(guò)表面的擦器、擦器室等的界面具有光滑性。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明
將參照


本發(fā)明的實(shí)施方案，其中圖1圖示了25℃和50℃時(shí)本發(fā)明清洗劑的實(shí)施方案，其粘度作為剪切速率函數(shù)的變化；圖2圖示了本發(fā)明清洗劑的一個(gè)實(shí)施方案，在25℃下儲(chǔ)存7天后，粘度作為剪切速率函數(shù)的變化；圖3圖示了本發(fā)明清洗劑的一個(gè)實(shí)施方案，說(shuō)明中壓UV對(duì)作為剪切速率函數(shù)的粘度分布的影響。
實(shí)施發(fā)明的最佳方式因此，本發(fā)明的清洗劑含有清潔劑、粒狀粘土材料和含水載體。
優(yōu)選清潔劑包括磷酸脲鹽。
磷酸脲鹽是脲與含磷酸的衍生物。它的腐蝕性比上述的無(wú)機(jī)酸弱首先該化合物是弱酸，并且不拘泥于任何特定理論或作用方式，這被認(rèn)為是由于脲與酸絡(luò)合從而減弱了酸的腐蝕性。
通常在強(qiáng)酸(或上述有機(jī)酸至強(qiáng)酸)中加入很弱的堿如脲導(dǎo)致形成絡(luò)合物—強(qiáng)酸將成鹽的弱堿質(zhì)子化，該鹽溶于水中時(shí)起緩沖液作用。晶體結(jié)構(gòu)顯示了這些相互作用硝酸脲是純鹽(Worsham，J.E.，Jr.；Busing，W.R.，Acta Cryst.，1969，B25，572)，磷酸脲在脲與磷酸之間等距離處具有可交換的質(zhì)子(Nozik，Yu.Z.；Fykin，I.E.；Bukin，V.I.；Muradyan，L.A.，Kristallografiya，1976，21，7340，Kostansek，E.C.；Busing，W.R.，Acta Cryst.B.，1972，28，2454)，在草酸脲中，質(zhì)子保持與草酸結(jié)合(Kostansek，E.C.；Busing，W.R.，Acta Cryst.C，1972，B28，2454)。
基于這些觀察，人們可以預(yù)期脲-酸絡(luò)合物將起到緩沖劑的作用—即，脲作為弱堿。但是，在Ketelson中提到，當(dāng)與游離酸比較時(shí)，對(duì)絡(luò)合物的pH特征的考查顯示，脲不影響磷酸的pH特征。因此，脲起緩和身為弱酸的磷酸的腐蝕性的作用，不影響pKa。
在本發(fā)明的優(yōu)選清洗劑中脲與磷酸鹽可以能發(fā)揮所需功能的任意比率形成。合適的鹽的例子包括通過(guò)以約1∶1至約1∶4摩爾比范圍的脲與含磷酸(例如，磷酸、膦酸、它們的衍生物等)結(jié)合形成的那些鹽，優(yōu)選約1∶1至約1∶2的摩爾比(脲∶磷酸)范圍。
在優(yōu)選實(shí)施方案中，脲是組合物中與含磷酸結(jié)合的唯一堿。在另一實(shí)施方案中，如果與水不溶性金屬鹽結(jié)合時(shí)產(chǎn)生水溶性金屬鹽，則含磷酸與脲或弱堿的鹽可用來(lái)代替磷酸脲。例子包括強(qiáng)堿與例如鏈烷醇胺、烷基胺、二烷基胺、三烷基胺、烷基四胺、帶有氨基或(烷基或芳基)氨基取代基的聚合物、帶有含氮的雜環(huán)基的聚合物、丙烯酰胺(arcylamide)、丙烯酰胺與乙烯基吡咯烷酮的聚合物和共聚物、聚乙烯基吡咯烷酮、乙烯基吡咯烷酮和甲基丙烯酰胺的共聚物、聚甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺與氨(當(dāng)其與HCl混合時(shí)形成氯化銨，氯化銨慢速溶于水不溶性鹽)的共聚物，所述的鏈烷醇胺包括三乙醇胺、二乙醇胺、單乙醇胺和HO-[(烷基)O]x-CH2)yNH2，包括HO-[(CH2)xO]-CH2)xNH2；其中烷基可以在該部分內(nèi)變化，其中x為1-8(可以在該部分內(nèi)變化)，y為1-40的整數(shù)。也可以使用這些堿的混合物。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，脲與磷酸反應(yīng)形成的磷酸脲作為調(diào)制化學(xué)清洗組合物的有效成分，化學(xué)清洗組合物可以在有或沒(méi)有清洗用途的物理裝置時(shí)使用，以除去沉淀在表面如光學(xué)表面和/或金屬表面上的外來(lái)物。磷酸脲可選擇性地與至少一種表面活性劑一起調(diào)制，提供無(wú)條紋、不成膜以及低毒的配制物，用于特定應(yīng)用但不限于廢水或飲用水應(yīng)用來(lái)源的結(jié)污表面的清洗。另外，清洗功效不因UV照射的影響而減弱。盡管磷酸脲是主要的有效成分，但也可以使用幾種可選擇的成分。增強(qiáng)清洗功效的可選成分包括表面活性劑、助洗劑、多價(jià)螯合劑、防霧聚合物和增稠劑。
另外，本發(fā)明的清洗劑可以含有磷酸脲以外的清潔劑，前提是這樣的其它清潔劑不含有對(duì)本發(fā)明清洗劑有不利作用的輔助添加劑。例如鹽酸脲、硫酸脲、膦酸等預(yù)計(jì)在本發(fā)明的清洗劑中有用。其他有用的清潔劑可以由本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員確定。
本發(fā)明的清洗劑進(jìn)一步含有粒狀粘土材料。本說(shuō)明書中使用的術(shù)語(yǔ)“粘土材料”擬包括含有大量由金屬(例如，堿金屬或堿土金屬)離子或氫氧化物離子結(jié)合在一起的硅酸鹽(包括鋁硅酸鹽)片的結(jié)晶材料。
優(yōu)選粒狀粘土材料包括膨潤(rùn)土。更優(yōu)選粒狀粘土材料包括堿金屬膨潤(rùn)土。最優(yōu)選粒狀粘土材料包括鈉膨潤(rùn)土。
本發(fā)明的清洗劑進(jìn)一步含有水性載體。優(yōu)選水性載體含有水。
本發(fā)明的清洗劑的pH低于約4.0。優(yōu)選pH在約0.5至約4.0的范圍內(nèi)。更優(yōu)選pH在約0.5至約3.0的范圍內(nèi)。最優(yōu)選pH在約0.5至約1.5的范圍內(nèi)。
優(yōu)選粒狀粘土材料的含量在最多約10重量％的范圍內(nèi)。更優(yōu)選粒狀粘土材料的含量在約0.5至約10重量％的范圍內(nèi)。甚至更優(yōu)選粒狀粘土材料的含量在約0.5至約5.0重量％的范圍內(nèi)。最優(yōu)選粒狀粘土材料的含量在約0.3至約3.0重量％的范圍內(nèi)。
本發(fā)明的清洗劑的特征是25℃下，剪切速率達(dá)到約0.10s-1時(shí)粘度下降至少90％。優(yōu)選該配制物的特征是25℃下剪切速率達(dá)到約0.05s-1時(shí)粘度下降至少90％。更優(yōu)選該配制物的特征是25℃下剪切速率達(dá)到約0.03s-1時(shí)粘度下降至少90％。
在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，該配制物的特征是25℃下，剪切速率達(dá)到約0.10s-1時(shí)粘度下降至少95％，更優(yōu)選25℃下剪切速率達(dá)到約0.05s-1時(shí)粘度下降至少95％，最優(yōu)選25℃下剪切速率達(dá)到約0.03s-1時(shí)粘度下降至少95％。
將參照下面的實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方案，實(shí)施例不應(yīng)用來(lái)直接解釋為本發(fā)明或限制本發(fā)明。
在下面的實(shí)施例中，使用下面的材料1.礦物膠體(Mineral Colloid)BP(Southern Clay Products Inc.)；2.脲(ACS級(jí)，F(xiàn)isher Scientific)；和3.正磷酸(85％，F(xiàn)isher Scientific)。
礦物膠體BP是高純度蒙脫土，從細(xì)選的天然膨潤(rùn)土精制而成。它被分類為特制觸變膠，特征是高效和較低的使用量。它具有高粘度，并與無(wú)機(jī)和有機(jī)陽(yáng)離子相互作用。
下面是礦物膠體BP的特性典型物理性質(zhì)形狀 灰白色細(xì)粉氣味 無(wú)亮度(GEB) 60濕含量7.5％pH9.70粘度(5％固體) 2200cps(厘泊秒)膨脹 46mL砷含量2.0ppm鉛含量27.0ppm典型化學(xué)性質(zhì)
SiO2 66.2％Al2O317.5％MgO 2.0％Fe2O33.8％CaO 0.8％Na2O 2.6％K2O0.1％磷酸脈(1M)的制備1L燒杯中加入707g磷酸(6.1摩爾)，邊使用與HeidolphTM混合機(jī)連接的槳式攪拌器攪拌，邊加入315g脲(5摩爾)。混合速度最初設(shè)定在300rpm，但隨溶液粘度變大，用手進(jìn)行任意混合。反應(yīng)中產(chǎn)生大量放熱，因此全程監(jiān)控反應(yīng)。當(dāng)觀察到脲小球溶解時(shí)，可觀察到混合物粘度迅速增大。此時(shí)從混合機(jī)中取出混合物并用角匙手動(dòng)攪拌。反應(yīng)結(jié)束后，分離出白色結(jié)晶固體磷酸脲。
為制備1M磷酸脲溶液，用Milli-QTM水將160g白色結(jié)晶固體稀釋到1L。
含有礦物膠體BP的磷酸脲(1M)的制備(剪切稀化溶液)在燒杯中加入150g Milli-QTM水(室溫)并以1000rpm攪拌。在攪拌的水中加入(通過(guò)篩子)3g礦物膠體BP。添加是緩慢進(jìn)行的，以將沿容器和混合機(jī)邊緣的產(chǎn)塵降至最小程度。加入BP膠體后進(jìn)行混合過(guò)程30分鐘。
在50mL燒杯中加入16g上述的磷酸脲產(chǎn)品和22g Milli-QTM水。用磁力攪拌器攪拌固體直到溶解。隨后將該溶液滴加到以800rpm的速度攪拌的膠體BP漿中。加入磷酸脲溶液后，該分散液的粘度快速上升?；旌?0分鐘后，制得了剪切稀化產(chǎn)品。
表征使用與小量樣品承接器連接的BrookfieldTMDVII+ProgrammableViscometer(BrookfieldTMSC4-27心軸)測(cè)定粘度。承接器是加套的，并與設(shè)定在預(yù)定溫度的水浴連接。
使用與Maarschalkerweerd#2專利中教導(dǎo)的紫外線照射組件類似的組件評(píng)價(jià)本發(fā)明清洗劑對(duì)紫外線照射的穩(wěn)定性。
溫度和酸穩(wěn)定性在典型的紫外水處理系統(tǒng)中，石英套/水界面溫度預(yù)計(jì)為比廢水流中本體水溫高至少20-40℃。基于此，考查了該系統(tǒng)在高溫下的流變學(xué)特性。
圖1圖示了在25℃和50℃下，作為剪切速率函數(shù)的、用BP增稠的磷酸脲溶液(pH＝1.0)的粘度特性。
圖1顯示在任何給定剪切速率下，25℃下獲得的粘度均比50℃獲得的那些粘度低很多。例如，25℃下，0.01s-1和0.03s-1時(shí)的粘度分別為433000mPa*s和108000mPa*s。相比而言，50℃下，剪切速率為0.01s-1和0.03s-1時(shí)粘度分別為742000mPa*s和220000mPa*s。這些結(jié)果說(shuō)明含有礦物BP膠體的清洗液的粘度預(yù)計(jì)隨溫度增大。
通過(guò)監(jiān)控剪切稀化特性7天以上，考查了pH對(duì)凝膠穩(wěn)定性的影響。
圖2顯示在7天以上的期間內(nèi)凝膠配制物的粘度緩慢增加。這并不意外，因?yàn)樵谂渲莆镏苽浜蟠嬖诔掷m(xù)數(shù)天的結(jié)構(gòu)化過(guò)程(即，電雙層厚度變化)。應(yīng)注意的是，粘土基體系對(duì)低pH特別敏感。添加鹽或急劇改變pH可以引起粘土粒子絮凝。當(dāng)在粘土分散液中加入磷酸脲時(shí)需要特別注意(即，緩慢加入磷酸脲以將“沖擊”減至最小程度)。盡管膨潤(rùn)土的pH耐力范圍不寬(pH6-12)，但其對(duì)低pH敏感，并且意外發(fā)現(xiàn)，用較高濃度的磷酸脲(即，8.5重量/重量％)可以保持剪切稀化特性。
UV穩(wěn)定性圖3表示在不存在和存在中壓紫外(UV)照射時(shí)，礦物BP/磷酸脲液的曲線。
使用一個(gè)與Maarschalkerweerd#2專利中教導(dǎo)類似的紫外線照射組件考查中壓UV照射對(duì)液體粘度的影響。圖2顯示在低剪切速率下，UV實(shí)驗(yàn)后和實(shí)驗(yàn)前粘度存在一個(gè)很大的下降。結(jié)果說(shuō)明在擦拭后暴露在UV中時(shí)，可以保持BP液的剪切稀化特性。另一方面，當(dāng)比較UV實(shí)驗(yàn)前后的相同剪切速率時(shí)，注意到粘度下降兩倍。
當(dāng)打開UV開始擦拭順序時(shí)，使用上面制備的配制物立即觀察到摩擦減小的可見(jiàn)信號(hào)(與Ketelson教導(dǎo)的純磷酸脲溶液相比)。這種效果在整個(gè)UV實(shí)驗(yàn)過(guò)程中都保持。
在與Maarschalkerweerd#2專利中教導(dǎo)的流體處理系統(tǒng)類似的系統(tǒng)中評(píng)價(jià)了上面制備的磷酸脲凝膠，以考查它在正常操作現(xiàn)場(chǎng)條件下的性質(zhì)。在Bank A/Module 5(Collar L1/L2)中注入該凝膠，并將擦拭周期設(shè)定為3小時(shí)。UV工作170小時(shí)后提起組件，檢查了軸環(huán)(collar)的內(nèi)部。在軸環(huán)中觀察到幾個(gè)大氣包，但視覺(jué)上沒(méi)有觀察到粘度變化。另外，當(dāng)在空氣中開始擦拭順序時(shí)觀察到粘滑最小(與市售的Lime-AwayTM清洗劑相比)。這為在磷酸脲中加入膨潤(rùn)土增加“光滑”效果提供了進(jìn)一步的支持證據(jù)。膨潤(rùn)土的另一個(gè)有用的性質(zhì)是它的顏色(不透明的)，當(dāng)在中壓UV下暴露時(shí)顏色不變化。這被認(rèn)為是比Lime-AwayTM優(yōu)越的一點(diǎn)，后者在暴露UV幾小時(shí)后從綠色變?yōu)橥该鳌?br> 上面的實(shí)驗(yàn)工作支持下面的結(jié)論
1.可以在約1.0的pH下容易地制備含有Mineral BP(膨潤(rùn)土)的磷酸脲的穩(wěn)定剪切稀化凝膠。長(zhǎng)時(shí)間保存時(shí)能夠保持剪切稀化行為。
2.考查了溫度對(duì)剪切稀化行為的影響，結(jié)果說(shuō)明使用50℃溫度時(shí)沒(méi)有觀察到明顯的影響。
3.剪切稀化行為基本上不受短期(33天-3小時(shí)擦拭周期)暴露在UV照射下的影響。
盡管參照示例實(shí)施方案和實(shí)施例說(shuō)明了本發(fā)明，但是本說(shuō)明書不能從限制性的意義上進(jìn)行解釋。因此，參照這些說(shuō)明，示例實(shí)施方案的多種變化、以及本發(fā)明的其它實(shí)施方案對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將是顯而易見(jiàn)的。因此預(yù)期附后的權(quán)利要求書將涵蓋任何這樣的變化或通過(guò)引用將本文所提到的所有出版物、專利和專利申請(qǐng)整體并入本文參考，達(dá)到與單個(gè)出版物、專利和專利申請(qǐng)具體和單獨(dú)地整體通過(guò)引用并入本文相同的程度。
權(quán)利要求
1.一種清洗劑，含有清潔劑、粒狀粘土材料和水性載體，所述清洗劑的pH低于約4.0，其特征是25℃下剪切速率達(dá)到約0.10s-1時(shí)粘度至少下降90％。
2.如權(quán)利要求1所述的清洗劑，其中清潔劑包括磷酸脲鹽。
3.如權(quán)利要求1所述的清洗劑，其中粒狀粘土材料包括膨潤(rùn)土。
4.如權(quán)利要求1所述的清洗劑，其中粒狀粘土材料包括堿金屬膨潤(rùn)土。
5.如權(quán)利要求1所述的清洗劑，其中粒狀粘土材料包括鈉膨潤(rùn)土。
6.如權(quán)利要求1所述的清洗劑，其中水性載體包括水。
7.如權(quán)利要求1所述的清洗劑，其中pH在約0.5至約4.0的范圍內(nèi)。
8.如權(quán)利要求1所述的清洗劑，其中pH在約0.5至約3.0的范圍內(nèi)。
9.如權(quán)利要求1所述的清洗劑，其中pH在約0.5至約1.5的范圍內(nèi)。
10.如權(quán)利要求1所述的清洗劑，其中粒狀粘土材料的含量在小于等于約10重量％的范圍內(nèi)。
11.如權(quán)利要求1所述的清洗劑，其中粒狀粘土材料的含量在約0.5至約10重量％的范圍內(nèi)。
12.如權(quán)利要求1所述的清洗劑，其中粒狀粘土材料的含量在約0.5至約5.0重量％的范圍內(nèi)。
13.如權(quán)利要求1所述的清洗劑，其中粒狀粘土材料的含量在約0.3至約3.0重量％的范圍內(nèi)。
14.如權(quán)利要求1所述的清洗劑，其中25℃下剪切速率達(dá)到約0.05s-1時(shí)粘度下降至少90％。
15.如權(quán)利要求1所述的清洗劑，其中25℃下剪切速率達(dá)到約0.03s-1時(shí)粘度下降至少90％。
16.如權(quán)利要求1所述的清洗劑，其中25℃下剪切速率達(dá)到約0.10s-1時(shí)粘度下降至少95％。
17.如權(quán)利要求1所述的清洗劑，其中25℃下剪切速率達(dá)到約0.05s-1時(shí)粘度下降至少95％。
18.如權(quán)利要求1所述的清洗劑，其中25℃下剪切速率達(dá)到約0.03s-1時(shí)粘度下降至少95％。
19.如權(quán)利要求2所述的清洗劑，其中磷酸脲鹽是脲與含磷酸的反應(yīng)產(chǎn)物。
20.如權(quán)利要求19所述的清洗劑，其中含磷酸包括磷酸及其衍生物。
21.如權(quán)利要求19所述的清洗劑，其中含磷酸包括膦酸及其衍生物。
22.如權(quán)利要求19所述的清洗劑，其中脲與含磷酸的比在約1∶10至10∶1的范圍內(nèi)。
23.如權(quán)利要求2所述的清洗劑，其中磷酸脲鹽的含量在約0.5至約60重量％的范圍內(nèi)。
24.一種從表面上除去結(jié)垢物的方法，包括在表面上施用一種清洗劑的步驟，所述的清洗劑含有清潔劑、粒狀粘土材料和水性載體，該清洗劑的pH低于約4.0，其特征是25℃下剪切速率達(dá)到約0.10s-1時(shí)粘度下降至少90％。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中清潔劑包括磷酸脲鹽。
26.如權(quán)利要求24所述的方法，其中粒狀粘土材料包括膨潤(rùn)土。
27.如權(quán)利要求24所述的方法，其中粒狀粘土材料包括堿金屬膨潤(rùn)土。
28.如權(quán)利要求24所述的方法，其中粒狀粘土材料包括鈉膨潤(rùn)土。
29.如權(quán)利要求24所述的方法，其中水性載體包括水。
30.如權(quán)利要求24所述的方法，其中pH在約0.5至約4.0的范圍內(nèi)。
31.如權(quán)利要求24所述的方法，其中pH在約0.5至約3.0的范圍內(nèi)。
32.如權(quán)利要求24所述的方法，其中pH在約0.5至約1.5的范圍內(nèi)。
33.如權(quán)利要求24所述的方法，其中粒狀粘土材料的含量在小于等于約10重量％的范圍內(nèi)。
34.如權(quán)利要求24所述的方法，其中粒狀粘土材料的含量在約0.5至約10重量％的范圍內(nèi)。
35.如權(quán)利要求24所述的方法，其中粒狀粘土材料的含量在約0.5至約5.0重量％的范圍內(nèi)。
36.如權(quán)利要求24所述的方法，其中粒狀粘土材料的含量在約0.3至約3.0重量％的范圍內(nèi)。
37.如權(quán)利要求24所述的方法，其中25℃下剪切速率達(dá)到約0.05s-1時(shí)粘度下降至少90％。
38.如權(quán)利要求24所述的方法，其中25℃下剪切速率達(dá)到約0.03s-1時(shí)粘度下降至少90％。
39.如權(quán)利要求24所述的方法，其中25℃下剪切速率達(dá)到約0.10s-1時(shí)粘度下降至少95％。
40.如權(quán)利要求24所述的方法，其中25℃下剪切速率達(dá)到約0.05s-1時(shí)粘度下降至少95％。
41.如權(quán)利要求24所述的方法，其中25℃下剪切速率達(dá)到約0.03s-1時(shí)粘度下降至少95％。
42.如權(quán)利要求25所述的方法，其中磷酸脲鹽是脲與含磷酸的反應(yīng)產(chǎn)物。
43.如權(quán)利要求42所述的方法，其中含磷酸包括磷酸及其衍生物。
44.如權(quán)利要求42所述的方法，其中含磷酸包括膦酸及其衍生物。
45.如權(quán)利要求42所述的方法，其中脲與含磷酸的比在約1∶10至10∶1的范圍內(nèi)。
46.如權(quán)利要求42所述的方法，其中磷酸脲鹽的含量在約0.5至約60重量％的范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種清洗劑，其中含有清潔劑、粒狀粘土材料和水性載體。該清洗劑的pH低于約4.0，其特征是25℃下剪切速率達(dá)到約0.10s
文檔編號(hào)C11D17/00GK1494587SQ01815920
公開日2004年5月5日 申請(qǐng)日期2001年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月19日
發(fā)明者霍華德·A·克特爾森, 霍華德 A 克特爾森 申請(qǐng)人:特洛伊人技術(shù)公司