玻璃及其材料的清洗

玻璃因其透明性好厂对光有反射、折射的能力以及电绝缘性好的特点而具有广泛，的用途玻璃是由多种成分胶体组织形成的固溶体，与人们印象中的坚硬外观相反，玻璃实际上是化学性质脆弱易被腐蚀的，因此在玻璃表面进行清洗时很难对它的质地毫无影响。而不同用途的玻璃化学组成不同，要求达到的洁净程度也不同，所以清洗方法也不同，下面介绍几种有代表性的玻璃清洗过程。

一、普通玻璃(窗玻璃)的清洗

洗窗玻璃要求恢复对光线的透明度好，同时保持美观。通常清洗窗玻璃用以下四种洗涤齐lJ。

(1)表面活性剂
当玻璃表面附着少量污垢时，一般使用以表面活性剂为主要成分的洗液。表面活性剂的残留是窗玻璃透明一大障碍。为解决这个问题，一方面为防止固态成分的表面活性剂残留在玻璃上产生斑纹，要求洗剂中的成分都是液态的，另一方面清洗后要用水充分冲洗。

(2)有机溶剂
当玻璃附着较多油性污垢时，使用以，有机溶剂为主成分的洗剂去污特别有效。由于单独使用石油溶剂存在因易燃而安全性差的问题，要与水、表面活性剂配成增溶性溶剂使用。

(3)碱性水溶液
碱性水溶液价格便宜、又有很强的洗涤去污能力。但由于碱性溶液对玻璃及周围其他物质会造成腐蚀，所以使用受到一定限制，但在食品工厂回收玻璃瓶的洗涤中仍主要使用碱性水溶液。

以上三种方法由于会引起玻璃表面凝胶层风化和使污垢渗透到玻璃内部，多次使用这些方法清洗，玻璃表面会逐渐变粗糙，要恢复到未被污染前的透明度是困难的。为解决这个问题，使用具有研磨作用的细小胶体颗粒与能被胶体粒子吸附的挥发性溶剂组成的清洗剂特别有效。这种洗剂称为研磨吸附型洗剂。

(4)研磨吸附型洗剂
使用这种洗剂擦洗玻璃时，被有机溶剂溶解下来的污垢被吸附剂颗粒吸附，待溶剂挥发干燥后粉末状吸附剂很容易从玻璃表面去除，只用软干布擦拭，不用水冲洗即可得干净透明的玻璃是这种方法的优点。

四种清洗窗玻璃清洗剂参考配方见表32—1。

二、要求高度清洁的玻璃表面清洗

做镜面的玻璃要求有特别好的反射特性，为此要在它的表面上进行化学镀，形成金属薄膜涂层。为了获得特别平滑的玻璃表面，必须把普通玻璃表面的不均匀层去除。一般在清洗之前先进行研磨。研磨镜面一直采用由三氧化二铁与表面活性剂组成的研磨液，经充分研磨后再用温水冲洗。研磨之后。用下列方法去除附着在玻璃上的研磨粉和有机污垢。

1．碱性水溶液

如用1%浓度的氢氧化钠溶液在95℃温度下浸泡1min，并用水冲洗。

表32—1
四种清洗窗玻璃清洗剂配方

①上述混合物与异丙醇：溶剂煤油=1：1的馄合液混合。

如怀疑仍有碱残留在玻璃上i用稀盐酸水溶液进行浸泡中和处理，再用水冲洗。

用碱浸蚀的方法可以把污垢除尽，但腐蚀过度时会使玻璃表面变得粗糙。为防止腐蚀过度，在碱液中添加少量硅酸钠。

对液晶玻璃的清洗，大多也是从碱洗工序开始的。图32—1介绍了液晶玻璃的清洗工艺过程，其中氯氟烃合成溶剂蒸气干燥工序由于目前正被限制使用，已被其他溶剂的蒸气干燥所代替。

(碱洗)——>(清水冲洗)——>(纯水冲洗)——>[(酸浸泡)——>(清水冲洗)——>(纯水冲洗)]——>

(醇浸泡扣——>(氯氟烃蒸气于燥)


[
]括号中的工序可省略。

图32—l
液晶玻璃的清洗工艺

2．表面活性剂水溶液

由于考虑到玻璃材料易受损伤，通常选用表面活性剂水溶液这种较温和的清洗剂洗。但在合成洗涤剂中的金属离子螯合剂等助剂会与玻璃表层的金属离子选择性地反应而影响玻璃质量。为防止表面活性剂的吸着残留，清洗之后要用乙醇或异丙醇浸泡加以去除。

制造光电管用的玻璃材料，一般用中性合成洗涤剂配合超声波的方法清洗，然后用纯水冲洗，再用乙醇置换掉表面的水分，最后用溶剂蒸气进行干燥。

3．有机溶剂

为防止玻璃受到损伤，可将玻璃放在脱脂力很强的有机溶剂中浸泡。

在用有机溶剂和表面活性剂水溶液清洗玻璃时，伴随使用搅拌、喷射和超声波等物理手段可使清洗效率大为提高。

4．酸性溶液

清洗玻璃上的污垢，很少用酸洗液。但在化学实验室中，烧瓶等玻璃仪器常使用重铬酸盐和浓硫酸配成洗液清洗。配方比例为：重铬酸钾60g，浓硫酸(密度1.84g／cm3)80g加水270g。玻璃器皿在常温下放在此洗液中浸泡长时间后，用水充分冲洗。由于此洗液中生成的铬酸有强氧化性，能把顽固附着的油膜和有机污物氧化分解，因此有很好的去污效果。在加热条件下，浸泡时间可大大缩短，但应注意铬酸根离子能被吸附在玻璃表面造成二次污染。

在清洗作阴极射线管的玻璃时，是用氢氟酸—氟化铵组成的酸洗液清洗，其中氟化铵 (NH4F)起缓冲作用。再配合碱液组成清洗系统。

5．利用玻璃表面再熔融的方式清洗

研究金属锌在玻璃表面形成的真空镀膜时发现，玻璃未洗净时，锌以不均匀的斑纹状镀在玻璃表面，而在洗干净的玻璃表面上锌能形成均匀的真空镀膜。但在冲洗干燥过程中最后蒸发的冲洗水部位，镀膜仍是不均匀的，只有用液态空气蒸发肘的冲力把冲洗水残留膜完全吹走时，或用乙醇蒸气将残留水去除干燥时，才能得到均匀的真空镀膜。

但要彻底解决不均匀性，在用乙醇蒸气洗净之后，要在200~c高温下用离子束照射1h，使玻璃达到软化点的温度下受热，这种不均匀性才能完全消除。因为此时玻璃在真空条件下发生再熔融形成了新的洁净表面。这种清洗方法称为玻璃表面再熔融方式清洗，是精密清洗采用的方法。

三、光学透镜的清洗

可以做透镜的具有光学特性的玻璃材料有二百多种，与做窗玻璃用的普通玻璃相比，它们的耐化学腐蚀性、耐水性及物理强度都较差。在清洗过程中于它们的光学特性往往受到损害，应尽量避免其表面产生色斑和出现潜伤等使透镜表面变得粗糙和受损的情况，还要使清洗之后涂在透镜上为防止反射的涂膜粘结强度十分好，要求透镜表面非常清洁，因此在玻璃的清洗中以光学透镜对清洗技术要求最高。

光学透镜在清洗之前要进行研磨，使用的研磨剂有氧化铝、氧化铈、氧化锌、碳酸钙等细粉。经过研磨之后，透镜上需洗去的污垢主要有透镜产生的白斑，残留的研磨粉，粘结剂十保护剂的残渣，指纹，切削油及其他油剂、尘埃等。图32—2介绍了一个目前通用的有代表性的光学透镜清洗系统。

需要说明的是，在这一系统中为了保证良好的清洗效果，先后使用了亲油性有机溶剂、表面活性剂水溶液、水、异丙醇(乙-醇)、氟氯烃合成溶剂等多种清洗剂，并使用了超声波等物理手段相配合，最后用氟氯烃合成溶剂蒸气干燥之后，为去除在透镜表面仍吸附的水膜，还要用等离子体进行脱水处理。由于氟氯烃正在被限制使用，而用醇类等低沸点溶剂替代它，后者又存在易燃、安全性差的问题，因此还有待开发新的清洗系统。图32—2
光学透镜的清洗系统

研究表明使用这一系统，对研磨过程中使用的研磨剂等微粒的去除效果不太好。有人将各种清洗方法对附着在玻璃表面上的氧化铝微粒的去除率进行比较，结果见表32—2。

表32-2
各种清洗方法对玻璃表面氧化铝微粒的去除率

①指5μm以上氧化铝微粒去除率，括号内数据为1μm以上微粒去除串。

研究结果表明，微粒越小，从表面去除越难。用超声波清洗的方法去除微小颗粒较差，而用喷射方法去除率较高，去除粒径为扭m的微粒需用高压喷射。目前已研制出一种高压喷射洗液并使塑料微粉悬浮在洗液中的喷射方法，可使附着的污垢粒子解离，有很好的去除微粒污垢的效果。

由于光学玻璃一般耐水性较差，为避免在清洗过程中造成透镜表面出现色斑和潜伤，通常使用有机溶剂或由有机溶剂、表面活性剂和少量水组成的洗液代替水进行清洗。但这些溶剂对亲水性污垢去除不够理想，应引起注意。

电视机显像管在涂荧光粉之前需把显像管表面玻璃上10μm以上的污垢粒子清除干净，清洗工艺如表32—3所示。

表32-3
显像管玻璃的清洗工艺

光学玻璃镜头的典型清洗工艺过程是在多个清洗槽中连续进行的，工艺过程如表32—4所示。

表32-4
光学玻璃及镜头的典型清洗工艺

电视摄像机的玻璃基板要求去除粒径在1μm以上的污垢粒子，使用的多槽式全自动清洗装置工艺流程如表32—5所示。

表32-5
摄像机玻璃基板清洗工艺流程

注：每道工序处理3min，试剂括弧内数字为溶剂含污垢最大垃子大小。

数字式电子手表的液晶显示板玻璃、太阳能电池表面玻璃基板允许表面有粒径为几微米的污垢粒子、处理工艺如表32-6所示。

表32-6
液晶显示板玻璃清洗工艺

本节介绍的玻璃仪器清洗及第二十六章介绍的半导体电子元件的清洗都属于超精密工业清洗领域。在这个领域中使用的清洗设备正向着紧凑结构的小型化方向发展，这些操作有许多是在无尘无菌的清洁室中完成的。图32—3是一个包括两个超声波清洗槽和一个热风干燥槽在内的精密清洗设备的主视图和内部结构透视图。这种使用烃类有机溶剂的两槽式超声波清洗，系统整套设备安装得十分紧凑，浓体占地仅为长3.2m宽1.3m高2m的空间。

图32—3
两槽式超声波精密清洗装置