DE202010004049U1

DE202010004049U1 - Lösungsmittelzusammensetzung

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Publication number: DE202010004049U1
Application number: DE202010004049U
Authority: DE
Original assignee: Neste Oyj
Current assignee: Neste Oyj
Priority date: 2010-03-22
Filing date: 2010-03-22
Publication date: 2010-06-17
Anticipated expiration: 2020-03-23

Abstract

Lösungsmittelzusammensetzung, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösungsmittelzusammensetzung von 5 bis 30 Gew.-% an C₁₀-C₂₀ n-Alkanen und von 70 bis 95 Gew.-% an C₁₀-C₂₀ Iso-Alkanen enthält, und die aus Rohstoffen biologischen Ursprungs hergestellt worden ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft unweltfreundliche Lösungsmittelzusammensetzungen biologischen Ursprungs, die paraffinische C₁₀-C₂₀ Kohlenwasserstoffe enthalten und die z. B. als technochemische und industrielle Lösungsmittel, Bohrflüssigkeiten für Ölgewinnung, hydraulische Öle, Kabelöle, Wärmeaustauschflüssigkeiten, landwirtschaftliche Chemikalien, Brennstoffe für Heizungs- und Beleuchtungszwecke, sowie in der Herstellung und Prozessierung von Polymeren und in Extraktionsprozessen anwendung finden.
STAND DER TECHNIK
Heutzutage ist das Ziel in beinahe allen technischen Gebieten, die ungünstigen Umwelteinflüssen entweder direkt oder indirekt zu minimieren. Die Erreichung dieser Ziele wird unter anderem auch durch Gesetzgebung beschleunigt, und so verschwinden die schädlischten Produkte vom Markt sobald sie durch entsprechende, aber weniger schädliche Produkte ersetzt werden können. Dies gilt auch für Lösungsmittel, die in grossen Mengen in verschiedenen Einsatzgebieten angewendet werden.
Die Lösungsmittel sollten ausgezeichnete auflösende Eigenschaften besitzen, gleichzeitig aber möglichst schwer verdampfbar, geruchlos, schwer entzündlich und ohne toxischen Einflüssen auf Säugetiere, Fische oder Wasserorganismen sein; sie sollten auch nicht in der Natur akkumulieren. Aus diesem Grund ist der Einsatz von aromatischen Verbindungen in Lösungsmitteln nicht mehr wünschenswert.
US 2007260102 beschreibt Lösungsmittel, die aus Ausgangsmaterialien biologischen Ursprungs hergestellt sind. In dieser Publikation wird die Herstellung von n-Paraffinen durch Wasserstoffbehandlung aus Pflanzen öl beschrieben, wobei als Produkt C₁₀-C₁₃ n-Paraffine als erhalten werden, die als biologische Lösungsmittel verwendet werden können.
WO 2007068800 beschreibt die Oligomerisierung von Carbonsäuren biologischen Ursprungs zu Verbindungen mit grösseren Kettenlängen, und danach die Hydrodesoxygenierung dieser Verbindungen zu n-Paraffinen. Diese Verbindungen können gegebenenfalls zu entsperechenden verzweigten Iso-Paraffinen isomerisiert werden. Als Produkt erhält man eine C₁₁-C₂₆ Iso-Paraffin-Fraktion, die sich als Lösungsmittel eignet.
ZIEL DER ERFINDUNG
Ein Ziel der Erfindung ist eine paraffinische Kohlenwasserstoffe enthaltende, kohlendioxydneutrale Lösungsmittelzusammensetzung, die es ermöglicht, Emissionen von Kohlendioxyd und Gewächshausgasen zu reduzieren.
Ein Ziel der Erfindung ist auch eine Lösungsmittelzusammensetzung, die paraffinische Kohlenwasserstoffe biologischen Ursprungs enthält, so dass das vom Lösungsmittel beim Brennen entstehende Kohlendioxid oder die daraus frei werdende Kohlenwasserstoffquelle aus Kohlenstoff aus organischem Material besteht.
Die charakteristischen Merkmale der erfindungsgemässen Lösungsmittelzusammensetzung sind in den Schutzanprüchen wiedergegeben.
DEFINITIONEN
In diesem Zusammenhang bedeutet der Begriff ”biologisches Lösungsmittel” ein aus Rohmaterialien biologischen Ursprungs hergestelltes Lösungsmittel.
ALLGEMEINE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine aliphatische Lösungsmittelzusammensetzung mit C₁₀-C₂₀ n-Alkanen und Iso-Alkanen. Die Lösungsmittelzusammensetzung ist aus Rohstoffen biologischen Ursprungs hergestellt worden, so dass die Lösungsmittelzusammensetzung ausgezeichnet als ein umweltfreudliches, biologisches Lösungsmittel geeignet ist. Das vom Lösungsmittel beim Brennen entstehende Kohlendioxid oder die daraus frei werdende Kohlenwasserstoffquelle besteht aus Kohlenstoff aus organischem Material.
Die Lösungsmittelzusammensetzung hat einen Siedebereich von 180 bis 340°C, eine Dichte bei +15°C von 770 bis 790 kg/m³, eine Viskozität von 2,0 bis 4,0 mm²/kg, einen Trübungspunkt von 0 bis –30°C, einen Flammpunkt von mindestens 61°C, und enthält nicht mehr als 1 Gew.-% an aromatischen Verbindungen. Die Lösungsmittelzusammensetzung ist farblos, geruchlos und chemisch äusserst stabil.
Die erfindungsgemässe Lösungsmittelzusammensetzung eignet sich u. a. für technochemische und industrielle Anwendungen als solche oder als Mischung mit anderen im Stand der Technik eingesetzten Lösungsmitteln und/oder Zusatz- und Hilfsmitteln. Darüber hinaus können Bohrflüssigkeiten für Ölgewinnung, hydraulische Öle, Kabelöle, Wärmeaustauschflüssigkeiten, landwirtschaftliche Chemikalien, Brennstoffe für Heizungs- und Beleuchtungszwecke, sowie Lösungsmittel für die Herstellung und Prozessierung von Polymeren und Extraktionsprozesse als Beispiele für Anwendungen erwähnt werden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Erfinder dieser Lösungsmittelzusammensetzung haben festgestellt, dass eine Lösungsmittelzusammensetzung aus n-Alkanen und Iso-Alkanen biologischen Ursprungs mit verschiedenen Vorteilen gegenüber bekannten Lösungsmitteln des Standes der Technik hergestellt werden kann. Die erfindungsgemässe aliphatische Lösungsmittelzusammensetzung enthält C₁₀-C₂₀ n-Alkanen und Iso-Alkanen. Genauer gesagt, enthält die Lösungsmittelzusammensetzung von 5 bis 30 Gew.-% an C₁₀-C₂₀ n-Alkanen und von 70 bis 95 Gew.-% an C₁₀-C₂₀ Iso-Alkanen, bevorzugt von 10 bis 20 Gew.-% an C₁₀-C₂₀ n- Alkanen und von 80 bis 90 Gew.-% an C₁₀-C₂₀ Iso-Alkanen. Besonders bevorzugt bestehen mindestens 70 Gew.-% der C₁₀-C₂₀ n-Alkanen aus C₁₆-C₁₈ n-Alkanen, und mindestens 70 Gew.-% der C₁₀-C₂₀ Iso-Alkanen aus C₁₆-C₁₈ Iso-Alkanen, so dass der Hauptanteil der Komponenten der Lösungsmittelzusammensetzung einen Siedepunkt von über 250°C aufweist.
Die Lösungsmittelzusammensetzung hat einen Siedebereich von 180 bis 340°C, eine Dichte bei +15°C von 770 bis 790 kg/m³, eine Viskozität von 2,0 bis 4,0 mm²/kg, einen Trübungspunkt von 0 bis –30°C, einen Flammpunkt von mindestens 61°C, und enthält aromatische Verbindungen nicht mehr als 1 Gew.-%, bevorzugt weniger als 0,5 Gew.-% von, naphthenische Verbindungen weniger als 0,5 Gew.-%, und Schwefel weniger als 5 mg/kg. Die Lösungsmittelzusammensetzung ist farblos, geruchlos und chemisch äusserst stabil.

Typische Merkmale der erfindungsgemässen Lösungsmittelzusammensetzung und Methoden zur Bestimmung dieser Merkmale sind in der nächsten Tabelle 1 aufgeführt. TABELLE 1

Merkmal	Einheit	Anforderung	Methode
Aussehen, +25°C	-	C&B (klar)	D 4176-1
Schwefel	mg/kg	max 5,0	EN ISO 20846
Destillation, verflüchtigt, Vol.-% 95	°C	max 320	EN ISO 3405
180°C	vol.-%	max. 10	EN ISO 3405
340°C	vol.-%	max. 95	EN ISO 3405
Dichte, 15°C	kg/m³	770...790	EN ISO 12185
Flammpunkt	°C	min. 61	EN ISO 2719
Viskozität, 40°C	mm²/s	2,00...4,00	EN ISO 3104
Turbiditätspunkt	°C	0...–30	EN 23015, D 5773
Wasser	mg/kg	max 200	EN ISO 12937
Korrosion von Kupfer 3 h 50°C		1	EN ISO 2160
Aromatische Verbindungen			EN ISO 2160
polyaromatische	Gew.-%	max 0,1	NM 443, (Neste method, FT-IR)
aromatische, insgesamt	Gew.-%	max. 1,0	NM 443, (Neste method, FT-IR)
Naphthenische Verbindungen	Gew.-%	max. 0,5	NM 443, (Neste method, FIMS)
Säurezahl	mg KOH/g	max. 0,01

Die erfindungsgemässe Zusammensetzung kann aus einem Ausgangsmaterial biologischen Ursprungs mit einer Methode hergestellt werden, in der zunächst ein Hydrodesoxygenationsschritt (HSO-Schritt) durchgeführt wird, in dem die Struktur der biologischen Ester- oder Triglyzeridkomponente abgebaut wird und die Sauer stoff-, Stickstoff-, Fosfor- und Schwefelverbingungen entfernt und gleichzeitig die olefinischen Bindungen hydriert werden, und dann das erhaltene Produkt isomerisiert wird, wobei die Kette des Kohlenwasserstoffes verzweigt wird und die Kalteigenschaften des Paraffins verbessert werden. Das Produkt kann zu gewünschen Fraktionen fraktioniert werden.
Fettsäuren und/oder Ester der Fettsäuren enthaltende biologische Rohstoffe aus Pfalzen, Tieren, oder Fischen können als Ausgangsmaterial eingesetzt werden. Der Rohstoff kann aus der Gruppe der Pflanzenöle, tierischen Fette, Fischöle und deren Mischungen ausgewählt werden. Geeignete biologiche Rohstoffe sind u. a. Rapsöl, Rüböl, Canolaöl, Fichtenöl, Sonnenblumenöl, Sojaöl, Hanföl, Olivenöl, Leinsamenöl, Senföl, Palmenöl, Erdnussöl, Rizinusöl, Kokosöl, tierische Fette wie Lard, Talg und Tran, und Recycling-Fette aus Lebensmitteln, gentechnisch hergestellte Ausgangsmaterialien und mit Hilfe von Mikroben wie Algen und Bakterien hergestellte biologische Ausgangsmaterialien. Aus biologischen Rohstoffen hergestellte Kondensationsprodukte, Ester und andere Derivate können auch als Ausgangsmaterialien eingesetzt werden.
Im HDO-Schritt werden Wasserstoffgas und die biologischen Komponente entweder im Gegenstrom- oder Parallelstrombetrieb zum HDO-Katalysatorbett geführt. Im HDO-Schritt variiert der Druck zwischen 20 und 150 bar, und die Temperatur variiert zwischen 200 und 500 C. Im HDO-Schritt können bekannte Hydrodesoxygenationskatalysatoren eingesetzt werden.
Vor dem HDO-Schritt kann der biologische Rohstoff gegebenenfalls unter milderen Bedingungen vorhydriert werden, um die Seitenreaktionen der Doppelbindungen zu vermeiden.
Nach dem HDO-Schritt wird das Produkt zum Isomerisationsschritt geführt, in dem das Wasserstoffgas und die biologische Komponente, die hydriert werden soll, und gegebenenfalls die n-Paraffinmischung entweder im Gegenstrom- oder Parallelstrombetrieb zum Isomerisationskatalysatorbett geführt werden.
Im Isomerisationsschritt variiert der Druck zwischen 20 und 150 bar, und die Temperatur variiert zwischen 200 und 500°C. Im Isomerisationsschritt können typischerweise an sich bekannte Isomerisationskatalysatoren eingesetzt werden.
Die Lösungsmittelzusammensetzung ist aus Rohstoffen biologischen Ursprungs hergestellt worden, und aus diesem Grund ist sie ausgezeichnet als ein biologisches Lösungsmittel geeignet. Weil zur Herstellung der erfindungsgemässen Lösungsmittelzusammensetzung keine fossilen Ausgangsmaterialien, sondern im Gegenteil Rohstoffe biologischen Ursprungs aus erneuerbaren Quellen eingesetzt werden, ist der Gesamteinfluss der Verwendung und des Gebrauchs auf den Ausgleich der Gewächshausgase geringer als der der Lösungsmittelzusammensetzungen aus fossilen Rohstoffen. Die Gesamtemissionen der Gewächshausgase aus der Lösungsmittelzusammensetzung sind während ihres Lebenszyklus typischerweise geringer als im Falle einer entsprechenden aus fossilen Rohstoffen hergestellten traditionellen Lösungsmittelzusammensetzung. Das vom Lösungsmittel beim Brennen entstehende Kohlendioxid oder die daraus frei werdende Kohlenwasserstoffquelle besteht aus Kohlenstoff eines organischen Materials.
Die Lösungsmittelzusammensetzung hat keinen Einfluss auf die Ozonschicht der Atmosphäre, keine toxischen Einflüsse auf Fische oder Wasserorganismen, und wird nicht in der Umgebung akkumuliert.
Die Verdampfbarkeit der Lösungsmittelzusammensetzung ist gering, weil sie typischerweise hauptsächlich Paraffine mit einem Siedepunkt von über 250°C enthält, so dass sie keine signifikanten Emissionen von schädlichen flüchtigen Komponenten in die Umgebung freigibt, und darüber hinaus als ein ”no-VOC” -Produkt klassifiziert wird. Die Zusammensetzung hat einen hohen Flammpunkt, so dass ihre Anwendung sicher ist. Sie enthält sehr geringe Mengen, typischerweise deutlich weniger als 1 Gew.-% an aromatischen Verbindungen, und unbedeutende Mengen an olefinischen Verbindungen oder sonstigen reaktiven Komponenten. Darüber hinaus ist die Lösungsmittelzusammensetzung geruchlos, weil die Zusammensetzung weniger als 0,5 Gew.-% an naphthenischen Verbindungen enthält, und weil der typische starke, von Naphthenen verursachte Geruch der auf Rohöl basierenden Produkte fehlt.
Die Zusammensetzung ist chemisch äusserst stabil, hat einen niedrigen Turbiditäts- und Gefrierpunkt, ist sehr kompatibel mit mehreren sonstigen Materialien, verursacht keine Korrosion der Metalle, lässt die Viskozität der anderen Komponenten einstellen, und hat wegen ihrer niedrigen Oberflechenspannung ausgezeichnete Netzungeigenschaften. Durch Mischen der Zusammensetzung zu den traditionellen Lösungsmitteln können ihre schädlichen Einflüsse reduziert und Anteile der Komponenten biologischen Ursprungs gesteigert werden.
Die Zusammensetzung hat ausgezeichnete auflösende Eigenschaften und eignet sich aus diesem Grund als solche oder als eine Mischung mit anderen im Stand der Technik eingesetzten Lösungsmitteln und/oder mit Zusätzen/Hilfsmitteln für mehrere Anwendungsgebiete. Insbesondere die paraffinische Kombination der C₁₀-C₂₀ n-Alkane und Iso-Alkane, die niedrige Verdampfbarkeit und der hohe Paraffingehalt der Zusammensetzung zusammen mit der chemischen Stabilität, chemischen Trägheit, niedrigen Viskozität und niedrigen Dichte führen dazu, dass die Zusammensetzung für mehreren Anwen dungsgebieten besonders geeignet ist. Als Beispiele können unter anderem die technischen, technochemischen und landwirtschaftlichen Lösungsmittelanwendungen, geruchlose Beschichtungen, Lacke, Mittel zur Oberflächenbehandlung, Druckfarben und Klebstoffe, wasserfreie Reinigungsmittel, Pfalzenschutzmittel, Lösungsmittel für Trockenreinigung, Mittel zur Holzbehandlung, Reinigungs- und Entfettungsmittel für die Vorrichtungen der Lebensmittelindustri und für Metall im Allgemeinen, Hilfsmittel für Metallbearbeitung, Hilfsmittel für die Papierherstellung, Prozessflüssigkeiten, Lösungsmittel und Zusätze für die Behandlung von Polymeren und Extraktionsprozesse wie z. B. Weichmacher, Reinigungs- und Polierungsmittel, Aerosolprodukte, Appreturmittel von Textilfasern, Luftreiniger, Sprays für landwirtschaftliche Nutztiere, Gleitmittel für die Pelletierung von Tierfutter, kosmetische Produkte, Lampenöle und Bohrflüssigkeiten erwähnt werden. Darüber hinaus können Stickerklobstoffe, Schmiermittel, Zusammensetzungen für Borhverfahren in den Ölfeldern und Zusammensetzungen zur Herstellung und zum Auftragen/Verteilen von Bitumen als Anwendungsgebiete erwähnt werden.
Weil bei den meisten Komponenten der Lösungsmittelzusammensetzung der Siedepunkt über 250°C beträgt, kann die Zusammensetzung besonders gut als ein Bestandteil in der Lackindustrie eingesetzt werden. In der Lackindustrie wird als ein ”non-VOC” (VOC = volatile organic compound) Produkt Verbindungen mit einem Seidepunkt von über 250°C verstanden.
Eine auf Rohöl basierende Lösungsmittelzusammensetzung weist typischerweise ca. 50 Gew.-% an Naphthenen auf, die einen unangenehmen Geruch verursachen. Die erfindungsgemässe Lösungsmittelzusammensetzung enthält nicht mehr als 0,5 Gew.-% an Naphthenen, so dass sie vollkommen geruchlos ist.
Die Erfindung wird mit der im nächsten Beispiel beschriebenen Ausführungsform erläutert, die jedoch die Erfindung in keiner Weise einschränkt.
BEISPIEL
Die Eigenschaften einer auf Rohöl basierenden Lösungsmittelzusammensetzung, NESSOL LIAV270, die aus Rohöl durch Schwefelextraktion, daran anschliessende Aromatenextraktion und schliesslich Fraktionierung hergestellt ist, und einer erfindungsgemässen Lösungsmittelzusammensetzung sind in der Tabelle 2 aufgeführt. Die erfindungsgemässe Lösungsmittelzusammensetzung ist aus Palmenöl und tierischen Fetten als Ausgangsmaterialien in einer Methode, in der das Ausgangsmaterial in einem Hydrodesoxygenationsschritt behandelt und dann das erhaltene Produkt Isomerisiert und schliesslich fraktioniert wird, hergestellt.
TABELLE 2

Die Tabelle zeigt die erfindungsgemässe Lösungsmittelzusammensetzung und ein auf Rohöl basierendes Lösungsmittel als Kontrolle. Das auf Rohöl basierende Lösungsmittel ist durch Schwefelextraktion, daran anschliessende Aromatenextraktion und schliesslich Fraktionierung hergestellt.

EIGENSCHAFT	METHODE	NESSOL LIAV270	ERFINDUNG
n-Paraffine (Gew.-%)	GC-Methode	22	13
i-Paraffine (Gew.-%)	GC-Methode	31	87
nafteenit (Gew.-%)	GC-Methode	47	< 0,2
C/H Verhältnis	GC-Methode	5,79	5,61
Dichte +15°C kg/m³)	ENISO 12185	814	780
kinematische Viskozität +20°C (mm²/s)	ENISO 3104	3,5	4,7
Flammpunkt °C	ENISO 2719	102	99

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 2007260102 [0004]
- WO 2007068800 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- EN ISO 20846 [0015]
- EN ISO 3405 [0015]
- EN ISO 3405 [0015]
- EN ISO 3405 [0015]
- EN ISO 12185 [0015]
- EN ISO 2719 [0015]
- EN ISO 3104 [0015]
- EN 23015 [0015]
- EN ISO 12937 [0015]
- EN ISO 2160 [0015]

Claims

Lösungsmittelzusammensetzung, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösungsmittelzusammensetzung von 5 bis 30 Gew.-% an C₁₀-C₂₀ n-Alkanen und von 70 bis 95 Gew.-% an C₁₀-C₂₀ Iso-Alkanen enthält, und die aus Rohstoffen biologischen Ursprungs hergestellt worden ist.
Lösungsmittelzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösungsmittelzusammensetzung von 10 bis 20 Gew.-% an C₁₀-C₂₀ n-Alkanen und von 80 bis 90 Gew.-% an C₁₀-C₂₀ Iso-Alkanen enthält.
Lösungsmittelzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 70 Gew.-% der C₁₀-C₂₀ n-Alkanen aus C₁₆-C₁₈ n-Alkanen, und mindestens 70 Gew.-% der C₁₀-C₂₀ Iso-Alkanen aus C₁₆-C₁₈ Iso-Alkanen bestehen.
Lösungsmittelzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösungsmittelzusammensetzung einen Siedebereich von 180 bis 340°C, eine Dichte bei +15°C von 770 bis 790 kg/m³, eine Viskozität von 2,0 bis 4,0 mm²/kg, einen Trübungspunkt von 0 bis –30°C, einen Flammpunkt von mindestens 61°C hat, und nicht mehr als 1 Gew.-% an aromatischen Verbindungen und weniger als 0,5 Gew.-% an naphthenischen Verbindungen enthält.
Lösungsmittelzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösungsmittelzusammensetzung ein technochemisches, ein industrielles oder ein landwirtschaftliches Lösungsmittel, ein Brennstoff oder seine Komponente, oder eine Komponente in einer Bohrflüssigkeit, in einem hydraulischen Öl, Kabelöl oder in einer Wärmeaustauschflüssigkeit ist.
Lösungsmittelzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösungsmittelzusammensetzung eine Komponente in einer Beschichtung oder Lackierung, in einem Mittel zur Oberflächenbehandlung, in einer Druckfarbe oder in einem Klebstoff ist.