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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Lösungsmittelzusammensetzung,
die einen geringen Gehalt an aromatischen Verbindungen hat, was
sie unter Umwelt- und Gesundheitsgesichtspunkten vorteilhaft macht, die
aber ausgezeichnete Lösefähigkeitseigenschaften
hat. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung des
Lösungsmittels
und Verwendungen des Lösungsmittels.
Die Lösungsmittelzusammensetzung
ist als Ersatz für
White Spirit besonders geeignet.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
Verwendung von Lösungsmitteln,
die einen hohen Gehalt an aromatischen Verbindungen haben (z.B.
White Spirits) sind seit längerem
in einer ganzen Reihe von Anwendungen, bei denen gute Lösefähigkeitseigenschaften
verlangt werden, bekannt (siehe „Directory of solvents", herausgegeben von
B. P. Whim und P. G. Johnson, Blackie Academic and Professional).
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Allerdings
sind Lösungsmittel,
die einen hohen aromatischen Gehalt haben, obgleich sie eine gute
Lösungsfähigkeit
erreichen, unter Gesundheits- und Umweltgesichtspunkten ungünstig. Beispielsweise
sind flüchtige
organische Komponenten (VOCs), die aromatische Verbindungen enthalten,
die emittiert werden, wenn Lösungsmittel,
wie z.B. White Spirit, verwendet werden, für die erhöhte Ozonbildung in der Troposphäre verantwortlich,
wenn man zum Beispiel mit gesättigten
Produkten vergleicht (siehe „Photochemical
ozone creation potentials for a large number of reactive hydrocarbons
under European conditions",
R. G. Derwent, M. E. Jenkin und S. M. Saunders, Atmospheric Environment,
Bd. 30, Nr. 2, 181–199,
1996). Außerdem
sind Aromaten-enthaltende Verbindungen und Ozon giftig. Demnach
sind Lösungsmittel
mit hohem Aromatengehalt für die
Gesundheit des Verwenders gefährlich
und können
die Umgebung bzw. die Umwelt schädigen.
Nach dem European Chemical Industrial Council (CEFIC)-Schema zur Umweltklassifizierung
(environmental classification) von Lösungsmitteln werden einige
White Spirit-Qualitäten
als für
die Umwelt gefährlich
klassifiziert. Die POCPs (Photochemical Ozone Creation Potentials)
der aromatischen Verbindungen in White Spirit sind höher als
die POCPs von aliphatischen Kohlenwasserstoffen und Estern (siehe „Photochemical
ozone creation potentials for a large number of reactive hydrocarbons
under European conditions",
R. G. Derwent, M. E. Jenkin und S. M. Saunders, Atmospheric Environment,
Bd. 30, Nr. 2, 181–199
1996). Allerdings werden Lösungsmittel,
die einen geringen Gehalt an aromatischen Verbindungen haben, als
für die
Gesundheit und die Umwelt weniger schädlich angesehen.
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Somit
ist es wünschenswert,
Lösungsmittel
zu verwenden, die keine aromatischen Verbindungen enthalten oder
einen geringen Aromatengehalt haben. Solche Lösungsmittel wurden in der Vergangenheit
vorgeschlagen (siehe „Directory
of solvents", herausgegeben
von B. P. Whim und P. G. Johnson, Blackie Academic and Professional).
Kohlenwasserstoffe mit einem Aromatengehalt von weniger als 1 Vol.-%
werden gemäß der CEFIC-Klassifikation
nicht als gefährlich
klassifiziert und sie zeigen POCP-Werte, die niedriger sind als
die aromatischer Verbindungen, wie es oben angegeben ist.
FR 2511019A offenbart
ein Verdünnungsmittel,
das ein Gemisch aus White Spirit mit weniger als 5% aromatischen
Substanzen und einem anderen Lösungsmittel
umfasst.
EP 0495348A beschreibt
eine Zusammensetzung zur Entfernung der Schutzbeschichtung von neuen Autos,
die Isoparaffin enthält,
das nicht mehr als 0,5 Gew.-% aromatische Verbindungen hat. Obgleich
die Flüchtigkeit
solcher Lösungsmittel ähnlich der
von White Spirits ist, gibt es mit solchen Lösungsmitteln allerdings ein
Problem, da sie eine niedrige Lösefähigkeit
haben. Demnach ist die Verwendung solcher Lösungsmittel beschränkt.
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Es
ist bekannt, dass die Lösefähigkeit
von Esterverbindungen hoch ist (siehe C. Nielsen, „Vegetable esters – cleaning
agents in the paint and ink industry", Präsentation
von C. Nielsen, Institute Maurice, Brüssel-Anderlecht, Belgien 1999);
und „Metal
cleaning and degreasing with vegetable-based fatty acid esters", Demi Theodori/Chemiewinkel,
Universität
Amsterdam). WO 91/06690 beschreibt ein Gemisch zum Reinigen von
gedruckten Leiterplatten, das aliphatische Kohlenwasserstoffe und
organische Verbindungen mit polaren Gruppen, z.B. Ester, enthält.
JP 05 098297 offenbart
ein Detergens, das 20 bis 90% Kohlenwasserstoff, 5 bis 50% Ester
und 5 bis 40% Tensid umfasst. Außerdem enthalten Ester im Allgemeinen
keine gefährlichen
Aromaten und VOCs und sind daher nicht als für die Umwelt oder Gesundheit
gefährliche
Verbindungen klassifiziert. Obgleich die Lösefähigkeit von Estern hoch ist,
haben sie allerdings eine geringe Flüchtigkeit. Dieses Merkmal beschränkt ihre
Verwendung als Lösungsmittel,
da sie sehr lange Verdampfungszeiten haben, was sie für viele
Zwecke unpraktisch macht. Wenn beispielsweise Ester als Lösungsmittel
für einige
Anstrichanwendungen verwendet werden, wird das Anstrichmittel zu
lange Zeit zum Trocknen benötigen
und kann tatsächlich
klebrig bleiben.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung richtet sich auf die Überwindung der Nachteile, die
mit den obigen bekannten Lösungsmittelzusammensetzungen
verbunden sind. Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung eine
Zusammensetzung bereit, umfassend:
- (a) eine
Kohlenwasserstoffkomponente; und
- (b) eine Esterkomponente;
wobei die Zusammensetzung
aufweist: - (i) weniger als 1 Vol.-% an aromatischen
Verbindungen, bezogen auf das Gesamtvolumen der Zusammensetzung,
gemessen nach der ASTM-D-1319-Methode;
- (ii) einen Destillationsbereich, der innerhalb des Bereichs
von 135 bis 260°C
liegt, gemessen nach der ASTM-D-86-Methode; und
- (iii) einen Kauri-Butanolwert von 34 oder mehr, gemessen nach
der ASTM-D-1133-Methode,
wobei
die Kohlenwasserstoffkomponente einen dearomatisierten Kohlenwasserstoffschnitt
umfasst, welcher Spiritus bzw. Benzin und/oder Kerosin umfasst.
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Die
vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Herstellung
einer Zusammensetzung, wie sie oben definiert ist, bereit, wobei
das Verfahren das Vermischen der Kohlenwasserstoffkomponenten mit
der Esterkomponente umfasst.
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Außerdem wird
durch die vorliegende Erfindung eine Überzugszusammensetzung bereitgestellt,
umfassend eine Zusammensetzung, wie sie oben definiert ist, als
Lösungsmittel,
und es wird eine Reinigungszusammensetzung bereitgestellt, die eine
Zusammensetzung, wie sie oben definiert ist, als Lösungsmittel
umfasst.
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Unter
Verwendung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung
wird ein Produkt bereitgestellt, das eine geringere Menge an aromatischen
Verbindungen umfasst, was dem Produkt Vorteile für Gesundheit und Umwelt verleiht
(die vorliegende Zusammensetzung hat im Vergleich zu früheren Zusammensetzungen
weniger aromatische Verbindungen und niedrigere POCP-Werte). Trotzdem
sind allerdings die Flüchtigkeits-
und Lösefähigkeitseigenschaften
der Zusammensetzung hervorragend.
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Die
Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung hat einen weiten Bereich
von Verwendungen, insbesondere als Lösungsmittel (speziell als Ersatz
für White
Spirit), einschließlich
als Lösungsmittel
für Überzugszusammensetzungen,
z.B. Anstrichmittel-, Klarlack-, Lack-, Dichtungs- und Färbungszusammensetzungen.
Die vorliegende Zusammensetzung ist auch in Reinigungszusammensetzungen,
z.B. in Metall-Reinigungszusammensetzungen, und als Lösungsmittel
für Klebstoffe
verwendbar. Die erfindungsgemäße Zusammensetzung
kann auch als Lösungsmittel
für Alkydharze,
als Verdünnungsmittel
für Plastisol
und als Lösungsmittel
zur Verwendung in der Druckindustrie eingesetzt werden.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Der
Estergehalt der erfindungsgemäßen Zusammensetzung
ist nicht besonders limitiert, vorausgesetzt, dass die Zusammensetzung
ihre Destinations- und Lösefähigkeitseigenschaften
beibehält.
Typischerweise enthält
die erfindungsgemäße Zusammensetzung
allerdings 50 Vol.-% oder weniger der Esterkomponente. Vorzugsweise
enthält
die Zusammensetzung 1 bis 10 Vol.-% der Esterkomponente. Bevorzugter
enthält die
Zusammensetzung 1 bis 4 Vol.-% der Esterkomponente.
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Die
erfindungsgemäße Zusammensetzung
enthält
weniger als 1 Vol.-% an aromatischen Verbindungen, wie es gemäß ASTM D
1319 gemessen wird.
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Der
Destillationsbereich der erfindungsgemäßen Zusammensetzung liegt im
Bereich von 135 bis 260°C,
gemessen gemäß ASTM D
86. Der Destillationsbereich wird durch einen Anfangssiedepunkt
und einen Endsiedepunkt definiert und ist ein Maß für die Flüchtigkeit der Zusammensetzung
als Ganzes. Mit dem Ausdruck „liegt
innerhalb" dieses
Bereichs schließen
die zwei Grenzwerte an, so dass der Anfangssiedepunkt der Zusammensetzung
so niedrig wie 135°C
sein kann und der Endsiedepunkt der Zusammensetzung so hoch wie
260°C sein
kann.
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Der
weite Destillationsbereich resultiert aus den verschiedenen Siedepunkten
der einzelnen chemischen Komponenten der Zusammensetzung. In einer
bevorzugten Ausführungsform
liegt der Destillationsbereich der Zusammensetzung im Bereich von
145 bis 240°C.
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Die
erfindungsgemäße Zusammensetzung
hat eine Lösefähigkeit,
gemessen durch ihren Kauri-Butanolwert von 34 oder mehr. Der Kauri-Butanolwert
ist das Lösungsmittelvolumen
bei 25°C,
korrigiert auf einen definierten Standard, das erforlich ist, um
einen definierten Trübungsgrad
zu erzeugen, wenn es zu 20 g einer Standardlösung von Kauri-Harz in Normal-Butylalkohol gegeben
wird. Ein hoher Wert zeigt eine relativ starke Lösefähigkeit an. In der vorliegenden
Erfindung wurde der Kauri-Butanolwert gemäß ASTM D 1133 gemessen. Die
erfindungsgemäße Zusammensetzung
hat typischerweise einen Kauri-Butanolwert von 35 oder mehr und vorzugsweise
von 38 oder mehr.
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Der
Flammpunkt der erfindungsgemäßen Zusammensetzung
ist nicht besonders beschränkt,
vorausgesetzt, die Zusammensetzung erfüllt die Sicherheitsanforderungen
der besonderen Anwendung, der sie zugeführt werden soll. In einer bevorzugten
Ausführungsform
hat die erfindungsgemäße Zusammensetzung
allerdings einen Flammpunkt von 38°C oder höher, gemessen nach ASTM D 93,
vorzugsweise von 40°C
oder höher.
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Die
Verdampfungsrate der erfindungsgemäßen Zusammensetzung ist nicht
besonders limitiert, vorausgesetzt die Zusammensetzungen haben den
Destillationsbereich und die Lösefähigkeit,
die gemäß der Erfindung
verlangt werden. Die Verdampfungsrate ist das Verhältnis zwischen
der Verdampfungszeit des fraglichen Lösungsmittels und der Verdampfungszeit
von Diethylether. Es ist bevorzugt, dass die erfindungsgemäße Zusammensetzung
eine Verdampfungsrate von 250 oder weniger (Diethylether = 1), gemessen
gemäß DIN 53170,
hat. Typischerweise hat die erfindungsgemäße Zusammensetzung eine Verdampfungsrate
von 60 oder weniger, bevorzugter von 55 oder weniger.
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Der
Kohlenwasserstoffgehalt der erfindungsgemäßen Zusammensetzung ist nicht
besonders limitiert, vorausgesetzt, dass die Zusammensetzung ihre
Destillations- und Lösefähigkeitseigenschaften
beibehält.
Allerdings enthält
die vorliegende Zusammensetzung typischerweise 50 Vol.-% oder mehr
an Kohlenwasserstoffkomponente. Vorzugsweise enthält die Zusammensetzung
91 bis 99 Vol.-% der Kohlenwasserstoffkomponente. Bevorzugter enthält die Zusammensetzung
96 bis 99 Vol.-% der Kohlenwasserstoffkomponente.
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Die
Kohlenwasserstoffkomponente der vorliegenden Zusammensetzung umfasst
einen Kohlenwasserstoffschnitt. Mit „Kohlenwasserstoffschnitt" ist ein Schnitt
aus einem Crack-Verfahren
gemeint, das Kohlenwasserstoff abschneidet. Typischerweise hat der
Kohlenwasserstoffschnitt einen Destillationsbereich, der im Bereich
von 135 bis 260°C
liegt, und vorzugsweise einen Destillationsbereich, der im Bereich
von 145 bis 240°C
liegt. Bevorzugter hat der Kohlenwasserstoffschnitt einen Destillationsbereich,
der im Bereich von 140 bis 190°C,
145 bis 220°C,
185 bis 215°C
oder 190 bis 220°C
liegt. In der vorliegenden Erfindung umfasst der Kohlenwasserstoffschnitt
White Spirit und/oder Kerosin.
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Der
Aromatengehalt der Kohlenwasserstoffkomponente ist nicht besonders
limitiert, vorausgesetzt, dass der Aromatengehalt der End-Zusammensetzung
unter 1 Vol.-% bleibt. In der vorliegenden Erfindung ist die Kohlenwasserstoffkomponente
ein dearomatisierter Kohlenwasserstoffschnitt. Mit dearomatisiert
ist gemeint, dass die Kohlenwasserstoffkomponente einer Behandlung
unterzogen wurde, um ihren Gehalt an aromatischen Verbindungen zu
verringern.
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Die
Kohlenwasserstoffkomponente kann durch ein beliebiges bekanntes
Verfahren dearomatisiert werden. Ein solches Verfahren ist das Hydrotreating,
das üblicherweise
zum Hydrotreating von Kerosin eingesetzt wird. In diesem Verfahren
wird der Kohlenwasserstoffschnitt mit Wasserstoff umgesetzt. Ein
Strom aus Wasserstoff-reichem Gas wird dem Beschickungsgut zugeführt und
der kombinierte Strom wird in einem Reaktorbeschickungs/-ausfluss-Austauscher erhitzt,
bevor er zu dem Reaktorchargen-Heizgerät geführt wird, um die zu einer Reaktion
erforderliche Temperatur zu erhalten. Das heiße Beschickungsgut wird durch
drei Katalysatorbette in einem einzelnen Reaktorgefäß nach unten
geführt,
wobei der Katalysator die Sättigung
von Aromaten mit Wasserstoff begünstigt.
Der verwendete Katalysator ist Platin auf einem Aluminiumsilicatträger. Der Reaktorausfluss
wird dann gekühlt.
Nach dem Kühlen
geht der Ausfluss zum Hochdruckseparator, wo sich der Strom plötzlich in
Dampf und Flüssigkeit
trennt. Das flüssige
Produkt wird durch eine Stripkolonne geführt. Leichte Kohlenwasserstoffe,
die in der Stripkolonne abgestreift werden, werden zu Brenngas geleitet.
Das Benzin wird als Flüssigkeit
aus dem Strip-Überkopf-Akkumulator
abgezogen. Die Stripböden
(Endprodukt) werden gesammelt.
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Typischerweise
ist die Kohlenwasserstoffkomponente eine entschwefelte Kohlenwasserstoffkomponente.
Vorzugsweise ist der Schwefelgehalt der Kohlenwasserstoffkomponente
5 ppm oder weniger, bevorzugter 2 ppm oder weniger.
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Besonders
bevorzugte Kohlenwasserstoffkomponenten, die einen geringen Aromatengehalt
haben, zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung sind Finalan®40
und Finalan®60,
beides Produkte von Fina Chemicals, Belgien.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst die Esterkomponente der Zusammensetzung
einen Ester eines Monoalkohols mit 6 bis 12 Kohlenstoffatomen, einen
Ester eines Polyalkohols mit 4 bis 8 Kohlenstoffatomen, einen Ester
einer Hydroxysäureverbindung
oder Gemische davon. Bevorzugter umfasst die Esterkomponente Methylcaprylat
und/oder Methylheptanoat.
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Der
Destillationsbereich der Esterkomponente ist nicht besonders beschränkt, vorausgesetzt,
dass der Destillationsbereich der End-Zusammensetzung innerhalb
des Bereichs von 135 bis 260°C
bleibt. Allerdings ist es bevorzugt, dass der Destillationsbereich
der Esterkomponente innerhalb des Bereichs von 135 bis 240°C, bevorzugter
von 145 bis 220°C,
liegt.
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Die
Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung enthalten im Allgemeinen
kein grenzflächenaktives
Mittel, außer
einigen bekannten Reinigungszusammensetzungen. Somit enthalten die
erfindungsgemäßen Zusammensetzungen
vorzugsweise weniger als 5 Gew.-% grenzflächenaktives Mittel. Bevorzugter
enthalten die Zusammensetzungen im Wesentlichen kein grenzflächenaktives
Mittel.
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Im
Folgenden werden Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung lediglich als Beispiele beschrieben.
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Beispiele
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In
den folgenden Beispielen wurden sieben Mischungen (a) bis (g) einer
erfindungsgemäßen Zusammensetzung
formuliert und mit White Spirit (ein Produkt von Fina Chemicals,
Belgien) verglichen. Die Details der einzelnen Komponenten, die
zur Formulierung der Mischungen eingesetzt wurden, sind in Tabelle
1 unten angegeben: Tabelle
1
- 1 EBS 507 = Methylheptanoat
(Radia 30159)
- 2 EBS 508 = Methylcaprylat (Radia 7984)
- 3 510 = Methylcaprylat-Mischung (Radia
7983)
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Die
folgenden Mischungen, die unten in Tabelle 2 gezeigt sind, wurden
unter Verwendung der obigen Komponenten formuliert.
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Die
Eigenschaften der resultierenden Mischungen sind unten in Tabelle
3 gezeigt. Tabelle
3
- 1 C&B = Klar und hell
- 2 Spirit von Fina Chemicals, Belgien
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Aus
den obigen Mischungsbeispielen kann gesehen werden, dass die Zusammensetzungen
der vorliegenden Erfindung bezüglich
ihrer Lösefähigkeit
mit herkömmlichem
White Spirit vergleichbar sind oder diesem überlegen sind, obgleich sie
deutlich geringere Mengen an aromatischen Verbindungen haben. Die
vorliegenden Zusammensetzungen sind herkömmlichem White Spirit überlegen,
da sie ein geringeres Risiko für Gesundheit
und Umwelt darstellen.
