DE19842054A1

DE19842054A1 - Verwendung von wasserlöslichen polymeren Polycarboxylaten in Reinigerformulierungen mit abrasiver Wirkung

Info

Publication number: DE19842054A1
Application number: DE19842054A
Authority: DE
Inventors: Hartwig Wendt; Thomas Menzel
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1998-09-15
Filing date: 1998-09-15
Publication date: 2000-03-16
Also published as: EP0987318A1; US6524392B1; CA2281853A1; JP2000096092A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Reinigungsmittel, die als Pulver oder als wäßrige Formulierung auf Basis von Natriumbicarbonat, Natriumchlorid und/oder Zucker DOLLAR A a) ein wasserlösliches polymeres Polycarboxylat als Dispergiermittel, DOLLAR A b) einen Chelatbildner und/oder DOLLAR A c) ein Tensid enthalten, DOLLAR A die Verwendung dieser Reinigungsmittel zur abrasiven Reinigung fester Oberflächen sowie ein Verfahren zur Reinigung von mit Ablagerungen verunreinigten Oberflächen unter Verwendung dieser Reinigungsmittel.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Reinigungsmittel, die als Pulver oder als wässrige Formulierung auf Basis von Natriumbicarbonat, Natriumchlorid und/oder Zucker

a) ein wasserlösliches polymeres Polycarboxylat als Dispergiermittel,
b) einen Chelatbildner und/oder
c) ein Tensid enthalten,

die Verwendung dieser Reinigungsmittel zur abrasiven Reinigung fester Oberflächen sowie ein Verfahren zur Reinigung von mit Ablagerungen verunreinigten Ober flächen unter Verwendung dieser Reinigungsmittel.

Es ist Stand der Technik, feste Oberflächen wie Metall oder nicht metallische Ober flächen wie Gebäudefassaden oder Keramik mit abrasiven Mitteln zu reinigen. Dies geschieht aus hygienischen Gründen oder um Oberflächen für einen schützenden Anstrich vorzubereiten. Aufgabe des Reinigungsmittels ist es, von metallischen und nichtmetallischen Oberflächen die daran haftenden mineralischen, pflanzlichen und tierischen Öle, Fette, Wachse sowie Schmutz und sonstige anorganische und organi sche Verbindungen und Salze, wie Aschen, Pulver, Granulate, Stäube, Pigmente, Füllstoffe, Ruß, Teer, organische Polymere und ähnliches zu entfernen.

Mittels sogenannter Kaltreiniger werden Verunreinigungen der oben genannten Art von festen Oberflächen abgelöst und in die wässrige Phase überführt. Von umwelt freundlichen Kaltreinigern der ersten Generation forderte man schnelle An- und Ab lösung der Verschmutzung und schnelle Trennung der Öl- und Lösemittelphase von der Wasserphase sowie geringe Wasserlöslichkeit von Tensiden, Emulgatoren und Lösemitteln. Die zweite Generation, die Gruppe der sogenannten schnelltrennenden Kaltreiniger, basiert auf Tensiden bzw. Tensidmischungen, die grob disperse Wasser- in-Öl Emulsionen bilden, die auch relativ schnell zerfallen. Umweltfreundliche Kalt reiniger der dritten Generation verwenden organische Salze, die aufgrund ihrer che mischen Struktur eine hohe Affinität zu harten Oberflächen aufweisen. Schmutz schichten werden ganzflächig unterwandert und hierdurch eine praktisch vollständige Entfernung des Schmutzes beim anschließenden Reinigen mit Wasser erreicht. Die Wirksamkeit eines Reinigungsmittels wird also bestimmt durch seine Fähigkeit, ver schmutzte Oberflächen zu benetzen und zu penetrieren und so die Solubilisierung und Dispergierung zu fördern.

Die Fähigkeit eines Reinigungsmittels ist somit eine Kombination einer Reihe von Einflüssen, nämlich Erniedrigung der Grenzflächenspannung zwischen einer wässri gen und einer öligen Phase und der Beeinflussung der Wechselwirkung zwischen Partikeln und Waschflotte durch Penetration und Solvatation, Assoziation, Absorp tion und Hydratation.

Üblicherweise werden zur technischen Lösung dieses Problems Verfahren angewen det, die unter hohem Druck abrasive Reinigungsmittel aufsprühen. Dies kann mit Hilfe einer wässrigen Lösung, Suspension und Dispersion des Reinigungsmittels oder einer geeigneten Mischung von Reinigungsmitteln mit oder ohne Trägermate rialien geschehen. Ebenso sind aus US 4 817 312 trockene, d. h. mit Druckluft betrie bene Verfahren bekannt oder Kombinationen aus trockenen ("sandstrahlen") und nassen Strahltechniken.

Bei Niederdruckverfahren der US 5 487 695 werden zur Vermeidung von starker Staubentwicklung Wasser und Druckluft in der Düse vermischt und so durch eine spezielle Düsentechnik die Schmutzentwicklung während der Anwendung begrenzt.

Ein häufig genutztes Verfahren zur abrasiven Reinigung von Oberflächen ist das Sandstrahlverfahren. Sand ist ein sehr hartes abrasives Material, das effektiv zur Beseitigung von Farbe oder Verkrustungen auf metallischen Oberflächen wie Stahl eingesetzt werden kann. Obgleich Silikate für jede Art von abrasiven Strahltechniken sehr nützlich sind, bestehen auch hier einige gravierende Nachteile.

Die gesundheitliche Exposition eines Arbeiters durch mikrokristalline Silikat-Bruch stücke, die durch Zertrümmern von Silikat-Kristallen an der zu reinigenden Oberflä che entstehen, können in die Lunge gelangen und so zu schwerwiegenden gesund heitlichen Nachteilen führen. Insbesondere muß der Aufwand zur Reinigung der Umgebung nach Beendigung des Sandstrahlens in Betracht gezogen werden. Für viele Oberflächen ist Sand ein zu hartes Material, das die Struktur der zu reinigenden Oberfläche nachhaltig schädigt, zum Beispiel im Falle von Aluminium, Kunststoff oberflächen oder Holz. Im industriellen Bereich kann Sand in Maschinenräume ein dringen und Motoren und Getriebe nachhaltig schädigen.

Aus diesem Grund ist die Druckstrahl-Reinigung mit Natriumbicarbonat als eine Alternative zum Silikat-Verfahren entwickelt worden. Aus US 5 081 799 und US 5 083 402 kennt man die Verwendung von abrasiven Mitteln anstelle von Sand, wie z. B. Natriumchlorid oder Natriumbicarbonat. Üblicherweise wird z. B. Natriumbicar bonat mit Überdruck mit oder ohne Wasserzugabe auf die zu reinigende Fläche auf gestrahlt. Die Kristalle des Natriumbicarbonats reinigen hier zum einen abrasiv, also physikalisch. Zum anderen verfügen sie über eine chemische Reinigungskraft, da sie durch ihre Alkalität Verunreinigungen auch chemisch angreifen und verseifen kön nen. Ebenso können mit SiO₂ hydrophobierte Partikel (WO 91/15 308) aus anorgani schen Salzen eingesetzt werden, die so die Hygroskopie vieler Salze deutlich reduzie ren und damit eine bessere technische Anwendung erlauben, weil ein Verklumpen in der Hochdruckanlage weitgehend unterbleibt. Natriumbicarbonat ist nicht umwelt schädlich und gut wasserlöslich, so daß zurückbleibende Kristallkörner mit Wasser abgewaschen werden können (US S 487 695).

Allen nach Stand der Technik beschriebenen und in der Praxis erprobten Verfahren ist gemeinsam, daß sie unabhängig von der technischen Durchführung der abrasiven Reinigung von Oberflächen und den hierfür verwendeten abrasiven Materialien und Reinigungsmitteln stets einen zweiten, arbeitsaufwendigen Reinigungsprozeß anschließen müssen. Dieser Mangel bedeutet, daß der abgetragene Schmutz und das verbrauchte Reinigungsmittel zusammengefegt oder durch andere geeignete Maß nahmen sedimentierte Feststoffe zusammengetragen und entsorgt werden müssen. Es besteht also ein beträchtlicher zeitlicher und damit wirtschaftlicher Aufwand, die unmittelbare Umgebung der gereinigten Fläche ebenfalls nachbehandeln und reini gen zu müssen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand darin, durch Verwendung geeigne ter Reinigungsmittel Beläge der oben beschriebenen Art zu unterwandern, anzulösen, abzulösen oder abzuschmirgeln und den Schmutz möglichst fein in der Waschflotte iso- und polydispers zu verteilen und zu stabilisieren. Insbesondere gilt es, Sedimen tationsprozesse in der Waschflotte weitgehend zu unterbinden, um die Lauge mit einer möglichst hohen Schmutzfracht einer direkten umweltgerechten Entsorgung zu führen zu können und so die gewünschten anwendungstechnischen Anforderungen im Hinblick auf das Dispergierverhalten des Abwassers zu erfüllen. Auf diese Weise kann der Aufwand der Nachbehandlung und Reinigung der Umgebung entfallen oder zumindest beträchtlich reduziert werden.

Gleichzeitig sollten die bekannten Vorteile einer Reinigung mit Natriumbicarbonat beibehalten werden. Diese Vorteile bestehen vor allem in positiven ökologischen Eigenschaften des Materials, in seiner guten reinigenden Wirkung und Wasserlös lichkeit und in einer für den Anwender vergleichsweise geringen gesundheitlichen Exposition. Darüber hinaus kann durch Wahl eines geeigneten Druckbereichs die abrasive Wirkung des unter Umständen hydrophobierten Materials so beeinflußt werden, daß die zu reinigende Oberfläche in ihrer Struktur unbeschädigt bleibt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird dadurch gelöst, daß der vorstehend be schriebene Mangel durch die Einarbeitung eines Dispergiermittels auf Basis wasser löslicher polymerer Polycarboxylate sowie eines Chelatbildners und/oder eines Tensids in das Reinigungsmittel weitgehend gemindert werden kann.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Reinigungsmittel, die als Pulver und/oder als wässrige Formulierung auf Basis von Natriumbicarbonat, Natrium chlorid und/oder Zucker

a) ein wasserlösliches polymeres Polycarboxylat als Dispergiermittel,
b) einen Chelatbildner und/oder
c) ein Tensid enthalten.

Weiterhin Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung des erfin dungsgemäßen Reinigungsmittels zur Reinigung von metallischen und nichtmetalli schen Oberflächen sowie ein Verfahren zur Reinigung dieser Oberfläche.

Überraschenderweise wird durch den Zusatz der erfindungsgemäß verwendeten was serlöslichen polymeren Polycarboxylate als Dispergiermittel, sowie eines Chelat bildners und/oder eines Tensids weitgehend unabhängig von sonstigen Wirkstoffen der abrasiven Reinigungsformulierungen, eine wesentlich erhöhte Schmutzfracht des Abwassers und eine deutliche Verringerung der Sedimentation abgelöster Partikel er reicht, als bei herkömmlichen Mitteln. In vielen Fällen wurde außerdem eine höhere Reinigungsleistung bei den erfindungsgemäßen Mitteln beobachtet.

Diese Effekte konnten hingegen nicht durch den alleinigen Einsatz von Dispergier mitteln unter Ausschluß von abrasiven Zusätzen erzielt werden.

Schließlich konnte festgestellt werden, daß bei Einsatz der erfindungsgemäß verwen deten Mittel auf ein aufwendiges Reinigen der Umgebung verzichtet werden kann und - wenn überhaupt - nur vergleichsweise geringe Mengen sedimentierter Partikel, die überwiegend aus Natriumbicarbonat bestehen, mit wenig Wasser abgesprüht werden müssen.

Als wasserlösliches Trägermaterial werden erfindungsgemäß in erster Linie Natrium bicarbonat, Natriumchlorid oder Zucker eingesetzt. Diese können einzeln als einzige Trägermaterialien oder im Gemisch miteinander verwendet werden. Vorzugsweise finden hydrophobierte Trägermaterialien Verwendung, die eine leichtere technische Handhabung gewährleisten. Bevorzugt werden mit SiO₂ hydrophobierte Trägermaterialien eingesetzt.

Die Korngröße des Trägermaterials, insbesondere des Natriumbicarbonats wird üb licherweise so gewählt, daß nach Siebanalyse zwischen 10 und 70 Gew.-% des Materials eine Korngröße zwischen 50 µ und 300 µ, vorzugsweise zwischen 170 µ und 280 µ aufweisen.

Der Gehalt an Trägermaterial in den Reinigungsmitteln, insbesondere Natriumbi carbonat, beträgt vorzugsweise 20 bis 95 Gew.-%, insbesondere 50 bis 95 Gew.-%. Wird Natriumbicarbonat eingesetzt, können zusätzlich andere Trägermaterialien in Mengen bis zu 50 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 1 und 20 Gew.-% eingesetzt werden.

Die in den erfindungsgemäßen Reinigungsmitteln eingesetzten Dispergiermittel stammen vorzugsweise aus der Gruppe der wasserlöslichen Polyacrylate und ihrer Salze, der Polyasparaginsäuren und ihrer Salze und Mischungen dieser Stoffe.

Bei den Polyacrylaten handelt es sich in der Regel um Acrylsäure-Homopolymere oder um Copolymere auf Basis Acrylsäure und Maleinsäure oder auf Basis Malein säure und Methylvinylether. Sie können sauren, neutralen oder basischen Charakter besitzen. Im Falle des Einsatzes von Acrylsäure-Homopolymeren oder Co polymeren auf Basis Acrylsäuren und Maleinsäure oder auf Basis Maleinsäure und Methylvinylether ist der Einsatz von Chelatbildnern und/oder Tensid nicht unbedingt erforderlich.

Bei Polyasparaginsäuren kommen in erster Linie Polyasparaginsäure-Homopolymere und ihre Salze gemäß der WO 96/31 554 in Betracht. Vorzugsweise werden das Natriumsalz und das Ammoniumsalz der Polyasparaginsäuren als biologisch abbau bare und ökologisch unbedenkliche Stoffe verwendet. Selbstverständlich können auch alle anderen Salze und alle wasserlöslichen Copolymere der Poly asparaginsäuren und ihrer Salze eingesetzt werden. Ebenso kann das Anhydrid der Polyasparaginsäuren, Polysuccinimid (PSI) verwendet werden.

Bei Chelatbildnern handelt es sich in der Regel um organische Komplexbildner, mit denen mehrwertige Metallionen unter Ringbildung reagieren. Als bevorzugte Chelat bildner werden die Natriumsalze der Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA), der Nitrilotriessigsäure (NTA) oder der Iminodibernsteinsäure (IDS) eingesetzt. Selbst verständlich können aber auch alle anderen gebräuchlichen Komplexbildner, zum Beispiel aus der Reihe der Aminocarbonsäuren, eingearbeitet werden.

Als Tenside eignen sich für die erfindungsgemäßen Mittel neben üblichen Seifen insbesondere synthetische Tenside aus den Klassen der anionischen und der nichtio nischen Tenside. Beispiele besonders geeigneter Tenside sind Natriumalkansulfonate und ethoxylierte Fettalkohole.

Die vorstehend genannten Dispergiermittel, Chelatbildner und Tenside sind einzeln oder in Mischung in Mengen von wenigstens 5 Gew.-% enthalten. In jedem Fall ent halten die erfindungsgemäßen Mittel als kennzeichnenden Bestandteil bestimmte wasserlösliche polymere Polycarboxylate. Als Mindestgehalt für eine merkliche Wirkung sind etwa 5 Gew.-% anzusehen. Die Obergrenze des Gehalts wird nicht zu letzt durch den Preis bestimmt und liegt im allgemeinen nicht über 15 Gew.-%.

Vorzugsweise wird als Dispergiermittel das Natriumsalz der Polyasparaginsäuren in Mengen zwischen 5 und 12 Gew.-% in den Mitteln verwendet.

Je nach Art der technischen Durchführung beispielsweise Trocken- oder Wasser strahlverfahren, mit oder ohne Luftdruck enthalten die Reinigerformulierungen mehr oder weniger Wasser. Bevorzugt werden solche Reinigerformulierungen gewählt, die eine geringe Tendenz zeigen, die Streu- und Rieselfähigkeit des Reinigungsmittels zu behindern. Der Gehalt an Wasser kann daher in weiten Grenzen frei gewählt werden.

Neben den bereits genannten Inhaltsstoffen können in den Mitteln weitere Wirk- und Zusatzstoffe enthalten sein. Hier sind in erster Linie Farbstoffe zur Kennzeichnung der jeweiligen Reinigerformulierung und Konservierungsmittel zu nennen. Der Ge halt an derartigen Hilfs- und Zusatzstoffen liegt im allgemeinen nicht über 10 Gew.-%, meist erheblich darunter.

Beispiele

Im folgenden sind eine Reihe von typischen Rahmenrezepturen für erfindungsge mäße abrasive Reinigungsmittel angegeben.

Abrasive Reinigerformulierung auf Basis Polyasparaginsäuren (Tabelle 1)

Abrasive Reinigerformulierung auf Basis Acrylsäure-Homopolymer (Tabelle 2)

Abrasive Reinigerformulierung auf Basis Acrylsäure-Copolymer (Tabelle 3)

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Reinigerformulierungen kann im einfachsten Falle durch einfaches Vermengen aller Komponenten in geeigneten Trocken mischaggregaten erfolgen. In Einzelfällen kann es allerdings zweckmäßiger sein, die wasserlöslichen polymeren Polycarboxylate als wässrige Dispersion auf das Träger material aufzuziehen oder das Trägermaterial und die wasserlöslichen polymeren Polycarboxylate mit Wasser zu einer Suspension zu verarbeiten und sie in dieser Form in das Mischaggregat einzuführen.

Durch Vermischen der in Tabelle 4 angegebenen Komponenten wurden die Reini gungsformulierungen 1 bis 7 hergestellt. Die Gehalte sind in der Tabelle als Ge wichtsprozent aufgeführt und immer auf den Wirkstoffgehalt der Rohstoffe bezogen.

Tabelle 4

Prüfung des Reinigungseffekts

Um einen möglichst praxisnahen Test der einzelnen Abmischungen gemäß Beispie len 1 bis 7 zu gewährleisten, wurde in einem chemischen Produktionsbetrieb ein Kessel ausgesucht, der gleichmäßig äußerlich chemisch belastet und kontaminiert war. Die Oberfläche des Kessel-Kopfes wurde in sieben Segmente eingeteilt und jedes Segment gekennzeichnet. An jedem Kessel-Segment wurde jeweils eine Reinigerformulierung gemäß den Beispielen 1 bis 7 erprobt und die Reinigungs leistung sowie das Schmutztragevermögen des Abwassers visuell beurteilt. Die Beur teilung erfolgt nach folgender Scala:

1. 1 gleichmäßige und vollständige Reinigung ohne Rückstände; bzw. sehr gutes Schmutztragevermögen
2. 2 nahezu vollständige Reinigung, nur geringe Rückstände; bzw. gutes Schmutz tragevermögen
3. 3 sichtbare, aber nur ungleichmäßige Reinigung; bzw. deutliches Schmutztrage vermögen
4. 4 geringe, aber nur ungleichmäßige Reinigung; bzw. geringes Schmutztrage vermögen
5. 5 keine Reinigungsleistung; bzw. kein Schmutztragevermögen

Aus den Ergebnissen in Tabelle 5 wird das bessere Ergebnis mit den erfindungsge mäßen Mitteln deutlich:

Tabelle 5

Während die Beispiele 3 und 4 in Tabelle 5 sowohl hinsichtlich des Schmutztrage vermögens, als auch hinsichtlich der Reinigungseffekte vollkommen unbefriedigende Leistungen zeigen, verbessert sich der Reinigungseffekt bei den Beispielen 5 und 6, wohingegen das Schmutztragevermögen weiterhin unbefriedigend bleibt. Die Bei spiele 1, 2 und 7 zeigen die besten Resultate sowohl in Bezug auf das Reinigungsver mögen, als auch hinsichtlich des Schmutztragevermögens.

Claims

1. Reinigungsmittel auf Basis von Natriumbicarbonat, Natriumchlorid und/oder Zucker als Trägermaterial die als Pulver oder als wäßrige Formulierung

2. Reinigungsmittel gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als wasserlösliche polymere Polycarboxylate Homo- oder Copolymere der Acryl säure oder der Polyasparaginsäuren und/oder ihrer Salze oder Mischungen dieser Stoffe eingesetzt werden.

3. Reinigungsmittel gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ver wendung der Acrylsäure-Homopolymere oder Copolymere auf Basis Acryl säure und Maleinsäure oder auf Basis Maleinsäure und Methylvinylether als Dispergiermittel auf den Einsatz von Chelatbildnern oder Tensiden verzichtet werden kann.

4. Reinigungsmittel gemäß der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Trägermaterial 20 bis 95 Gew.-% und der Gehalt an wasserlös lichen polymeren Polycarboxylaten 5 bis 15 Gew.-% beträgt.

5. Reinigungsmittel gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Che latbildner Natriumsalze der Ethylendiamintetraessigsäure, Nitriloessigsäure oder Iminodibernsteinsäure eingesetzt werden.

6. Reinigungsmittel gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ten side Natriumalkansulfonate oder ethoxylierte Fettalkohole eingesetzt werden.

7. Verwendung der Reinigungsmittel gemäß der Ansprüche 1 bis 6 zur abrasiven Reinigung fester Oberflächen.

8. Verfahren zur Reinigung fester Oberflächen, dadurch gekennzeichnet, daß man Reinigungsmittel gemäß der Ansprüch 1 bis 6 im Trocken- oder Wasser strahlverfahren, mit oder ohne Luftdruck auf die zu reinigenden Oberflächen aufbringt.