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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Reinigen von hydrophobe Bestandteile enthaltenden Materialien,
insbesondere von mit hydrophoben Stoffen kontaminierten Oberflächen, wonach
auf das jeweils zu reinigende Material eine lipophile Substanz zum
Lösen der
hydrophoben Bestandteile, gegebenenfalls unter zusätzlicher
Einwirkung mechanischer Energie aufgebracht wird.
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Derartige oder vergleichbare Reinigungsverfahren
sind bekannt (vgl. beispielsweise
DE 197 37 486 C1 , WO 99/11745 A1,
EP 0 024 340 A sowie
US 5 156 686 A ).
Solche Verfahren lassen sich beispielsweise bei Reinigungsprozessen
in der metallverarbeitenden Industrie und im Bereich von Werkstätten, Fahrzeugreinigung,
Altmotorenaufbereitung usw. einsetzen. Dies gilt auch für die Reinigung
von Gebrauchsgegenständen,
wie beispielsweise Utensilien von Großküchen, Textilreinigung, Bodenreinigung usw..
Bei den hydrophoben Bestandteilen, die im Rahmen des nachfolgend
beschriebenen Verfahrens von den zu reinigenden Materialien entfernt
werden, handelt es sich insbesondere um Öle und/oder Fette natürlichen,
mineralischen oder künstlichen
Ursprungs.
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Chemikalien, mit deren Hilfe hydrophobe
Bestandteile entfernt werden können,
sind in großer Auswahl
bekannt. So lassen sich beispielsweise tensidhaltige wässrige Lösungen oder
Emulsionen einsetzen, die hydrophobe Bestandteile emulgieren und hierdurch
von dem zu reinigenden Substrat entfernen. – Die bekannten Verfahren haben
sich zwar bewährt,
sind jedoch aufwändig,
was die Anzahl der Ver fahrensschritte und den Verfahrensablauf angeht. Auch
werden natürliche
Ressourcen kaum berücksichtigt.
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Im Rahmen der
DE 44 21 141 A1 wird ein universeller
Reiniger zur Entfernung von Ölen,
Fetten, Schmierstoffen und ähnlichen
Verschmutzungen vorgestellt. Dieser enthält mindestens ein Tensid sowie
ein natürliches
Lösungsmittel
sowie einen oder mehrere Hilfsstoffe. Hierbei kann es sich um ein
anorganisches alkalisches Salz in Form von Pottasche handeln.
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Eine Reinigungslösung, die auf ein alkalisches
Salz zurückgreift,
wird darüber
hinaus in der WO 97/07190 A1 angesprochen.
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Die
US 5 614 027 A befasst sich mit einem Metallreiniger,
der wiederum Natriumcarbonat einsetzt.
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Bei der WO 98/33400 A1 steht ein
nahrungsmittelverträg
licher Reiniger im Vordergrund.
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Ein Fettsäuresalz bei einem Reiniger
spricht auch die
JP
06322398 A an, wobei Vergleichbares für die
US 5 500 143 A gilt, bei
der entsprechend dem Beispiel 1 Ölsäure und
Kaliumhydroxid als Ingredienzien eines Reinigers Erwähnung finden.
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Bei der
DE 197 07 650 A1 steht
die Reinigung statisch aufladbarer Oberflächen im Mittelpunkt. Auch in
diesem Fall werden alkalische Komponenten angesprochen, die mit
Fettsäuren
wasserlösliche
Salze bilden.
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Schließlich ist Gegenstand der
US 5 509 969 A ein
Reinigungsverfahren, bei welchem eine Säure und eine Basis neutralisierende
Zusätze
eingesetzt werden.
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Der Erfindung liegt das technische
Problem zugrunde, ein Verfahren zum Reinigen von hydrophobe Bestandteile
enthaltenden Materialien so weiterzuentwickeln, dass bei verringertem
Aufwand eine zugleich kostengünstige
und schonende Entsorgung gewährleistet
ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand der
Erfindung ein Verfahren zum Reinigen von hydrophobe Bestandteile
enthaltenden Materialien, insbesondere von mit hydrophoben Stoffen
kontaminierten Oberflächen,
wonach
- – auf
das jeweils zu reinigende Material eine lipophile Substanz aufgebracht
wird, die einzig organische Carbonsäuren aufweist, wobei
- – mit
Hilfe der lipophilen Substanz die hydrophoben Bestandteile unter
zusätzlicher
Einwirkung mechanischer Energie gelöst werden, und wonach
- – der
Lösung
aus der lipophilen Substanz und den hydrophoben Bestandteilen eine
natürliche
basische wässrige
Lösung
zugegeben wird, so dass die organischen Carbonsäuren der lipophilen Substanz
zumindest zum Teil in ihr jeweiliges Fettsäuresalz umgesetzt werden und
eine Wasser-in-Lösung-
oder Lösung-in-Wasser-Emulsion oder
-Suspension mit die gelösten hydrophoben Bestandteile
aufweisenden Tensiden in der Wasserphase bilden.
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Dabei kann die mechanische Energie
in Form von (Hoch-)Druck, Schall (Ultraschall) sowie durch Einarbeiten
mittels Bürsten
oder dergleichen aufgebracht werden. Bei den Carbonsäuren handelt es
sich bevorzugt um Monocarbonsäuren,
insbesondere langkettige, gesättigte
oder ungesättigte
Fettsäuren
natürlichen
oder synthetischen Ursprungs, welche in wässriger basischer Lösung Carbonsäurensalze,
insbesondere Fettsäuresalze,
bilden.
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Unter den zu entfernenden hydrophoben
Bestandteilen sind im Rahmen der Erfindung "wasserscheue" Substanzen zu verstehen, insbesondere
solche Komponenten, die Kohlenwasserstoff-Reste in einer derartigen
Länge und/oder
Anzahl enthalten, daß sie
sich nicht mit Wasser (in jedem Mengenverhältnis) vermischen lassen. – Die verwendeten
lipophilen Substanzen sind nach allgemeinem Verständnis "fettliebend", so daß hydrophobe
Molekülteile
lipophil und hydrophile Molekülbestandteile
lipophob sind.
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Unter langkettigen Fettsäuren werden
im Rahmen der Offenbarung Carbonsäuren verstanden, deren Kettenlängen im
für Fettsäuren natürlichen
ursprungstypischen C-Kettenlängenbereich
von 10 bis 22 C-Atomen liegen. Im engeren Sinne und wegen ihrer
Verfügbarkeit
aus nachwachsenden Rohstoffen werden hierunter bevorzugt Fettsäuren natürlichen Ursprungs
verstanden. Dies sind lineare gesättigte oder ein- oder mehrfach
ungesättigte
Carbonsäuren mit
einer geraden Anzahl von C-Atomen im Bereich von C10-C22.
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Immer wird grundsätzlich so vorgegangen, daß mit Hilfe
der lipophilen Substanz zunächst
die hydrophoben Bestandteile gelöst
werden, und zwar ggf. unter zusätzlicher
Einwirkung mechanischer Energie. Die Salzbildner, z. B. organische
Amine und/oder anorganische basische Salze oder auch die natürliche basische
wässrige
Lösung
sorgen nun mit ihrer Alkalität
dafür,
daß zumindest
ein Teil der Fettsäuren
in ihre Anionen überführt wird.
Diese Anionen gehen zusammen mit den hydrophoben Stoffen bzw. Bestandteilen
als Suspension in die Wasserphase über. Aus der Wasserphase können die
vorgenannten Anionen in einem weiteren Schritt ausgeflockt werden
und lassen sich zusammen mit den mitausgeflockten hydrophoben Bestandteilen
des zu reinigenden Materials nach bevorzugter Ausführungsform
von der Wasserphase trennen. In diesem Zusammenhang bildet die Lösung aus
der lipophilen Substanz und den hydrophoben Bestandteilen eine Wasser-in-Lösung- oder
Lösung-in-Wasser-Emulsion
oder -Suspension. Mit anderen Worten werden die hydrophoben und
abzutrennenden Bestandteilen von der lipophilen Substanz gelöst und gleichsam
eingeschlossen, so daß die
solchermaßen
erzeugte Lösung ähnlich einer
Wasser-/Öl-Emulsion
oder -Suspension von einer hydropholen Hülle umgeben wird, folglich
die beschriebene Abtrennung möglich
ist. Dementsprechend bilden sich die gelösten hydrophoben Bestandteile
aufweisende Tenside bzw. grenzflächenaktive
Substanzen in der Wasserphase.
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Dabei wird grundsätzlich so vorgegangen, daß nach der
ersten Alternative mit Hilfe einer dem System bereits zugesetzten
wasserfreien Base die Umsetzung der Fettsäure in ihr Salz bei Kontakt
mit normalem Wasser und damit ohne Zusatz von Basen zum Wasser die
Suspendierbarkeit erreicht wird. Mit anderen Worten wird die erforderliche
Base zur Umsetzung der Fettsäure
in ihr suspendierbares Salz bereits der Fettsäure zugemischt und reagiert
im Kontakt mit Wasser.
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Bei der zweiten dargestellten Lösungsmöglichkeit
wird der beschriebene Umsetzungsvorgang durch die natürliche basische
wässrige
Lösung
eingeleitet bzw. vollführt.
Das heißt,
hier ist vorgesehen, daß das
verwendete Wasser bereits genügend
Alkalien enthält,
um die beschriebene Umsetzung zu einem Fettsäuresalz zu bewirken. – Bei den
Carbonsäuren
kann es sich um Monocarbonsäuren,
insbesondere langkettige, gesättigte
oder ungesättigte Fettsäuren natürlichen
oder synthetischen Ursprungs handeln, die im wässrigen, basischen Milieu Fettsäuresalze
bilden. Im übrigen
können
sich unter den Carbonsäuren
kurzkettige Monocarbonsäuren
befinden, die als Lösungsvermittler
dienen.
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Beispiele geeigneter Fettsäuren, die
einzeln oder im Gemisch miteinander erfindungsgemäß eingesetzt
werden können,
sind Lauroleinsäure,
Myristoleinsäure,
Palmitolein- säure,
Petrolselinsäure, Ölsäure, Elaidinsäure, Vaccensäure, Erucasäure, Linolsäure, Linolensäure, Arachidonsäure, Clupanodonsäure, α-Elaeostearinsäure und α-Parinarsäure. Wegen
ihrer leichten großtechnischen
Verfügbarkeit ist Ölsäure besonders
bevorzugt. Ölsäure hat
weiterhin den Vorteil, als verbreiteter Bestandteil tierischer und
pflanzlicher Öle
und Fette eine Substanz darzustellen, die ungiftig ist und die als
Komponente von Viehfutter oder von Substraten für mikrobiologische Fermentationsprozesse
verwendet werden kann.
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Für
bestimmte Aufgabenstellungen wie beispielsweise die Reinigung von
Metallteilen, die mit angebackenen Ölen oder Fetten verschmutzt
sind, kann es Vorteile bieten, die Fettsäure oder das Gemisch von Fettsäuren mit
kurzkettigen Carbonsäuren mit
3 bis 9 C-Atomen, vorzugsweise mit 7 bis 9 C-Atomen, zu vermischen,
wobei die Mischung bei einer Temperatur unterhalb von 110 °C flüssig ist.
Dabei beträgt der
Anteil dieser kurzkettigen Carbonsäuren, bezogen auf die Gesamtmasse
der kurzkettigen Carbonsäuren
und der Fettsäure
oder der Mischung von Fettsäuren
vorzugsweise etwa 5 bis 90 Gew.-%, insbesondere etwa 10 bis 80 Gew.-%.
Dabei wählt
man die kurzkettigen Carbonsäuren
vorzugsweise aus aus Carbonsäuren
mit einer ungeraden Anzahl von C-Atomen.
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Besonders bevorzugt sind Heptansäure und Isononansäure. 2-Ethylhexansäure oder
Caprylsäure können jedoch
ebenfalls verwendet werden. Ein Zusatz derartiger kurzkettiger Carbonsäuren verbessert die
Reinigungsleistung. Dabei können
die Fettsäuren,
die mit den kurzkettigen Carbonsäuren
vermischt werden, vorzugsweise 10 bis 22 C-Atome aufweisen und gesättigt oder
ungesättigt
sein. Als gesättigte
Fettsäuren
kommen beispielsweise in Betracht: Caprinsäure, Laurinsäure, Myristinsäure, Palmitinsäure, Stearinsäure, Arachinsäure und
Behensäure. Als
ungesättigte
Fettsäuren
sind insbesondere die weiter oben aufgeführten ungesättigten Fettsäuren mit
10 bis 22 C-Atomen zu nennen. Art und Menge der Fettsäuren sind
so zu wählen,
daß die
Mischung mit kurzkettigen Carbonsäuren bei einer Temperatur unterhalb
von 110 °C
, beispielsweise bei einer Temperatur zwischen 40 und 110 °C flüssig ist.
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Eine Ausführungsform der Erfindung besteht darin,
daß die
langkettige Fettsäure
bzw. das Gemisch langkettiger Fettsäuren, ggf. zusammen mit den
hiermit vermischten kurzkettigen Carbonsäuren, als homogene Flüssigkeit
vorliegt. In einer besonderen Ausführungsform besteht diese homogene
Flüssigkeit
ausschließlich
aus der Fettsäure
bzw. den Fett säuren,
gegebenenfalls zusammen mit hiermit vermischten kurzkettigen Carbonsäuren.
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Die Salzbildner sind vorzugsweise
in einem organischen Lösungsmittel
gelöst
oder liegen als reine Substanz vor, sind emulgiert oder suspendiert, wobei
die Lösung,
Emulsion oder Suspension mit den Carbonsäuren eine Emulsion oder Suspension bildet.
Die Vermischung der Carbonsäuren
mit den Salzbildnern erfolgt gegebenenfalls erst kurz vor ihrem
Auftrag oder Eintrag, wobei eine mögliche Reaktion zwischen den
Carbonsäuren
und den Salzbildnern so langsam verläuft, dass ausreichend Zeit
für das
Eindringen der Carbonsäuren
in die hydrophoben Stoffe der zu reinigenden Materialien verbleibt. Dabei
kann die Vermischung unmittelbar vor dem Eintrag erfolgen, sie kann
jedoch, sofern die Suspension/Lösung
stabil ist, auch beliebig lange vorher vorhanden sein. Bemerkenswert
ist in diesem Zusammenhang, dass überhaupt eine Lösung/Suspension als
hydrophobe Phase gebildet wird. So formen organische Amine stabile,
wasserfreie Lösungen
mit Ölsäure. Erst
im Kontakt mit Wasser bilden sich die entsprechenden Tenside.
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Insgesamt kann im Rahmen der Erfindung durch
die Verwendung von Meerwasser, basischem Brauchwasser oder sonstigen
natürlichen
basischen wässrigen
Lösungen
der Einsatz von Salzbildnern entsprechend reduziert oder sogar völlig auf
Salzbildner verzichtet werden. Dabei ist dennoch und immer eine
einwandfreie und umweltschonende Reinigung von beispielsweise Anlagen,
Anlagenteilen und Werkstücken
auf Schiffen, Plattformen, Tanks, Konstruktionen aus Stahl, Beton,
Kunststoffen u. ä.
im Meerwasserbereich oder im Bereich natürlich oder technisch vorkommender
Solen gewährleistet.
Ebenso kann Brackwasser zum Einsatz kommen. Bei der zu reinigenden
Oberfläche
bzw. den die hydrophoben Bestandteile enthaltenden Materialien kann
es sich auch um Wasser selbst handeln. Dies betrifft insbesondere
auf dem Wasser schwimmende hydrophobe Stoffe wie Öle, Fette
oder Teere. Auch lassen sich nach dem beschriebenen Verfahren Oberflächen an
natürlichem
Strand bzw. einer Küste
in verschiedenen Erscheinungsformen (Sand, Geröll, Fels etc.) behandeln, die
im Bereich des Meerwassers oder von Solen liegen.
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Nach weiter bevorzugter Ausführungsform ist
vorgesehen, dass die lipophile Substanz und/oder die Salzbildner
nahrungs- und futtermittelverträglich ist
bzw. sind, d. h. grundsätzlich
Bestandteile aus Stoffen eingesetzt werden, die in Nahrungs- oder Futtermitteln
enthalten sein können.
Immer ist gewährleistet,
dass nach Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
der überwiegende
Teil der in wässriger
Phase vorliegenden oberflächenaktiven Substanzen
zusammen mit den emulgierten hydrophoben Stoffen aus dem Abwasser
wieder entfernt werden kann. In diesem Zusammenhang ist auch denkbar,
dass die oberflächenaktiven
Substanzen z. B. durch den Zusatz mehrwertiger Kationen aus dem Abwasser
entfernt werden.
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Immer kommt es darauf an, dass der
rein lipophile Vorgang der intensiven Vermischung mit den hydrophoben
Bestandteilen eine besondere Rolle spielt. Anschließend wird
eine natürliche
basische wässrige
Lösung
für die
Umsetzung zur Suspension eingesetzt. Dabei wird die Lösung aus
der lipophilen Substanz und den hydrophoben Bestandteilen unter Zugabe
der natürlichen,
basischen wässrigen
Lösung
in die beschriebene Emulsion oder Suspension mit die gelösten hydrophoben
Bestandteile aufweisenden Tensiden in der Wasserphase überführt.