專利名稱：清潔劑和清潔表面的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的一方面涉及一種用于光學(xué)表面等的清潔劑。另一方面，本發(fā)明涉及從光學(xué)表面等去除污垢的方法。
現(xiàn)有技術(shù)描述在本領(lǐng)域中流體處理系統(tǒng)通常是眾所周知的。
例如，美國專利4,482,809，4,872,980和5,006,244(均以Maarschalkerweerd的名義，并且均轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明受讓人，下文中稱為Maarschalkerweerd#1專利)均描述了采用紫外線(UV)照射的重力自動(dòng)加料流體處理系統(tǒng)。
這種系統(tǒng)包括一排UV燈結(jié)構(gòu)，這種燈結(jié)構(gòu)包括一些UV燈，每個(gè)燈裝于套管中，套管互相延伸并為一對(duì)支架所支撐，支架與一個(gè)橫桿相連接。如此支撐的套管(含有UV燈)浸入待處理的流體中，然后將流體按要求進(jìn)行照射。暴露流體的照射總量由一些因素所確定，例如流體與燈的接近程度，燈的輸出瓦數(shù)，流體穿過燈的流速，水或廢水的UV傳輸(UVT)，套管的透射百分比(％T)等等。典型地，可采用一個(gè)或多個(gè)UV傳感器以監(jiān)視燈的UV輸出，并且通過水位閘門或類似手段，某種程度上可將流體水位典型地控制在處理裝置的下游。
然而，上述系統(tǒng)存在不足之處。由于依賴于被處理流體的質(zhì)量，UV燈周圍的套管周期性地會(huì)為外來雜質(zhì)淤塞，從而抑制了其對(duì)流體傳輸U(kuò)V照射的能力。對(duì)于某一給定裝置，這種污垢的出現(xiàn)可從歷史操作數(shù)據(jù)或通過UV傳感器測(cè)量而得以確定。一旦污垢出現(xiàn)或者污垢出現(xiàn)之前，必須將套管清潔去除污垢，以使系統(tǒng)性能達(dá)到最優(yōu)化。
如果UV燈組件應(yīng)用在開放的、通道類的系統(tǒng)中(例如，諸如在Maarschalkerweerd#1專利中描寫和例述的一種)，則當(dāng)系統(tǒng)持續(xù)操作時(shí)可將一個(gè)或多個(gè)組件拆除，拆除的結(jié)構(gòu)可浸入適合清潔的溶液(例如，某種弱酸)水浴中，溶液通過空氣攪拌去除污垢雜質(zhì)。當(dāng)然，這需要有過剩的或多余的UV照射(通常通過包括額外UV燈的組件)源的供給，以保證當(dāng)一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)拆除清潔時(shí)對(duì)被處理流體可有足夠的照射。這就需要有多余的UV能量，從而增加安裝這種處理系統(tǒng)的費(fèi)用。進(jìn)一步地，還需要提供并維護(hù)用于接收UV燈組件的清潔管。有賴于需同時(shí)進(jìn)行清潔的組件的數(shù)量，以及組件需要清潔的頻率，這也會(huì)明顯增加操作和維護(hù)處理系統(tǒng)的費(fèi)用。而且，這種清潔制度需要相對(duì)較高的勞動(dòng)成本，以專注于所需的組件拆除/重安裝以及清潔管內(nèi)清潔溶液的去除/重灌注。仍進(jìn)一步地，組件的這種操作會(huì)導(dǎo)致組件內(nèi)燈的受損或毀壞風(fēng)險(xiǎn)的增加。
如果這種結(jié)構(gòu)是在封閉系統(tǒng)內(nèi)(例如，諸如美國專利5,504,335(以Maarschalkerweerd的名義并轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明受讓人)描述的處理腔室)，則將該結(jié)構(gòu)從流體中拆除用于清潔通常是不切實(shí)際的。在這種情況下，套管必須通過流體的懸浮處理進(jìn)行清潔，將處理外殼的入口和出口閥門關(guān)閉，用清潔溶液灌滿整個(gè)處理外殼，并對(duì)流體進(jìn)行空氣攪拌以去除污垢雜質(zhì)。清潔這種封閉系統(tǒng)遭致的缺點(diǎn)是清潔進(jìn)行中須將處理系統(tǒng)關(guān)閉，并且必須使用大量的清潔溶液以灌滿處理外殼。另一個(gè)存在的問題是大量清潔流體的操作是很危險(xiǎn)的，并且大量用后清潔流體的處理是困難和/或昂貴的。當(dāng)然開放式流體系統(tǒng)也會(huì)遭致這兩個(gè)問題，雖然程度上可能稍輕一些。
的確，一旦安裝后，與現(xiàn)有技術(shù)流體處理系統(tǒng)有關(guān)的最大維護(hù)成本之一通常是，照射源套管的清潔成本。
美國專利5,418,370，5,539,210和5,590,390(均以Maarschalkerweerd的名義，并且均轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明受讓人，下文中稱為Maarschalkerweerd#2專利)均描述了改進(jìn)后的清潔系統(tǒng)，特別有利于在采用UV照射的重力自動(dòng)加料流體處理系統(tǒng)中使用。通常，該清潔系統(tǒng)含有一個(gè)清潔套管，該套管構(gòu)成包含照射源(例如UV燈)在內(nèi)的照射源組件外部的一部分。清潔套管可在下述二者之間移動(dòng)(i)回縮部位，照射源組件第一部分于此暴露于待處理流體中，以及(ii)延伸部位，照射源組件第一部分于此完全或部分被清潔套管所覆蓋。清潔套管包括一個(gè)與照射源組件第一部分相接觸的腔室。腔室中充有適于從照射源組件第一部分去除雜質(zhì)的清潔溶液。
美國專利6,342,188[Pearcey等.(Pearcey)]教導(dǎo)了一種用于照射源組件的清潔裝置以及整合有這種清潔裝置的照射源組件。通常，清潔裝置和相關(guān)的組件包含(i)通過磁力偶聯(lián)至清潔套管的可滑動(dòng)構(gòu)件，所述可滑動(dòng)構(gòu)件置于一個(gè)無桿圓柱上，并可相對(duì)圓柱滑動(dòng)；以及(ii)使可滑動(dòng)構(gòu)件沿?zé)o桿圓柱平移的運(yùn)動(dòng)工具，通過它清潔套管可在照射源組件外部上面平移。
清潔設(shè)備的進(jìn)一步進(jìn)展描述在如下文獻(xiàn)中共同待決的美國專利申請(qǐng)S.N.09/258,142[Traubenberg等(Traubenberg)，1999年2月26日提交；共同待決的美國專利申請(qǐng)S.N.09/744,682[Dall’Armi等。(Dall’Armi)]，2000年5月26日提交(且依據(jù)35U.S.C§119(e)要求1999年5月28日提交的美國專利申請(qǐng)S.N.60/136,766的優(yōu)先權(quán))；以及共同待決的美國專利申請(qǐng)序列號(hào)10/049,376[Fang等。(Fang)]，2000年8月11日提交(且依據(jù)35U.S.C§119(e)要求1999年8月13日提交的美國專利申請(qǐng)S.N.60/148,648的優(yōu)先權(quán))；上述專利均轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明受讓人。
Pearcey，Traubenberg，Dall’Armi和Fang的教導(dǎo)代表了本領(lǐng)域的重要進(jìn)展，特別當(dāng)實(shí)施于流體處理組件中時(shí)，所述流體處理組件例如Maarschalkerweerd#1專利中例述的一種。
現(xiàn)有技術(shù)中較少關(guān)注的一個(gè)領(lǐng)域是在用于光學(xué)照射裝置的這種清潔設(shè)備中使用的清潔劑的性質(zhì)，所述清潔設(shè)備例如在Maarschalkerweerd#2專利及Pearcey，Traubenberg，Dall’Armi和Fang中所教導(dǎo)的。
眾所周知，UV燈消毒效果依賴于覆蓋UV燈的表面的清潔度-見Kreft，P.；Scheible，O.K.；Venosa，A.“紫外消毒元件的水力學(xué)研究和清潔評(píng)測(cè)”，Journal WPCF，58卷，第12期，第1129頁[Kreft]。為了使紫外消毒系統(tǒng)在最優(yōu)效率下操作，對(duì)系統(tǒng)的清潔是很重要的。表面污垢可顯著影響為滿足消毒要求所需的劑量效率。通常用于覆蓋照射燈的熔化石英套管，新產(chǎn)品的紫外透射率(UVT)評(píng)測(cè)為80％-90％。維持％UVT至或接近于80％對(duì)于維持滿足消毒要求的能力是非常理想的。
紫外照射表面(例如燈外周的石英套管)上的污垢是很復(fù)雜的，可在各部位之間變換。污垢的三種主要構(gòu)成包括無機(jī)沉積物，有機(jī)污垢和生物薄膜(當(dāng)表面被污濁并且未充分照射時(shí)可生長)-參見Kreft。
無機(jī)污垢沉積物的主要污垢組分典型地包含一種或多種氫氧化鎂，氫氧化鐵，氫氧化鈣，碳酸鎂，碳酸鈣，磷酸鎂和磷酸鈣。這些鹽具有反向溶解度特性-即，鹽的溶解度隨溫度上升而減少。已有顯示紫外照射系統(tǒng)中使用的石英套管，在石英/水界面處溫度高于本體溶液(bulk solution)中的溫度。由此可以得出，這種石英套管的污垢可能由無機(jī)鹽的反向溶解度特性引起。其它一些因素，例如表面光化效應(yīng)，也可導(dǎo)致污垢。
通常用于清除無機(jī)污垢表面的方法采用酸性物質(zhì)。需要指出的是，通常應(yīng)避免使用堿性化學(xué)物諸如氨水或氫氧化鈉，因?yàn)樗鼈兛膳c石英相互作用，并且它們對(duì)于無機(jī)殘屑的清潔效力有限。
酸對(duì)無機(jī)介質(zhì)(無機(jī)污垢通常由石英或其它表面上的金屬氧化物及碳酸鹽組成)的清潔能力大小主要與pH相關(guān)。在低pH下，金屬陽離子更容易水合，并且，在被碳酸鹽陰離子污濁的重要情況下，會(huì)出現(xiàn)分解并生成CO2。酸進(jìn)一步的具有破壞離子橋連作用的能力，這種離子橋連效果常引起諸如肥皂泡沫的污垢薄膜，酸還具有溶解沉淀脂肪酸皂的能力。大多數(shù)清潔劑采用非常強(qiáng)的酸以去除表面上的無機(jī)水斑，污跡和結(jié)殼。當(dāng)與可去除吸附的有機(jī)/無機(jī)絡(luò)合物的表面活性劑相結(jié)合時(shí)，通過酸處理可最有效地完成對(duì)無機(jī)底物的清潔(McCoy，J.W.“工業(yè)化學(xué)清潔”第2章，pp.34.Chemical Publishing CO.NewYork，N.Y.)。
酸具有破壞離子橋連作用的能力，這種離子橋連作用常引起諸如肥皂泡沫的污垢薄膜，酸還具有溶解沉淀脂肪酸皂的能力。迄今為止大部分清潔劑采用強(qiáng)酸以去除表面上的無機(jī)水斑，污跡和垢殼。采用酸處理可完成對(duì)無機(jī)污垢雜質(zhì)的清潔，當(dāng)與表面活性劑結(jié)合時(shí)，可去除吸附的有機(jī)/無機(jī)絡(luò)合物。
通過常規(guī)紫外線照射系統(tǒng)處理的廢水也可能含有各種存活的生物體及基于有機(jī)的分子，所述基于有機(jī)的分子范圍從具有表面活性的物質(zhì)到油及脂肪。帶負(fù)電荷的表面活性分子，例如腐殖酸，可結(jié)合水中含有的多價(jià)離子(鈣、鐵、鎂)。另外，由于表面活性分子含有疏水部位，紫外線照射吸附類物質(zhì)的粘附也可引起來源于燈的紫外線傳輸?shù)臏p少，所述紫外線照射吸附類物質(zhì)例如蛋白質(zhì)或芳香族化合物。
已有許多化學(xué)物質(zhì)被建議和用于從帶有或不帶有機(jī)污垢雜質(zhì)的表面清潔污垢沉積物。無機(jī)酸，例如鹽酸、硝酸、硫酸、磷酸和氨基磺酸，通常用于無機(jī)污垢沉積物的化學(xué)清潔-參見Kreft。然而，所有這些酸都具有腐蝕性，并且操作困難。這樣，使用這些酸會(huì)導(dǎo)致對(duì)職業(yè)健康的關(guān)注。另外，使用這些酸的一個(gè)后果是設(shè)備磨損和龜裂可能性的增加。鹽酸和硫酸由于其腐蝕行為，當(dāng)可能與不銹鋼接觸時(shí)，則典型地不被推薦應(yīng)用。硝酸具有氧化能力，由于其潛在的反應(yīng)活性，只可在濃度高達(dá)約10％時(shí)使用。磷酸是一種相對(duì)較安全和有效的清潔酸，已在工業(yè)中廣范圍使用。然而，磷酸的使用可能導(dǎo)致不溶性的伴有鐵、鈣或鎂的磷酸鹽生成。另外，磷酸鹽是一種用于微生物和藻類生長的限制性營養(yǎng)物，因而清潔溶液的處理及對(duì)潔凈水的泄漏需要嚴(yán)密監(jiān)控。
共同待決的2001年5月25日(依據(jù)35U.S.C.§119(e)要求2000年5月26日提交的美國專利申請(qǐng)S.N.60/207,187的優(yōu)先權(quán))提交的美國專利申請(qǐng)S.N.09/864,195[Ketelson等(Ketelson)]公開了一種新穎的清潔劑。Ketelson教導(dǎo)的清潔劑代表了本技術(shù)的一個(gè)顯著進(jìn)步。特別地，Ketelson教導(dǎo)的配方具有一種或多種以下屬性·它能去除光學(xué)和/或金屬表面的無機(jī)、生物和有機(jī)的外來沉積物；·它基本不與光學(xué)表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，或者留下可基本上減少％UVT的殘留吸附物質(zhì)；·它操作相對(duì)安全，并且相對(duì)于人體肌膚不具有腐蝕性；·它可滿足廢水和飲用水工業(yè)中控制環(huán)境可接受的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)；·當(dāng)曝光于紫外線照射下，可長時(shí)間(例如，數(shù)月)維持其清潔活性；·它具有抗微生物屬性；·它與一種或多種清潔劑領(lǐng)域其它已知成分基本相容，所述其它已知成分包括表面活性劑，濕潤劑，增稠劑，螯合劑，螯合試劑；·它基本適合在擦拭器腔室內(nèi)使用，基本不使密封材料退化，也基本不妨礙擦拭器在表面上的運(yùn)動(dòng)；
·它基本可與具有剪切稀化屬性的增稠劑結(jié)合使用，以維持對(duì)其流動(dòng)特性的控制；·它滿足FDA對(duì)食品或藥物中賦形劑或添加劑的指標(biāo)；以及·它對(duì)不銹鋼基本上不具有腐蝕性。
盡管Ketelson提供了本領(lǐng)域的進(jìn)展，但仍存在進(jìn)一步改善的空間。特別地，當(dāng)液體清潔劑，例如Ketelson教導(dǎo)的一種，被應(yīng)用于清潔系統(tǒng)，例如Maarschalkerweerd#2專利中教導(dǎo)的一種，一段時(shí)間后，液體清潔劑就有可能泄漏出清潔腔室。當(dāng)這種被討論的流體處理系統(tǒng)應(yīng)用在清潔(即飲用)施水(water application)中時(shí)是很不利的。進(jìn)一步地，清潔劑增長成本的承擔(dān)也是一個(gè)缺點(diǎn)。
有鑒于此，如能有改良的清潔劑，使結(jié)合有Ketelson教導(dǎo)的清潔劑的益處，并消除或減輕了泄漏及/或前面段落中提及的成本問題，則將是很理想的。
發(fā)明簡述本發(fā)明的一個(gè)目的是消除或減輕至少一種上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種新穎的清潔劑，該清潔劑可消除或減輕至少一種上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種新穎方法，用于從光學(xué)表面去除污垢雜質(zhì)。
相應(yīng)地，一方面，本發(fā)明提供了一種清潔劑，含有清潔劑、微粒膨潤土材料和水性載體，該制劑pH低于1.0，且特征如下(i)25℃時(shí)在高達(dá)約0.10s-1的剪切速率下粘度減少至少90％，及(ii)25℃下經(jīng)過至少60天的一段時(shí)間，粘度基本不變。
另一方面，本發(fā)明提供了一種清潔劑，通過在微粒膨潤土材料的水分散系中加入磷酸和相對(duì)堿性化合物(例如尿素)而制成，該制劑pH低于4.0，特征為25℃時(shí)在達(dá)到約0.10s-1的剪切速率下粘度減少至少90％。
在另一方面，本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)清潔劑的方法，包含將磷酸、相對(duì)堿性化合物、微粒膨潤土材料和水性載體接觸混合的步驟。
另一方面，本發(fā)明提供一種從表面去除污垢雜質(zhì)的方法，包含于表面施用一種含清潔劑、微粒膨潤土材料和水性載體的制劑的步驟，該載體pH低于約1.0，特征如下(i)25℃時(shí)在達(dá)到約0.10s-1的剪切速率下粘度減少至少90％，及(ii)經(jīng)過至少60天的一段時(shí)間，粘度基本不變。
由此，本發(fā)明人驚奇地并出乎意料地發(fā)現(xiàn)一種酸性(即pH＜1)的清潔劑，該清潔劑是觸變的(同樣此處稱為“剪切稀化”)并且具有非常理想的酸穩(wěn)定性、溫度穩(wěn)定性、電解質(zhì)穩(wěn)定性和紫外照射穩(wěn)定性。進(jìn)一步地，本清潔劑的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它使得待清潔表面和擦拭器、腔室或類似穿過表面移動(dòng)的構(gòu)件之間的界面光滑。由此，在所謂的“休止?fàn)顟B(tài)”，由于制劑具有足夠的粘性，當(dāng)應(yīng)用于清潔腔室，例如Maarschalkerweerd#2專利中描述的一種，制劑從清潔腔室中的泄漏可基本消除或減輕。當(dāng)清潔腔室移動(dòng)時(shí)(例如，在清潔系統(tǒng)的沖程過程中)，制劑將轉(zhuǎn)變至所謂的“剪切狀態(tài)”，一旦達(dá)到規(guī)定剪切速率制劑粘度將顯著減少。一旦清潔腔室的移動(dòng)停止，制劑粘度將增加，優(yōu)選地增至與“休止?fàn)顟B(tài)”制劑粘度基本相同的程度。
本清潔劑的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，經(jīng)過至少60天的一段時(shí)間，其粘度基本不變。優(yōu)選地，本清潔劑的屬性是在配方“休止?fàn)顟B(tài)”或“非剪切狀態(tài)”下描述的。鑒于已知膨潤土材料在低pH水平下的不耐性，因此這個(gè)優(yōu)點(diǎn)非常驚異和出乎意料。
如通篇說明書所采用的，術(shù)語“基本不變的粘度”是指超過規(guī)定時(shí)間段后改變低于約10％的粘度值，更優(yōu)選地超過規(guī)定時(shí)間段后改變低于5％。
本清潔劑的進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)包括以下一點(diǎn)或幾點(diǎn)·本清潔劑可以商品數(shù)量(例如，達(dá)1000kg或更多)相對(duì)簡單、快速和廉價(jià)的進(jìn)行制造；·本清潔劑增加的粘度使得在用后清潔劑的置換中，新鮮清潔劑對(duì)用后清潔劑的替換變得方便；·本清潔劑的疏水屬性使伴隨水處理時(shí)，消除或減輕了制劑的稀釋。
·本清潔劑對(duì)肌膚或金屬不具有腐蝕性。
附圖的簡要說明本發(fā)明實(shí)施方案將根據(jù)附

圖1進(jìn)行描述，附圖以圖形例述了本清潔劑優(yōu)選實(shí)施方案生產(chǎn)后及25℃貯存8星期后在不同剪切速率下的相對(duì)粘度。
優(yōu)選實(shí)施方案詳述由此，本清潔劑含有清潔劑、微粒膨潤土材料和水性載體。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，清潔劑含有尿素磷酸鹽。在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，清潔劑含有結(jié)合使用的尿素和磷酸——在本實(shí)施方案中，優(yōu)選地將這些化合物加入膨潤土材料的水分散系中。
磷酸脲是尿素和含磷的酸的衍生物。它具有比上述指出的無機(jī)酸更低的腐蝕性首先，該化合物具有更弱的酸性，并且，不束縛于任何理論或作用模式，相信這是由于尿素與酸的絡(luò)合作用，從而減少了酸的侵蝕性質(zhì)。
通常，將諸如尿素(或?qū)⑸鲜鲋赋龅挠袡C(jī)酸加入強(qiáng)酸)的更弱堿加入強(qiáng)酸會(huì)導(dǎo)致絡(luò)合物生成-強(qiáng)酸將質(zhì)子注入弱堿生成鹽，當(dāng)溶于水時(shí)可作緩沖溶液。晶體結(jié)構(gòu)可顯示這些相互作用硝酸脲是一種純鹽(Worsham，J.E.，Jr.；Busing，W.R.Acta Cryst.1969，B25，572)，磷酸脲在尿素和磷酸之間等距位置上擁有可替換質(zhì)子(Nozik，Yu.Z.；Fykin，I.E.；Bukin，V.I.；Muradyan，L.A.Kristallografiya1976，21，7340，Kostansek，E.C.；Busing，W.R.Acta Cryst.B.1972，28，2454)，在草酸脲中，質(zhì)子仍由草酸產(chǎn)生(Kostansek，E.C.；Busing，W.R.ActaCryst.C 1972，B28，2454)。
基于這種發(fā)現(xiàn)，人們可能已預(yù)料脲-酸絡(luò)合物可作為緩沖液-即，將脲作為弱堿。然而，如在Ketelson中所述，對(duì)絡(luò)合物的pH分布進(jìn)行檢測(cè)并與游離酸比較時(shí)，發(fā)現(xiàn)脲并沒有影響磷酸的pH分布。由此，脲行使的是調(diào)節(jié)已是弱酸的磷酸腐蝕性的作用，而沒有影響pKa。
對(duì)本發(fā)明優(yōu)選清潔劑有用的磷酸脲可按行使期望功能的任意期望比例的脲和磷酸鹽生成。合適的鹽的實(shí)例包括將脲和含磷的酸(例如磷酸，膦酸，其衍生物等等)以約1∶1至約1∶4范圍的摩爾比例進(jìn)行結(jié)合的生成物，優(yōu)選摩爾比例為從約1∶1至約1∶2(脲∶磷酸)。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，脲是組合物中與含磷的酸結(jié)合使用的唯一的堿。在一個(gè)可選擇的實(shí)施方案中，可采用含磷的酸與脲或弱堿形成的鹽代替磷酸脲，前提是將此種鹽與一種非水溶金屬鹽結(jié)合，可產(chǎn)生水溶性金屬鹽。實(shí)例包括強(qiáng)酸與諸如烷醇胺、烷基胺、二烷基胺、三烷基胺、烷基四元胺、帶有氨基或(烷基或芳香基)氨基取代基團(tuán)的聚合物、帶有含氮雜環(huán)基團(tuán)的聚合物、arcylamide、丙烯酰胺的聚合物和共聚物、乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯吡咯烷酮、乙烯基吡咯烷酮共聚物以及氨(當(dāng)與HCl結(jié)合時(shí)形成氯化銨，以緩慢速率溶解于非水溶性鹽中)形成的混合物，所述烷醇胺包括三乙醇胺、二乙醇胺、一乙醇胺以及包含HO-[(CH2)xO]-CH2)xNH2的HO-[(烷基)O]x-CH2)yNH2，其中的烷基可在基團(tuán)內(nèi)變化，x是1-8(可在基元內(nèi)變化)且y是1-40之間的整數(shù)。這些堿的混合物也可使用。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，可將由脲和磷酸反應(yīng)生成的磷酸脲用作為一種活性成分，用以制備在帶有或不帶物理設(shè)備情況下可使用的清潔化學(xué)組合物，以作為去除沉積于表面例如光學(xué)表面和/或金屬表面上的外來雜質(zhì)的清潔應(yīng)用。任選地，可將磷酸脲與至少一種表面活性劑配制，從而提供無斑紋、無薄膜形成及低毒性的配方以作特殊應(yīng)用，但并不限于源自廢水和飲用水的污垢表面的清潔應(yīng)用。另外清潔效力并不受UV照射影響而減弱。雖然磷酸脲是主要的活性成分，但也可使用一些任選成分。可增強(qiáng)清潔效力的任選成分包括表面活性劑、助洗劑、螯合劑、防霧聚合物和增稠劑。
同樣，在一個(gè)實(shí)施方案中，本清潔劑可含有不同于磷酸脲的清潔劑，從而提供了其它并不必須包含的，可能對(duì)制劑產(chǎn)生有害影響的補(bǔ)充添加劑的應(yīng)用。例如鹽酸脲、硫酸脲、膦酸等等預(yù)期會(huì)對(duì)本清潔劑有用。其它有用清潔劑可由本領(lǐng)域技術(shù)人員識(shí)別。
本發(fā)明的一個(gè)高度優(yōu)選實(shí)施方案包括于膨潤土材料的水分散系中加入脲和磷酸，從而免去先生成尿素磷酸鹽然后將鹽加入分散系中的步驟。在此高度優(yōu)選的實(shí)施方案中，脲和磷酸可同時(shí)加入也可依次加入，優(yōu)選為依次加入，更優(yōu)選為先加入脲然后加入磷酸。
本發(fā)明的清潔劑進(jìn)一步的含有膨潤土微粒粘土材料。如通篇說明書所使用的，術(shù)語“粘土材料”包括含有許多硅酸鹽(包含鋁硅酸鹽)薄片的晶體材料，所述硅酸鹽薄片通過金屬(例如堿金屬或堿性稀土金屬)離子或氫氧根離子而結(jié)合在一起。
優(yōu)選地，該微粒粘土材料包含堿金屬膨潤土。最優(yōu)選地，該微粒粘土材料包含鈉基膨潤土。
本清潔劑進(jìn)一步的含有水性載體。優(yōu)選地，該水性載體含有水。
本清潔劑的pH低于約4.0。優(yōu)選地，pH處于約0.5至約4.0范圍之間。更優(yōu)選地，pH處于約0.5至約3.0范圍之間。最優(yōu)選地，pH處于約0.5至約1.0范圍之間。
優(yōu)選地，微粒粘土材料含量范圍為最高達(dá)約10的重量百分比。更優(yōu)選地，微粒粘土材料含量范圍為從約0.5至約10的重量百分比。更優(yōu)選地，微粒粘土材料含量范圍為從約0.5至約5.0的重量百分比。最優(yōu)選地，微粒粘土材料含量范圍為從約0.3至約3.0的重量百分比。
本清潔劑特征為25℃在達(dá)到約0.10s-1剪切速率下粘度減少至少90％。優(yōu)選地，本配方特征為25℃在達(dá)到約0.05s-1剪切速率下粘度減少至少90％。更優(yōu)選地，本配方特征為25℃在達(dá)到約0.03s-1剪切速率下粘度減少至少90％。
在另一優(yōu)選實(shí)施方案中，本配方特征為25℃在達(dá)到約0.10s-1剪切速率下粘度減少至少95％，更優(yōu)選地，25℃在達(dá)到約0.05s-1剪切速率下粘度減少至少95％，最優(yōu)選地，25℃在達(dá)到約0.03s-1剪切速率下粘度減少至少95％。
本發(fā)明實(shí)施方案將結(jié)合如下實(shí)施例進(jìn)行描述，實(shí)施例不應(yīng)用作解釋或限制本發(fā)明。
在如下實(shí)施例中，使用了以下材料1.礦物膠體BP(Southern Clay Products Inc.)；2.脲(ACS級(jí)，F(xiàn)isher Scientific)；及3.o-磷酸(85％，F(xiàn)isher Scientific)。
礦物膠體BP是一種從精細(xì)選擇的天然膨潤土精制得到的高純蒙脫石。它被分類為特種觸變膠，其特征是高效率和相對(duì)較低的使用層次。其顯示出高粘度，與無機(jī)和有機(jī)陽離子均可相互作用。
礦物膠體BP的屬性如下典型的化學(xué)特性SiO2 66.2％Al2O3 17.5％MgO 2.0％Fe2O33.8％CaO 0.8％Na2O 2.6％K2O0.1％含膨潤土的低pH剪切稀化溶液的制備將3096克的去離子水加入適當(dāng)尺寸的燒杯中，250rpm下攪拌。于攪拌水中加入(通過篩子)90克膨潤土(礦物膠體BP，Southern ClayProducts)。這個(gè)加入過程需緩慢操作以使樣品在容器和攪拌器邊緣的撒落減至最小，以及使粘土具有合適的“潤濕”。加入粘土后，對(duì)所成分散系繼續(xù)攪拌60分鐘，以保證形成均勻分散系。
于燒杯中快速連續(xù)加入90克脲和200克磷酸。分散系粘度迅速增加，在10分鐘內(nèi)進(jìn)一步混合，即可制備得到均一剪切稀化產(chǎn)品。
特征描述及穩(wěn)定性粘度檢測(cè)采用與一個(gè)小樣品適配器接口的BrookfieldTMDV II+可編程粘度計(jì)(BrookfieldTMSC4-27主軸)進(jìn)行操作。適配器裝有夾套，并與設(shè)置預(yù)定溫度的水浴進(jìn)行接口。
采用紫外照射組件進(jìn)行評(píng)測(cè)清潔劑對(duì)紫外照射的穩(wěn)定性，所述紫外照射組件類似于Maarschalkerweerd#2專利中教導(dǎo)的一種。
在典型的紫外水處理系統(tǒng)中，石英套管/水接口溫度預(yù)期為至少在廢水中原水(bulk water)溫度之上20-40℃。在此基礎(chǔ)上，可在更高溫度下調(diào)查系統(tǒng)的流變特征。
由此，所生成的剪切稀化凝膠溶液的粘度分布被作為25℃和50℃下的函數(shù)進(jìn)行分析。結(jié)果表明含有礦物膠體BP的清潔流體的粘度預(yù)計(jì)將隨溫度而升高。
pH對(duì)凝膠穩(wěn)定性的影響通過超過8個(gè)星期的剪切稀化分布圖的監(jiān)視來進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果表明，凝膠配方的粘度略微增加。這并不驚奇，因?yàn)榕浞街苽浜笥幸粋€(gè)持續(xù)幾天的結(jié)構(gòu)化過程(即帶電雙層厚度改變)。需要指出的是基于粘土的系統(tǒng)對(duì)低pH格外敏感。加入鹽或突然改變pH可引起粘土微粒絮凝作用。雖然膨潤土具有很廣泛的pH耐受性(pH6-12)，但它易受低pH影響，發(fā)明人驚奇的發(fā)現(xiàn)在相對(duì)較高濃度的磷酸脲(即8.5重量/重量％)下，剪切稀化分布可得以維持。
圖1表明清潔劑經(jīng)過8星期以上的時(shí)間粘度略微增加。這并不驚奇，因?yàn)榕浞街苽浜笥幸粋€(gè)持續(xù)幾天的結(jié)構(gòu)化過程。貯存的配方保持了剪切稀化分布，并且特征為25℃在達(dá)到0.10s-1的剪切速率下粘度減少至少約90％。
類似于Maarschalkerweerd#2專利中教導(dǎo)的紫外射線組件被用來檢測(cè)中壓UV射線對(duì)流體粘度的影響。上述結(jié)果表明，在低剪切速率下，UV后和UV前實(shí)驗(yàn)粘度均有顯著降低。結(jié)果表明擦拭及曝射于UV后，BP流體的剪切稀化分布可以得到維持。另一方面，UV前和UV后對(duì)相同剪切速率實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比較，粘度記錄降低2倍。
當(dāng)擦拭次序一開始即伴有UV照射，采用上述制造的配方可立即注意到可見的摩擦減少信號(hào)(相對(duì)于Ketelson中教導(dǎo)的均勻磷酸脲溶液)。此作用維持于整個(gè)UV實(shí)驗(yàn)。
上述制備的剪切稀化凝膠溶液在類似于Maarschalkerweerd#2專利中教導(dǎo)的一個(gè)流體處理系統(tǒng)中進(jìn)行檢測(cè)，以研究其正常操作領(lǐng)域條件下的屬性。特別地，于類似于Maarschalkerweerd#2專利中教導(dǎo)的照射源組件的清潔系統(tǒng)中注入凝膠，并設(shè)置4小時(shí)的擦拭循環(huán)。一段時(shí)間的UV操作后(例如，許多星期或更長)，將組件抬起并檢查套環(huán)內(nèi)含物。沒有粘度的可視性變化記錄。另外，當(dāng)擦拭次序在空氣中開始時(shí)(相對(duì)于可購買的商品名為Lime-AwayTM的清潔劑)，可觀察到粘滑運(yùn)動(dòng)減至最小。這就提供了進(jìn)一步的支持證據(jù)，表明于脲/磷酸清潔劑中加入膨潤土可增加潤滑效果。膨潤土的另一個(gè)有用特性是，當(dāng)其暴露于中壓的UV時(shí)，其顏色(不透明的)不會(huì)發(fā)生改變。相信這是一個(gè)優(yōu)于Lime-AwayTM的優(yōu)點(diǎn)，Lime-AwayTM經(jīng)過幾個(gè)小時(shí)的UV曝光后即從綠色轉(zhuǎn)為澄清。
前述實(shí)驗(yàn)工作支持了以下結(jié)論·可容易地制備pH約1.0，含礦物膠體BP(膨潤土)的具有穩(wěn)定剪切稀化的磷酸脲凝膠。長時(shí)間貯存(即，至少約8星期)后仍可維持剪切稀化行為。
·研究了溫度對(duì)剪切稀化行為的影響，結(jié)果表明采用50℃溫度未觀察到顯著影響。
·剪切稀化行為基本不受短期暴露(90天；4小時(shí)擦拭循環(huán))于UV照射的影響。
盡管本發(fā)明通過例證的實(shí)施方案和實(shí)施例進(jìn)行了描述，但該描述并不意欲對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制。因此，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，通過參考本說明書獲得對(duì)例證實(shí)施方案的各種修改以及本發(fā)明的其它實(shí)施方案，都是顯而易見的。因此附加的權(quán)利要求將涵蓋任何這種修改或此處提及的所有出版物，專利和專利申請(qǐng)均以整體作為參考在此引入，同樣，每一個(gè)人出版物，專利和專利申請(qǐng)均特別和單獨(dú)提及整體作為參考在此引入。
權(quán)利要求
1.一種清潔劑，含有洗滌劑、微粒膨潤土材料和水性載體，所述配方pH低于約1.0并具有如下特征(i)在25℃高達(dá)約0.10s-1的剪切速率下，粘度降低至少90％，以及(ii)經(jīng)過至少60天時(shí)間段，粘度基本不改變。
2.權(quán)利要求1定義的清潔劑，其中清潔劑經(jīng)過至少90天的時(shí)間段，粘度基本不改變。
3.權(quán)利要求1定義的清潔劑，其中清潔劑經(jīng)過至少180天的時(shí)間段，粘度基本不改變。
4.權(quán)利要求1定義的清潔劑，其中清潔劑經(jīng)過至少1年的時(shí)間段，粘度基本不改變。
5.權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)定義的清潔劑，其中的洗滌劑含有磷酸脲鹽。
6.權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)定義的清潔劑，其中的洗滌劑含有尿素和磷酸。
7.權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)定義的清潔劑，其中的微粒粘土材料含有堿金屬膨潤土。
8.權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)定義的清潔劑，其中的微粒粘土材料含有鈉膨潤土。
9.權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)定義的清潔劑，其中的水性載體含有水。
10.權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)定義的清潔劑，其中的pH范圍為從約0.5至約1.0。
11.權(quán)利要求1-10任一項(xiàng)定義的清潔劑，其中微粒粘土材料的含量范圍為高達(dá)約10重量百分比。
12.權(quán)利要求1-10任一項(xiàng)定義的清潔劑，其中微粒粘土材料的含量范圍為從約0.5至約10重量百分比。
13.權(quán)利要求1-10任一項(xiàng)定義的清潔劑，其中微粒粘土材料的含量范圍為從約0.5至約5.0重量百分比。
14.權(quán)利要求1-10任一項(xiàng)定義的清潔劑，其中微粒粘土材料的含量范圍為從約0.3至約3.0重量百分比。
15.權(quán)利要求1-14任一項(xiàng)定義的清潔劑，其中在25℃高達(dá)約0.05s-1的剪切速率下，粘度降低至少90％。
16.權(quán)利要求1-14任一項(xiàng)定義的清潔劑，其中在25℃高達(dá)約0.03s-1的剪切速率下，粘度降低至少90％。
17.權(quán)利要求1-14任一項(xiàng)定義的清潔劑，其中在25℃高達(dá)約0.10s-1的剪切速率下，粘度降低至少95％。
18.權(quán)利要求1-14任一項(xiàng)定義的清潔劑，其中在25℃高達(dá)約0.05s-1的剪切速率下，粘度降低至少95％。
19.權(quán)利要求1-14任一項(xiàng)定義的清潔劑，其中在25℃高達(dá)約0.03s-1的剪切速率下，粘度減少至少95％。
20.權(quán)利要求5定義的清潔劑，其中的磷酸脲鹽是尿素和含磷酸的反應(yīng)產(chǎn)物。
21.權(quán)利要求20定義的清潔劑，其中含磷酸包括磷酸及其衍生物。
22.權(quán)利要求20定義的清潔劑，其中含磷酸包括膦酸及其衍生物。
23.權(quán)利要求20定義的清潔劑，其中尿素與含磷酸的比例范圍為從約1∶10到10∶1。
24.權(quán)利要求5定義的清潔劑，其中的磷酸脲鹽含量范圍為從約0.5至約60重量百分比。
25.一種清潔劑，通過向微粒膨潤土材料的水分散系中加入磷酸和相對(duì)堿性的化合物(例如尿素)制備而成清潔，所述配方的pH低于約4.0并且特征在于在25℃高達(dá)約0.10s-1的剪切速率下，粘度降低至少90％。
26.權(quán)利要求25定義的清潔劑，其中的微粒粘土材料包含堿金屬膨潤土。
27.權(quán)利要求25定義的清潔劑，其中的微粒粘土材料包含鈉膨潤土。
28.權(quán)利要求25-27任一項(xiàng)定義的清潔劑，其中的pH范圍為從約0.5至約4.0。
29.權(quán)利要求25-27任一項(xiàng)定義的方法，其中的pH范圍為從約0.5至約3.0。
30.權(quán)利要求25-27任一項(xiàng)定義的方法，其中的pH范圍為從約0.5至約1.0。
31.權(quán)利要求25-30任一項(xiàng)定義的清潔劑，其中微粒粘土材料的含量范圍高達(dá)約10重量百分比。
32.權(quán)利要求25-30任一項(xiàng)定義的清潔劑，其中微粒粘土材料的含量范圍為從約0.5至約10重量百分比。
33.權(quán)利要求25-30任一項(xiàng)定義的清潔劑，其中微粒粘土材料的含量范圍為從約0.5至約5.0重量百分比。
35.權(quán)利要求25-30任一項(xiàng)定義的清潔劑，其中微粒粘土材料的含量范圍為從約0.3至約3.0重量百分比。
35.權(quán)利要求25-34任一項(xiàng)定義的清潔劑，其中在25℃高達(dá)約0.05s-1的剪切速率下，粘度降低至少90％。
36.權(quán)利要求25-34任一項(xiàng)定義的清潔劑，其中在25℃高達(dá)約0.03s-1的剪切速率下，粘度降低至少90％。
37.權(quán)利要求25-34任一項(xiàng)定義的清潔劑，其中在25℃高達(dá)約0.10s-1的剪切速率下，粘度降低至少95％。
38.權(quán)利要求25-34任一項(xiàng)定義的清潔劑，其中在25℃高達(dá)約0.05s-1的剪切速率下，粘度降低至少95％。
39.權(quán)利要求25-34任一項(xiàng)定義的清潔劑，其中在25℃高達(dá)約0.03s-1的剪切速率下，粘度減少至少95％。
40.一種從表面去除污垢物質(zhì)的方法，包含于表面施用權(quán)利要求1-39任一項(xiàng)定義的清潔劑的步驟。
41.一種制備清潔劑的方法，包含將磷酸、相對(duì)堿性的化合物(例如尿素)、微粒膨潤土材料和水性載體接觸的步驟。
42.權(quán)利要求41定義的方法，其中的微粒粘土材料包含堿金屬膨潤土。
43.權(quán)利要求41定義的方法，其中微粒粘土材料包含鈉膨潤土。
44.權(quán)利要求41-43任一項(xiàng)定義的方法，其中清潔劑的pH范圍為從約0.5至約4.0。
45.權(quán)利要求41-43任一項(xiàng)定義的方法，其中清潔劑的pH范圍為從約0.5至約3.0。
46.權(quán)利要求41-43任一項(xiàng)定義的方法，其中清潔劑的pH范圍為從約0.5至約1.5。
47.權(quán)利要求41-46任一項(xiàng)定義的方法，其中微粒粘土材料的含量范圍高達(dá)約10重量百分比。
48.權(quán)利要求41-46任一項(xiàng)定義的方法，其中微粒粘土材料的含量范圍為從約0.5至約10重量百分比。
49.權(quán)利要求41-46任一項(xiàng)定義的方法，其中微粒粘土材料的含量范圍為從約0.5至約5.0重量百分比。
50.權(quán)利要求41-46任一項(xiàng)定義的方法，其中微粒粘土材料的含量范圍為從約0.3至約3.0重量百分比。
51.權(quán)利要求41-50任一項(xiàng)定義的方法，其中的清潔劑在25℃高達(dá)約0.05s-1的剪切速率下，粘度降低至少90％。
52.權(quán)利要求41-50任一項(xiàng)定義的方法，其中的清潔劑在25℃高達(dá)約0.03s-1的剪切速率下，粘度降低至少90％。
53.權(quán)利要求41-50任一項(xiàng)定義的方法，其中的清潔劑在25℃高達(dá)約0.10s-1的剪切速率下，粘度降低至少95％。
54.權(quán)利要求41-50任一項(xiàng)定義的方法，其中的清潔劑在25℃以高達(dá)約0.05s-1的剪切速率下，粘度降低至少95％。
55.權(quán)利要求41-50任一項(xiàng)定義的方法，其中的清潔劑在25℃高達(dá)約0.03s-1的剪切速率下，粘度降低至少95％。
56.權(quán)利要求41-55任一項(xiàng)定義的方法，其中的清潔劑含有的尿素與磷酸的比例范圍從約1∶10至10∶1。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含有洗滌劑、微粒粘土材料和水性載體的清潔劑。在優(yōu)選實(shí)施方案中，該配方的pH低于約1.0并具有如下特征(i)25℃在高達(dá)約0.10s
文檔編號(hào)C11D7/02GK1659263SQ03806398
公開日2005年8月24日 申請(qǐng)日期2003年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月20日
發(fā)明者邁克爾·D·奧利弗 申請(qǐng)人:特洛伊人技術(shù)公司