水基印刷线路板油墨清洗剂的研制

曾小君 *，陈烨，金萍

（1.常熟理工学院化学与材料工程学院，江苏 常熟 215500； 2.常熟理工学院江苏省新型功能材料重点建设实验室，江苏 常熟 215500）

印刷电路板(PCB)是各类电子产品中不可缺少的关键电子互联件。随电子产业的高速发展，大量家用电器开始升级换代，废电路板的数量越来越大，如何以环境友好的方式处理不断增加的电子废弃物已成为世界各国共同关注的重要问题[1-3]。另外，在线路板生产过程中常会出现断路、短路、凸起、凹陷、空洞、阻焊断桥和PCB 板面起脏等问题，对于存在质量缺陷的印刷电路板，需要重新去除其表面的油墨，对其进行修复后回收再利用[4-5]。因此，废弃印刷线路板的资源性和对环境的危害性共同决定了对其进行有效回收的重要性。

印刷电路板表面有一层经热固化的感光显影油墨保护金属，在回收再利用前应将其表面的油墨清洗干净。当前印刷工业中清洗印版、印刷机械、印刷书稿等着墨部位的油墨，大多使用有机清洗剂和碱性清洗剂，有机清洗剂毒性大，对人体和环境危害大，因此急需开发清洗效果好、绿色环保的清洗剂[6-8]。本文研制了一种水基印刷线路板油墨清洗剂。采用超声辅助清洗工艺，考察了清洗温度以及清洗时间对不同类型印刷线路板的油墨去除率的影响。

1 实验

1.1 仪器及试剂

主要仪器：DZF-6090 真空干燥箱，上海一恒科技有限公司；KQ-600KDB 台式高功率数控超声波清洗器，昆山市超声仪器有限公司；EL-204 型电子天平，梅特勒-托利多公司。

主要试剂：不含油墨的洁净印刷线路板，含油墨的废弃印刷线路板，氢氧化钠、磷酸三钠、三聚磷酸钠、氯化钠、亚硝酸钠、硅酸钠，表面活性剂AES、K12、SAS-60 等。

1.2 试验材料准备

1.2.1 印刷线路板试片的准备

用酒精将不含油墨的洁净印刷线路板试片表面清洗干净，挂在支架上，放入真空干燥箱中，在105 °C下真空干燥恒重后用电子天平称重，精确到0.000 1 g，记录为m0；同上，测定待处理的含油墨废弃印刷线路板试片质量m1。

1.2.2 印刷线路板油墨清洗剂的组成

印刷线路板油墨清洗剂的配制均按活性物质量分数为17%计算，具体组成如表1所示。

表1 印刷线路板油墨清洗剂的组分Table 1 Components of water-based ink cleaner for printed circuit board

1.3 试验步骤

(1) 将活性物质量分数为17%的印刷线路板油墨清洗剂放入超声波清洗器中，将试验温度分别设定为(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) 将事先准备好的待处理的含油墨废弃印刷线路板试片挂入到超声波清洗器中，并浸没于清洗剂中。

(3) 试片挂好以后，记录挂入试片的时间，并注意随时观察油墨去除效果。

(4) 试片超声清洗一定时间后取出，用清水冲洗干净，再挂于支架上，然后放入真空干燥箱中，在105 °C 下真空干燥恒重后在电子天平上称重，精确到0.000 1 g，记录为m2。

(5) 油墨去除率的计算公式如下：

式中，P──油墨去除率，%；m0──不含油墨的洁净印刷线路板试片质量，g；m1──待处理的含油墨废弃印刷线路板试片质量，g；m2──处理后含油墨废弃印刷线路板试片质量，g。

2 结果与讨论

2.1 各组分对清洗效果的影响

在(85 ± 2) °C 下，以配方IV 为基础，清洗时间为50 min，对氢氧化钠、磷酸三钠、三聚磷酸钠、硅酸钠分别进行单因素实验，研究各组分对油墨去除率的影响。

2.1.1 氢氧化钠用量

水基油墨清洗剂的最大优点在于其完全不可燃，使用非常安全，其清洗作用是靠表面活性剂和碱性助剂共同作用来完成。氢氧化钠用量对油墨去除率的影响见图1。

图1 氢氧化钠用量对油墨去除率的影响Figure 1 Effect of dosage of sodium hydroxide on ink removal

由图1可以看出，随氢氧化钠用量的增大，油墨去除率逐渐升高，氢氧化钠用量为6%时，继续增大氢氧化钠的用量，油墨去除率的升高并不明显，相反使油墨清洗剂中表面活性剂的耐碱性变差，导致产品的贮存稳定性变差而分层。因此，氢氧化钠用量控制在6%左右较合适。

2.1.2 磷酸盐用量

磷酸三钠和三聚磷酸钠用量对油墨去除率的影响见图2。

图2 磷酸盐用量对油墨去除率的影响Figure 2 Effect of dosage of phosphate on ink removal

由图2可以看出，无论是磷酸三钠还是三聚磷酸钠在达到一定含量后，继续增大其用量，油墨去除率反而下降，故使用时磷酸盐含量不能超过一定值，且磷酸盐增大至某一含量后，油墨清洗剂中表面活性剂的耐盐性变差，导致产品的贮存稳定性变差而分层。因此，磷酸钠和三聚磷酸钠的用量分别控制在2%左右比较合适。

2.1.3 硅酸钠用量

硅酸钠的清洗效果很好，且对印刷线路板表面的固体物也具有极好的去除功能，可使油墨和不溶于水的脏物乳化并分散，对印刷线路板油墨的湿润效果在无机碱中是最好的[9]。硅酸钠用量对油墨去除率的影响见图3。

图3 硅酸钠用量对油墨去除率的影响Figure 3 Effect of dosage of sodium silicate on ink removal

由图3可以看出，随硅酸钠用量的增大，油墨去除率逐渐升高，当硅酸钠用量达1%时，继续增大硅酸钠用量，油墨去除率反而降低，这可能是由于硅酸钠很容易黏附在印刷线路板表面，不易清洗干净。因此，硅酸钠的用量控制在1%为宜。

2.2 印刷线路板油墨清洗剂配方的选择

提高印刷线路板油墨清洗剂的油墨去除效果，其关键在于表面活性剂类型和用量的选择。按表1所示的印刷线路板油墨清洗剂配方，在(85 ± 2) °C 下对印刷线路板清洗50 min，结果见表2。

表2 不同配方印刷线路板油墨清洗剂的油墨去除率Table 2 Ink removal of ink cleaner for printed circuit boards with different formulation

从表2可以看出，清洗温度和清洗时间相同时，配方IV 的油墨去除率达到100%。因此，下文中均采用配方IV 进行印刷线路板油墨清洗试验，以研究清洗温度和清洗时间对油墨去除效果的影响。该产品的pH为12.0～14.0，使用过程中应注意安全。

2.3 超声清洗温度对油墨去除效果的影响

清洗温度对油墨去除效果的影响很大。因温度升高，油墨清洗剂中各组分的活性增强，油墨的黏度减小，因此，升高温度可有效缩短油墨清洗时间。超声清洗温度对油墨去除率的影响见图4。

图4 超声清洗温度对油墨去除率的影响Figure 4 Effect of ultrasound-assisted cleaning temperature on ink removal

从图4可以看出，温度高于90 °C 时，油墨的去除效果明显下降。这是由于温度升至浊点(93 °C)时，非离子表面活性剂析出形成乳浊液而影响其油墨去除能力。因此，油墨清洗剂的最佳温度应低于浊点，油墨清洗剂的使用温度以80～90 °C 为宜。

2.4 超声清洗时间对油墨去除效果的影响

超声清洗时间和清洗温度与油墨清洗剂活性物质量分数有密切关系，又是影响油墨去除工艺和生产的一个重要参数。在(85 ± 2) °C，对试样超声清洗不同时间，结果见图5。

图5 超声清洗时间对不同类型PCB 上油墨去除率的影响Figure 5 Effect of ultrasound-assisted cleaning time on ink removal from different types of PCB

从图5可知，采用超声辅助浸渍去除油墨时，普通型线路板需耗时5～8 min，而烘烤型线路板需耗时45～50 min，油墨去除率均可达100%。但在实际操作中超声辅助浸渍清洗时间应根据清洗现场的具体情况而定。

3 结论

(1) 印刷线路板油墨清洗剂的典型组分为：氢氧化钠6%，磷酸三钠2%，三聚磷酸钠2%，硅酸钠1%，氯化钠2%，亚硝酸钠1%，表面活性剂AES 1%，表面活性剂K12 1%，表面活性剂SAS-60 1%。该产品本身呈碱性，pH 为12.0～14.0，使用过程中应注意安全。当超声清洗温度为80～90 °C，油墨清洗剂活性物质量分数为17%时，对普通型印刷线路板超声浸渍清洗5～8 min，烘烤型印刷线路板超声浸渍清洗45～50 min，油墨去除率可达100%，均得到满意的油墨去除效果。

(2) 印刷线路板油墨清洗剂可满足普通型印刷线路板和烘烤型印刷线路板的油墨清洗工艺。在实际操作时，超声辅助浸渍清洗时间应根据清洗现场的具体情况而定。另外，由于配方中加有表面活性剂，在清洗过程中会产生泡沫，但不影响产品的使用性能，必要时可加入一定量的消泡剂。

(3) 该油墨清洗剂的配制工艺简单，操作简便，是一种水基印刷线路板油墨清洗剂，具有广阔的市场应用前景。

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