DE68913799T2 - Reinigungsverfahren. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen, Waschen, Entfetten, Entölen und zur Entfernung von Spänen oder Pigmenten von/aus Gegenständen.
• Die Reinigung von Metallen, Kunststoffen, Keramikmaterialien, Glas oder Textilien erfolgt üblicherweise in einem kontinuierlichen Einphasensystem, welches aus einem Lösungsmittel oder einer Lösungsmittelmischung oder einem wäßrigen System mit gelösten Inhaltsstoffen, wie Detergentien, pH-Modifikationsmitteln, Komplexierungsmitteln usw., besteht. Es werden auch Lösungsmittel mit gelösten Inhaltsstoffen oder als Emulsionen in Wasser eingesetzt.
• Zweiphasige Systeme sind in der Patentliteratur beschrieben, aber die beschriebenen Systeme umfassen zusätzliche Phasen, welche die Systeme nur zu sogenannten (quasi) Zweiphasensystemen machen.
• Die britische Patentanmeldung 2 026 551 offenbart ein Verfahren zum Reinigen von Oberflächen, die mit Öl verschmutzt sind, welches das Kontaktieren der öligen Oberflächen mit einem Reinigungsmittel umfaßt, das ein organisches Lösungsmittel und eine wäßrige Lösung einer Substanz, die die Oberflächenspannung herabsetzt und/oder die Alkalinität der Lösung erhöht, enthält, und in welchem im Anschluß an den Reinigungsvorgang der verschmutzte Reiniger von den gereinigten Gegenständen abgetrennt wird und sich beim Stehen in organische und wäßrige Phasen scheidet. Gemäß der Beschreibung und dem Beispiel der britischen Patentanmeldung 2 026 551 gibt es tatsächlich 3 Phasen. Eine metastabile Zwischenphase bildet sich, die das Kreislaufrückführverfahren als ganzes behindert.
• Die US- Patentschrift 4 619 706 offenbart eine 2-Phasenflüssigkeit, die entweder Glykolphenoläther oder ethoxylierten Furfurylalkohol als organische Phase und eine wäßrige Phase umfaßt, wobei die genannten Phasen relativ unlöslich ineinander sind. Nach der Beschreibung weist ethoxylierter Furfurylalkohol eine beträchtliche Löslichkeit in wäßrigen Lösungen mit niedrigen alkalischen Konzentrationen auf und ferner hat 2-Phenoxyethanol eine Löslichkeit von 2,69 in 100g Wasser. Die Verbindungen haben eine zu hohe Löslichkeit, als daß sie im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden könnten. Das System ist kein wirkliches 2-Phasensystem.
• Die deutsche Patentveröffentlichung 2056341 offenbart eine instabile Emulsion, die ein wasserunlösliches organisches Lösungsmittel und eine wäßrige Lösung von waschaktiven Inhaltsstoffen, Aralkylsulfonaten, Phosphaten und Alkali enthält. Die Emulsion zersetzt sich nach wenigen Minuten. Die Zersetzung geht noch zu langsam vor sich.
• Die US-Patentschrift 1 927 496 betrifft ein Verfahren zum Reinigen, welches das kraftvolle Aufprallen einer dauerhaft kolloidalen Suspension von Öl in Wasser auf die zu reinigende Oberfläche umfaßt. Eine geringe Menge Öl, nämlich 1 Teil Öl je 50 bis 150 Teile Wasser ist im Wasser suspendiert. Die Suspension ist von dauerhafter Natur.
• Ferner weisen alle Systeme des Stands der Technik den Nachteil auf, daß die zum Wasser zugegebenen Verbindungen zu Abwasserproblemen führen.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Reinigen, Waschen usw. von Gegenständen zur Verfügung zu stellen, das in bezug auf den Umweltschutz eher akzeptabel ist und keine Abwasserprobleme mit sich bringt.
• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen, Waschen, Entfetten, Entölen und zur Entfernung von Spänen oder Pigmenten von/aus Gegenständen, welches das Kontaktieren des Gegenstands mit einer Suspension umfaßt das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Suspension ein wirkliches 2- Phasensystem darstellt, wobei die 2 Phasen in fein verteilter Form nebeneinander vorliegen und ein mit Wasser nicht mischbares organisches Lösungsmittel und Wasser in einem Verhältnis von 9:1 bis 1:9 enthalten, und zwar in Abwesenheit eines die Oberflächenspannung herabsetzenden Mittels und in Abwesenheit einer Substanz, welche die Alkalinität erhöht, und daß anschließend der Gegenstand aus dem 2-Phasensystem abgetrennt wird und das 2-Phasensystem sich in verschmutztes organisches Lösungsmittel und Wasser auftrennen läßt.
• Das 2-Phasensystem kann als wirkliches 2-Phasensystem definiert werden, wobei die beiden Phasen in einander nicht löslich sind und außerdem in fein verteilter Form nebeneinander (in dispergierter Form ) vorliegen und im allgemeinen durch Einwirken einer mechanischen Kraft in dieser Form gehalten werden.
• Da die beiden Phasen ihre Wirkung in der dispergierten Form entfalten, sollten die Phasen mindestens während einer gewissen Zeit in dieser Form beibehalten werden. Später kann das System zerfallen, nachdem es auf die Oberfläche des Gegenstandes eingewirkt hat.
• An das Wasser sind keine besonderen Anforderungen gestellt, aber es darf keine Verbindungen enthalten, die die Zusammensetzung wertlos machen. Die Zusammensetzung kann Wasser aus verschiedenen Quellen umfassen, wie Leitungswasser, destilliertes Wasser oder entsalztes Wasser. Auch fluoriertes Wasser kann verwendet werden.
• Im erfindungsgemäßen Verfahren verbleiben die Phasen aufgrund ihrer Nichtmischbarkeit getrennt voneinander und beim Auftreffen auf die Oberfläche des Gegenstands üben die Phasen eine Druckspannung auf die Schmutzschicht gemäß ihrer ursprünglichen Oberflächenspannung aus, d.h. die Wassertropfen bei 73 Dyn/cm (mN/sec) und die Kohlenwasserstofftropfen bei ca. 25 Dyn/cm (mN/sec). Das trägt in hohem Maße dazu bei, dicke Schichten (vor allem Pigmentschichten) in kurzer Zeit zu entfernen.
• Ferner, da die niedrige Oberflächenspannung der kleinen Kohlenwasserstofftropfen aufrechterhalten wird, trägt sie dazu bei, Splitter und Pigmente aus kleinen Bohrungen und Löchern zu entfernen.
• Nachdem ferner die Oberfläche des Gegenstands mit dem 2-Phasensystem kontaktiert worden ist, zerfällt letzteres sehr schnell und spontan, im allgemeinen innerhalb einer halben Minute, und die getrennten Phasen lassen sich wiederum im Reinigungsverfahren einsetzen.
• Die Trennung der beiden Phasen, des wasserunlöslichen organischen Lösungsmittels und Wasser, folgt dem Gesetz von Stoke, wenn beide Phasen innig miteinander vermischt worden sind. Das bedeutet, daß je kleiner die Teilchen sind, umso länger die Zeit ist, die für die Trennung benötigt wird. Das Gesetz von Stoke beschreibt die Fallgeschwindigkeit eines Kügelchens in einer viskosen Flüssigkeit. Fällt ein kleines Kügelchen unter Einwirkung der Schwerkraft durch ein viskoses Medium, dann nimmt es schließlich eine konstante Geschwindigkeit an. In der Formel
• V = 2ga²(d&sub1;-d&sub2;)/9η
• ist a der Radius des Kügelchens , d&sub1;und d&sub2; bedeuten die Dichten des Kügelchens bzw. des Mediums , η ist der Koeffizient der Viskosität und g die Erdbeschleunigung.
• Das wasserunlösliche organische Lösungsmittel ist vorzugsweise eine Mischung aus einem nicht-aromatischen Kohlenwasserstoff und einer geringen Menge eines alkylierten Aromaten, der mindestens eine Alkylgruppe mit 8 bis 18 Kohlenstoffatomen enthält. Noch mehr bevorzugter Weise enthält das organische Lösungsmittel 85 bis 98 Gewichtsteile einer nichtaromatischen Kohlenwasserstoffflüssigkeit mit einem atmosphärischen Anfangssiedepunkt von mindestens 150ºC und 2 bis 15 Gewichtsteile mindestens eines alkylierten Aromaten, der mindestens eine Alkylgruppe mit 8 bis 18 Kohlenstoffatomen enthält.
• Die alkylierten Aromaten umfassen alkylierte Xylole, Toluole und Benzole. Bevorzugt sind Alkylbenzole, vor allem Benzole, die eine lineare Alkylgruppe mit 8 bis 18, vorzugsweise mit 10 bis 16 Kohlenstoffatomen enthalten. Selbstverständlich ist es möglich, ein reines Alkylbenzol einzusetzen. Solche reinen Alkylbenzole sind ziemlich teuer. Daher ist es billiger und praktischer, Mischungen von Alkylbenzolen zu verwenden. Ferner ist es oft von Vorteil, solche Mischungen einsetzen, da die Alkylbenzole aufgrund ihrer verschiedenen Strukturen leicht unterschiedliche Lösungseigenschaften aufweisen.
• Die nichtaromatische Kohlenwasserstoffflüssigkeit umfaßt aliphatische und/oder cycloaliphatische Verbindungen. Gesättigte Kohlenwasserstoffe sind im wesentlichen nicht-toxisch und daher sehr geeignet.
• Die nichtaromatische Kohlenwasserstoffflüssigkeit hat einen atmosphärischen Anfangssiedepunkt von vorzugsweise mindestens 150ºC. Daher hat die Mischung einen ziemlich hohen Flammpunkt. Das ist von Vorteil, da dadurch der Einsatz der Mischung auch auf warmen Einrichtungen möglich ist. Vorzugsweise liegt der Flammpunkt bei mindestens 55ºC. (Der Flammpunkt läßt sich z.B. durch die bekannte Abel-Pensky-Closed-Cup-Methode bestimmen).
• Der Endsiedepunkt der nichtaromatischen Kohlenwasserstoffflüssigkeit liegt geeigneterweise unterhalb 320ºC, vorzugsweise liegt der Siedebereich zwischen 180 und 280ºC.
• Um das Zwei-Phasensystem einsatzbereit zu machen, sollten das mit Wasser nicht mischbare organische Lösungsmittel und Wasser innig vermischt werden, so daß das eine Fluid in dem anderen dispergiert ist. Dazu ist mechanische Krafteinwirkung erforderlich, wie z.B. eine Pumpe, eine Düse/Spritzdüse, Ultraschallwellen, ein Rührer oder andere Vorrichtungen.
• Die Volumenverhältnisse der Mengen an organischem Lösungsmittel und Wasser können zwischen 9:1 und 1:9, vorzugsweise zwischen 3:1 und 1:3 variieren.
• Die im erfindungsgemäßen Verfahren einzusetzende Düse kann jeder Art sein, z.B. der Art, wie sie für die Herstellung von Polyurethanen eingesetzt wird. Der zu reinigende Gegenstand kann einfach in einem Reservoir aufgehängt werden, dann wird ein Strom des soeben hergestellten 2-Phasensystems auf den Gegenstand gerichtet und übt seine Reinigungswirkung darauf aus, woraufhin das 2-Phasensystem zerfällt und 2 Schichten in dem Reservoir bildet. Nach dem Abziehen beider Schichten aus dem Reservoir lassen sich die Phasen wiederverwenden.
• Eine weitere Methode besteht im Eintauchen des zu reinigenden Gegenstands in ein Reservoir, während die 2 Phasen in das Reservoir gegeben werden. Dann wird mittels geeigneter Vorrichtungen, die sich z.B. an den Innenwänden des Reservoirs befinden, eine Ultraschallvibration in dem Fluid des Reservoirs erzeugt. Die beiden Phasen werden dabei an einem Ort, an welchem der Gegenstand hängt innig vermischt. Sobald die Ultraschallvibration gestoppt wird, zerfällt das 2-Phasensystem. Der Gegenstand wird aus dem Reservoir genommen und gespült. Das Reservoir läßt sich mehrmals einsetzen.
• Das Verfahren nach vorliegender Erfindung kann bei Temperaturen im Bereich von 10ºC bis 80ºC, vorzugsweise von 20ºC bis 60ºC durchgeführt werden.
Beispiele
• Alle Arten von Gegenständen, die mit Öl, Fett, Spänen, Stahlspänen, Pigmenten usw verschmutzt sind, werden der Wirkung eines 2-Phasensystems unterworfen, das das Shell Kaltreinigungsmittel UKR A 151 und Wasser enthält. Das 2-Phasensystem ist eine dispergierte Mischung der beiden Phasen, das durch inniges Vermischen in Düsen oder mittels Ultraschallwellen erhalten worden ist.
• Das System wird gesprüht, unter ausreichend hohem Druck manchmal unter hohem Druck tauchgesprüht(dip-sprayed), oder das System wird unter Ultraschallvibration in eingetauchtem Zustand gehalten. Das Reinigungsmittel Shell UKR A 151 besteht aus einer Mischung von 93 Vol% "Shellsol D60" ( ein aliphatischer Kohlenwasserstoff mit einem Anfangssiedepunkt von 180-190ºC und einem Endsiedepunkt von 200 bis 220ºC) und 7 Vol% "Dobane 45" (eine Mischung aus linearen Alkylbenzolen mit hauptsächlich 14 bis 15 Kohlenstoffatome enthaltenden Alkylgruppen).
• In den Tabellen sind die Arbeitsbedingungen und die durch die verschiedenen Verfahren erhaltenen Ergebnisse angegeben. Reinigungsergebnisse mit dem Kaltreiniger (Shell UKR A 151), Dispersionen in Wasser Beispiel Teile Verunreinigung UKR A 151 Verfahren Gußteile, zahlreiche Bohrlöcher, glatte, leicht zu beschädigende Oberflächen und Kanten, ca.1 cm hoch Lagerbuchsen, Stahlblech/Platte Lagerbuchsen, mit Kupfer beschichtetes Stahlblech/Platte, dichte unregelmäßige Packung in Gehäusen (tense dumped packing in cages) Reparaturwerkzeuge (Schlagbohrer, elektrische Bohrer) Kunststoff, Fe, Cu, Al Einschleifmassen, Späne, abgeschliffenes Metall/Pigmente Öl, Späne, abgeschliffenes Material/Pigmente dickes Getriebeschmiermittel, abgeschliffenes Metall + Sinarol 1:1 Tauchsprühen 10 Bar Tauchsprühen 10 Bar Hochdrucksprühen Tauchsprühen + Tauchsprühen + Hochdrucksprühen Sprühen bei 4 Bar(Mehrstufenverfahren) Fortsetzung der Tabelle Beispiel Zeit Spültemp.ºC/Zeit Trocknungstemp.ºC/Zeit Ergebnis Entfernung von Öl Spänen erfolgreich, Pigmentverunreinigungen erst nach dem Spülen entfernt dem äußeren Anschein nach gut, beim Schleiftest wird noch zurückbleibendes abgeschliffenes Material festgestellt gut, auch beim Schleiftest nicht zufriedenstellend wegen dichter Packung und zu wenig Öffnungen (Teile, die sehr gut ausfallen), Schleiftest zeigt zurückbleibende Spuren von Pigmenten, trocken In Konstruktion befindliche Vorrichtung (Installation für fortlaufende Bearbeitung) Fortsetzung der Tabelle Beispiel Teile Verunreinigung UKR A 151 Verfahren Präzisionsstahlröhren, 20 bis 200 cm, isoliert Stahlröhren, 25 cm, 1,5 cm Durchmesser, in Trommel gestapelt (dumped in drum) Quadratische Rohre 370x5x5, in dichter Packung, Trommel Al in Hebelmischer, poliert, völlig geometrische Form Al Vergasergehäuse, einfache Schicht Elektrische Kollektoren, Cu-Spule, Eisenkern, noch etwas Farbschicht vorhanden Sprühol, Schneidölemulsion, Späne Ziehfett(hoher Stearatgehalt), Späne, abgeschliffenes Metall Ziehöl, Schmieröl, teilweise verrostet Späne und abgeschliffenes Metall Polierpaste, fest in verwinkeltem , mit Windungen versehenem Loch ölige Späne, Al-Pigmentstaub abgeschliffenes oxidiertes Cu, mit Fett, Farbspuren, Straußenstaub Sprühen 8 Bar Eintauchen Ultraschall 10W/l Tauchsprühen 8 bis 12 Bar Sprühen und Tauchsprühen 10 Bar Sprühen 10 Bar Einweichen Tauchsprühen Hochdrucksprühen Fortsetzung der Tabelle Beispiel Zeit Spültemp.ºC/Zeit Trocknungstemp.ºC/Zeit Ergebnis erfolgreiche Ergebnisse für 1/4 Jahr im 3-Schichten-Betrieb sehr gut, trocken, frei von Fett, Spänen und Pigmentverunreinigungen sehr gut(äquivalent zu 5' bei 120ºC während Perchlorethylen-Dampfentfettung), frei von Fett, Spänen und Pigmentverunreinigungen. Feuchtigkeitsrückstände bei aneinandergepreßten Teilen auch Schaufelteile zugänglich, rein, mit Windungen versenes Loch noch blokkiert gute Öl- und Spanentfernung, Pigment erst nach Spülen mit Wasser entfernt sehr gut, Farbe und Kunststoff in Ordnung

Claims (9)

1. Ein Verfahren zum Reinigen, Waschen, Entfetten, Entölen, zum Entfernen von Spänen oder von Pigment von/aus einem Gegenstand, welches die folgenden Stufen umfaßt: Kontaktieren des Gegenstands mit einer Suspension, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension ein echtes 2-Phasensystem umfaßt wobei die beiden Phasen in fein verteilter Form nebeneinander vorliegen und ein wasserunlösliches organisches Lösungsmittel und Wasser in einem Verhältnis von 9:1 bis 1:9 enthalten, in Abwesenheit eines die Oberflächenspannung reduzierenden Mittels und in Abwesenheit einer Substanz, welche die Alkalinität erhöht, und anschließend das Abtrennen des Gegenstands von dem 2-Phasensystem, und das Sich-Auftrennenlassen des 2-Phasensystems in verunreinigtes organisches Lösungsmittel und Wasser.

2. Ein Verfahren, wie in Anspruch 1 beansprucht, in welchem das echte 2-Phasensystem ein wasserunlösliches organisches Lösungsmittel und Wasser ohne Zusatzstoff, welcher die Natur des echten 2-Phasensystems zerstören könnte, umfaßt.

3. Ein Verfahren wie in Anspruch 1 oder 2 beansprucht, in welchem das 2-Phasensystem ein wasserunlösliches Kohlenwasserstofflösungsmittel und Leitungswasser, destilliertes Wasser oder entsalztes Wasser enthält.

4. Ein Verfahren wie in einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 beansprucht, in welchem das organische Lösungsmittel einen nichtaromatischen Kohlenwasserstoff und eine geringe Menge einer alkylierten aromatischen Substanz enthält, welche mindestens eine Alkylgruppe mit 8 bis 18 Kohlenstoffatomen aufweist.

5. Ein Verfahren, wie in einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 beansprucht, in welchem man das 2-Phasensystem sich innerhalb 1 Minute in Schichten aus organischem Lösungsmittel und Wasser auftrennen läßt.

6. Ein Verfahren, wie in Anspruch 5 beansprucht, gekennzeichnet durch die Abwesenheit einer metastabilen Zwischenschicht.

7. Ein Verfahren, wie in Anspruch 1 beansprucht, in welchem das 2-Phasensystem in Form einer Dispersion des einen Fluids in dem anderen Fluid aufrechterhalten wird.

8. Ein Verfahren, wie in Anspruch 7 beansprucht, in welchem eine mechanische Krafteinwirkung eingesetzt wird, um die Dispersion aufrechtzuerhalten.

9. Ein Verfahren, wie in einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 beansprucht, in welchem der behandelte Gegenstand mit Wasser gespült wird.