DE10137865A1 - Flüssige, mit Wasser vermischbare Brennstoffzusammensetzung - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine flüssige, mit Wasser vermischbare Brennstoffzusammensetzung, die einen nicht-toxischen sauerstoffhaltigen Kohlenwasserstoff umfaßt, wobei der Kohlenwasserstoff eine Oberflächenspannung von wenigstens 25 mN/m (20 DEG C), eine Flammtemperatur von wenigstens 55 DEG C (K3-Grenze) hat und mit Wasser in einem Volumenverhältnis von wenigstens 90 : 10 vermischt werden kann. Die Erfindung betrifft ebenfalls die Anwendung der Brennstoffzusammensetzung als ein Lampenöl, ein mit farbiger Flamme brennendes Lampenöl und eine Brennpaste.

Description

Die Erfindung betrifft eine flüssige, mit Wasser vermischbare Brennstoffzusammensetzung auf der Grundlage von 4-Methyl-4-Hydroxy-2-Pentanon (Diazetonalkohol) und deren Anwendung als ein Lampenöl, ein mit farbiger Flamme brennendes Lampenöl und eine Brennpaste.

Stand der Technik

Lampenöl besteht zur Zeit meistens vorwiegend aus n- Paraffinen, insbesondere mit 10 bis 13 Kohlenstoffatomen. Bedingt durch die geringe Viskosität und den sehr apolaren Charakter kann diese Flüssigkeit bei Einatmung in die Lungen (durch Verschlucken) chemische Pneumonitis verursachen. Dieses Leiden kann sehr ernst und sogar fatal sein. Aus diesem Grunde ist eine Europäische Richtlinie (67/548) erlassen worden, um diese Gefahr abzufangen. Diese Richtlinie, die spätestens zum 1. Juli 2000 umgesetzt sein soll, beinhaltet, daß Lampenöl nicht gefärbt und/oder parfümiert werden darf, es sei denn:

• a) die Viskosität liegt über 7 cSt bei 40°C und/oder die Oberflächenspannung liegt bei 40°C über 33 mN/m,
• b) die Flüssigkeit besteht zu wenigstens 90 Gew.-% aus Nicht-Kohlenwasserstoffen.

Es hat sich herausgestellt, daß die Bedingung a) nicht mit einer in der Praxis verwendbaren Flüssigkeit vereinbar ist.

In DE-C-197 16 911 wird die Anwendung einer Brennstoffzusammensetzung als Lampenöl und/oder Brennpaste einer ausgedehnten Gruppe von Fettderivaten offenbart, die besteht aus Fettsäureglyceriden, Fettsäure-Estern, Fettalkoholen und Guerbetalkoholen, mit einem Stockpunkt unter 0°C, einer Jodzahl unter 20 und einer Oberflächenspannung von mehr als 25 mN/m. Von diesen Fettderivaten wird behauptet, daß sie gute Eigenschaften als Lampenöl haben und hinsichtlich der Gesundheitsrisiken unverdächtig sind. Jedoch ist von höheren Alkoholen zum Beispiel bekannt, daß sie eine große Einatmungsgefahr darstellen (A.G. Craan, Aspiration hazard and consumer products: a review, International Journal for ConsumerSafety, Teil 3, Nr. 3, S. 153-164, 1996) und auch von einigen Fettsäure-Estern ist inzwischen über Tierversuche bekannt, daß sie, wenn auch in geringerem Ausmaß als N-Paraffine, Lungenleiden verursachen (Assessment of Aspiration Hazard and Toxicity of Lampoil 2000/OP 2 in the rat, Notox Project 281497, 2000).

Ein sehr bedeutender, im allgemeinen noch zu wenig beachteter Parameter bei der Einatmungsgefahr ist die Löslichkeit einer Flüssigkeit in Wasser (siehe Halm c.s., Aspiration of "Non-Toxie" Lampoils in German Households, XVII International Congress of the European Association of Poisons Centres and Clinical Toxicologists, Marseille, 5. Juni 1996 und die vorstehend genannte Veröffentlichung von A.G. Craan).

Es kann gesagt werden, daß die Einatmungsgefahr in dem Umfange abnimmt, in dem die Vermischbarkeit mit Wasser zunimmt.

Die in DE-C-197 16 911 offenbarten Fettderivate lassen sich nicht oder kaum mit Wasser vermischen.

Die vorliegende Erfindung betrifft folglich eine flüssige, mit Wasser vermischbare Brennstoffzusammensetzung, die einen nicht-toxischen sauerstoffhaltigen Kohlenwasserstoff umfaßt, wobei der Kohlenwasserstoff eine Oberflächenspannung von wenigstens 25 mN/m (20°C), eine Flammtemperatur von wenigstens 55°C (K3-Grenze) hat und mit Wasser in einem Volumenverhältnis von wenigstens 90 : 10 vermischt werden kann. Die Erfindung betrifft ebenfalls die Anwendung der Brennstoffzusammensetzung als ein Lampenöl, ein mit farbiger Flamme brennendes Lampenöl und eine Brennpaste.

Vorzugsweise hat der Kohlenwasserstoff eine Dampfspannung von wenigstens 1,0 hPa (20°C).

Vorzugsweise ist der Kohlenwasserstoff vermischbar ("löslich") mit Wasser in einem Volumenverhältnis von 95 : 5 und insbesondere ist der Kohlenwasserstoff vollständig mit Wasser vermischbar. Nach der Erfindung ist der Kohlenwasserstoff insbesondere 4-Methyl-4- Hydroxy-2-Pentanon (Diazetonalkohol; nachstehend abgekürzt als DAA), was eine in industriellen Mengen verfügbare Flüssigkeit mit einem akzeptablen Preis ist. DAA wird zum Beispiel bei der Herstellung von Verkleidungen, Laminaten, Dichtungen, Klebestoffen und Schmierölen angewandt. Die Anwendung von DAA als Brennstoff, zum Beispiel in Form von Lampenöl, ist nach Ansicht des Anmelders nicht bekannt.

Anwendung als Lampenöl

Erstaunlicherweise wurde festgestellt, daß die Brennstoffzusammensetzung, vorzugsweise DAA, geeignete physikalische/chemische Eigenschaften zur Verwendung als Lampenöl aufweist. In der Tabelle werden die Eigenschaften von DAA aufgeführt.

TABELLE Eigenschaften von DAA (technische Qualität)

Farbe: Farblos (ASTM D1209)
Schmelztemperatur: -4°C
Kochstrecke: 150-172°C (ASTM D 1078)
Flammpunkt: 58°C (ASTM D93)
Selbstentzündungstemperatur: 620°C
Dampfspannung: 1,1 hPA bei 20°C
Dichte: 0,93-0,94 bei 20°C (SMS 1347)
Dynamische Viskosität: 2,9 mPa.s bei 20°C
Oberflächenspannung: 28,9 mN/m bei 20°C
Löslichkeit in/Mischbarkeit mit Wasser: vollständig.

Insbesondere die hohe Oberflächenspannung ist ein Vorteil in bezug auf die Einatmungsgefahr (siehe die vorgenannten Veröffentlichungen von A.G. Craan).

Die Kombination von hoher Oberflächenspannung und guter Vermischbarkeit mit Wasser macht die Brennstoffzusammensetzung zu einer geeigneten Flüssigkeit zur Anwendung als gefärbtes und/oder parfümiertes Lampenöl gemäß der Europäischen Richtlinie 67/548. Die Brennstoffzusammensetzung brennt rußfrei und geruchlos, mit gelbweißer Flammfarbe, die weniger intensiv ist als die von n-Paraffinen. Die Brennstoffzusammensetzung brennt gut mit allen Docht-Typen (Baumwolle und Glasfaser).

Lampenöl auf der Grundlage der Brennstoffzusammensetzung nach Erfindung darf gemäß der Europäische Richtlinie 67/548 gefärbt und/oder parfümiert werden.

Geeignete Farbmittel sind für Nahrungsmittel und für kosmetische Zwecke geeignete, in Wasser lösliche Farbstoffe, zum Beispiel solche, die in der Europäischen Richtlinie 76/768 aufgeführt worden sind. Nicht als erschöpfende Auflistung anzusehende Beispiele sind: Karmesinrot, Amarant, Ponceau 4R, Erythrosin, Karminsäure, Rübenrot, Anthozyanin, Paprika, Kurkumin, Tartrazin, Chinolin, Betacarotin, Patentblau, Indigokarmin, Chlorophyll, Brillantschwarz BN. Diese Farbstoffe werden vorzugsweise in Konzentrationen von 0,001 bis 0,1 Gew.-% verwendet, relativ zu der gesamten Zusammensetzung, und insbesondere 0,005 bis 0,05 Gew.-%. Geeignete Geruchsstoffe sind zum Beispiel Parfümöle. Parfumöle können homogen in der Brennstoffzusammensetzung gelöst werden, ohne daß dabei ein Emulgator verwendet werden muß. Nicht als erschöpfende Auflistung anzusehende Beispiele von Geruchsstoffen sind: Lavendelöl, Rosenöl, Jasminöl, Geranienöl, Anisöl, Korianderöl, Bergamotteöl, Zitronenöl, Apfelsinenöl, Sandelöl, Zedernöl, Thymianöl, Tannenöl und synthetische/halbsynthetische Parfumöle, wie Eugenol, Isoeugenol, Zitronellal, Hydroxyzitronellal, Geraniol. Diese Geruchsstoffe werden vorzugsweise in Konzentrationen von 0,1 bis 3 Gew.-%, relativ zu der gesamten Zusammensetzung, und insbesondere 0,5 bis 2,5 Gew.-% verwendet.

Die Brennstoffzusammensetzung bildet deshalb einen geeigneten Träger für gefärbtes und/oder parfümiertes Lampenöl. Die Brennstoffzusammensetzung kann zu diesem Zweck als solche oder gemischt mit einem oder mehreren untergeordneten Bestandteilen verwendet werden. Die Funktion dieser untergeordneten Bestandteile kann zum Beispiel die Intensivierung der gelbweißen Flammfarbe sein. Dies läßt sich zum Beispiel erreichen, indem höchstens 10 Gew.-% n-Paraffine hinzugefügt werden, obwohl dadurch selbstverständlich die Einatmungsgefahr der Zusammensetzung vergrößert wird.

Anwendung als Brennpaste

Brennpasten basieren zur Zeit häufig auf Alkoholen, zum Beispiel Ethanol, Isopropylalkohol oder Gemischen derselben. Diese Flüssigkeiten können mit üblichen Verdickungsmitteln, zum Beispiel Carboxymethylzellstoff, gut zu einer sogenannten Brennpaste eingedickt werden. Der Nachteil dieses Typs von Brennpaste ist jedoch der niedrige Flammpunkt (Klasse K1).

Die zur Zeit als Lampenöle verwendeten n-Paraffine lassen sich schwerer eindicken (bei ziemlich hoher Temperatur) und haben einen derartigen Flammpunkt (< 60°C), daß das Entzünden der Paste zu Schwierigkeiten führen kann.

DAA kann dagegen leicht mit üblichen Eindickungsmitteln eingedickt werden und hat einen Flammpunkt von 58°C, so daß es gerade noch in die Klasse K3 fällt. Deshalb ist DAA hervorragend geeignet als Grundstoff für Brennpaste.

Anwendung als mit farbiger Flamme brennendes Lampenöl

Ein Lampenöl, das mit farbiger Flamme brennt, wird in der niederländischen Patentschrift 1.003.391 beschrieben. In dieser Patentschrift wird beschrieben, wie kompliziert es ist, Lampenöl über lange Zeit und stabil mit farbiger Flamme brennen zu lassen. Dies ist ohne Zweifel einer der Gründe dafür, daß Lampenöl mit farbiger Flamme noch keine weit verbreitete wirtschaftliche Anwendung gefunden hat. Die Brennstoffzusammensetzung nach der niederländischen Patentschrift 1.003.391 hat gute Brenneigenschaften, weist jedoch den Nachteil auf, daß der Träger einen niedrigen Flammpunkt hat, was praktische Schwierigkeiten mit sich bringt.

Die Brennstoffzusammensetzung brennt mit einer Flamme, die nicht derart intensiv weißgelb gefärbt ist, daß eine etwaige Färbung der Flamme "übertönt" wird. Die Brennstoffzusammensetzung ist deshalb geeignet als Träger für eine Brennstoffzusammensetzung, die mit farbiger Flamme brennt. Die Färbung der Flamme ist mit der Brennstoffzusammensetzung nach der Erfindung als Träger nicht so homogen wie bei den Brennstoffzusammensetzungen nach der niederländischen Patentschrift 1.003.391, ist aber trotzdem sehr attraktiv (Flamme mit gelblichem Kern und darum herum einem weiten Mantel mit der Emissionsfarbe der beigemischten Metallverbindung). Die Flammfärbung kann mit der Brennstoffzusammensetzung auf dieselbe Weise realisiert werden, wie dies in der niederländischen Patentschrift 1.003.391 beschrieben worden ist. Eine solche Brennstoffzusammensetzung enthält neben dem Kohlenwasserstoff nach der Erfindung

• a) 0,001 bis 2 Gew.-% der Metallverbindung,
• b) 0-20 Gew.-% Wasser.

Vorteile einer solchen Brennstoffzusammensetzung sind insbesondere die niedrigen Konzentrationen der Metallverbindungen in dem Brennstoff, bei denen trotzdem eine befriedigende Farbbildung erhalten wird. Dadurch kann diese Zusammensetzung auf dieselbe Weise als Lampenöl angewandt werden, mit der ergänzten Eigenschaft der attraktiv gefärbten Flamme, mit der die Zusammensetzung brennt. Ein weiterer Vorteil gegenüber dem üblichen Lampenöl ist der, daß die Zusammensetzung nach der Erfindung beim Verzehr durch z. B. Kinder nicht die schwere Erkrankung chemische Pneumonitis auslösen kann.

Die farbbildenden Metallverbindungen müssen ausreichend löslich sein in dem Kohlenwasserstoff nach der Erfindung.

Die Metallverbindungen, die Teil der Brennstoffzusammensetzung sind, verleihen der Flamme die Farbe, indem sie bei der herrschenden Flammtemperatur im Wege der Emission die Farbbildung der Flamme hervorrufen. Beispiele von Metallen, die diese Farbbildung hervorrufen können, sind Lithium (rot), Strontium (rot), Natrium (gelb-orange-farben), Kalium (lila), Rubidium (purpurrot), Cäsium (purpur­ blau) Kalzium (orangerot), Barium (grün), Indium (purpurblau), Kupfer (grün und blau), Bor (grün), Titan, Zink und Magnesium (weiß). Nach der Erfindung sind die Metalle vorzugsweise Lithium, Borium und Natrium, und werden diese Metalle im Form eines Salzes angewandt, wobei der Salzrest vorzugsweise Nitrat, Chlorid, Acetat, Zitrat, Methoxid oder Ethoxid oder eine Gemisch solcher Salzreste ist.

Die Zusammensetzung nach der Erfindung enthält 0-20 Gew.-% Wasser. Vorzugsweise ist der Wassergehalt möglichst niedrig und liegt insbesondere nicht über 5 Gew.-%.

Der Brennstoffzusammensetzung nach der Erfindung können ebenfalls Zuschlagsstoffe beigegeben werden, um der Flüssigkeit eine Farbe und/oder einen Geruch zu verleihen, wobei die Menge, mit der diese Zuschlagsstoffe beigegeben werden, nicht so groß sein darf, daß dadurch die Verbrennung beeinträchtigt wird. Folglich beeinflussen diese Zuschlagsstoffe vorzugsweise nicht die Farbbildung, verursachen sie keine schädlichen Verbindungsprodukte und lösen sie keine Verstopfung (Schlackenbildung) des Dochts aus. Wenn die Brennstoffzusammensetzung eine Verbindung aus Lithium und/oder Natrium enthält, ist diese Verbindung vorzugsweise ein Salz. Wenn die Metallverbindung ein Lithiumsalz ist, enthält die Zusammensetzung vorzugsweise 0,01 bis 0,04 Gew.-% berechnet von der gesamten Zusammensetzung, des Lithiumsalzes, wenn die Metallverbindung ein Natriumsalz ist, enthält die Zusammensetzung vorzugsweise 0,01 bis 0,04 Gew.-% des Natriumsalzes.

Ist die Metallverbindung eine Borverbindung, so ist die Borverbindung vorzugsweise Borsäure, Triethylborat oder ein Ester von Borsäure und Ethylenglykol und enthält die Zusammensetzung vorzugsweise 0,5 bis 1,5 Gew.-% einer solchen Borverbindung.

Der Vorteil der Brennstoffzusammensetzung nach der Erfindung, die mit einer farbigen Flamme brennt, ist somit der Flammpunkt (K3), wodurch mit einer solchen Zusammensetzung sicher hantiert werden kann und sie sich sicher lagern läßt, sowie der Umstand, daß diese Zusammensetzung ohne Probleme in allen gängigen Öllämpchen, Sturmleuchten, Gartenfackeln und so weiter, mit allen gängigen Dochttypen angewandt werden kann.

Beispiel 1

DAA wurde als Lampenöl in verschiedenen im Handel erhältlichen Öllämpchen verwendet, die mit einem Docht aus Baumwolle oder Glasfaser versehen waren. DAA brannte in allen Fällen gut mit gelbweißer Flamme mit ausreichender Größe. Der Verbrauch war selbstverständlich von der Dicke des Dochts und von der Einstellung der Flammhöhe abhängig. Es gab keine Rußbildung bei großer Flamme und es gab kein oder kaum Nachqualmen nach dem Ausblasen. DAA ist somit geeignet zur praktischen Anwendung als Lampenöl.

Beispiel 2

Eine Brennstoffzusammensetzung, die mit roter Flamme brennt, wird aufbereitet, indem eine derartige Menge von Lithiumchlorid, Lithiumacetat, Lithiummethoxid oder Lithiumethoxid in DAA gelöst wird, daß die Zusammensetzung 50 mg Lithium, berechnet für Metall, pro Liter Zusammensetzung enthält.

Beispiel 3

Eine Brennstoffzusammensetzung, die mit orangefarbener Flamme brennt, wird auf die in Beispiel 3 angegebene Weise aufbereitet, mit der Maßgabe, daß statt der Lithiumverbindung eine derartige Menge von Natriumchlorid, Natriumacetat, Natriummethoxid oder Natriumethoxid in DAA gelöst wird, daß die Zusammensetzung 100 mg Natrium, berechnet für Metall, pro Liter Zusammensetzung enthält.

Beispiel 4

Eine Zusammensetzung, die mit grüner Flamme brennt, wird gemäß der im Beispiel 3 gegebenen Vorschrift aufbereitet, mit der Maßgabe, daß statt der Lithiumverbindung eine derartige Menge von Borsäure, Trimethylborat, Triethylborat oder ein Ester von Borsäure und Etyhlenglykol beigegeben wird, daß die Zusammensetzung 1 bis 3 g Bor, berechnet für Metall, pro Liter Zusammensetzung enthält.

Claims (11)

1. Flüssige, mit Wasser vermischbare Brennstoffzusammensetzung, die einen nicht-toxischen sauerstoffhaltigen Kohlenwasserstoff umfaßt, wobei der Kohlenwasserstoff eine Oberflächenspannung von wenigstens 25 mN/m (20°C), eine Flammtemperatur von wenigstens 55°C (K3-Grenze) hat und mit Wasser in einem Volumenverhältnis von wenigstens 90 : 10 vermischt werden kann.

2. Brennstoffzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der Kohlenwasserstoff eine Dampfspannung von wenigstens 1,0 hPa (20°C) hat.

3. Brennstoffzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kohlenwasserstoff eine dynamische Viskosität von nicht mehr als 3 mPa.s (20°C) hat.

4. Brennstoffzusammensetzung nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der Kohlenwasserstoff 4-Methyl-4- Hydroxy-2-Pentanon ist.

5. Brennstoffzusammensetzung nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Brennstoffzusammensetzung 0,001 bis 0,1 Gew.-% Farbstoffe, relativ zu der gesamten Zusammensetzung enthält.

6. Brennstoffzusammensetzung nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Brennstoffzusammensetzung 0,1 bis 3 Gew.-% Geruchsstoffe, relativ zu der gesamten Zusammensetzung enthält.

7. Anwendung eines nicht-toxischen sauerstoffhaltigen Kohlenwasserstoffs als eine Komponente für eine Brennstoffzusammensetzung, wobei der Kohlenwasserstoff eine Oberflächenspannung von wenigstens 25 mN/m (20°C), eine Flammtemperatur von wenigstens 55°C (K3 Grenze) hat und mit Wasser in einem Volumenverhältnis von wenigstens 90 : 10 vermischt werden kann.

8. Anwendung gemäß Anspruch 7, wobei der Kohlenwasserstoff 4- Methyl-4-Hydroxy-2-Pentanon ist.

9. Anwendung der Brennstoffzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 als Lampenöl.

10. Anwendung gemäß Anspruch 9, wobei das Lampenöl ein Lampenöl ist, das mit gefärbter Flamme brennt.

11. Anwendung der Brennstoffzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 als Brennpaste.