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Die vorliegende Erfindung betrifft eine wässrige Reinigungslösung, insbesondere zur Entfernung von Lackanhaftungen. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Konzentratzusammensetzung zur Bereitstellung einer solchen wässrigen Reinigungslösung.
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pH-saure wässrige Reinigungslösungen sind insbesondere aus dem Einsatz in Lackierereien bekannt und dienen dort zum Entfernen von frischen und angetrockneten Lackresten.
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Eine Vielzahl von metallischen Gegenständen, z. B. Automobilkarosserien, werden mit dem Verfahren der kathodischen Tauchlackierung (KTL) lackiert. Die KTL-Lackierung findet als Haftgrund für nachfolgende Lackierungen, Korrosionsschutz und auch als Decklack Verwendung. In der Serienfertigung erfolgt die kathodische Tauchlackierung in der Regel automatisch. Das Lackiergut wird in einen elektrisch leitfähigen, wässrigen Tauchlack eingetaucht, und es wird zwischen dem Lackiergut und einer Gegenelektrode ein Gleichspannungsfeld angelegt. Das Grundprinzip des Elektrotauchlackierens besteht darin, wasserlösliche Bindemittel an der Oberfläche des als Elektrode geschalteten Lackiergutes auszufällen und so einen geschlossenen, haftenden Lackfilm zu erzeugen. Bei der kathodischen Tauchlackierung ist der zu lackierende Gegenstand als Kathode und das KTL-Becken als Anode geschaltet. Die KTL ist eine sehr umweltfreundliche Lackiermethode, da im Allgemeinen als Lösemittel vollentsalztes Wasser eingesetzt wird. Außerdem ist die Lackausbeute mit bis zu 98,5% sehr hoch. Somit werden lediglich bis zu 1,5% des eingesetzten Lackes ausgetragen.
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Genau dieser Lackaustrag setzt sich in der gesamten Lackiererei bevorzugt an den Skids ab. Dabei handelt es sich um Träger, Gestelle oder Schlitten, mit denen die zu lackierenden Teile transportiert bzw. gehalten werden. Um diese Lackanhaftungen zu entfernen, werden die Skids normalerweise aus dem kontinuierlichen Prozess ausgeschleust und in ein separates Reinigungsbecken eingetaucht. Die Kontaktzeit mit dem Reinigungsmedium beträgt nur wenige Sekunden. Danach werden die Träger wieder in den Prozess eingeschleust.
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Oftmals wird auf den kontinuierlichen Reinigungsprozess mangels Reinigungskraft und -spontanität verzichtet und die Skids aufwendig und tumusmäßig, zumeist an Wochenenden und nach mehreren Stunden Einweichzeit in der Reinigerlösung, manuell gereinigt. Die anderen Bereiche der Lackiererei wie Böden, Wände, Transporteinrichtungen und auch die Trockner werden u. a. durch Lackaerosole verschmutzt und müssen normalerweise ebenfalls aufwendig und tumusmäßig manuell gereinigt werden.
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Der Einsatz der genannten Reinigungslösungen zum Entfernen von Lackresten kann sowohl manuell als auch maschinell in einem kontinuierlichen Prozess (Tauch- oder Spritzverfahren), bevorzugt bei Raumtemperatur, stattfinden.
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Für diese Reinigungsaufgabe weiden häufig Reinigungsflüssigkeiten eingesetzt, die aus flüchtigen organischen Lösungsmitteln und organischen oder anorganischen Säuren bestehen oder zumindest einen hohen Anteil dieser Rohstoffe enthalten. Häufig in der Praxis für Standardprodukte eingesetzte Lösemittel bzw. Säuren sind bspw. Butylacetat bzw. Essigsäure.
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Ein allgemeiner Nachteil der verwendeten Komponenten liegt in ihrem hohen Dampfdruck. Sie gehen teilweise in die Umgebungsluft über und werden daher als flüchtige organische Substanz (VOC, Volatile Organic Compound) bezeichnet. Als VOC werden dabei gemäß einer verbreiteten Definition organische Verbindungen bezeichnet, die bei 293,15 Kelvin einen Dampfdruck von 0,1 mbar oder mehr aufwiesen. Aufgrund der in bekannten pH-sauren Reinigungslösungen verwendeten Säuren und Lösemitteln sowie deren Rezepturanteilen sind diese Produkte zumeist mit den Gefahrensymbolen C (ätzend) oder Xn (gesundheitsschädlich) gekennzeichnet.
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Damit gehen neben gesundheitlichen, arbeitsphysiologischen und Umweltrisiken insbesondere erhebliche geruchliche Belästigungen bei der Anwendung einher. Diesbezüglich sei lediglich beispielhaft auf den stechenden Geruch von Essigsäure verwiesen.
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Bei bekannten Reinigungslösungen sind des Weiteren nachteilig die nicht ausreichend spontane Reinigungswirkung im kontinuierlichen Prozess und zu lange Einweichzeiten bei der manuellen Reinigung. Dies wiederum kann zu erhöhtem Verschleiß durch Angriffe des aggressiven Reinigungsmediums auf die Grundmaterialien der Anlagen und Anlagenteile wie Skids oder Transporteinrichtungen führen. Insbesondere bewirken die üblicherweise verwendeten organischen und anorganischen Säuren eine starke Korrosion der Anlagenteile und Auffangeinrichtungen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine wässrige Reinigungslösung – und in diesem Zusammenhang auch eine Konzentratzusammensetzung zur Bereitstellung einer solchen Lösung – vorzuschlagen, mit der eine Entfernung von Lackresten mit erhöhter Reinigungskraft und -spontanität bei gleichzeitig verbesserter Umweltverträglichkeit und verminderten arbeitsphysiologischen Beeinträchtigungen realisiert ist.
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Diese Aufgabe ist zunächst in Bezug auf eine wässrige Reinigungslösung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Danach weist die erfindungsgemäße Reinigungslösung sowohl 2-Hydroxypropansäure (Milchsäure) als auch einen Glykolether auf.
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Erfindungsgemäß ist gefunden worden, dass mit einer pH-sauren Reinigungslösung, welche sowohl 2-Hydroxypropansäure als auch einen Glykolether aufweist, eine gegenüber bekannten Standardprodukten überraschend hohe Reinigungskraft und -spontanität erzielt wird. So ist in überraschender Weise eine Reinigungslösung bereitgestellt, welche auf bisher verwendete anorganische oder organische Säuren verzichtet, die nachteilige arbeitsphysiologische Einflüsse entfalten und schädlich auf Anlagenteile sowie die Umwelt wirken.
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Die erfindungsgemäße Reinigungslösung kann sowohl manuell als auch in einem kontinuierlichen Prozess (bspw. Tauch- oder Spritzverfahren) mit wirtschaftlich sinnvollen Anwendungszeiten und insbesondere bei Raumtemperatur angewendet werden. Des Weiteren ist die erfindungsgemäße Reinigungslösung mit allen in der KTL-Lackiererei verwendeten und bekannten Chemikalien verträglich.
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Als Gefahrenbezeichnung für die erfindungsgemäße Lösung ist höchstens Xi (reizend) und damit nicht mehr Xn (gesundheitsschädlich) zu zuordnen. Des Weiteren kann die Lösung der Detergentienverordnung EG Nr. 648/2004 entsprechen.
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In überraschender Weise wirkt die Milchsäure in der erfindungsgemäßen Reinigungslösung trotz saurer Umgebung nicht korrosiv auf die Anlagenteile der Lackiererei. Es findet kein signifikanter Angriff (bspw. Rostbefall) auf Anlagenteile statt. Es wurde festgestellt, dass selbst Eisenmetalle beim Kontakt mit der erfindungsgemäßen Reinigungslösung nicht rosten. Dadurch wird der Verschleiß gering und die KTL-Lackiererei langfristig funktionsfähig gehalten.
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Durch die Verwendung von Milchsäure ist die Geruchsbelästigung durch die erfindungsgemäße Reinigungslösung drastisch reduziert. Es ist des Weiteren erfindungsgemäß erkannt worden, dass innerhalb der vorgeschlagenen Reinigungslösung die Milchsäure mit längerkettigen und damit VOC-freien Glykolethern kombinierbar ist, ohne die hervorragende Reinigungswirkung und -spontanität zu beeinträchtigen. Damit kann ein hochwirksames und gleichzeitig VOC-freies Produkt bereitgestellt werden. Eine VOC-freie erfindungsgemäße Reinigungslösung wäre als anwendungsfertige Lösung damit sogar kennzeichnungsfrei und würde immer noch eine gegenüber bekannten Produkten verbesserte Reinigungswirkung bereitstellen.
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Folglich ist mit der erfindungsgemäßen wässrigen Reinigungslösung die Entfernung von Lackresten mit erhöhter Reinigungskraft und -spontanität bei gleichzeitig verbesserter Umweltverträglichkeit und verminderten arbeitsphysiologischen Beeinträchtigungen realisiert.
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In einer besonders bevorzugten ersten Ausgestaltung des Erfindungsgedankens weist die Reinigungslösung einen bei Raumtemperatur wenig oder nicht flüchtigen (VOC-freien) Glykolether auf, insbesondere einen Glykolether mit 8-10 C-Atomen. Es ist gefunden worden, dass in der Kombination mit 2-Hydroxypropansäure auch Glykolether als Lösemittel sehr gut verwendbar sind, welche eine erhöhte Molmasse und damit einhergehend bei Raumtemperatur einen geringeren Dampfdruck aufweisen.
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Auch wenig oder nicht flüchtige Glykolether, insbesondere Glykolether mit 8-10 C-Atomen, können innerhalb der erfindungsgemäßen Reinigungslösung Verwendung finden, ohne die hervorragende Reinigungskraft und -spontanität zu beeinträchtigen. Darüber hinaus wird mit dieser Ausführungsform eine Reinigungslösung vorgeschlagen, welche keine leichtflüchtigen organischen Substanzen mehr enthält und damit sehr geruchsarm oder sogar praktisch geruchsfrei ist. Des Weiteren können Glykolether ausgewählt werden, welche zusammen mit der 2-Hydroxypropansäure der EG-Detergentienverordnung Nr. 648/2004 entsprechen. Damit gilt die Reinigungslösung als biologisch abbaubar.
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Als VOC-freie und für die erfindungsgemäße Reinigungslösung besonders geeignete Glykolether wenden 2-(2-Butoxyethoxy)-ethanol(Butyldiglykol), 2-Hexoxy-1-ethanol (Hexylglykol), 2-(2-Hexyloxyethoxy)-ethanol (Hexyldiglykol), oder eine Mischung hiervon vorgeschlagen. Die genannten Glykolether weisen bei Raumtemperatur einen Dampfdruck von weniger als 0.1 mbar auf und gelten somit als VOC-frei. Darüber hinaus stellen diese Komponenten, und insbesondere 2-(2-Butoxyethoxy)-ethanol, zusammen mit 2-Hydroxypropansäure eine AH-saure Reinigungslösung mit hervorragender Reinigungskraft und -spontanität bereit.
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Im Hinblick auf die Dosierung von Glykolether hat sich innerhalb einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ein Gehalt an Glykolether von 0,5 Massen-% (Ma.-%) bis 10 Ma.-%, insbesondere von 2 Ma.-% bis 8 Ma.-%, an der erfindungsgemäßen wässrigen Reinigungslösung als besonders vorteilhaft herausgestellt.
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Bezüglich des Anteils von 2-Hydroxypropansäure an der wässrigen Reinigungslösung wird eine Ausführungsform vorgeschlagen, welche einen Gehalt an 2-Hydroxypropansäure von 0,1 Ma.-% bis 6 Ma.-%, insbesondere von 2 Ma.-% bis 3 Ma.-%, aufweist.
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Im Hinblick auf eine nochmalige Verstärkung der Reinigungskraft und -spontanität ist eine Ausführungsform bevorzugt, bei der die wässrige Reinigungslösung zusätzlich ein oder mehrere nichtionische Tenside als waschaktive Substanzen enthält. Der Anteil nichtionischer Tenside an der wässrigen Reinigungslösung beträgt hierbei bevorzugt 0,01 Ma.-% bis 8 Ma.-%.
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Im Hinblick auf eine abermalige Verbesserung der Eigenschaften der vorgeschlagenen wässrigen Reinigungslösung wird eine Weiterbildung vorgeschlagen bei der die Lösung ein Blockpolymer aus Ethylenoxid und Propylenoxid, insbesondere mit einem Anteil von 0,01 Ma.-% bis 4 Ma.-% an der Lösung, aufweist.
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Alternativ oder zusätzlich kann die wässrige Reinigungslösung in vorteilhafter Weise einen Fettalkohol, insbesondere einen Fettalkohol mit 10 bis 14 C-Atomen, und/oder mit einem Ethoxylierungsgrad von 3 bis 11, und insbesondere mit einem Anteil von 0,01 Ma.-% bis 2 Ma.-% an der Lösung, aufweisen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die wässrige Reinigungslösung alternativ oder zusätzlich ein Alkylglycosid und/oder ein Alkylpolyglycosid auf, und zwar insbesondere ein Glycosid mit mindestens 8 C-Atomen, wobei der Glycosidanteil an der Reinigungslösung bevorzugt 0,01 Ma.-% bis 2 Ma.-% betragen kann.
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Hinsichtlich einer Konzentratzusammensetzung zur Bereitstellung einer wässrigen Reinigungslösung ist die oben genannte Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Danach wird eine insbesondere wasserfreie oder wasserarme Konzentratzusammensetzung vorgeschlagen, welche zur Bereitstellung einer erfindungsgemäßen wässrigen Reinigungslösung, auch einer Lösung gemäß einer der vorbeschriebenen vorteilhaften Ausführungsformen, dient. Dabei wird insbesondere auf eine Konzentratzusammensetzung abgezielt, welche sich durch Zugabe von ggf. vollentsalztem Wasser in eine erfindungsgemäße wässrige Reinigungslösung überführen lässt.
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Dem Fachmann ist bekannt, dass hier in Rede stehende wässrige Reinigungslösungen oft nicht in anwendungsfertiger Form angeboten werden. Vielmehr handelt es sich verbreitet um wasserfreie oder wasserarme Konzentratzusammensetzungen, welche erst beim Anwender durch Zugabe eines Lösungsmittels, insbesondere von Wasser, in die anwendungsfertige Reinigungslösung überführt wenden. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ausdrücklich auch auf Konzentratzusammensetzungen, welche durch Zugabe von Wasser und ggf. anderen Lösungsmitteln in eine wässrige Reinigungslösung gemäß vorliegender Erfindung überführbar sind. Die hierzu notwendige, zuzugebende Wassermenge kann dabei variieren, wobei Ober- und Untergrenzen durch die beanspruchte Konzentratzusammensetzung jedoch nicht festgelegt werden.
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Die Zusammensetzung einer im Hinblick auf hervorragende Reinigungswirkung und -spontanität sowie geringe Umwelt- und arbeitsphysiologische Beeinträchtigungen besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Konzentratzusammensetzung wird wie folgt angegeben:
| 2-Hydroxypropansäure: | 15–30 Ma.-%, |
| Glykolether, insbesondere mit 8-10 C-Atomen: | 50–80 Ma.-%, |
| Blockpolymer aus Ethylenoxid und Propylenoxid: | 0–20 Ma.-%, |
| Fettalkohol, insbesondere mit 10 bis 14 C-Atomen und/oder mit einem Ethoxylierungsgrad von 3 bis 11: | 0–5 Ma.-%, |
| Alkylglycosid und/oder Alkylpolyglycosid, insbesondere Glycosid mit mindestens 8 C-Atomen: | 0–5 Ma.-%. |
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In Bezug auf die Vorteilhaftigkeit des Vorhandenseins obiger Komponenten sowie in Bezug auf deren vorteilhafte Anteile an der Konzentratzusammensetzung wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Ausführungen bezüglich der erfindungsgemäßen wässrigen Reinigungslösung verwiesen.
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Beispiele
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Im Rahmen zweier Versuchsreihen ist die Lackverträglichkeit sowie die Reinigungswirkung erfindungsgemäßer wässriger Reinigungslösungen untersucht worden.
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Dazu wurden zunächst zwei erfindungsgemäße Konzentratzusammensetzungen hergestellt, deren Zusammensetzung Tabelle 1 zu entnehmen ist. Als Vergleich diente die Konzentratzusammensetzung eines nicht erfindungsgemäßen Standardprodukts.
| Komponenten | Beispiel 1 | Beispiel 2 | Vergleichsbeispiel |
| 2-Hydroxypropansäure | 25 | 25 | - |
| Essigäure | | - | 10 |
| 2-(2-Butoxyethoxy)-ethanol | 75 | 55 | - |
| 2-Butoxyethanol | | - | 90 |
| Blockpolymer aus Ethylen- und Propylenoxid | - | 15 | - |
| C10-14-Fettalkohol × 3-11 Ethylenoxid | - | 2,5 | - |
| Alkyl(poly)glycosid | - | 2,5 | - |
Tabelle 1: Zusammensetzungen (in Massen-%) zweier erfindungsgemäßer Konzentrate (Beispiel 1, 2) sowie eines nicht erfindungsgemäßen Vergleichsbeispiels (Standardprodukt) für die durchgeführten Versuchsreihen.
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Zur Durchführung der Versuchsreihen wurden aus jeder Konzentratzusammensetzung jeweils eine anwendungsfertige Reinigungslösung mit 4 Ma.-% des jeweiligen Konzentrats sowie eine Lösung mit 10 Ma.-% des jeweiligen Konzentrats hergestellt und untersucht.
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Versuch 1
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Versuch 1 diente der Überprüfung der Lackverträglichkeit der erfindungsgemäßen wässrigen Reinigungslösungen. Dabei sollten insbesondere Rohstoffe und Reinigungslösungen auf mögliche Unverträglichkeiten untersucht werden, bspw. auf Kraterbildung mit verwendeten Lacken.
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Dazu sind saubere, unlackierte Stahlbleche im A5-Format viermal mit der zu untersuchenden Reinigungslösung abgespült und zwischen den Spülvorgängen in waagrechter Lage getrocknet worden. Die Trocknung wurde dabei im Umluftofen bei 50°C beschleunigt.
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Danach wurden die getrockneten Versuchsbleche mit herkömmlichen, in der Automobilindustrie verwendeten Lacken bzw. KTL-Lacken lackiert.
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Nach Abtrocknung der Lackschicht wurden die lackierten Versuchsbleche bei guter Beleuchtung (Tageslicht bzw. Neonbeleuchtung) optisch untersucht. Sollten dabei Krater oder andere Unverträglichkeiten festgestellt wenden, wäre die Prüfung zu wiederholen. Würden auch bei einer zweiten Prüfung Krater auftreten, wäre die Reinigungslösung für diese Reinigungsaufgabe ungeeignet.
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Des Ergebnis zu Versuch 1 zeigte jedoch, dass die aus den Belspielkonzentraten 1 und 2 und dem Vergleichskonzentrat hergestellten Reinigungslösungen mit jeweils 4 Ma.-% und 10 Ma.-% Anteil des Konzentrats an der Lösung allesamt keine Lackstörungen zeigten und daher mit standardmäßig eingesetzten KTL-Lacken verträglich sind.
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Versuch 2
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In der zweiten Versuchsreihe ist die Reinigungswirkung der erfindungsgemäßen Reinigungslösungen aus den Konzentraten gemäß Beispiel 1 und Beispiel 2 im Vergleich zu derjenigen gemäß Vergleichbeispiel untersucht worden. Um zur Beurteilung der Lösekraft für Lackereste gleiche Versuchsbedingungen vorzugeben und innerhalb einer Versuchsreihe Ergebnisse vergleichen zu können, ist dabei wie folgt verfahren worden.
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Die Lösefähigkeit der untersuchten Reinigungslösungen ist mit Hilfe einer speziell konzipierten Apparatur geprüft worden. Die Apparatur besteht aus
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- – Klemmvorrichtungen,
- – zwei bis drei Büretten mit Hahn,
- – einer etwa 20 cm breiten und etwa 60 cm langen Glasscheibe, und
- – einer Auffangvorrichtung.
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Büretten sind mit Hilfe der Klemmvorrichtungen senkrecht befestigt worden. Dabei wurden die Büretten so justiert, dass der Abstand vom Bürettenhahn zu der Aufprallstelle auf der Glasscheibe exakt 100 mm betrug. Die Büretten sind mit der zu prüfenden Reinigungslösung befüllt worden. Die Glasscheibe hat dabei in einem Winkel von 45° im Gestell aufgelegen.
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Der verarbeitungsfertig eingestellte Lack ist dann vorsichtig mit einer Schichtstärke von 30 μm aufgerakelt worden, wobei die Glasscheibe im Bereich der Tropf- bzw. Aufprallstelle in einem ca. 6 cm–ca. 8 cm breiten Streifen beschichtet worden ist.
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Nach einer Wartezeit von 5 Stunden wurde die Reinigungslösung auf die mit dem Lack versehene Stelle der Glasscheibe getropft, wobei die Tropffrequenz ca. 1 Tropfen pro Sekunde betragen hat. Im Rahmen des Versuchs wurde die Anzahl der Tropfen bis zur vollständigen Ablösung des Lacks an der Tropf- bzw. Aufprallstelle bestimmt.
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Die mit der zweiten Versuchsreihe erhaltenen Ergebnisse sind Tabelle 2 zu entnehmen. Die Anzahl der Tropfen, die bis zur Ablösung des Lackes benötigt wurden, steht dabei in umgekehrtem Verhältnis zur Lösekraft der jeweiligen Reinigungslösung.
| KTL-Lack, Trockenzeit 5 h | Beispiel 1 | Beispiel 2 | Beispiel 2 | Vergleichsbeispiel |
| Konzentration (Ma.-%) | 10 | 4 | 10 | 10 |
| benötigte Tropfenzahl | 20 Tropfen | 70 Tropfen | 17 Tropfen | 120 Tropfen |
Tabelle 2: Ergebnisse der zweiten Versuchsreihe. Verglichen wird die Lösekraft für Lacke einer 10 Ma.-%-igen Lösung der Konzentratzusammensetzung gemäß Beispiel 1 und von 4 Ma.-%-igen und 10 Ma.-%-igen Lösungen der Zusammensetzung gemäß Beispiel 2. Zum Vergleich aufgenommen wurde die Lösekraft einer 10 Ma.-%-igen Lösung der Zusammensetzung gemäß Vergleichsbeispiel (Standardprodukt).
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Die Ergebnisse der zweiten Versuchsreihe zeigen, dass im Vergleich der 10%-igen Lösungen bereits 1/6 der Tropfenmenge von Beispiel 1 im Vergleich zum Vergleichsbeispiel ausreichte, um den Lack abzulösen. Im Bereich der 10%-igen Lösungen werden mit Beispiel 2 aufgrund der zusätzlich enthaltenen vorteilhaften Komponenten noch verbesserte Ergebnisse im Vergleich zu Beispiel 1 erzielt.
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Selbst mit einer 4%-igen Lösung gemäß Beispiel 2 reichte im Vergleich zu einer 10%-igen Lösung gemäß Vergleichsbeispiel weniger als 60% der Tropfenmenge aus, um den KTL-Lack abzulösen.
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Im Ergebnis belegt Versuch 1 die Praxistauglichkeit und Verträglichkeit der erfindungsgemäßen Reinigungslösung. Versuch 2 zeigt eindrucksvoll, dass Reinigungslösungen mit erfindungsgemäßer Zusammensetzung einem bisher verwendeten Standardprodukt in Reinigungskraft und -spontanität, selbst bei niedrigerer Dosierung, weit überlegen sind.
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Beide durchgeführten Versuche sind praxisgerecht und praxisrelevant. Die Reinigungslösungen aus den Konzentraten gemäß Beispiel 1 und Beispiel 2 bestehen dabei beide Tests und erweisen sich als praxistauglich.
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Abschließend sei betont, dass die vorstehend erläuterten Beispiele die erfindungsgemäße Lehre erörtern, die sich jedoch nicht auf die Beispiele einschränken.