水基熒光滲透液的特性
滲透檢測(cè)會(huì)產(chǎn)生大量高濃度難處理的廢水，帶來(lái)很大的環(huán)境壓力和成本壓力，于是水基熒光滲透液應(yīng)運(yùn)而生。本文從環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性以及性能指標(biāo)入手，介紹水基熒光滲透液的優(yōu)缺點(diǎn)，旨在給大家提供理論支持和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，全方位了解水基熒光滲透液。
1. 技術(shù)背景：
滲透檢測(cè)作為五大常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法之一，操作簡(jiǎn)單、直觀，適用范圍廣，是一種成熟可靠的檢測(cè)手段，在質(zhì)量控制環(huán)節(jié)具有舉足輕重的作用，在航天航空、汽車(chē)、石油與天然氣、軌道交通、造船、壓力容器等行業(yè)廣泛使用。
然而，滲透檢測(cè)不可避免的會(huì)產(chǎn)生廢水，對(duì)環(huán)境造成污染。滲透檢測(cè)廢水都是高色度、高COD的廢水，COD值能達(dá)到5000~10000，是較難處理的廢水，而且，滲透廢水**的產(chǎn)生量不大，**能產(chǎn)生5噸廢水的用戶(hù)就已經(jīng)是鳳毛麟角的大用戶(hù)。因此對(duì)高色度、高濃度、小批量的滲透檢測(cè)廢水進(jìn)行針對(duì)性的處理是一個(gè)難題，從目前的行業(yè)應(yīng)用來(lái)看，能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)有效、運(yùn)行穩(wěn)定、針對(duì)性強(qiáng)的專(zhuān)用熒光污水處理設(shè)備并不多。
既然滲透檢測(cè)的廢水處理難度這么高，我們能不能從滲透劑源頭上入手，設(shè)計(jì)一種易處理的滲透劑？降低后期廢水處理的負(fù)荷。很開(kāi)心的告訴大家，有！那就是新興的水基熒光滲透劑！
2. 關(guān)于環(huán)保的一些概念
隨著整個(gè)社會(huì)環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，環(huán)保方面的立法、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范也越來(lái)越完善，用戶(hù)對(duì)滲透檢測(cè)的環(huán)保性、**性的關(guān)注也越來(lái)越高。滲透檢測(cè)的環(huán)?；切袠I(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，這也對(duì)滲透檢測(cè)提出了新的要求。分兩個(gè)方面來(lái)講：
—— **性：滲透劑應(yīng)該對(duì)人體**，滲透劑應(yīng)不含有毒有害的、禁用、限用的成分。目前為止，一些有毒有害的物質(zhì)還經(jīng)常出現(xiàn)在滲透劑的配方中，例如：蘇丹紅，蘇丹紅是一種紅色溶劑型染料，能分解出具有致癌性的芳香胺，屬于禁用的能分解出24種芳香胺的118種染料之一，被限用或禁用；鄰苯二甲酸酯，作為功能性助劑，具有改善滲透劑的流平性、調(diào)節(jié)閃點(diǎn)等作用，zui常見(jiàn)的就是DBP（鄰苯二甲酸二丁酯），但是這一類(lèi)物質(zhì)代謝慢，容易在環(huán)境和生物體內(nèi)富集，對(duì)生殖健康有嚴(yán)重影響，被REACH指令(歐盟《化學(xué)品注冊(cè)、評(píng)估、許可和限制》)列為first批高度關(guān)注化學(xué)物質(zhì)，被限用；烷基酚，烷基酚主要來(lái)源于烷基酚聚氧乙烯醚（APEO），是滲透劑中常用的表面活性劑，此類(lèi)物質(zhì)是嚴(yán)重的雌hormone，嚴(yán)重干擾hormone分泌，導(dǎo)致生殖異常，被限用。
—— 環(huán)保性：環(huán)保性是指滲透劑容易被生物降解，或者滲透劑本身COD、BOD比較低。COD即化學(xué)需氧量，定義是氧化1L水中的還原性物質(zhì)需要的氧當(dāng)量，以mg/L計(jì)；BOD即生物需氧量，用微生物降解的方法對(duì)1L水中的還原性物質(zhì)進(jìn)行氧化分解，消耗的水中溶解氧的量，以mg/L計(jì)；BOD/COD，比值越大說(shuō)明可生化性越好，越容易被生物降解，一般B/C大于0.3代表可降解。滲透廢水被分解后的產(chǎn)物絕大多數(shù)為二氧化碳和水，水是不含COD和BOD的物質(zhì)。因此，從環(huán)保的角度來(lái)看，水是用來(lái)做滲透劑的主溶劑zui佳選擇。
滲透劑zui常用的溶劑為煤油，我們以此為例來(lái)計(jì)算廢水中的COD。將滲透劑按照1:400用水稀釋?zhuān)M滲透廢水，計(jì)算該廢水的COD。
經(jīng)計(jì)算得到，1：400的滲透廢水，COD值為7802mg/L，如果我們將其中的一半的成分換成水，將降低一倍以上的COD。
3. 選擇水做滲透劑的理論基礎(chǔ)：
很長(zhǎng)一段時(shí)間以來(lái)，水被認(rèn)為不適合用來(lái)制造滲透劑。煤油、醇醚等有機(jī)溶劑的物理化學(xué)性質(zhì)符合大家的心里預(yù)期，被選中用來(lái)制造滲透劑。的確，水是zui常見(jiàn)，但也是特殊的一種物質(zhì)，有許多異乎尋常的物理化學(xué)性質(zhì)，不太符合滲透劑的要求。但是，我們通過(guò)科學(xué)的配方，對(duì)水改性，使之成為合格的滲透主溶劑。
水被認(rèn)為不適合做滲透劑的理由：
表面張力：水具有超高的表面張力，不利于滲透劑在工件上的鋪展和滲透，我們可以通過(guò)表面活性劑來(lái)調(diào)節(jié)。
粘度：滲透劑有一個(gè)佳的粘度范圍，水的粘度太低，低的粘度固然能加快滲透速度，但也容易造成過(guò)洗，我們可以通過(guò)助劑調(diào)整整個(gè)體系的粘度。
溶解度：水對(duì)常用的有機(jī)染料溶解度小，染料濃度達(dá)不到，著色強(qiáng)度也就達(dá)不到，靈敏度也就提不高。但是我們可以選擇合適的染料，搭配合適的與水混溶的助溶劑來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。
揮發(fā)性：對(duì)于滲透劑來(lái)說(shuō)，水的揮發(fā)太快，滲透劑在工件表面停留還不超過(guò)10分鐘，可能就已經(jīng)干燥。我們可以通過(guò)添加具有保濕作用的成分來(lái)解決該問(wèn)題。
防銹性：水的存在，會(huì)加速工件銹蝕。連水基型的防銹劑都有，水基型滲透劑的防銹還是問(wèn)題嗎？我們可以在體系中添加合適的防銹劑、緩蝕劑解決此問(wèn)題。何況現(xiàn)在主流的滲透劑都是水洗型，整個(gè)滲透流程中，多個(gè)環(huán)節(jié)要用到水，水基滲透劑中的水也就不是問(wèn)題。
水的優(yōu)勢(shì)：
環(huán)保：水不含COD、BOD
**：水無(wú)毒無(wú)害，不燃燒
便宜：相比有機(jī)溶劑，水更便宜
綜上，水可以用來(lái)制造滲透劑，雖然說(shuō)難度比油基型滲透劑要大，但只要配方科學(xué)合理，用水為主溶劑制造滲透劑是完全可行的，而且會(huì)有很多突出的優(yōu)點(diǎn)。
4. 水基產(chǎn)品的環(huán)保特性
與油基產(chǎn)品相比，水基產(chǎn)品自帶低BOD、COD屬性。首先來(lái)看看滲透廢水中含有哪些物質(zhì)，這些物質(zhì)是如何被降解的？
—— 油基產(chǎn)品：我們姑且把醇基、醇醚基，表面活性劑基和油基產(chǎn)品統(tǒng)稱(chēng)為油基產(chǎn)品，他們都是碳?xì)浠蛱細(xì)溲醯幕衔?，zui終被分解產(chǎn)物是二氧化碳和水；染料中，含有氮元素的情況會(huì)比較多，zui終的分解產(chǎn)物除了二氧化碳和水，還會(huì)有氮的氧化物，但是染料的添加量很小，氮元素在染料種所占的比例也很小，zui終氮含量甚微，例如，一只熒光染料的分子式為C20H24N2O2，其中氮元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)只占8.6%，按照熒光染料添加量1%計(jì)算，在整個(gè)滲透劑中，氮元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.086%，再按廢水稀釋比為1:400，zui終廢水中含氮量就只有0.000215%，也就是說(shuō)只有2.15ppm。有的滲透劑中會(huì)含有一定比例磷系阻燃劑，但該成分不是必要的成分，不做討論。因此，滲透廢水被充分氧化，zui終的產(chǎn)物為二氧化碳、水和微量的氮的氧化物。
—— 水基產(chǎn)品：水為主要成分，不做進(jìn)一步分解，不消耗氧。一般會(huì)選擇生物降解性更好一些的助劑，因此BOD/COD比值會(huì)高一些，更易生物降解。zui終的降解產(chǎn)物與油基產(chǎn)品類(lèi)似。由于含水量較高，一般會(huì)超過(guò)50%，COD和BOD會(huì)大幅下降，一般為油基產(chǎn)品的30~50%。隨著技術(shù)的進(jìn)步，進(jìn)一步提高含水量是完全可能的，COD和BOD會(huì)進(jìn)一步下降。
（1:300稀釋?zhuān)?br />
結(jié)論：水基產(chǎn)品在廢水處理上有明顯的優(yōu)勢(shì)，能大幅降低后期廢水處理的負(fù)荷。廢水處理，還會(huì)涉及到色度、PH值、SS固體懸浮物、氨氮、總磷、重金屬等指標(biāo)，這些方面，水基產(chǎn)品和油基產(chǎn)品沒(méi)有本質(zhì)上的區(qū)別，也不是滲透廢水處理的主要矛盾，這里不做討論。
5. 水基產(chǎn)品的性能指標(biāo)
實(shí)驗(yàn)材料：
A：水基熒光滲透ZL-425
B：水基熒光滲透X
C：油基自乳化熒光滲透ZL-60D
5.1 靈敏度
靈敏度與滲透劑的滲透能力、抗過(guò)洗能力、可去除性、熒光亮度、顯像劑的顯像能力有關(guān)。如前文所述，水不是傳統(tǒng)認(rèn)知上的良好的滲透劑，但是可以通過(guò)調(diào)整達(dá)到預(yù)期的效果。靈敏度的高低跟主溶劑是水還是油沒(méi)有Absolutely的關(guān)系。這更多的是一種市場(chǎng)行為，水基熒光滲透劑目前主要用于汽車(chē)行業(yè)，2級(jí)靈敏度就能滿(mǎn)足要求。目前水基熒光滲透液以1和2級(jí)靈敏度為主。如果有市場(chǎng)需要，完全可以做出更高等級(jí)靈敏度的水基滲透劑。
靈敏度對(duì)比照片（干粉顯像）
靈敏度對(duì)比照片（溶劑懸浮顯像）
上圖從左到右分別為：水基A、水基B、油基C、油基D
靈敏度實(shí)驗(yàn)條件：
試塊：30μm 1型試塊
滲透時(shí)間：滲透5分鐘，滴落5分鐘
清洗條件：清洗20秒，溫度25℃，壓力0.25MPa
烘干：烘箱57℃，90秒
結(jié)論：靈敏度的判定標(biāo)準(zhǔn)是一樣的，產(chǎn)品在型式實(shí)驗(yàn)時(shí)定位為什么等級(jí)的靈敏度就是什么等級(jí)的靈敏度，不會(huì)因?yàn)槭撬蛴突嬖趨^(qū)別。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)也可以看出，水基和油基在靈敏度上沒(méi)有本質(zhì)上的區(qū)別。
5.2 可去除性
水基產(chǎn)品中的所有液體部分都是水溶性的，染料不一定，染料可能是通過(guò)助溶劑助溶到水里邊。因此，與油基產(chǎn)品相比，水基產(chǎn)品具有優(yōu)異的水洗可去除性，清洗用水量將會(huì)減少，清洗過(guò)程被縮短，背景殘留更少，信噪比更高，間接提高靈敏度。
水基A 水洗20秒
水基B 水洗20秒
油基C 水洗20秒
結(jié)論：水基產(chǎn)品比油基產(chǎn)品明顯可去除性更好。在光面上還好，都能很好去除，但是在粗糙面上，比如試塊的吹砂面上就有明顯的區(qū)別。
5.3 粘度
結(jié)論：產(chǎn)品的粘度不會(huì)因?yàn)槭撬€是油基存在區(qū)別，粘度是由產(chǎn)品配方本身決定的。
5.4 抗過(guò)清洗性
我們正常的邏輯會(huì)認(rèn)為，與油基產(chǎn)品相比，水基型產(chǎn)品容易被過(guò)清洗。大可不必為此擔(dān)心，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的時(shí)候，我們就考慮了抗過(guò)洗性能，而且由于可去除性好，清洗時(shí)間短，清洗用水壓力可減小，溫度可降低，進(jìn)一步減小了被過(guò)洗的可能性。實(shí)驗(yàn)證明，水基型產(chǎn)品具有良好的抗過(guò)洗性。
水基樣品B 水洗20秒
水基樣品B 水洗40秒
水基樣品A 水洗20/40秒
水基樣品B 水洗20/40秒
油基樣品C水洗20/40/60秒
結(jié)論：無(wú)論是在1型試塊上還是在PSM-5試塊上，水基產(chǎn)品都表現(xiàn)出很好的抗過(guò)清洗性。
5.5 容水率
根據(jù)AMS 2644F、ISO 3452-2以及GB/T 18851.2，自乳化油基產(chǎn)品一般要求容水率大于5%，廠(chǎng)家設(shè)計(jì)配方的時(shí)候會(huì)將容水率設(shè)計(jì)得高于標(biāo)準(zhǔn)要求，例如，美國(guó)磁通的ZL-60D自乳化熒光滲透劑就能到到20%的容水率。水基產(chǎn)品的容水率就大很多了，甚至可以做到與水無(wú)限混溶，我們?cè)O(shè)計(jì)的水基產(chǎn)品，容水率都達(dá)到50%以上。容水率高，產(chǎn)品耐水污染能力強(qiáng)，可延長(zhǎng)產(chǎn)品使用壽命。
5.6 熒光亮度、UV穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性
熒光亮度：以RC-77為標(biāo)樣，亮度值設(shè)為80，測(cè)試值為對(duì)比亮度值。
UV穩(wěn)定性：800Μw/cm2的UV-A下曝光1個(gè)小時(shí)，熒光亮度計(jì)測(cè)試，與未曝光的進(jìn)行對(duì)比，得比值。
熱穩(wěn)定性：117℃烘箱，烘一個(gè)小時(shí)，熒光亮度計(jì)測(cè)試，與未進(jìn)烘箱的進(jìn)行對(duì)比，得比值。
結(jié)論：水基產(chǎn)品可以做到和油基產(chǎn)品一樣的亮度，并且具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和UV穩(wěn)定性。
5.7 潤(rùn)濕性
實(shí)驗(yàn)證明，通過(guò)合適的表面活性劑的調(diào)劑，水基產(chǎn)品能在工件及試塊表面上充分潤(rùn)濕，不存在收縮的情況，與油基產(chǎn)品無(wú)異。
光滑1型試塊上的潤(rùn)濕性
粗糙度試塊上的潤(rùn)濕性
結(jié)論：無(wú)論在光滑面上還是粗糙面上，水基和油基產(chǎn)品表現(xiàn)出同樣的潤(rùn)濕效果，無(wú)收縮現(xiàn)象。
綜上，水基熒光滲透液各方面技術(shù)指標(biāo)都不比油基熒光滲透液差。
6. 換用水基型熒光滲透液給用戶(hù)帶來(lái)的價(jià)值
降低檢測(cè)成本：
材料成本低：相對(duì)油基產(chǎn)品價(jià)格較低
消耗少：滲透液帶走量少，減少滲透液的消耗
廢水處理成本低：廢水產(chǎn)生量少；BOD/COD比值高，易處理；COD、BOD absolute value低，廢水處理負(fù)荷減小
加快檢測(cè)流程：
預(yù)清洗后，簡(jiǎn)單的漂洗后，可以不用烘干就進(jìn)行滲透，加快檢測(cè)進(jìn)程
優(yōu)異的潤(rùn)濕性和可去除性，節(jié)約清洗用水，縮短清洗用時(shí)間。
可去除性好，背景殘留少，信噪比高，使缺陷顯示更加鮮明
**優(yōu)勢(shì)
水基產(chǎn)品無(wú)閃點(diǎn)，不燃燒，生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、使用環(huán)節(jié)無(wú)著火的隱患，可以按照非危險(xiǎn)品處理，節(jié)約成本。
水基產(chǎn)品無(wú)**氣味，無(wú)毒無(wú)害，檢測(cè)環(huán)境更舒適。
7. 水基型熒光滲透液還存在哪些不足
我們應(yīng)該正視水基產(chǎn)品存在的一些不足，不應(yīng)該去回避：
水基產(chǎn)品揮發(fā)相對(duì)比油基產(chǎn)品要快一些。
水基產(chǎn)品容易起泡，避免激烈的攪拌。
不建議采用水基顯像劑對(duì)水基滲透劑進(jìn)行顯像，除非使用方通過(guò)實(shí)驗(yàn)認(rèn)可，確認(rèn)可以采用水基顯像劑。
綜上所述，水基產(chǎn)品在環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性、**性上對(duì)油基產(chǎn)品有明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，靈敏度等關(guān)鍵指標(biāo)也能滿(mǎn)足滲透檢測(cè)的要求。換用水基型熒光滲透液是明智的選擇。
