环保型多用途回流清洁剂的制作方法
【专利摘要】一种可用于化学品制造设备，包括药品制造用设备的溶剂混合物清洁剂，包括除了其它以外基于特定标准，如蒸汽压、蒸汽密度、沸点、比热和汽化热选择的环保和安全溶剂的混合物；即使用水进一步稀释也实现了优异的清洁效果，且避免了与在回流清洁方法中采用传统商品溶剂有关的缺点。通过混合具有选用标准的溶剂，本发明的配方在使用中就能实现期望的溶解力、清洁以及润湿性能。可加入添加剂，如表面活性剂以增强清洁并降低溶剂需求。
【专利说明】环保型多用途回流清洁剂
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于清洁与化学品(包括药品)制造有关的设备的溶剂型清洁剂。更具体地，本发明涉及一种环保的溶剂型清洁剂，其储存、处理和使用安全，且可用于许多清洁方法中，如回流溶剂，用于现场清洁(CIean-1n-place, CIP)、场外清洁(clean-out-of-place, COP)以及手工清洁中。最具体地，本发明提供一种没有传统回流化学品缺点的有效回流溶剂。
【背景技术】
[0002]化学品(包括活性药物成分-API)制造通常涉及设备串中的几种设备，如反应器、离心分离机、容器、罐、分离柱、结晶器以及相关的管道。制造完成后，在用于生产后面的产品之前，这些设备必须进行清洁。清洁所述设备串通常通过将溶剂回流整个设备及其连接管道进行，而不采用需要另外的专用设备和程序的现场清洁系统进行。
[0003]通常,传统的回流清洁方法采用商品溶剂(commodity solvents),如甲醇或丙酮，其被置于反应容器或罐中，然后进行加热。这些溶剂通常为生产流程的一部分，因此，其容易获得且不是作为潜在污染物而引入的新成分。加热溶剂所产生的蒸汽取代罐上面的空气并穿过管道至下一设备。在上面的空间内，存在冷凝器以将蒸汽冷却成液体。液体溶剂随后被排出到将污物或残留物排出设备和管道的污水坑内。由于在回流清洗中不涉及机械作用，在设备能用于下批料加工之前，清洗可能需要重复几次。
[0004]前面提及的回流商品溶剂和清洁方法并非没有缺点。传统的回流溶剂清洁工艺要求设备保持在原位，不采用CIP中典型的洗球和用于搅拌或再循环的其它设备。因此，无法保证清洁是否已经彻底和完全。为确保彻底清除污物，需要重复多次。涉及再循环、溶剂回收和焚烧的耗能费用 以及处理费用也非常可观。由于与商品溶剂相关的可燃性和挥发性，也会产生安全问题。
[0005]因此，需要一种可用于回流清洁工艺作为替代有害商品溶剂且没有其伴随缺点的产品配方。已经发现某些溶剂的水性混合物可一起来达成以配方，其具有增强将污物从化学品(包括药品)制造设备有效清洁掉的能力的溶解力、清洁和润湿性质，以代替有害的商品溶剂。该配方在汽态和液态皆能发挥良好作用。这些溶剂混合物也可包含其他成分，如表面活性剂，以增强清洁能力并降低溶剂用量。基于储存原因，这些溶剂混合物或溶剂/表面活性剂混合物可制备成无水浓缩物或含部分水的液体，而所有这些在使用之前都可以用水进一步稀释。
[0006]本发明配方的溶剂选择基于某些标准，包括但不限于:性质，如高蒸汽压、高蒸汽密度、中等沸点、低比热、低汽化热，以及健康、安全和环保要求。溶剂的如溶解力和表面活性方面的性质在依配方制备的混合物中也是期望的。基于这些标准来选择溶剂使得配方相比传统商品回流溶剂具有优异的溶解力、清洁和润湿性能，从而对回流清洁工艺的时间、耗能和有效性产生积极影响。
[0007]溶剂型制造设备的清洁剂在本领域是已知的。例如，美国专利号5，866，523涉及用于将树脂材料从容器、缸、滚筒、池、管道及相关设备清除掉的方法和溶剂混合组合物，其必须是现场清洁(C-1-P)。使用的方法尤其包括搅动、喷射、振动、搅拌、泵循环或物理接触。所公开的配方在20-22°C至70°C (未沸腾)范围内使用。所述组合物包含甲基异戊基酮，其特别易燃且用于回流系统中不可行。[0008]美国专利号5，698，045涉及一种不需要拆卸，通过将包含N-甲基-吡咯烷酮(NMP)的液体放入设备(反应器)并将NMP加热至沸腾来清洁化学工艺设备的蒸汽方法。所清洁的主要污物为聚合物残留物，如含苯乙烯的聚合物类，聚氯乙烯类、聚氨酯类、环氧树脂类、聚丙烯酸化物类、尼龙类以及来自降解有机材料的碳堆积和煤焦油膜类。NMP可单独使用(即“纯的”)，或者也可以与另一种溶剂丁内酯混合，或与具有比NMP沸点高的油类或溶剂混合。该组合物不是水性的。[0009]美国专利号5，423，919和5，259，993都公开了浸入式清洁组合物，包含溶剂，所述溶剂分别包含用量为1-15重量％和1-20重量％的2-吡咯烷酮(一种已知的漆剥离剂)作为一个组分。这两个专利都具有吡咯烷酮组分，而‘919专利在溶剂中还需要陶瓷颗粒，‘993专利则专注于一种单溶剂组合物，而非一种溶剂混合物，其可在120° F-140。F的温度下使用，且需要浸入基底以使清洁发生。
[0010]N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)也为涉及一种“可水稀释型”组合物的美国专利号5，232，515中公开的清洁组合物的组分。除了 NMP，还包含乙二醇醚酯和C1-C8醇类。表面活性剂、防锈剂和催化剂都是可选组分。但该专利中没有提及该组合物在沸腾或回流清洁操作中的用途。
[0011]美国专利号6，187,719,5,679, 175以及5，716，457都涉及无水“沸腾”组合物，但
不涉及回流清洁。所公开的组合物包含溶解剂(solvating agent)和清洗剂。它们都不用于回流式操作中。所选择的溶解剂必须具有不大于约40mm Hg的室温蒸汽压和不小于10的溶解强度(solvating strength)。溶解剂可包括2-批咯烧酮、醚类、醇类和它们的混合物。清洗剂必须具有约80-760mm Hg的室温蒸汽压和不大于约0.05-0.15的臭氧消耗因子。所述清洁剂和溶解剂并不混合在一起，而是单独使用。的确，要求它们不能相互混合。这些溶解和清洗组合物被声称可用于清洁印刷电路板(PCBs )。其工艺步骤涉及将电路板浸入第一沸腾组合物，即溶解剂中；将电路板通过沸腾溶解剂上方的蒸汽空间转入到冷液体清洗剂的容器中；将电路板通过清洗剂上方的蒸汽空间转移；以及干燥。
[0012]本申请中描述的发明的水性配方相对于本领域先前所已知的具有独特性，且可用作化学品制造设备，特别是用于药品制造的设备回流清洁中的商品溶剂的替代品。制造商已有的清洁工艺在设备布置方面可保持不变。虽然本发明的配方是多用途的，其可用于各种清洁方法，如CIP、COP以及手工清洁，但其真正的优点在于不需要其它的专用设备和程序(例如与CIP工艺相关的)，因为本发明的组合物只是回流穿过已有的设备线。
[0013]本发明的配方在蒸汽态和液态都有效，且在穿过设备串的水平运动和竖直运动上都有效。本发明的配方如常规商品回流溶剂所遇到的，可使得回流清洁过程中的清洁时间短，循环重复次数少。它们处理也安全且比常规的商品回流溶剂更加环保。
[0014]在溶剂的再循环、回收、处理和焚烧方面，能源需求也减少。由于所选用的组分是生物可降解的且符合全球环保法规，其处理费用可完全去除，或至少可大幅地减少。最后，本发明中的配方处理安全、不可燃，从而消除与用于回流清洁的常规商品溶剂相关的健康和安全问题。
[0015]本发明配方的可用的用途包括化学品和药品制造设备以及研究设备的回流清洁，和任何其它该配方对要去除的特定污物/残留物有效的清洁用途。
[0016]因此，本发明的一个目的是配制一种清洁产品，该清洁产品可用作通常用于回流清洁化学品或药品制造过程中留下的污物和残留物的商品溶剂的替代品 。
[0017]本发明的再一目的是提供一种多用途清洁产品，其中这种产品也可用于CIP、COP或手工清洁方法，而不像不能如此使用的传统商品回流溶剂，且要求设备串保持不变。
[0018]本发明的又一目的是减少与传统回流清洁方法有关的能源费用以及方法中所需要的重复次数。
[0019]本发明的又一目的是减少与现在正使用的商品溶剂有关的健康和安全问题，并提供一种符合适用的全球环境监管标准和健康安全要求的生物可降解产品。
【发明内容】
[0020]本发明的配方为有效的回流清洁组合物。该组合物相比传统的回流溶剂，如甲醇和丙酮，清洁更快，需要的清洁循环更少。本发明的配方也是环保的，使用、处理以及储存更安全，且处理或回收花费更少。
[0021]本发明的清洁组合物特别可用于化学品制造设备串的回流清洗，且可用于CIP和COP操作以及手工清洁。然而，真正的优点是由于其可用作回流溶剂的能力，不需要额外的清洁设备(如CIP或COP系统中所需要的)。
[0022]本发明的组合物可用于化学品制造设备的清洁。本申请中，“化学品制造”不仅包括基础化学品，还包括药品、个人用品、天然和草药产品、食品以及食品添加剂。
[0023]本发明的配方可具体为一种仅包含混合溶剂的部分水液体；一种包含混合溶剂和表面活性剂的部分水液体；或溶剂和表面活性剂的无水浓缩混合物。所有这些具体配方可在使用前用水进一步稀释。其它添加剂，如增溶剂、缓冲剂、增洁剂、缓蚀剂、抗再沉积剂、漂洗剂及其类似物也可作为可选成分包含在本发明的配方中。
[0024]总体上，本发明的回流清洁组合物包含:Ca)至少两种溶剂的混合物；(b)可选的表面活性剂；以及(C)可选的水，其中所述溶剂根据下面的标准选择:蒸汽压、蒸汽密度、沸点、比热和汽化热。也可以考虑其他标准。所选择的组分也必须是环保的。
【具体实施方式】
[0025]本发明涉及一种可用作用于回流清洁操作的传统商品溶剂(如甲醇和丙酮)的替代物的清洁配方。该配方具有使清洁过程更快、更安全、成本低和环保的特点。本发明的配方可包括:一种仅包含混合溶剂的部分水液体配方；一种包含混合溶剂、其它添加剂和表面活性剂以增强清洁和降低溶剂水平的部分水液体配方；或溶剂和表面活性剂的无水浓缩混合物。在所有这些情形下，本发明的配方可在使用前用水进一步稀释。
[0026]总体上，本发明的配方相比商品溶剂必须具有更好的溶解力、清洁和润湿性能。制备具有需要性能的有效配方的要点是溶剂的选择。对获得的最终本发明的配方的清洁和润湿性能被认为是重要的溶剂选择标准(性质)包括性质，如高蒸汽压、高蒸汽密度、中等沸点(100-150°C)、低比热和较低的汽化热。其它标准，如低粘度(相比水而言)和低表面张力(也小于水)也可予以考虑。沸点、蒸汽压和蒸汽密度是选择中的重要标准。尽管有这些标准，溶剂的总体化学性质(即溶解力和表面活性)以及安全和环保问题相对于溶剂的单个性质或多个性质优先。在任何情况下，溶剂的个别性质中没有一个在形成混合物后保持不变。
[0027]通过选择具有特定性质的溶剂，可获得具有期望性能的最终使用配方。一般性解释是，该最终使用配方蒸汽压优选高且浓密。高蒸汽压用作更快地填充开放空间，从而减少空气置换时间。浓密的蒸汽减少向周围环境的损失且提升清洁效果。浓密的蒸汽也有利于去除悬浮颗粒。
[0028]配方组分优选具有中等沸点(100_150°C)并促成最终使用配方具有中等沸点。较温暖的蒸汽提升清洁功效。然而，应避免高沸点(>150°C )，因为高沸点增加能源费用并带来基底相容性问题。
[0029]具有低比热的溶剂用较少的能耗达到其沸点，因此降低能耗。具有较低汽化热的溶剂也需要较少的能量以形成蒸汽。具有这些性质的溶剂混合物导致最终使用配方需要较少的能量以形成蒸汽或达到其沸点，因此节省能源费用。
[0030]还有，比水粘度低的溶剂绕设备串中的裂隙和弯头移动更容易，从而便于悬浮颗粒的去除。具有低表面张力(比水更低)的溶剂类似于表面活性剂进行清洁。因此，具有低表面张力和较低粘度的混合溶剂有利于最终使用配方的有效清洁。
[0031]所选择的溶剂应满足处理、暴露和使用方面的健康和安全要求，如低可燃性、低毒性、低反应性、基底相容性以及生物可降解性。
[0032]最后，如上所述，溶剂的化学性质以及其在混合溶剂中的相容性及与水的相容性也是重要的。
[0033]找到满足所有推荐标准的单一溶剂存在困难。不需要溶剂满足所有的标准，而具有各种性质的溶剂可相互和与其它组分(如表面活性剂)互补使用。在混合物中，一种溶剂可用来改变或调整另一种溶剂的性质。溶剂选择的目的是获得一种相比传统商品溶剂具有更好的溶解力、清洁和润湿性能的最终使用回流配方。这一目标通过选择具有特定性质的溶剂来达成，通过将选择的溶剂混合，将获得达到所需清洁和润湿性质的最终配方。某些个别溶剂选择性质在最终混合物中不可测量，因为其依赖于清洁条件、温度以及浓度(稀释)。
[0034]可用于本发明配方的溶剂及其一些性质列于表1中。商品溶剂，如甲醇、NPA和丙酮与水一起作为比较也包括在表1中。
[0035]优选地，应将两种或多种溶剂混合以在最终配方中获得较宽范围的性质。作为举例，蒸发速率为相比空气蒸汽多快离开表面的量度。挥发性溶剂(及低沸点)的蒸汽从表面蒸发太快且不允许有足够的清洁接触时间。然而，这种性质可通过混合具有不同沸点的溶剂进行优化，从而获得具有可接受蒸发速率的配方。
[0036]在一个实施例中，可加入表面活性剂、螯合剂和其它组分以增强清洁并减少所需的溶剂量。这些额外组分的选择基于其低发泡和易清洗的特性(表面活性剂)，以及生物可降解性和符合环保与安全法规。
[0037]本发明的配方可用于蒸汽态(如回流式)和液态清洁。蒸汽清洁由于清洁蒸汽的竖直移动而发生，而液体清洁则由于清洁蒸汽的水平移动而发生。在化学品(包括药品)制造中，两种清洁类型(即竖直和水平)都可用来清洁各种不同的设备。
[0038]在清洁过程中，被稀释的清洁组合物被放入反应容器或罐中。随稀释的清洁组合物被加热，非挥发性组分保持液体状态并帮助清洁反应容器，而反应容器是大多数残留物剩下的地方。多种非挥发性组分(表面活性剂、螯合剂和其它组分)的组合可进行和增强液态清洁。其结果是，清理反应容器中的残留物将消耗较少的溶剂，且干净、已蒸发的溶剂自由向外行进到位于所述反应容器上方的管道、容器、罐和设备。随后。冷凝器使蒸汽冷却形成液体，再与其它需要清洁的表面接触。冷凝的蒸汽流回反应容器，从此处可安全排放掉。
[0039]在制备本发明的相比商品溶剂具有优越溶解力、清洁和润湿性能的配方时，考虑了几个上面讨论的溶剂选择标准。表1示出用于本发明配方的所选溶剂的特性(性质)以及水、甲醇、NPA和丙酮的对照性质。
[0040 ]
【权利要求】
1.一种用于清洁化学品制造设备的回流清洁组合物，包含: a)至少两种生物可降解溶剂的混合物，所述溶剂选自正丙醇、二丙二醇甲醚、二丙二醇二甲醚、乳酸乙酯、丙二醇丙醚、丙二醇苯醚、乙二醇丁醚、二甘醇丁醚，以及它们的两种或多种的混合物； b)可选的表面活性剂；以及 c)可选的水， 其中，所述溶剂基于下面的标准选择:蒸汽压、蒸气密度、沸点、比热和汽化热。
2.根据权利要求1所述的回流清洁组合物，其中所述表面表面活性剂包括醇乙氧基化物、EO/PO嵌段共聚物、磺酸盐、磷酸酯、链烷酸酯、氧化胺、烷基多糖苷、二丙酸盐，或它们的混合物。
3.根据权利要求1所述的回流清洁组合物，其中所述选用溶剂的蒸汽压的范围为从约0.1至约7.0 ;所述选用溶剂的蒸气密度的范围从2.0至约6.0 ;所述选用溶剂的沸点的范围为从约100°C至约150°C ;所述选用溶剂的比热(j/g/°C)的范围为从约0.3至约2.3 ;所述选用溶剂的汽化热((j/g，沸点下)的范围为从约250.0至约270.0。
4.一种可用于清洁被污染的化学品制造设备的水性回流清洁组合物，包含: a)至少两种生物可降解溶剂的混合物，所述溶剂包括醚、正丙醇、乳酸乙酯，或它们的两种或多种的混合物； b)可选的表面活性剂； c)可选的缓冲剂； d)可选的螯合剂； e)可选的缓蚀剂；以及 f)水。
5.根据权利要求4所述的回流清洁组合物，其中所述醚溶剂进一步包括二丙二醇甲醚、二丙二醇二甲醚、丙二醇丙醚、丙二醇苯醚、乙二醇丁醚、二甘醇丁醚，或它们的混合物。
6.一种可用于清洁被污染的化学品制造设备的回流清洁组合物，包含: a)至少两种生物可降解溶剂的混合物，所述溶剂包括丙二醇丙醚、二丙二醇甲醚、二丙二醇甲醚、乳酸乙酯、丙二醇苯醚、二甘醇丁醚，或它们的混合物； b)表面活性剂，所述表面活性剂为磺酸盐、磷酸酯、氧化胺、EO/PO嵌段共聚物、烷基多糖昔、烷基二丙酸盐，或它们的混合物； c)螯合剂； d)缓冲剂；以及 e)水。
【文档编号】C11D3/60GK103547664SQ201280017549
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2012年4月12日 优先权日:2011年4月13日
【发明者】沙辛·凯勒, 南希E·凯萨尔 申请人:美国消毒器公司