一种用于铋置换铽铁石榴石法拉第旋转片的环保清洗剂及其清洗方法与流程

本发明涉及光通信器件精密清洗剂，尤其涉及一种用于铋置换铽铁石榴石法拉第旋转片的环保清洗剂及其清洗方法。

背景技术：

1、法拉第旋转片是光通信器件（如光隔离器、环行器）的核心部件，其性能直接依赖于完美无瑕的光学表面。任何微小的污染物，如灰尘、抛光残留物、指印都会导致光散射、能量损耗增大，甚至造成器件损坏。法拉第旋转片通常采用铋置换稀土铁石榴石单晶材料制备，该材料在近红外通信波段（如1550nm）具有显著的法拉第增强效应，抛光后的清洗是镀膜前的关键环节，抛光过程中残留的抛光液颗粒若不能彻底清除，将严重影响镀膜附着力和器件最终的光学性能。

2、现有技术中，法拉第旋转片的清洗主要存在以下问题：中国发明专利cn106238402a公开了一种法拉第小粒的清洗方法，采用中性清洗剂配合超声波清洗，但该方法对纳米级至亚微米级的精抛液颗粒清洗效果不佳。该专利采用酒精清洗后用红外灯烘烤，存在较大的安全隐患。此外，该专利通过硅胶粘取方式去除碎屑，增加了工艺复杂性和污染风险。在实际生产中，部分工厂采用人工用酒精手动擦拭的方法清洗法拉第旋转片，清洗效率极低，且擦拭力道大小不一，容易造成表面划痕或清洗不净。

3、在光学玻璃清洗剂领域，虽有涉及磷酸酯基表面活性剂的研究报道。例如，有研究指出在玻璃镜片化学清洗过程中，磷酸酯基配方配合三聚磷酸盐可获得优于其他类型表面活性剂的清洗效果。此外，剥离型水基光学玻璃清洗剂中使用了异构醇聚氧乙烯醚磷酸酯与聚季铵盐的组合。然而，这些技术均未针对铋置换铽铁石榴石这一特定材料的表面污染物特征（含mg、tc等元素的氧化物颗粒）进行专门设计，也未能解决清洗过程中颗粒反粘和基材保护的双重难题。

技术实现思路

1、为了满足铋置换铽铁石榴石法拉第旋转片在镀膜前精密清洗中对纳米级抛光颗粒高效清除、无损光学表面、防止颗粒反粘、保护磁光性能的严苛要求，同时克服现有清洗剂清洗不彻底、工艺繁琐、安全隐患大的缺陷，本技术提供一种用于铋置换铽铁石榴石法拉第旋转片的环保清洗剂及其清洗方法。

2、第一方面，本技术提供一种用于铋置换铽铁石榴石法拉第旋转片的环保清洗剂，由以下重量百分比的组分组成：

3、磷酸酯基表面活性剂 1.0-5.0wt%；

4、润湿剂 0.5-3.0wt%；

5、二醇双醚衍生物 3.0-10.0wt%；

6、绿色螯合剂 4.0-15.0wt%；

7、柠檬酸 2.0-5.0wt%；

8、聚季铵盐类聚合物 0.5-1.5wt%；

9、余量为去离子水；

10、所述清洗剂的ph值为8.5-10.5；

11、所述磷酸酯基表面活性剂选自烷基磷酸酯盐、烷基聚氧乙烯醚磷酸酯盐中的一种或多种。

12、通过磷酸酯基表面活性剂、绿色螯合剂与柠檬酸的协同螯合体系、聚季铵盐类聚合物以及润湿剂、二醇双醚衍生物的多组分复配，构建了“靶向剥离—协同螯溶—抗反沉积”三位一体的清洗机制。其中，磷酸酯基表面活性剂分子结构中的磷酸酯基团（-po4）对法拉第旋转片表面以mg、te、er等元素为主的金属氧化物抛光残留颗粒具有强络合-剥离能力，可将颗粒从基材表面有效分离；绿色螯合剂与柠檬酸复配形成的协同螯合体系，通过多齿配位结构高效螯合剥离下来的mg2+等金属离子，将氧化物颗粒溶解为可溶态离子，防止其重新沉积；同时聚季铵盐类聚合物利用其阳离子基团中和抛光颗粒的负电荷，并通过高分子链的空间位阻效应使已剥离颗粒稳定悬浮于清洗液中，三者协同实现了“剥离—溶解—悬浮”的完整清洗链条。此外，润湿剂有效降低清洗液表面张力、增强润湿渗透能力，二醇双醚衍生物溶解有机污染物并辅助表面活性剂分散，弱碱性体系在提供足够清洗力的同时对铋置换铽铁石榴石基材无化学腐蚀。各组分在各自发挥功能的同时相互配合、协同增效，共同实现了对法拉第旋转片表面纳米级抛光颗粒的高效清除，有效防止了颗粒反粘，同时保护了基材的光学表面完整性和磁光性能，且安全环保、工艺简单，具有优异的产业应用前景。

13、优选的，所述磷酸酯基表面活性剂选自异十三醇醚磷酸酯钾盐或c6-16全氟代烷基乙醇磷酸酯铵盐。

14、通过以上技术方案，异十三醇醚磷酸酯钾盐和c6-16全氟代烷基乙醇磷酸酯铵盐均具有优异的金属氧化物络合剥离能力和润湿渗透性，且与螯合剂、聚季铵盐配伍性良好。其中，异十三醇醚磷酸酯钾盐水溶性更优、配制方便；全氟代烷基乙醇磷酸酯铵盐的氟碳链赋予其更低的表面张力，能深入纳米级缝隙剥离顽固颗粒。两者均为磷酸酯基表活的优选方案，可根据实际工艺需求灵活选择，均能保证优异的清洗效果。

15、优选的，所述润湿剂选自炔二醇改性表面活性剂fs-683、鼠李糖酯carfil bio-rl1、脂肪醇聚氧乙烯ethylan 1005、fentacare f08、氟碳表面活性剂和有机硅表面活性剂中的一种或多种。

16、通过以上技术方案，能显著降低清洗液的表面张力，增强对法拉第旋转片表面的润湿渗透能力，使清洗液充分接触并渗透至纳米级缝隙与颗粒附着界面。其中鼠李糖酯为生物来源表面活性剂，兼具优异的乳化分散性和环保性；润湿剂与磷酸酯基表面活性剂复配后，可协同降低固-液界面张力，促进已剥离颗粒的脱离与分散，进一步提升清洗效率和均匀性。

17、优选的，所述二醇双醚衍生物选自二乙二醇二乙醚、二乙二醇二丁醚、二乙二醇甲乙醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、丙二醇二甲醚、二丙二醇二甲醚、二丙二醇甲丙醚和二丙二醇甲乙醚的一种或多种。

18、通过以上技术方案，二醇双醚衍生物为高沸点水溶性有机溶剂，具有适中的挥发速率和优异的溶解渗透能力，能有效溶解抛光过程中残留的有机污染物及蜡质，同时辅助降低清洗液表面张力、增强润湿渗透效果。

19、优选的，所述绿色螯合剂选自甲基甘氨酸二乙酸三钠盐、谷氨酸二乙酸四钠、亚氨基二琥珀酸盐、聚天冬氨酸盐、聚环氧琥珀酸盐和聚天门冬氨酸盐的一种或多种。

20、以上绿色螯合剂，均为可生物降解的环保型螯合剂，对ca、mg、te、er等金属离子具有强螯合能力。其与柠檬酸复配后，通过多齿配位结构的互补，形成“协同螯合”体系，mgda等主螯合剂高效螯合mg2+等主量金属离子，柠檬酸额外提供羧基配位点，增强对高价态金属离子的螯合能力，二者协同将剥离的金属氧化物颗粒充分溶解为可溶态离子，有效防止二次沉积。

21、优选的，所述聚季铵盐类聚合物选自聚季铵盐-6、聚季铵盐-7、聚季铵盐-22和聚季铵盐-39中的一种或多种。

22、优选的，所述绿色螯合剂与柠檬酸的质量比为(1.8-3.2):1。

23、通过以上技术方案，绿色螯合剂与柠檬酸在该比例下两者形成最佳协同配位构型。绿色螯合剂的多齿配位结构高效螯合mg2+等主量金属离子，柠檬酸额外提供三个羧基配位点，增强对高价态金属离子（如te、er等）的螯合能力。二者在该比例范围内形成“主螯合剂+辅助配体”的互补构型，螯合容量最大、配位最稳定，对金属氧化物颗粒的溶解清除能力达到最优，有效防止二次沉积，同时避免螯合剂过量造成浪费或比例失调导致螯合能力下降，确保清洗效果稳定可靠。

24、优选的，所述环保清洗剂，由以下重量百分比的组分组成：异十三醇醚磷酸酯钾盐3.0-5.0wt%，鼠李糖酯carfil bio-rl1 1.0-2.5wt%，二丙二醇甲丙醚 5.0-10.0wt%，甲基甘氨酸二乙酸三钠盐 5.0-10.0wt%，柠檬酸 2.5-4.5wt%，聚季铵盐-6 0.5-1.2wt%，余量为去离子水；所述清洗剂的ph值为9.0-10.5。

25、通过上述技术方案，实现了各组分间的深度协同增效；其中，异十三醇醚磷酸酯钾盐作为优选磷酸酯基表面活性剂，对mg、te、er等金属氧化物颗粒具有强络合-剥离能力；鼠李糖酯作为生物来源润湿剂，有效降低清洗液表面张力、增强润湿渗透能力，且绿色环保；二丙二醇甲丙醚作为优选二醇双醚，兼具优异的水溶性、溶解力和渗透性，辅助溶解有机污染物并改善体系均一性；甲基甘氨酸二乙酸三钠盐与柠檬酸以优选比例形成协同螯合体系，高效螯溶金属离子；聚季铵盐-6通过电荷中和与空间位阻双重作用防止颗粒反粘。各组分协同配合，实现了对法拉第旋转片表面纳米级抛光颗粒的高效清除，残留颗粒≤3-5个/mm²，反粘率<1-3%，同时ph9.0-10.5的弱碱性体系对基材无腐蚀，保护磁光性能，具有清洗效果优异、安全环保、性能稳定的显著优势。

26、第二方面，本技术提供一种铋置换铽铁石榴石法拉第旋转片的清洗方法，使用第一方面所述的环保清洗剂，采用多频段复合超声波对法拉第旋转片进行清洗，包括以下步骤：

27、s1.铋置换铽铁石榴石法拉第旋转片浸入所述环保清洗剂中；

28、s2.采用低频段超声波进行粗洗，低频段为20-35khz，清洗温度40-60℃，清洗时间2-5min；

29、s3.采用中频段超声波进行精洗，中频段为60-80khz，清洗温度40-60℃，清洗时间2-5min；

30、s4.采用高频段超声波进行精洗，高频段为130-140khz，清洗温度40-60℃，清洗时间2-5min；

31、s5.用去离子水进行漂洗，干燥。

32、优选的，所述步骤s1先向去离子水中加入柠檬酸搅拌溶解，再加入绿色螯合剂搅拌溶解，然后依次加入二醇双醚衍生物、磷酸酯基表面活性剂、润湿剂和聚季铵盐类聚合物，补足去离子水后调节ph值。

33、优选的，所述步骤s5用去离子水进行漂洗，具体的先采用去离子水高压喷淋冲洗，喷淋压力为0.3-0.6mpa，喷淋时间为60-120s；再采用去离子水进行四级逆流溢流漂洗，每级漂洗360s，漂洗温度为40-60℃；将漂洗后的法拉第旋转片在70-80℃的去离子水中慢提拉，离心干燥。

34、通过上述技术方案，低频段（20-35khz）空化能量强，去除附着牢固的大颗粒；中频段（60-80khz）空化气泡密集均匀，清除亚微米级颗粒；高频段（130-140khz）能量温和，无损清除纳米级颗粒并避免空化腐蚀。三级超声波由粗到精逐级过渡，与清洗剂各组分的化学剥离、螯溶作用深度协同，实现物理与化学的双重清洗。漂洗采用高压喷淋与四级逆流溢流相结合，配合70-80℃慢提拉脱水和离心干燥，确保表面无残留、无水渍。上述工艺与清洗剂的协同配合，可实现纳米级抛光颗粒的高效清除，保证光学表面无损洁净，满足镀膜前超高洁净度要求，且工艺安全环保、稳定可控。

35、综上所述，本技术具有以下有益效果：

36、1、本技术通过磷酸酯基表面活性剂、绿色螯合剂与柠檬酸协同螯合体系、聚季铵盐类聚合物的多组分复配，构建了“靶向剥离—协同螯溶—抗反沉积”三位一体的清洗机制。磷酸酯基表面活性剂对mg、te、er等金属氧化物颗粒具有强络合-剥离能力；绿色螯合剂与柠檬酸协同螯溶金属离子；聚季铵盐通过电荷中和与空间位阻防止颗粒反粘。三者协同实现了对法拉第旋转片表面纳米级抛光颗粒的高效清除（残留颗粒≤3-5个/mm2，去除率≥99%，反粘率＜1-3%），且弱碱性体系对基材无腐蚀，保护了光学表面完整性和磁光性能。

37、2、本技术的多频段复合超声波清洗方法，通过低、中、高三级超声波由粗到精逐级过渡，与清洗剂的化学作用深度协同，实现了物理剥离与化学螯溶的有机结合；配合高压喷淋、四级逆流溢流漂洗、慢提拉脱水和离心干燥，确保表面无残留、无水渍，满足镀膜前超高洁净度要求，且工艺安全环保、稳定可控。