DE69204567T2

DE69204567T2 - Verfahren und Zusammensetzung zum Reinigen von Geweben, unter Verwendung von verdichtetem Kohlendioxid und Reinigungszusätzen.

Info

Publication number: DE69204567T2
Application number: DE69204567T
Authority: DE
Inventors: Daniel T Carty; James R Latham; James D Mitchell
Original assignee: Clorox Co
Current assignee: Clorox Co
Priority date: 1991-06-14
Filing date: 1992-06-11
Publication date: 1996-02-01
Anticipated expiration: 2012-06-12
Also published as: EP0518653A1; ES2078659T3; CA2070760A1; ATE127547T1; JPH05202388A; AU661314B2; AU1815792A; DE69204567D1; EP0518653B1; US5279615A; JP3270523B2

Description

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von insbesondere nichtpolarem Schmutz aus textilen Flächengebilden unter Verwendung eines Gemisches von verdichtetem Kohlendioxid und einem Reinigungszusatzstoff, der eine nichtpolare Flüssigkeit ist.

2. Kurze Diskussion des Standes der Technik

Die Verwendung von Kohlendioxid bei der Reinigung textiler Flächengebilde hat nur beschränkte Anerkennung gefunden. Kohlendioxid wurde als Standardtreibmittel bei der Abgabe von schäumenden Reinigungsprodukten verwendet, vergleiche Harris, U.S. Patent Nr. 4 219 333.
Maffei beschreibt in der U.S. Patentschrift 4 012 194 ein trockenes Reinigungssystem, bei dem gekühltes flüssiges Kohlendioxid zur Extraktion von Schmutz, der an Kleidern bzw. Wäsche haftet, verwendet wird. Das flüssige Kohlendioxid wird in gasförmiges Kohlendioxid umgewandelt, der Schmutz wird in einem Verdampfer entfernt, und das gasförmige Kohlendioxid wird dann recycelt. Die Verwendung von zusätzlichen Reinigungszusatzstoffen in Verbindung mit dem gekühlten flüssigen Kohlendioxid in seinen trockenen Reinigungssystemen wird jedoch von Maffei nicht gelehrt, beschrieben oder nahegelegt.
Kürzlich wurde die Verwendung superkritischer Fluide, beispielsweise Kohlendioxid, dessen Temperatur über den sogenannten kritischen Punkt erhöht wurde, für die Zwecke der Lösungsmittelextraktion studiert, vergleiche beispielsweise Kirk-Othmer, Encyl. of Chem. Tech., 3. Ausg., Bd. 24 (Ergänzung), Seiten 872 bis 893 (1983) und Brogle, "CO&sub2; in Solvent Extraktion" Chem. and Ind., Seiten 385 bis 390 (1982). Diese Technologie ist von großem Interesse, da bei solchen Extraktionsverfahren wenig oder keine organischen Lösungsmittel erforderlich sind, was vom Umweltstandpunkt aus sehr wünschenswert ist.
In der DE-A-4 004 111 wird ein Verfahren zur Vorbehandlung von textilen Oberflächen für die Entfernung von mit den Fasern-assoziierten Materialien mit einem Fluid beschrieben, wobei das Fluid ein superkritisches Fluid ist. Zu der superkritischen Flüssigkeit kann ein Moderator, wie Wasser, zugegeben werden. Diese kann Paraffin-Kohlenwasserstoffe enthalten.
In der DE-A-2 027 003 wird ein Verfahren zur Reinigung von Gegenständen beschrieben, die mit Öl verschmutzt sind, wobei die verschmutzten Gegenstände mit einem Erdöl-Mineralöl behandelt werden und das überschüssige Öl entfernt wird.
Jedoch wird in keiner der Literaturstellen die Kombination von verdichtetem Kohlendioxid und einem Reinigungszusatzstoff als Reinigungsmittel für die Entfernung von Schmutz und Flecken aus textilen Flächengebilden offenbart, gelehrt oder nahegelegt, wobei der Reinigungszusatzstoff eine nichtpolare Flüssigkeit ist. Gemäß dem Stand der Technik wird die Verwendung solcher Kombinationen aus verdichtetem Kohlendioxid und einem Reinigungszusatzstoff bei einem trockenen Reinigungsverfahren weder gelehrt, offenbart oder nahegelegt, wobei die neue Kombinationen eine umweltsichere Alternative zur Verwendung üblicher Trockenreinigungsmaterialien, wie Stoddard-Lösungsmittel oder Perchlorethylen ("perc") darstellt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG UND AUFGABE

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von nichtpolarem Schmutz bzw. Flecken aus textilem Flächengebilde, das die Behandlung des Schmutzes zuerst mit einem nichtpolaren Reinigungszusatzstoff mit einer Viskosität von 0,5 mPa.s (0,5 cps) oder größer bei Standardtemperatur und -druck und danach mit einem fluiden Medium, welches entweder verdichtetes oder superkritisches Kohlendioxid ist, umfaßt.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein verbessertes Verfahren zur Trockenreinigung von textilen Flächengebilden zur Verfügung gestellt, bei dem die signifikante Verwendung solcher Lösungsmittel, wie Perchlorethylen und Stoddard-Lösungsmittel, oder ähnlicher Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel vermieden wird.
Das erfindungsgemäße kombinierte System aus verdichtetem Kohlendioxid/Zusatzstoff besitzt eine überraschend überlegene Wirkung, verglichen mit der Verwendung von entweder Kohlendioxid oder Zusatzstoff alleine, wenn diese auf den Schmutz angewendet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Entfernung von nichtpolarem Schmutz aus textilen Flächengebilden vermeidet die Verwendung von Wasser und anderen Lösungsmittel, die nach der Entfernung aus dem textilen Flächengebilde eine Beschädigung des textilen Flächengebildes durch Schrumpfen oder Verziehen verursachen könnten.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figur 1 ist die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen bevorzugten Ausführungsform, nämlich eines trockenen Reinigungsverfahrens.

GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Wie angegeben betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Entfernung von nichtpolarem Schmutz aus textilen Flächengebilden unter Verwendung eines Reinigungszusatzstoffes mit einer Viskosität von mindestens 0,5 mPa.s (0,5 cps) und verdichtetem oder superkritischem Kohlendioxid.
Eine besonders bevorzugte Anwendung der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung des Reinigungsverfahrens bei der nichtwäßrigen Reinigung von verschmutzten textilen Flächengebilden, ein Verfahren, das allgemein als Trockenreinigung bekannt ist.
Die Trockenreinigung erfolgt hauptsächlich in kleineren Geschäften, von denen viele seit vielen Jahren bis zum Beginn der strikten Umweltgesetzgebung hinsichtlich der Verwendung und Beseitigung organischer Lösungsmittel, beispielsweise perc und Stoddard-Lösungsmittel, in Betrieb waren. Wegen der dauernd steigenden Besorgnis, daß das Grundwasser durch die Verwendung solcher Lösungsmittel in großem Maßstab verunreinigt wird, betrifft vieles der neuen Gesetzgebung die Regulierung dieser Verwendung und die Beseitigung. Es besteht daher ein großer Bedarf für alternative Möglichkeiten zur Reinigung von textilen Flächengebilden, bei denen die Verwendung solcher Lösungsmittel vermieden wird, während eine wirksame Reinigung für die Kleider bzw. Wäsche und anderer textiler Flächenmaterialien erreicht wird, für die das Waschen mit Wasser nicht anwendbar ist.
Bei der vorliegenden Erfindung werden zahlreiche Definitionen verwendet:
"Verdichtetes Kohlendioxid" bedeutet Kohlendioxid, normalerweise ein Gas, das unter Druck im allgemeinen bevorzugt über 5,516 MPa (800 psi) bei Standardtemperatur (21ºC) steht.
"Nichtpolare Reinigungszusatzstoffe" bedeuten nichtpolare Materialien, die bei Raumtemperatur (21ºC) typischerweise flüssig sind, und bevorzugt eine Viskosität von 0,5 mPa.s (Centipoise) ("cps") oder darüber besitzen. Sie sind nicht notwendigerweise Lösungsmittel oder Reiniger im klassischen Sinne, aber wirken bei der vorliegenden Erfindung so, daß sie Schmutz von textilen Flächenmaterialien entfernen. Sie werden bevorzugt ausgewählt aus substituierten und unsubstituierten Kohlenwasserstoffen, insbesondere C&sub5;&submin;&sub2;&sub4;-Paraffinen, wie Mineralöl oder Petrolatum.
"Nichtpolarer Schmutz bzw. Flecken" ist solcher, der mindestens teilweise durch nichtpolare organische Verbindungen, wie Kohlenwasserstoffverbindungen, Produkte auf Erdölbasis, wie Motorenöl, und andere Verbindungen, die typischerweise öligen Schmutz ergeben, beispielsweise ohne Beschränkung Carbonsäuren (Fettsäuren), Glyceride, Sebum und ähnlichen, hervorgerufen wird.
"Superkritische Phase" bedeutet die Phase, wenn eine Substanz, wie Kohlendioxid, eine kritische Temperatur (beispielsweise 31ºC) überschreitet, einen Punkt, bei dem das Material nicht zu flüssiger Phase unabhängig von der Anwendung von weiterem Druck kondensiert werden kann.

1. Verdichtetes Kohlendioxid

Kohlendioxid (CO&sub2;) ist ein farbloses Gas, das aus der Kohlevergasung, der synthetischen Ammoniak- und Wasserstofferzeugung, Fermentation und anderen industriellen Verfahren gewonnen werden kann. (Kirk-Othmer, Encyl. Chem. Tech., 3. Ausg., Bd. 4, Seiten 725 bis 742 (1978), auf das hier als Literaturstelle Bezug genommen wird.)
Bei der vorliegenden Erfindung wird verdichtetes Kohlendioxid als Lösungsmittel zur Entfernung von Schmutz und Flecken von textilen Flächengebilden zusammen mit dem viskosen Reinigungszusatzstoff verwendet. Verdichtetes Kohlendioxid ist, wie oben definiert, Kohlendioxid, welches unter einem höherem als atmosphärischem Druck oder niedrigere Temperatur gebracht wurde, um seine Dichte zu erhöhen. Im Gegensatz zu Kohlendioxid, das in unter Druck stehenden Kanistern für die Abgabe geschäumter Produkte, beispielsweise Feuerlöschmittel oder Rasiercremes, verwendet wird, besitzt verdichtetes Kohlendioxid bevorzugt einen wesentlich höheren Druck, beispielsweise 5,516 MPa (800 psi) und darüber. Es wurde gefunden, daß die Dichte und nicht die Temperatur oder der Druck alleine eine wesentlich größere Signifikanz für die Verstärkung der lösungsmittelartigen Eigenschaften von Kohlendioxid besitzt. Vergleiche, H. Brogle, "CO&sub2; as a Solvent: its Properties and Applications", Chem. and Ind., Seiten 385 bis 390 (1982).
Arten von verdichtetem Kohlendioxid, die hier verwendet werden können, umfassen verdichtetes Kohlendioxid und superkritisches Kohlendioxid. Die Menge oder das Volumen an verdichtetem oder superkritischem Kohlendioxid hängt von dem Typ des Substrats, der Temperatur und dem auftretenden Druck ab. Im allgemeinen wird eine Menge, die für die Entfernung des Schmutzes wirksam ist, verwendet. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung werden reinigungswirksame Mengen verwendet.

2. Viskoser Reinigungszusatzstoff

Verdichtetes Kohlendioxid besitzt selbst eine relativ schlechte Wirkung bei der Schmutzentfernung. Überraschenderweise hat die Anmelderin gefunden, daß die Zugabe eines relativ viskosen Reinigungszusatzstoffes, allgemein gesagt einer organischen Verbindung, unerwarteterweise die Entfernung von öligem Schmutz, insbesondere Schmutz auf Kohlenwasserstoffbasis aus textilen Flächenmaterialien, die mit solch öligem Schmutz verschmutzt sind, verbessert. Dies ist umso überraschender, wenn man beachtet, daß solche Reinigungszusatzstoffe selbst nicht sehr wirksam sind, um öligen Schmutz von textilen Flächengebilden in Abwesenheit von verdichtetem Kohlendioxid zu entfernen.
Die Reinigungszusatzstoffe, die hier verwendet werden, sind im allgemeinen nichtpolare organische Chemikalien. Wie oben erwähnt, besizten die Zusatzstoffe eine Viskosität von mindestens 0,5 mPa.s (0,5 cps) bei Standardtemperatur. Nichtpolare Verbindungen, die hier nützlich sind, umfassen substituierte und unsubstituierte Kohlenwasserstoffe.
Bevorzugte Reinigungszusatzstoffe sind die C&sub5;&submin;&sub2;&sub4;-Alkane. Sie können n-, s-, unsubstituiert, substituiert, cyclisch, verzweigt und Gemische davon sein. Besonders bevorzugte sind Paraffinöle, die ein Gemisch aus Alkanen enthalten, und einen Teil an C&sub1;&sub6;- und höherem Kohlenwasserstoffgehalt aufweisen. Beispiele umfassen Mineralöl und Petrolatum.
Unter besonderer Bezugnahme auf Kohlenwasserstoff-Reinigungszusatzstoffe wurde gefunden, daß wenn Paraffine als Reinigungszusatzstoffe mit verdichtetem Kohlendioxid verwendet werden, und die Ersteren den Zweiten vorhergehen, eine besonders verstärkte Reinigung erhalten wird, die bei nichtpolarem Schmutz (schmutziges Motoröl) besser ist als die, die man aus den Kombinationen erwarten würde. Diese synergistische Reinigungswirkung war unerwartet und zeigt die überlegene Wirkung des vorliegenden Reinigungsverfahrens.
Es ist weiterhin wichtig zu erkennen, daß der Reinigungszusatzstoff nicht ein Teil des homogenen verdichteten oder superkritischen fluiden Systems ist. Stattdessen wird der Reinigungszusatzstoff zu dem textilen Flächengebilde, das gereinigt werden soll, vor der Anwendung des verdichteten Fluids gegeben, wobei ein heterogenes Reinigungssystem gebildet wird. Die Verwendung dieser Reinigungszusatzstoffe ist leicht unterscheidbar von den bekannten Systemen, bei denen Schleppmittel und co-vergasbare Substanzen einen Teil der verdichteten oder superkritischen Fluidmatrix bilden.
Die Menge oder das Volumen des Reinigungszusatzstoffes variiert auf ähnliche Weise, aber ist am meisten bevorzugt eine Schmutz-solubilisierende oder entfernende Menge. Der genaue Mechanismus für die Schmutzentfernung ist bei der vorliegenden Erfindung nicht vollständig bekannt, und eine genaue Charakterisierung der Menge an Zusatzstoff ist derzeit nicht verfügbar. Obgleich, allgemein gesagt, gefunden wurde, daß nichtpolare Reinigungszusatzstoffe alleine bei der Entfernung von nichtpolarem Schmutz aus textilen Flächengebilden nicht wirksam sind, wurde in Verbindung mit dem verdichteten Kohlendioxid eine unerwartet wirksame Reinigung erreicht.
Bei der Durchführung der besten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt auf die beigefügte Zeichnung 1 Bezug genommen, die eine schematische Darstellung des Trockenreinigungsverfahrens und der dafür geeigneten Vorrichtung ist.
In Figur 1 ist allgemein ein Trockenreinigungsverfahren 2 dargestellt. Ein unter Druck stehender Gaszylinder 8 enthält verdichtetes CO&sub2;, dessen Abfluß durch das Ventil 4A, das sich in der Leitung befindet, reguliert werden kann. Der Gaszylinder ist mittels eines Rohrs mit der Pumpe 10, beispielsweise einer elektrisch angetriebenen LDC-Pumpe, verbunden, die das CO&sub2; zusammen mit dem Regulator unter Druck setzt. Ein weiteres Ventil 4B leitet verdichtetes CO&sub2; weiter, so daß es mit dem Druckmeßgerät 14 abgelesen werden kann. Das verdichtete CO&sub2; wird in einen Autoklaven 18 geleitet, in den die verschmutzten textilen Flächengebilde gelegt werden. Die Temperatur des verdichteten CO&sub2; wird durch Durchleiten des CO&sub2; durch eine Wärmeaustauschschlange 16, die sich im Autoklaven 18 befindet, reguliert. Die Temperatur wird mit einem Digitalthermometer 20, das mit einem Thermoelement (welches nicht gezeigt wird), verbunden ist, gemessen. Das verdichtete CO&sub2; und der Schmutz werden dann über das Ventil 4C, welches in der Leitung mit dem erwärmten Kontrollventil 6 angebracht ist, durch welches die Extraktionsrate kontrolliert wird, geleitet. Weiter stromabwärts wird in einem Expansionsreaktor 22 der extrahierte Schmutz gesammelt, während mit dem Strömungsmeßgerät 24 die Extraktionsrate gemessen wird. Das Gasmeßgerät 26 mißt das Volumen des verwendeten CO&sub2;.
Unter Verwendung der oben erläuterten Betriebsbedingungen erfolgt die Extraktion von öligem Schmutz unter Verwendung einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform, bei der das verschmutzte textile Flächengebilde mit Paraffinöl (etwa C&sub1;&sub8;-Alkan) während etwa 15 Minuten behandelt wird und dann mit dichtem CO&sub2; behandelt wird. Dies wird mit der Extraktion durch dichtes CO&sub2; und Paraffinöl alleine verglichen.

VERSUCHSTEIL

Verschiedene Baumwollmuster (Testfabric Inc. #400) wurden einheitlich mit schmutzigem Motoröl, das von einem Kraftfahrzeug-Kurbelgehäuse ablief, verschmutzt. Die Muster wurden während einer geeigneten Zeitdauer stehengelassen (etwa 1 Woche gealtert). Drei Sätze von Mustern wurden dreifach untersucht, 1) nur mit Paraffinöl als Lösungsmittel-Behandlung; 2) nur mit dichtem CO&sub2;; und 3) mit einer Kombination aus dichtem CO&sub2; und Paraffinöl behandelt.
Bei der Behandlung mit nur Paraffinöl wurde Baker-Paraffinöl mit einer Viskosität von etwa 350 mpa.s (350 cps) bei etwa 37,7ºC auf das schmutzige Muster angewendet und konnte einsickern, dann wurde während 15 Minuten getrocknet. Die Menge an Öl, die verwendet wurde, betrug etwa 1 g pro Muster (ebenfalls 1 g).
Bei den letzteren zwei Behandlungen wurden die Muster in die Reaktionskammer (Autoklaven) gegeben, und CO&sub2; [(etwa 5,516 mPa (800 psi), 20ºC)] wurde wie oben beschrieben angewendet. Bei der Behandlung 2) wurden die Muster mit CO&sub2;, wie beschrieben, behandelt. Bei der Behandlung 3) der erfindungsgemäßen Behandlung wurden die Muster zuerst mit 1 g Paraffinöl behandelt und wurden dann während 15 Minuten aufbewahrt. Die Masse an CO&sub2;, die verwendet wurde, betrug etwa 1750 g CO&sub2; (das Volumen wird von der verwendeten Temperatur und dem verwendeten Druck abhängen), und die Behandlungszeit wurde variiert. Die relative Löslichkeit des Zusatzstoffes ist signifikant bei der Bestimmung der Menge an CO&sub2;, die, verglichen mit der Menge an Zusatzstoff, verwendet werden muß. Im Falle von Paraffinöl wurde bestimmt, daß ein Gewichtsverhältnis von etwa 1.800:1 optimal ist.
Die Ergebnisse sind im folgenden angegeben: TABELLE 1 Reinigungsmittel Angepaßte Fleckenentfernung % Standard Abweichung (+/-) Dichtes CO&sub2; Paraffinöl Dichtes CO&sub2;/Paraffinöl
Aus den obigen Ergebnissen ist die unerwartete Überlegenheit der erfindungsgemäßen Reinigungszusammensetzung und des Verfahrens, verglichen mit der Verwendung von dichtem CO&sub2; und dem Reinigungszusatzstoff alleine, erkennbar. Die Reinigungsverbesserung ist wesentlich höher als rein additiv, wodurch tatsächlich ein Synergismus zwischen den Komponenten des erfindungsgemäßen Reinigers gezeigt wird.

Claims

1. Verfahren zur Entfernung von nichtpolarem Schmutz aus einem textilen Flächengebilde, gemäß dem

der Schmutz zuerst mit einem nichtpolaren Reinigungszusatzmittel mit einer Viskosität von 0,5 MPa.s (0,5 cps) oder größer bei Standardtemperatur und -druck und anschließend mit einem fluiden Medium, welches entweder verdichtetes oder superkritisches Kohlendioxid ist, behandelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, welches weiter die Stufe der Entfernung des Gemisches aus nichtpolarem Reinigungszusatzmittel und verdichtetem oder superkritischem Kohlendioxid und dem Schmutz umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch l oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das verdichtete Kohlendioxid einen Druck bei Raumtemperatur von über 800 psi (55 bar) besitzt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Reinigungszusatzmittel ausgewählt wird aus substituierten und unsubstituierten Kohlenwasserstoffen und den Gemischen davon.

5. Verfahren nach einein der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Reinigungszusatzmittel ein C&sub5;&submin;&sub2;&sub4;-Paraffin ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Paraffin Mineralöl ist.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Paraffin Petrolatum ist.