DE60038606T2

DE60038606T2 - Zusammensetzungen für die herstellung von wasser in öl mikroemulsionen

Info

Publication number: DE60038606T2
Application number: DE60038606T
Authority: DE
Inventors: Pauline Abu-Jawdeh; David Netherton MARTIN
Original assignee: PALOX OFFSHORE L SA
Current assignee: PALOX OFFSHORE L SA
Priority date: 1999-03-06
Filing date: 2000-03-06
Publication date: 2009-07-16
Anticipated expiration: 2020-03-07
Also published as: WO2000053699A1; GB2364713A; GB2364713B; CA2362461C; EP1163315B1; CA2362461A1; US20020051801A1; AU2928000A; ATE392461T1; EP1163315A1; GB0122403D0; DE60038606D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wasser-in-Kraftstoff-Emulsion, wobei die durchschnittliche Tröpfchengröße der Wasserphase in der Emulsion nicht größer als 0,1 μm ist, sowie deren Verwendungen.
Es ist bekannt, dass bei der Erzeugung von Metallen, usw. verwendete Schmierstoffe fließfähige Systeme sind, die sich einer der folgenden drei Kategorien zuordnen lassen.
Reine Öle: Wie der Name nahe legt, handelt es sich dabei um Grundöl, dem spezielle Additive zudosiert werden, um Verschleiß, Schäumen, usw. zu überwinden. Diese Schmierstoffe weisen die beste Schmierwirkung auf und verleihen hergestellten Teilen eine hohe Oberflächengüte. Allerdings kühlen sie zugleich die Werkzeug-Metall-Grenzfläche am schlechtesten. Das bedeutet, dass sich die Bearbeitungsgeschwindigkeit im Vergleich zu löslichen Ölen erheblich verringert. Abgesehen von der mangelnden Kühlwirkung weisen reine Öle insgesamt kaum Nachteile auf, da sie leicht handhabbar sind, lange Ölstandzeiten aufweisen, regenerierbar sind und sich, wenn nötig, leicht filtern und entsorgen lassen.
Lösliche Öle: Sie bestehen aus einem Konzentrat, das bis zu 50 Mal mit Wasser verdünnt wird. Da sie vornehmlich Wasser sind, weisen sie eine sehr hohe Kühlwirkung auf, unter der jedoch die Schmierwirkung leidet, und die Oberflächengüte ist im Allgemeinen schlecht, obwohl sich das Metall sehr schnell bearbeiten lässt. Aufgrund ihres hohen Wassergehalts können sowohl Korrosion als auch Bakterienwachstum auftreten, so dass zusätzliche Additive wie Korrosionsinhibitoren und Biozide benötigt werden. Bei letzteren besteht die Gefahr, dass sie Dermatitis verursachen, was die Handhabung problematischer macht. Diese Öle lassen sich außerdem sehr schwer entsorgen, da sie nicht ohne Weiteres verbrannt werden können. Im Allgemeinen werden sie mittels eines sehr kostspieligen Verfahrens gespalten.
Wasser-in-Öl-Emulsionen: Diese wurden verwendet, um einen Schmierstoff zu erzielen, dessen Eigenschaften zwischen denjenigen reiner und löslicher Öle liegen. Normalerweise sind diese Öle jedoch unstabil, und sind mit vielen der Probleme behaftet, die auch bei löslichen Ölen auftreten. Es wurde früher versucht, stabile Invert-Emulsionen zu formulieren – vgl. beispielsweise WO 92/07053 –, wobei diese Emulsionen jedoch an sich instabil sind, obwohl sie eine erheblich verringerte Tröpfchengröße aufweisen. Dies führt zu Problemen bei der Trennung sowie zu Korrosion und Bakterienwachstum.
Kraftstoffe: Sie werden als Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial zum Betrieb eines Motors oder einer anderen derartigen Maschinerie definiert. Die Erfindung verwendet alle Kraftstofftypen, d. h., Diesel, Kerosin, Benzin (verbleit oder bleifrei) und Mischungen derselben.
Schon früher verwendeten viele Anmelder Kraftstoff-Emulsionen. Die gebildeten Emulsionen weisen jedoch eine große Tröpfchengröße auf, die ein milchiges Aussehen hervorruft. Für diese Emulsionen ist eine Anzahl von Sekundäradditiven, wie Korrosionsinhibitoren und Bakterizide, erforderlich, um die Hinzufügung der Wasserphase zu bewältigen. Aufgrund ihrer erheblichen Wassertröpfchengröße sind diese Emulsionen außerdem durch Instabilität gekennzeichnet, die zu einer Trennung von Kraftstoff und Wasser führt. Dies ist selbstverständlich unerwünscht, da dadurch nicht nur Probleme durch einen Maschinenausfall, sondern auch Probleme durch einen Produktionsausfall, beispielsweise bei einem dieselbetriebenen Motor, entstehen können.
Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Zusammensetzung, die die Bildung transluzenter Mikroemulsionen ermöglicht, welche eine Wassertröpfchengröße von weniger als 0,1 μm, vorzugsweise von weniger als 0,01 μm aufweisen. Durch diese kleine Tröpfchengröße wird nicht nur das Aussehen für den Benutzer ästhetisch ansprechender, sondern sie bietet auch gegenüber den derzeit vorliegenden Systemen mehrere wesentliche Vorteile. Die aufgrund der kleinen Tröpfchengröße bestehende Transluzenz macht sowohl Korrosionsinhibitoren als auch Bakterizide unnötig. Vermutlich aufgrund der oberflächenaktiven Substanzen, die zur Stabilisierung der Emulsion beitragen, wird weiterhin eine Verbesserung der Schmierwirkung der Emulsionen erzielt. Außerdem sind diese Systeme von Natur aus thermodynamisch stabil und werden daher nicht die inhärente Instabilität typischer Systeme aufweisen.
Die diesen Systemen zuerkannten Vorteile werden nicht von der Verwendung von Wasser-in-Kraftstoff-Emulsionen abhalten, deren Vorteile in saubereren Emissionen, einer reduzierten Feinstaubmenge und erhöhten Verbrennungsgeschwindigkeiten (die zu einem günstigeren Kraftstoffverbrauch führen) liegen. WO 98/50139 beschreibt die Verwendung von Mikroemulsionen in verschiedenen Industrieschmierstoff-Anwendungen, zu denen Schneidöle, Hydraulikflüssigkeiten, Getriebeöle und Schleifflüssigkeiten gehören. Die Zusammensetzung zur Herstellung der Mikroemulsion umfasst Folgendes: i) ein Fettsäureaminethoxylat; ii) C₆-C₁₅ Alkoholethoxylat; sowie wahlweise iii) Tallölfettsäureamin.
US-A-3 876 391 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Wasser-in-Erdöl-Typs von Mikroemulsionen.
Die vorliegende Erfindung behandelt Probleme aus dem Stand der Technik. Aspekte der vorliegenden Erfindung sind in den beigefügten Ansprüchen definiert.
Die vorliegende Erfindung stellt neue Wasser-in-Kraftstoff-Emulsionen bereit, wobei der Kraftstoff wie nachstehend definiert sein kann. Die Tröpfchen der Wasserphase der Emulsion weisen eine durchschnittliche Tröpfchengröße auf, die nicht größer als 0,1 μm ist. Diese Emulsionen sind klare, transluzente Emulsionen. In der vorliegenden Patentschrift ist jede Bezugnahme auf „eine Wasser-in-Kraftstoff-Emulsion, wobei die durchschnittliche Tröpfchengröße der Wasserphase der Wasser-in-Kraftstoff-Emulsion nicht größer als 0,1 μm ist" gleichbedeutend mit der Bezeichnung „eine Wasser-in-Kraftstoff-Emulsion, wobei die Emulsion eine klare, transluzente Emulsion ist".
Die vorliegende Erfindung stellt eine stabile Emulsion bereit. Die Emulsion weist eine kontinuierlichen Kraftstoffphase auf, in der Wassertröpfchen dispergiert sind, die eine durchschnittliche Tröpfchengröße von nicht größer als < 0,1 μm aufweisen. Die resultierende klare, transluzente Emulsion ist thermodynamisch stabil und bietet sowohl eine hohe Schmierwirkung als auch hohe Kühleigenschaften.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft somit eine Wasser-in-Kraftstoff-Emulsion, wobei die durchschnittliche Tröpfchengröße der Wasserphase der Wasser-in-Öl-Emulsion nicht größer als 0,1 μm ist.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Wasser-in-Kraftstoff-Emulsion bereit, die aufgrund der extrem kleinen Tröpfchengröße kein mikrobielles Wachstum fördern kann.
Die Mischungsverhältnisse der Kraftstoffphase und der Wasserphase der Emulsionen können je nach der Anwendung der Emulsion variiert werden. Allgemein macht der Kraftstoff mindestens etwa 80 Gew.-% mit Bezug auf das Gesamtgewicht der fluiden Phasen von Kraftstoff und Wasser aus. Allgemein macht die Kraftstoffphase nicht mehr als etwa 90 Gew.-% oder als etwa 95 Gew.-% aus. Jeder prozentuale Anteil bezieht sich auf das Gesamtgewicht der fluiden Phasen von Kraftstoff und Wasser.
Die Emulgatorzusammensetzung ist vorzugsweise derart gewählt, dass die Emulgatormenge zur Bildung einer Mikroemulsion für ein gegebenes Basisfluid minimal gehalten wird. Typischerweise umfasst die Zusammensetzung zwischen 5 und 30 Gew.-% Emulgator, bevorzugt zwischen 5 und 20% und besonders bevorzugt zwischen 5 und 10%.
Im Allgemeinen umfassen die Wasser-in-Kraftstoff-Emulsionen ein C₆-C₁₅ Alkoholethoxylat, ein Aminethoxylat und ein Polyisobutylsuccinimid oder Sorbitanester.
Der Kraftstoff gemäß der vorliegenden Erfindung ist aus Diesel, Kerosin, Benzin (verbleit oder bleifrei) und Mischungen derselben ausgewählt.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt kann die vorliegende Erfindung eine Emulsion bereitstellen, die Folgendes umfasst: (i) 10 Teile Wasser; (ii) 90 Teile Dieselkraftstoff; und (iii) Emulgatoren wie hier definiert in einer Menge von 14 Volumenanteilen mit Bezug auf die Gesamtmenge an Kraftstoff und Wasser.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt kann die vorliegende Erfindung eine Emulsion bereitstellen, die Folgendes umfasst: (i) 10 Teile Wasser; (ii) 90 Teile bleifreies Benzin; und (iii) Emulgatoren wie hier definiert in einer Menge von 10 Volumenanteilen mit Bezug auf die Gesamtmenge an Kraftstoff und Wasser.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt kann die vorliegende Erfindung eine Emulsion bereitstellen, die Folgendes umfasst: (i) 10 Teile Wasser; (ii) 90 Teile Dieselkraftstoff, und (iii) Emulgatoren wie hier definiert in einer Menge von 12 Volumenanteilen mit Bezug auf die Gesamtmenge an Kraftstoff und Wasser.
Ein wichtiger Bereich für die Verwendung der neuen Wasser-in-Kraftstoff-Emulsionen gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Markt für leistungsstarke Dieselmotoren, insbesondere für Lastkraftwagen, Busse und andere leistungsstarke Transportfahrzeuge, wobei die vorliegende Erfindung jedoch nicht auf diesen Anwendungsbereich beschränkt ist.
Die verwendete Wasserphase kann direkt der örtlichen Wasserversorgung entnommen werden.
Die Emulsion kann zusätzliche Komponenten aufweisen. Diese zusätzlichen Komponenten können zudosiert werden, um die Antiverschleiß- oder Hochdruckeigenschaften zu verbessern oder um als Frostschutzmittel, wie zum Beispiel Ethylenglykol, zu fungieren. Das Erfordernis, zusätzliche Komponenten hinzuzufügen, kann durch den Anwendungsbereich der Erfindung vorgegeben sein. Geeignete zusätzliche Komponenten und deren Bedarf je nach Anwendungsbereich sind dem Fachmann geläufig.

Claims

Eine Wasser-in-Kraftstoff-Emulsion, wobei die durchschnittliche Tröpfchengröße der Wasserphase dieser Emulsion nicht größer als 0,1 μm ist und die Emulsion Folgendes umfasst: (a) Wasser; (b) einen Kraftstoff ausgewählt aus Diesel, Kerosin, Benzin (verbleit oder bleifrei), und Mischungen derselben; und (c) Emulgatoren umfassend i) ein C₆-C₁₅ Alkoholethoxylat, ii) Polyisobutylsuccinimid oder ein Sorbitanester und iii) ein Aminethoxylat.
Eine Wasser-in-Kraftstoff-Emulsion wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei die Emulsion Folgendes umfasst: (a) 10 Teile Wasser (b) 90 Teile Dieselkraftstoff; und (c) 14 Volumenanteile Emulgatoren mit Bezug auf die Gesamtmenge an Kraftstoff und Wasser
Eine Wasser-in-Kraftstoff-Emulsion wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei die Emulsion Folgendes umfasst: (a) 10 Teile Wasser; (b) 90 Teile Dieselkraftstoff; und (c) 12 Volumenanteile Emulgatoren mit Bezug auf die Gesamtmenge an Kraftstoff und Wasser
Eine-Wasser-in-Krafstoff-Emulsion wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei die Emulsion Folgendes umfasst: (a) 10 Teile Wasser (b) 90 Teile Dieselkraftstoff; und (c) 10 Volumenanteile Emulgatoren mit Bezug auf die Gesamtmenge an Kraftstoff und Wasser.
Eine Wasser-in-Kraftstoff-Emulsion wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei der Kraftstoff mindestens 80 Gew.-% mit Bezug auf das Gesamtgewicht des Wassers und Kraftstoffs ausmacht.
Eine Wasser-in-Krafstoff-Emulsion wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei der Kraftstoff nicht mehr als 90 Gew.-% mit Bezug auf das Gesamtgewicht des Wassers und Kraftstoffs ausmacht.
Verwendung einer Wasser-in-Krafstoff-Emulsion wie in einem der Ansprüche 1–6 beansprucht als Schweröl.
Verwendung einer Wasser-in-Kraftstoff-Emulsion wie in einem der Ansprüche 1–6 beansprucht im Bereich leistungsstarker Dieselmotoren.