水基熒光滲透液的特性
滲透檢測會產生大量高濃度難處理的廢水，帶來很大的環境壓力和成本壓力，于是水基熒光滲透液應運而生。本文從環保性、經濟性以及性能指標入手，介紹水基熒光滲透液的優缺點，旨在給大家提供理論支持和實驗數據，全方位了解水基熒光滲透液。

1. 技術背景：
滲透檢測作為五大常規無損檢測方法之一，操作簡單、直觀，適用范圍廣，是一種成熟可靠的檢測手段，在質量控制環節具有舉足輕重的作用，在航天航空、汽車、石油與天然氣、軌道交通、造船、壓力容器等行業廣泛使用。
 
然而，滲透檢測不可避免的會產生廢水，對環境造成污染。滲透檢測廢水都是高色度、高COD的廢水，COD值能達到5000~10000，是較難處理的廢水，而且，滲透廢水**的產生量不大，**能產生5噸廢水的用戶就已經是鳳毛麟角的大用戶。因此對高色度、高濃度、小批量的滲透檢測廢水進行針對性的處理是一個難題，從目前的行業應用來看，能實現經濟有效、運行穩定、針對性強的專用熒光污水處理設備并不多。
 
既然滲透檢測的廢水處理難度這么高，我們能不能從滲透劑源頭上入手，設計一種易處理的滲透劑？降低后期廢水處理的負荷。很開心的告訴大家，有！那就是新興的水基熒光滲透劑！
 
2. 關于環保的一些概念
隨著整個社會環保意識的加強，環保方面的立法、標準、規范也越來越完善，用戶對滲透檢測的環保性、安全性的關注也越來越高。滲透檢測的環?；切袠I發展的必然趨勢，這也對滲透檢測提出了新的要求。分兩個方面來講：
 
—— 安全性：滲透劑應該對人體安全，滲透劑應不含有毒有害的、禁用、限用的成分。目前為止，一些有毒有害的物質還經常出現在滲透劑的配方中，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、調節閃點等作用，zui常見的就是DBP（鄰苯二甲酸二丁酯），但是這一類物質代謝慢，容易在環境和生物體內富集，對生殖健康有嚴重影響，被REACH指令(歐盟《化學品注冊、評估、許可和限制》)列為first批高度關注化學物質，被限用；烷基酚，烷基酚主要來源于烷基酚聚氧乙烯醚（APEO），是滲透劑中常用的表面活性劑，此類物質是嚴重的雌hormone，嚴重干擾hormone分泌，導致生殖異常，被限用。
 
—— 環保性：環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即化學需氧量，定義是氧化1L水中的還原性物質需要的氧當量，以mg/L計；BOD即生物需氧量，用微生物降解的方法對1L水中的還原性物質進行氧化分解，消耗的水中溶解氧的量，以mg/L計；BOD/COD，比值越大說明可生化性越好，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物絕大多數為二氧化碳和水，水是不含COD和BOD的物質。因此，從環保的角度來看，水是用來做滲透劑的主溶劑zui佳選擇。
 
滲透劑zui常用的溶劑為煤油，我們以此為例來計算廢水中的COD。將滲透劑按照1:400用水稀釋，模擬滲透廢水，計算該廢水的COD。

經計算得到，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：
很長一段時間以來，水被認為不適合用來制造滲透劑。煤油、醇醚等有機溶劑的物理化學性質符合大家的心里預期，被選中用來制造滲透劑。的確，水是zui常見，但也是特殊的一種物質，有許多異乎尋常的物理化學性質，不太符合滲透劑的要求。但是，我們通過科學的配方，對水改性，使之成為合格的滲透主溶劑。
 
水被認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，我們可以通過表面活性劑來調節。

粘度：滲透劑有一個佳的粘度范圍，水的粘度太低，低的粘度固然能加快滲透速度，但也容易造成過洗，我們可以通過助劑調整整個體系的粘度。

溶解度：水對常用的有機染料溶解度小，染料濃度達不到，著色強度也就達不到，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解決這個問題。
 
揮發性：對于滲透劑來說，水的揮發太快，滲透劑在工件表面停留還不超過10分鐘，可能就已經干燥。我們可以通過添加具有保濕作用的成分來解決該問題。
 
防銹性：水的存在，會加速工件銹蝕。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、緩蝕劑解決此問題。何況現在主流的滲透劑都是水洗型，整個滲透流程中，多個環節要用到水，水基滲透劑中的水也就不是問題。
 
水的優勢：
環保：水不含COD、BOD
安全：水無毒無害，不燃燒
便宜：相比有機溶劑，水更便宜
綜上，水可以用來制造滲透劑，雖然說難度比油基型滲透劑要大，但只要配方科學合理，用水為主溶劑制造滲透劑是完全可行的，而且會有很多突出的優點。
 
4. 水基產品的環保特性
與油基產品相比，水基產品自帶低BOD、COD屬性。首先來看看滲透廢水中含有哪些物質，這些物質是如何被降解的？
 
—— 油基產品：我們姑且把醇基、醇醚基，表面活性劑基和油基產品統稱為油基產品，他們都是碳氫或碳氫氧的化合物，zui終被分解產物是二氧化碳和水；染料中，含有氮元素的情況會比較多，zui終的分解產物除了二氧化碳和水，還會有氮的氧化物，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，其中氮元素的質量分數只占8.6%，按照熒光染料添加量1%計算，在整個滲透劑中，氮元素的質量分數為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%，也就是說只有2.15ppm。有的滲透劑中會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終的產物為二氧化碳、水和微量的氮的氧化物。

—— 水基產品：水為主要成分，不做進一步分解，不消耗氧。一般會選擇生物降解性更好一些的助劑，因此BOD/COD比值會高一些，更易生物降解。zui終的降解產物與油基產品類似。由于含水量較高，一般會超過50%，COD和BOD會大幅下降，一般為油基產品的30~50%。隨著技術的進步，進一步提高含水量是完全可能的，COD和BOD會進一步下降。

（1:300稀釋）
 
結論：水基產品在廢水處理上有明顯的優勢，能大幅降低后期廢水處理的負荷。廢水處理，還會涉及到色度、PH值、SS固體懸浮物、氨氮、總磷、重金屬等指標，這些方面，水基產品和油基產品沒有本質上的區別，也不是滲透廢水處理的主要矛盾，這里不做討論。
 
5. 水基產品的性能指標
實驗材料：
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、抗過洗能力、可去除性、熒光亮度、顯像劑的顯像能力有關。如前文所述，水不是傳統認知上的良好的滲透劑，但是可以通過調整達到預期的效果。靈敏度的高低跟主溶劑是水還是油沒有Absolutely的關系。這更多的是一種市場行為，水基熒光滲透劑目前主要用于汽車行業，2級靈敏度就能滿足要求。目前水基熒光滲透液以1和2級靈敏度為主。如果有市場需要，完全可以做出更高等級靈敏度的水基滲透劑。

靈敏度對比照片（干粉顯像）

靈敏度對比照片（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
 
靈敏度實驗條件：
試塊：30μm 1型試塊
滲透時間：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
結論：靈敏度的判定標準是一樣的，產品在型式實驗時定位為什么等級的靈敏度就是什么等級的靈敏度，不會因為是水基或油基而存在區別。驗證實驗也可以看出，水基和油基在靈敏度上沒有本質上的區別。
 
5.2 可去除性
水基產品中的所有液體部分都是水溶性的，染料不一定，染料可能是通過助溶劑助溶到水里邊。因此，與油基產品相比，水基產品具有優異的水洗可去除性，清洗用水量將會減少，清洗過程被縮短，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
 
結論：水基產品比油基產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別。
 

5.3 粘度

結論：產品的粘度不會因為是水基還是油基存在區別，粘度是由產品配方本身決定的。
 
5.4 抗過清洗性

我們正常的邏輯會認為，與油基產品相比，水基型產品容易被過清洗。大可不必為此擔心，產品設計的時候，我們就考慮了抗過洗性能，而且由于可去除性好，清洗時間短，清洗用水壓力可減小，溫度可降低，進一步減小了被過洗的可能性。實驗證明，水基型產品具有良好的抗過洗性。

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
結論：無論是在1型試塊上還是在PSM-5試塊上，水基產品都表現出很好的抗過清洗性。
 

5.5 容水率

根據AMS 2644F、ISO 3452-2以及GB/T 18851.2，自乳化油基產品一般要求容水率大于5%，廠家設計配方的時候會將容水率設計得高于標準要求，例如，美國磁通的ZL-60D自乳化熒光滲透劑就能到到20%的容水率。水基產品的容水率就大很多了，甚至可以做到與水無限混溶，我們設計的水基產品，容水率都達到50%以上。容水率高，產品耐水污染能力強，可延長產品使用壽命。
 

5.6 熒光亮度、UV穩定性、熱穩定性

熒光亮度：以RC-77為標樣，亮度值設為80，測試值為對比亮度值。
UV穩定性：800Μw/cm2的UV-A下曝光1個小時，熒光亮度計測試，與未曝光的進行對比，得比值。
熱穩定性：117℃烘箱，烘一個小時，熒光亮度計測試，與未進烘箱的進行對比，得比值。
結論：水基產品可以做到和油基產品一樣的亮度，并且具有優異的熱穩定性和UV穩定性。
 
5.7 潤濕性
實驗證明，通過合適的表面活性劑的調劑，水基產品能在工件及試塊表面上充分潤濕，不存在收縮的情況，與油基產品無異。

光滑1型試塊上的潤濕性

粗糙度試塊上的潤濕性

 
結論：無論在光滑面上還是粗糙面上，水基和油基產品表現出同樣的潤濕效果，無收縮現象。
 
綜上，水基熒光滲透液各方面技術指標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帶來的價值
降低檢測成本：
材料成本低：相對油基產品價格較低
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：廢水產生量少；BOD/COD比值高，易處理；COD、BOD absolute value低，廢水處理負荷減小
加快檢測流程：
預清洗后，簡單的漂洗后，可以不用烘干就進行滲透，加快檢測進程
優異的潤濕性和可去除性，節約清洗用水，縮短清洗用時間。
可去除性好，背景殘留少，信噪比高，使缺陷顯示更加鮮明
安全優勢
水基產品無閃點，不燃燒，生產、運輸、儲存、使用環節無著火的隱患，可以按照非危險品處理，節約成本。
水基產品無不佳氣味，無毒無害，檢測環境更舒適。
 
7. 水基型熒光滲透液還存在哪些不足
我們應該正視水基產品存在的一些不足，不應該去回避：
水基產品揮發相對比油基產品要快一些。
水基產品容易起泡，避免激烈的攪拌。
不建議采用水基顯像劑對水基滲透劑進行顯像，除非使用方通過實驗認可，確認可以采用水基顯像劑。

綜上所述，水基產品在環保性、經濟性、安全性上對油基產品有明顯的競爭優勢，靈敏度等關鍵指標也能滿足滲透檢測的要求。換用水基型熒光滲透液是明智的選擇。