水基熒光滲透液的特性
滲透檢測會產(chǎn)生大量高濃度難處理的廢水，帶來很大的環(huán)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(huán)保性、經(jīng)濟性以及性能指標入手，介紹水基熒光滲透液的優(yōu)缺點，旨在給大家提供理論支持和實驗數(shù)據(jù)，了解水基熒光滲透液。

1. 技術(shù)背景：
滲透檢測作為五大常規(guī)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(zhì)量控制環(huán)節(jié)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(yè)廣泛使用。

然而，滲透檢測不可避免的會產(chǎn)生廢水，對環(huán)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(chǎn)生量不大，**能產(chǎn)生5噸廢水的用戶就已經(jīng)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(yè)應用來看，能實現(xiàn)經(jīng)濟有效、運行穩(wěn)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(guān)于環(huán)保的一些概念
隨著整個社會環(huán)保意識的加強，環(huán)保方面的立法、標準、規(guī)范也越來越完善，用戶對滲透檢測的環(huán)保性、安全性的關(guān)注也越來越高。滲透檢測的環(huán)?；切袠I(yè)發(fā)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(zhì)還經(jīng)常出現(xiàn)在滲透劑的配方中，例如：，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(zhì)代謝慢，容易在環(huán)境和生物體內(nèi)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(guān)注化學物質(zhì)，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(zhì)是嚴重的雌hormone，嚴重干擾hormone分泌，導致生殖異常，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即化學需氧量，定義是氧化1L水中的還原性物質(zhì)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(zhì)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(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)保的角度來看，水是用來做滲透劑的主溶劑選擇。

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(jīng)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(zhì)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(zhì)，有許多異乎尋常的物理化學性質(zhì)，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(diào)節(jié)。

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(diào)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(fā)性：對于滲透劑來說，水的揮發(fā)太快，滲透劑在工件表面停留還不超過10分鐘，可能就已經(jīng)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(xiàn)在主流的滲透劑都是水洗型，整個滲透流程中，多個環(huán)節(jié)要用到水，水基滲透劑中的水也就不是問題。

水的優(yōu)勢：
環(huán)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可行的，而且會有很多突出的優(yōu)點。

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)稱為油基產(chǎn)品，他們都是碳氫或碳氫氧的化合物，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比較多，zui終的分解產(chǎn)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(zhì)量分數(shù)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(zhì)量分數(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(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(chǎn)物與油基產(chǎn)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(chǎn)品的30~50%。隨著技術(shù)的進步，進一步提高含水量是可能的，COD和BOD會進一步下降。

（1:300稀釋）

結(jié)論：水基產(chǎn)品在廢水處理上有明顯的優(yōu)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(chǎn)品和油基產(chǎn)品沒有本質(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
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(guān)。如前文所述，水不是傳統(tǒng)認知上的良好的滲透劑，但是可以通過調(diào)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(guān)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(yè)，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，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(jié)論：靈敏度的判定標準是一樣的，產(chǎn)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(qū)別。驗證實驗也可以看出，水基和油基在靈敏度上沒有本質(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(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)品的粘度不會因為是水基還是油基存在區(qū)別，粘度是由產(chǎn)品配方本身決定的。

5.4 抗過清洗性

我們正常的邏輯會認為，與油基產(chǎn)品相比，水基型產(chǎn)品容易被過清洗。大可不必為此擔心，產(chǎn)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(chǎn)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(jié)論：無論是在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(chǎn)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(chǎn)品，容水率都達到50%以上。容水率高，產(chǎn)品耐水污染能力強，可延長產(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為標樣，亮度值設為80，測試值為對比亮度值。
UV穩(wěn)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(wěn)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(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 潤濕性
實驗證明，通過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濕，不存在收縮的情況，與油基產(chǎn)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(jié)論：無論在光滑面上還是粗糙面上，水基和油基產(chǎn)品表現(xiàn)出同樣的潤濕效果，無收縮現(xiàn)象。

綜上，水基熒光滲透液各方面技術(shù)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(chǎn)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(chǎn)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(yōu)異的潤濕性和可去除性，節(jié)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(yōu)勢
水基產(chǎn)品無閃點，不燃燒，生產(chǎn)、運輸、儲存、使用環(huán)節(jié)無著火的隱患，可以按照非危險品處理，節(jié)約成本。
水基產(chǎn)品無不佳氣味，無毒無害，檢測環(huán)境更舒適。

7. 水基型熒光滲透液還存在哪些不足
我們應該正視水基產(chǎn)品存在的一些不足，不應該去回避：
水基產(chǎn)品揮發(fā)相對比油基產(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(chǎn)品在環(huán)保性、經(jīng)濟性、安全性上對油基產(chǎn)品有明顯的競爭優(yōu)勢，靈敏度等關(guān)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。