Як ми усунули проблему піноутворення в промисловому процесі миття: Практичний випадок з виробництва електроніки

Фото: PuroClean of Fort Worth / Unsplash

Виробничі лінії для електронних компонентів потребують прецизійного очищення, де навіть невелика кількість залишків флюсу або пилу може призвести до несправностей. Проблема виникає, коли мийний засіб починає надмірно пінитися – піна не лише знижує ефективність очищення, але й може пошкодити чутливі компоненти або заблокувати сопла мийних машин. У цій статті ми опишемо конкретний випадок, коли у клієнта з галузі електроніки нам довелося швидко реагувати на критичне піноутворення у закритій мийній системі. Рішення полягало в оптимізації комбінації поверхнево-активних речовин та антивспінювальних добавок, яка зберегла очищувальну ефективність, але усунула небажане піноутворення.

Проблема піноутворення в мийному процесі: Як нас зупинив несподіваний саботажник

Виробництво електронних компонентів вимагає прецизійного очищення поверхонь, де навіть мікроскопічні забруднення можуть призвести до відмови всього пристрою. У нашому випадку йшлося про промивну лінію, де плати друкованих схем промивалися водним розчином із тензидами. Однак через кілька місяців експлуатації почало з’являтися надмірне піноутворення, яке порушувало автоматизований процес: піна переносила частинки забруднень назад на поверхню плат і погіршувала ефективність сушіння. Проблема посилювалася зі зростанням температури розчину (45–50 °C) та вищою концентрацією тензидів (0,8–1,2 %).

Аналіз показав, що причиною була не лише сама рецептура мийних засобів, а й взаємодія з іншими факторами: твердість води (12–15 °dH), залишки паяльних паст і флюсів на платах, і навіть мікроскопічні частинки пилу з виробничого середовища. Піна, крім того, накопичувалася в критичних місцях лінії, де виникала турбулентність – наприклад, біля сопел і вигинів трубопроводу. Було зрозуміло, що рішення має бути комплексним і враховувати всі ці змінні.

Діагностика: Як ми ідентифікували ключові фактори піноутворення

Першим кроком стало лабораторне тестування зразків мийних розчинів за контрольованих умов. Ми використали стандартні методи вимірювання піноутворення, такі як тест Росса-Майлза, який моделює динамічні умови в процесі миття. Результати підтвердили, що самі тензиди в розчині не утворюють надмірної піни – проблема виникала лише при контакті з органічними залишками від виробництва. Цікавим було виявлення, що піна була стабільнішою за наявності кальцієвих і магнієвих іонів із твердої води, які утворювали нерозчинні комплекси з деякими тензидами.

Далі ми проаналізували зразки з різних етапів процесу за допомогою газової хроматографії та мас-спектрометрії. Виявилося, що залишки флюсу на основі каніфолі (колофонії) реагували з аніонними поверхнево-активними речовинами з утворенням в’язкої піни, яка важко розпадалася. Цей синергічний ефект був головним винуватцем – самі ПАР чи каніфоль за тих самих умов так сильно не пінилися б. На основі цих висновків ми запропонували цілеспрямовані заходи.

Фото: Toon Lambrechts / Unsplash

Рішення: Оптимізація рецептури та технологічних параметрів

Першим етапом модифікації стало заміщення частини аніонних поверхнево-активних речовин неіонними, які менш чутливі до жорсткості води та органічних забруднень. Зокрема, ми знизили частку алкілбензолсульфонатів та підвищили концентрацію алкоксильованих жирних спиртів, які мають нижчу схильність до утворення стійкої піни. Важливим було також додавання піногасника на основі силіконових олій у концентрації 0,05–0,1 %, який ефективно порушував поверхневий натяг пінистих бульбашок.

Окрім коригування рецептури, ми оптимізували також технологічні параметри. Знизили температуру мийних розчинів до 38–42 °C, що зменшило кінетичну енергію системи і, відповідно, утворення піни. Далі ми відрегулювали витрату розчину так, щоб мінімізувати турбулентність у критичних ділянках лінії. Впровадження безперервного моніторингу піноутворення за допомогою оптичних сенсорів дозволило своєчасно реагувати на можливі коливання та автоматично дозувати піногасник відповідно до поточної потреби.

Результати та довгострокова профілактика: як підтримувати процес стабільним

Після впровадження змін піноутворення знизилося більш ніж на 80 %, а процес миття став стабільнішим. Найбільший ефект мало комбіноване рішення – коригування рецептури разом з оптимізацією технологічних параметрів. Важливим було також регулярне очищення лінії від відкладень, які могли б слугувати центрами утворення нової піни. Ми запровадили щотижневе промивання системи кислим розчином (pH 3–4), який розчиняв кальцієві відкладення та залишки органічних речовин.

Для довгострокової профілактики ми рекомендували замовнику впровадити систему управління якістю мийних розчинів, включаючи регулярне тестування жорсткості води та концентрації поверхнево-активних речовин. Крім того, ми запропонували використовувати демінералізовану воду для доливання системи, що значно знизило ризик утворення нерозчинних комплексів. Завдяки цим заходам вдалося підтримувати процес без проблем із піноутворенням навіть при збільшенні виробничої потужності на 30 % у наступні місяці.

Фото: Toon Lambrechts / Unsplash

Вплив якості води на ефективність поверхнево-активних речовин та утворення піни

Під час вирішення проблеми надмірного піноутворення у мийному процесі ми зіткнулися з часто недооціненим фактором – якістю використаної води. Жорсткість води, тобто вміст розчинених мінералів, зокрема кальцієвих і магнієвих іонів, має суттєвий вплив на поведінку поверхнево-активних речовин. Ці іони реагують з аніонними ПАР з утворенням нерозчинних солей, які знижують ефективність мийного засобу та одночасно збільшують утворення стабільної піни. У нашому випадку ми виявили, що навіть незначно підвищена жорсткість води (понад 15 °dH) призводила до значного зростання піноутворення, попри те, що концентрація ПАР була в оптимальному діапазоні.

Для перевірки ми провели серію тестів з демінералізованою водою та порівняли результати з водою, що зазвичай використовується з водопровідної мережі. При використанні демінералізованої води об’єм піни зменшився більш ніж на 40 %, а мийна ефективність покращилася на 25 %, що підтвердило нашу гіпотезу. Цей висновок спонукав нас до запровадження попередньої обробки води за допомогою іонітових фільтрів, які усунули небажані іони та стабілізували поведінку ПАР. Якість води таким чином стала ключовим параметром для контролю процесу.

Динамічні умови процесу: як механічне навантаження впливає на піноутворення

Ще одним критичним фактором, який ми мали врахувати, були динамічні умови мийних процесів. Швидкість потоку, турбулентність та механічне перемішування можуть значно впливати на утворення та стабільність піни. У нашому випадку ми виявили, що високі оберти форсунок та системи миття під тиском спричиняли надмірне аерування розчину, що призводило до інтенсивного піноутворення. Цей ефект посилювався за вищих температур (понад 50 °C), коли знижується поверхневий натяг рідини та підвищується розчинність повітря.

Для оптимізації ми скоригували параметри мийних форсунок і знизили тиск до 2,5 бар, що призвело до рівномірнішого розподілу потоку та мінімізації турбулентності. Крім того, ми запровадили поступове підвищення температури під час процесу, щоб запобігти раптовому вивільненню розчиненого повітря. Ці зміни зменшили об’єм піни на 30 % і водночас покращили однорідність мийного процесу. Виявилося, що навіть незначні зміни в механічному навантаженні можуть мати суттєвий вплив на стабільність системи.

Вибір поверхнево-активних речовин: як правильна комбінація зменшує піноутворення та підвищує ефективність

Останнім кроком у вирішенні проблеми стало перегляд самої рецептури мийного засобу. Ми зосередилися на виборі поверхнево-активних речовин з низькою піноутворювальною здатністю та високою знежирювальною здатністю. Аніонні поверхнево-активні речовини, такі як алкілсульфати або алкілбензенсульфонати, хоч і забезпечують відмінний мийний ефект, але часто призводять до надмірного піноутворення. Тому ми частково замінили їх неіоногенними поверхнево-активними речовинами, наприклад, спиртоетоксилатами, які мають нижчу схильність до утворення піни та водночас добру сумісність з жорсткою водою.

Ключовим відкриттям стало використання суміші поверхнево-активних речовин з різною довжиною вуглеводневого ланцюга. Коротколанцюгові поверхнево-активні речовини (C8–C10) забезпечували швидке змочування поверхні, тоді як довголанцюгові (C12–C14) покращували знежирювальний ефект. Така комбінація дозволила знизити загальну концентрацію поверхнево-активних речовин на 15 % при збереженні мийної ефективності та водночас зменшити об’єм піни на 50 %. Важливим параметром була також величина ГЛБ (гідрофільно-ліпофільний баланс), яку ми оптимізували для конкретного типу забруднень у електронному виробництві.

Потрібно оптимізувати мийний процес?

Кожен промисловий процес має свої специфічні вимоги до мийних засобів. GCG Group постачає широкий асортимент поверхнево-активних речовин та добавок, до яких надає детальні технічні описи та безпекову документацію. Наші фахівці допоможуть вам обрати або скоригувати формуляцію так, щоб вона відповідала вашим виробничим умовам – незалежно від того, йдеться про контроль піноутворення, сумісність з матеріалами чи екологічні вимоги. Зв'яжіться з нами – або одразу перегляньте каталог понад 1 300 продуктів.