Jak jsme odstranili problém s pěněním v průmyslovém mycím procesu: Praktický případ z výroby elektroniky

Foto: PuroClean of Fort Worth / Unsplash

Výrobní linky pro elektronické součástky vyžadují precizní čištění, kde i malé množství zbytků tavidla nebo prachu může způsobit závady. Problém nastává, když mycím prostředek začne nadměrně pěnit – pěna nejen snižuje účinnost čištění, ale může také poškodit citlivé komponenty nebo zablokovat trysky myček. V tomto článku popíšeme konkrétní případ, kdy jsme u klienta z oboru elektroniky museli rychle reagovat na kritické pěnění v uzavřeném mycím systému. Řešení spočívalo v optimalizaci kombinace tenzidů a antifomových aditiv, která zachovala čisticí účinnost, ale eliminovala nežádoucí pěnění.

Problém pěnění v mycím procesu: Jak nás zastavil nečekaný sabotér

Výroba elektronických komponent vyžaduje precizní čištění povrchů, kde i mikroskopické nečistoty mohou způsobit selhání celého zařízení. V našem případě šlo o oplachovou linku, kde se desky plošných spojů omývaly vodným roztokem s tenzidy. Po několika měsících provozu se však začalo objevovat nadměrné pěnění, které narušovalo automatizovaný proces: pěna unášela částečky nečistot zpět na povrch desek a zhoršovala účinnost sušení. Problém se zhoršoval s rostoucí teplotou roztoku (45–50 °C) a vyšší koncentrací tenzidů (0,8–1,2 %).

Analýza ukázala, že příčinou nebyla jen samotná formulace mycích prostředků, ale i interakce s dalšími faktory: tvrdost vody (12–15 °dH), zbytky pájecích past a tavidla na deskách, a dokonce i mikroskopické částice prachu z výrobního prostředí. Pěna se navíc hromadila v kritických místech linky, kde docházelo k turbulenci – například u trysek a ohybů potrubí. Bylo jasné, že řešení musí být komplexní a zohlednit všechny tyto proměnné.

Diagnostika: Jak jsme identifikovali klíčové faktory pěnění

Prvním krokem bylo laboratorní testování vzorků mycích roztoků za kontrolovaných podmínek. Použili jsme standardní metody pro měření pěnění, jako je Ross-Milesův test, který simuluje dynamické podmínky v mycím procesu. Výsledky potvrdily, že samotné tenzidy v roztoku nepění nadměrně – problém vznikl až při kontaktu s organickými zbytky z výroby. Zajímavé bylo zjištění, že pěna byla stabilnější v přítomnosti vápenatých a hořečnatých iontů z tvrdé vody, které vytvářely nerozpustné komplexy s některými tenzidy.

Dále jsme analyzovali vzorky z různých fází procesu pomocí plynové chromatografie a hmotnostní spektrometrie. Zjistili jsme, že zbytky tavidla na bázi kalafuny (kolofónia) reagovaly s aniontovými tenzidy za vzniku viskózní pěny, která se jen obtížně rozpadala. Tento synergický efekt byl hlavním viníkem – samotné tenzidy ani kalafuna by za stejných podmínek tolik nepěnily. Na základě těchto poznatků jsme navrhli cílená opatření.

Foto: Toon Lambrechts / Unsplash

Řešení: Optimalizace receptury a procesních parametrů

První úpravou bylo nahrazení části aniontových tenzidů neiontovými, které jsou méně citlivé na tvrdost vody a organické nečistoty. Konkrétně jsme snížili podíl alkylbenzensulfonátů a zvýšili koncentraci alkoxylovaných mastných alkoholů, které mají nižší sklon k tvorbě stabilní pěny. Důležité bylo také přidání odpěňovače na bázi silikonových olejů v koncentraci 0,05–0,1 %, který účinně narušoval povrchové napětí pěnových bublin.

Kromě úpravy receptury jsme optimalizovali i procesní parametry. Snížili jsme teplotu mycích roztoků na 38–42 °C, což snížilo kinetickou energii systému a tím i tvorbu pěny. Dále jsme upravili průtok roztoku tak, aby se minimalizovala turbulence v kritických místech linky. Zavedení kontinuálního monitoringu pěnění pomocí optických senzorů nám umožnilo včas reagovat na případné výkyvy a automaticky dávkovat odpěňovač podle aktuální potřeby.

Výsledky a dlouhodobá prevence: Jak udržet proces stabilní

Po implementaci změn se pěnění snížilo o více než 80 % a mycí proces se stal stabilnějším. Největší přínos mělo kombinované řešení – úprava receptury spolu s optimalizací procesních parametrů. Důležité bylo také pravidelné čištění linky od usazenin, které by mohly sloužit jako jádra pro tvorbu nové pěny. Zavedli jsme týdenní proplach systému kyselým roztokem (pH 3–4), který rozpouštěl vápenaté usazeniny a zbytky organických látek.

Pro dlouhodobou prevenci jsme doporučili zákazníkovi zavést systém řízení kvality mycích roztoků, včetně pravidelného testování tvrdosti vody a koncentrace tenzidů. Dále jsme navrhli používat demineralizovanou vodu pro doplňování systému, což výrazně snížilo riziko tvorby nerozpustných komplexů. Díky těmto opatřením se podařilo udržet proces bez problémů s pěněním i při zvýšení výrobní kapacity o 30 % v následujících měsících.

Foto: Toon Lambrechts / Unsplash

Vliv kvality vody na efektivitu tenzidů a tvorbu pěny

Při řešení problému s nadměrným pěněním v mycím procesu jsme narazili na často opomíjený faktor – kvalitu použité vody. Tvrdost vody, tedy obsah rozpuštěných minerálů, zejména vápenatých a hořečnatých iontů, má zásadní vliv na chování tenzidů. Tyto ionty reagují s anionickými tenzidy za vzniku nerozpustných solí, které snižují účinnost mycího prostředku a zároveň zvyšují tvorbu stabilní pěny. V našem případě jsme zjistili, že i mírně zvýšená tvrdost vody (nad 15 °dH) vedla k výraznému nárůstu pěnění, přestože koncentrace tenzidů byla v optimálním rozmezí.

Pro ověření jsme provedli sérii testů s demineralizovanou vodou a porovnali výsledky s běžně používanou vodou z vodovodního řádu. Při použití demineralizované vody se objem pěny snížil o více než 40 % a mycí účinnost se zlepšila o 25 %, což potvrdilo naši hypotézu. Tento poznatek nás vedl k zavedení předúpravy vody pomocí iontoměničů, které odstranily nežádoucí ionty a stabilizovaly chování tenzidů. Kvalita vody se tak stala klíčovým parametrem pro kontrolu procesu.

Dynamické podmínky procesu: Jak mechanické namáhání ovlivňuje pěnění

Dalším kritickým faktorem, který jsme museli zohlednit, byly dynamické podmínky mycích procesů. Rychlost proudění, turbulence a mechanické míchání mohou výrazně ovlivnit tvorbu a stabilitu pěny. V našem případě jsme zjistili, že vysoké otáčky trysek a tlakové mycí systémy způsobovaly nadměrné provzdušňování roztoku, což vedlo k intenzivnímu pěnění. Tento efekt byl umocněn při vyšších teplotách (nad 50 °C), kdy se snižuje povrchové napětí kapaliny a zvyšuje se rozpustnost vzduchu.

Pro optimalizaci jsme upravili parametry mycích trysek a snížili tlak na 2,5 baru, což vedlo k rovnoměrnějšímu rozložení proudění a minimalizaci turbulence. Dále jsme implementovali postupné zvyšování teploty během procesu, aby se zabránilo náhlému uvolňování rozpuštěného vzduchu. Tyto úpravy snížily objem pěny o 30 % a zároveň zlepšily homogenitu mycího procesu. Ukázalo se, že i drobné změny v mechanickém namáhání mohou mít zásadní vliv na stabilitu systému.

Volba tenzidů: Jak správná kombinace snižuje pěnění a zvyšuje účinnost

Posledním krokem v řešení problému bylo přehodnocení samotné receptury mycího prostředku. Zaměřili jsme se na výběr tenzidů s nízkou pěnotvorností a vysokou odmašťovací schopností. Anionické tenzidy, jako jsou alkylsulfáty nebo alkylbenzensulfonáty, sice poskytují vynikající mycí účinek, ale často vedou k nadměrnému pěnění. Proto jsme je částečně nahradili neionogenními tenzidy, například alkoholethoxyláty, které mají nižší sklon k tvorbě pěny a zároveň dobrou kompatibilitu s tvrdou vodou.

Klíčovým objevem bylo použití směsi tenzidů s různou délkou uhlovodíkového řetězce. Krátkořetězcové tenzidy (C8–C10) zajišťovaly rychlé smáčení povrchu, zatímco dlouhořetězcové (C12–C14) zlepšovaly odmašťovací účinek. Tato kombinace umožnila snížit celkovou koncentraci tenzidů o 15 % při zachování mycí účinnosti a zároveň snížit objem pěny o 50 %. Důležitým parametrem byla také hodnota HLB (hydrofilně-lipofilní rovnováha), kterou jsme optimalizovali pro konkrétní typ znečištění v elektronické výrobě.

Potřebujete optimalizovat mycím proces?

Každý průmyslový proces má své specifické požadavky na čisticí prostředky. GCG Group dodává široké portfolio tenzidů a aditiv, ke kterým poskytuje podrobné technické listy a bezpečnostní dokumentaci. Naši odborníci vám pomohou vybrat nebo upravit formulaci tak, aby vyhovovala vašim provozním podmínkám – ať už jde o kontrolu pěnění, kompatibilitu s materiály nebo ekologické požadavky. Ozvěte se nám – nebo si rovnou projděte katalog více než 1 300 produktů.