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BEZUG AUF
EINE VERWANDTE ANMELDUNG
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Diese
Anmeldung beansprucht Priorität
gegenüber
einer gleichzeitig anhängigen
vorläufigen
Anmeldung der Vereinigten Staaten mit der Seriennummer #60/052058,
eingereicht am 9. Juli 1997 von Richard J. DeGroot.
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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft ein Reinigungslösungsmittel, umfassend einen
hochfluorierten Kohlenwasserstoff und 1-Brompropan, und ein Verfahren
zur Reinigung von Gegenständen.
Genauer gesagt ist diese Erfindung auf eine Lösungsmittelzusammensetzung,
die 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-Decafluorpentan,
1-Brompropan und gegebenenfalls Stabilisatoren und Hilfslösungsmittel
einschließt,
und ein Verfahren zur Reinigung von Gegenständen mit Stoff-, Kunststoff-,
Metall- und Keramikoberflächen
gerichtet.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Es
besteht ein Bedarf, neue Lösungsmittel
zu finden, um Chlorfluorkohlenstoffe (CFC's) und Chlorfluorkohlenwasserstoffe
(HCFC's) zu ersetzen.
Diese Lösungsmittel
sind typischerweise in einer breiten Vielfalt von Anwendungen einschließlich Reinigungs-
und Entfettungslösungsmittel
für die
Metall-, Textil- und Elektronikindustrie, als Flammverzögerungsmittel
und Wärmeübertragungsmedien
für Kälteverfahren
verwendet worden. In den letzten Jahren ist die Verwendung dieser
Lösungsmittel
wegen der Sorge über
Umweltgefahren, besonders angesichts der Verbindung zwischen der
Verwendung dieser Lösungsmittel
und der Zerstörung
der atmosphärischen
Ozonschicht eingeschränkt
worden. Hochfluorierte Fluorkohlenwasserstoffe (HFC's) werden in vielen
Anwendungen als brauchbare Alternativen für CFC's und HCFC's angesehen. Die HFC's sind chemisch stabil, nicht toxisch,
nicht entflammbar und für
die Umwelt weniger gefährlich
als entweder CFC's
oder HCFC's. Jedoch
werden HFC's nicht,
wie die CFC's und
HCFC's, als wirksame
Reinigungs- und Entfettungslösungsmittel
angesehen. Hochfluorierte Kohlenwasserstoffe (HFC's) haben eine geringe
Solvatisierungsfähigkeit,
wenn sie mit CFC's
und HCFC's verglichen
werden, und HFC's
sind nicht so wirksam wie CFC's
und HCFC's zum Auflösen von
Fetten und Ölen
oder Abgeben anderer unerwünschter
Materialien wie beispielsweise Flussmittel und Flussmittelreste
auf gedruckten Leiterplatten. Es ist festgestellt worden, dass HFC's mit anderen organischen
Lösungsmitteln
kombiniert werden können,
um eine Reinigungslösung
mit höherer
Solvatisierungsfähigkeit
bereitzustellen. Das zugesetzte organische Lösungsmittel muss sorgfältig ausgewählt werden,
so dass das erhaltene Reinigungs- und Entfettungslösungsmittel
seine wünschenswerten
physikalischen und chemischen Eigenschaften wie beispielsweise geringe
Toxizität,
niedriges Sieden, Umweltfreundlichkeit und Nichtentflammbarkeit
aufrecht erhält.
Weiterhin kann, wenn auch ein spezielles Lösungsmittelgemisch am Anfang
die gewünschten
physikalischen und chemischen Eigenschaften in der Menge bereitstellen kann,
d. h. nicht toxisch, niedrigsiedend, nichtentflammbar sein und hohe
Solvatisierungsfähigkeit
haben kann, in der praktischen Ausführung das Gemisch inadäquat sein.
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Die
meisten Lösungsmittelgemische
teilen sich während
des Gebrauchs auf, insbesondere wenn das Lösungsmittel während des
Reinigungsverfahrens oder während
der Rückgewinnung
des Lösungsmittels
erwärmt
wird. Aufteilen des Gemisches schafft ein Lösungsmittel, dem es an einem
oder mehreren seiner Bestandteile mangelt. Das resultierende Lösungsmittel
hat nicht die gleichen Eigenschaften wie das ursprüngliche
Lösungsmittel.
Zum Beispiel werden Lösungsmittel
oft zum Sieden erhitzt, um die Lösungsmittelzusammensetzung
in einem System zum Entfernen von Flussmittel oder Fett mit Dampf
zu verdampfen. Das verdampfte Lösungsmittel
kondensiert auf Komponenten wie beispielsweise Leiterplatten, die
in das System eingeführt
werden. Wenn Aufteilung erfolgt, unterscheidet sich die Zusammensetzung
des verdampften Lösungsmittels
von der des flüssigen
Lösungsmittels
in dem Lösungsmittelreservoir.
Aufteilung führt
zu einer Lösung, die
die Sicherheit und Wirksamkeit der Reinigungsoperation nachteilig
beeinflussen kann. Es ist vorteilhaft, sich nicht aufteilende Lösungsmittel
bereitzustellen, um sichere und wirksame Reinigungs- und Entfettungsverfahren
sicherzustellen.
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Es
ist ebenfalls vorteilhaft, die Aufteilung während der Lösungsmittelrückgewinnung
zu minimieren, um die Wirksamkeit zu verbessern und die Kosten herabzusetzen.
Lösungsmittel
werden oftmals zurückgewonnen,
indem gebrauchte oder verunreinigte Lösungen destilliert werden,
um im wesentlichen reine Lösungsmittel
zu liefern, die wiederverwendet werden können. Aufteilung während der
Rückgewinnung
erfordert, daß eine
oder mehrere der ursprünglichen
Komponenten zu dem wiedergewonnenen Lösungsmittel hinzugefügt werden,
um die ursprüngliche
Lösungsmittelzusammensetzung
aufrecht zu erhalten.
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DE-A-196
14 355 offenbart Zusammensetzungen zur Verwendung als industrielle
Dampfentfettungsflüssigkeiten.
Die Zusammensetzungen umfassen 1-Brompropan in Kombination mir einem
binären
Stabilisatorgemisch, umfassend Nitromethan und entweder 1,2-Butylenoxid
oder Trimethoxymethan. Der Stabilisator stellt sicher, dass das
in der Zusammensetzung vorhandene 1-Brompropan darin nicht zu Bromwasserstoff zersetzt
wird, welcher das Material (z. B. Zink, Eisen oder Kupfer) korrodieren
kann, das während
der wiederholten Hochtemperaturreinigungszyklen, angewendet während der
Dampfphasenentfettung des Materials, gereinigt wird.
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JP-A-3176433
beschreibt eine Serie von speziellen Zusammensetzungen zur Verwendung
als Lösungsmittel,
welche azeotropes oder azeotropähnliches
Verhalten zeigen, was sie besonders zur Verwendung in Verfahren
geeignet macht, wo es wünschenswert
ist, das Lösungsmittel
im Kreislauf zu führen.
Die Zusammensetzungen umfassen 1- oder 2-Brompropan in Kombination
mit verschiedenen Isomeren von Trichlordifluorethan, welche in Bevorzugung
zu 1,1,1-Trichlorethan und 1,1,2,2-Tetrachlor-1,2-difluorethan verwendet werden, zurückzuführen auf
die die Ozonschicht zerstörenden
Eigenschaften der letzteren Verbindungen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt Lösungsmittelzusammensetzungen
bereit, die einen hochfluorierten Fluorchlorkohlenwasserstoff (HFC)
und 1-Brompropan einschließen
und als Reinigungs- und
Entfettungslösungsmittel
verwendbar sind. Die Lösungsmittelzusammensetzung
schließt
gegebenenfalls Stabilisatoren und Hilfslösungsmittel ein. Die Stabilisatoren
und Hilfslösungsmittel
schließen
Alkohole, Ketone, Ether, Acetale, Nitroalkane, Epoxide, Amine und
gesättigte
und ungesättigte
Kohlenwasserstoffe ein. Wenn die bestimmten hochfluorierten Kohlenwasserstoffe
und 1-Brompropan in speziellen Verhältnissen gemischt werden, bilden
sie azeotrope Gemische. Wenn auch die azeotropen Gemische eine bevorzugte
Zusammensetzung sind, werden nichtazeotrope Gemische dafür angesehen,
innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung zu liegen. Die am
meisten bevorzugte Zusammensetzung für die vorliegende Erfindung
ist eine azeotrope Zusammensetzung, umfassend 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-Decafluorpentan
und 1-Brompropan. Die Lösungsmittelzusammensetzung
schließt
gegebenenfalls Stabilisatoren und Hilfslösungsmittel ein. Die Lösungsmittelzusammensetzungen,
umfassend HFC's
und 1-Brompropan, stellen Nichtazeotrop- und Azeotrop- oder azeotropähnliche
Zusammensetzungen bereit, die für
Lösungsmittelreinigungsanwendungen
geeignet sind.
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Die
vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zum Reinigen eines
Gegenstands mit einer Stoff-, Keramik-, Kunststoff- oder Metalloberfläche unter
Verwendung der Lösungsmittelzusammensetzungen,
umfassend 1-Brompropan und einen hochfluorierten Kohlenwasserstoff
bereit. Das Lösungsmittel
wird auf die Oberfläche
des Gegenstands durch eine der bekannten oder herkömmlichen
Methoden zur Reinigung und Entfettung von Fett, Ölen und teilförmigem Material,
haftend an der Oberfläche
des Gegenstands, aufgebracht. Entfernung des verunreinigten Lösungsmittels
stellt einen gereinigten Gegenstand bereit, der für nachfolgende Verarbeitung
oder Versand an Verbraucher geeignet ist.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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Die 1 ist
eine graphische Darstellung der 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-Decafluorpentan-Konzentrationen, bezogen
auf das Gewicht der Zusammensetzung in der flüssigen und dampfförmigen Phase,
die während
der Destillation der Lösungsmittelzusammensetzung
erhalten werden.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist auf eine Lösungsmittelzusammensetzung,
umfassend 1-Brompropan und einen hochfluorierten Kohlenwasserstoff
zur Verwendung als Reinigungs- und Entfettungslösungsmittel gerichtet. Vorzugsweise
ist der hochfluorierte Kohlenwasserstoff ein hochfluoriertes Pentan.
Gegebenenfalls schließt
die Lösungsmittelzusammensetzung
Stabilisatoren und Hilfslösungsmittel
wie beispielsweise Alkohole, Ketone, Ether, Acetale, Nitroalkane,
Epoxide, Amine und gesättigte
und ungesättigte
Kohlenwasserstoffe ein. Weiterhin umfasst die Lösungsmittelzusammensetzung
ein Azeotrop oder eine azeotropähnliche
Zusammensetzung, die im wesentlichen aus 1-Brompropan und einem
hochfluorierten Pentan besteht. Diese Azeotrop-Lösungsmittelzusammensetzung
stellt ein konstant siedendes Lösungsmittel
bereit, das sich bei Verdampfung oder Destillation nicht aufteilt.
Wenn auch das Azeotrop und die azeotropähnliche Zusammensetzung bevorzugt
werden, wird die Nichtazeotrop-Zusammensetzung,
umfassend 1-Brompropan und ein hochfluoriertes Pentan, noch dafür angesehen,
innerhalb des Umfangs der Erfindung zu sein. Verwendung des gemäß dieser
Erfindung hergestellten Lösungsmittels
reinigt eine breite Vielfalt von Gegenständen mit Stoff-, Keramik-,
Metall- und Kunststoffoberflächen.
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Für die Zwecke
dieser Erfindung ist eine Azeotrop-Zusammensetzung als eine konstant
siedende flüssige
Mischung von zwei oder mehreren Substanzen definiert, die physikalische
charakteristische Eigenschaften einer einzigen Verbindung zeigt,
derart, dass der Dampf, erzeugt durch teilweise Verdampfung oder
Destillation der Flüssigkeit,
im wesentlichen die gleiche Zusammensetzung wie die Flüssigkeit
hat, d. h. die Mischung ohne wesentliche Änderung in der Zusammensetzung
destilliert. Konstant siedende Zusammensetzungen, welche als Azeotrope
gekennzeichnet sind, zeigen, verglichen mit dem der nichtazeotropen
Gemische der gleichen Substanzen, einen entweder maximalen oder
minimalen Siedepunkt. Die vorliegende Erfindung beabsichtigt die
Mischung von dem hochfluorierten Pentan, 1-Brompropan und gegebenenfalls einem oder
mehreren Stabilisatoren und Hilfslösungsmitteln in einem Azeotrop-Gemisch.
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Azeotropähnliche
Zusammensetzungen bedeuten, dass eine Zusammensetzung von Verbindungen eine
Konzentration hat, die, jedoch weniger, von den Konzentrationen,
gefunden in den azeotropen Zusammensetzungen, variieren kann. So
können
die Konzentrationen von dem hochfluorierten Pentan, 1-Brompropan und zugesetzten
Stabilisatoren und Hilfslösungsmitteln,
eingeschlossen in eine azeotropähnliche
Zusammensetzung, etwas von den Konzentrationen variieren, die in
dem zwischen ihnen erzeugten Azeotrop gefunden werden, und eine
Zusammensetzung innerhalb des Umfangs dieser Erfindung bleiben.
Die Siedepunkte der azeotropähnlichen
Zusammensetzungen werden im wesentlichen die gleichen wie diejenigen
ihrer entsprechenden Azeotrope sein. Vorzugsweise sieden die azeotropähnlichen
Zusammensetzungen bei Umgebungsdruck bei Temperaturen, die innerhalb
von etwa 2°C
von den Temperaturen sind, bei welchen ihre entsprechenden Azeotrope
bei dem gleichen Druck sieden.
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Weiterhin
sind Zusammensetzungen von hochfluoriertem Pentan, 1-Brompropan
und zusätzlichen Stabilisatoren
und Hilfslösungsmitteln,
die, wenn fraktioniert destilliert, ein Destillat bereitstellen,
das ein Azeotrop oder eine azeotropähnliche Zusammensetzung ist,
wenn die Konzentrationen von dem hochfluorierten Pentan, 1-Brompropan
und zugesetzten Stabilisatoren und Hilfslösungsmitteln sich von den Konzentrationen des
Azeotrops oder der azeotropähnlichen
Zusammensetzung unterscheiden, innerhalb des Umfangs dieser Erfindung.
Vorzugsweise unterscheiden sich die Konzentrationen von dem hochfluorierten
Pentan, 1-Brompropan und zugesetzten Stabilisatoren und Hilfslösungsmitteln,
von derartigen Zusammensetzungen von der Konzentration des Azeotrops
oder der azeotropähnlichen
Zusammensetzung um nicht mehr als etwa 10%, stärker bevorzugt nicht mehr als
etwa 5 Gew.-%.
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Solvatisierungsfähigkeit
bedeutet die charakteristische Eigenschaft einer Zusammensetzung
im flüssigen
Zustand, festes oder halbfestes Material zu lösen und mischbar mit Flüssigkeiten
zu werden, die Gummis, Fette und Gele einschließen. Auf einem molekularen
Niveau bringt Solvatisierung Dispergieren von Molekülen des
Materials mit Lösungsmittelmolekülen mit
sich. Die Auflösung
und Mischbarkeit müssen
nicht vollständig,
d. h. unbegrenzte Löslichkeit
oder Mischbarkeit mit dem Material, sein. Jedoch ist es selbstverständlich,
daß Vergrößerung der
Menge der Lösungsmittelzusammensetzung,
hinzugegeben zu dem Substrat oder durch wiederholte Aufbringung
von im wesentlichen nicht verunreinigtem Lösungsmittel, mit jeder Zunahme
in der Lösungsmittelmenge
oder jeder aufeinanderfolgenden Aufbringung von im wesentlichen
nicht verunreinigtem Lösungsmittel
aufeinanderfolgend mehr von dem Material solubilisiert. Ein Verfahren
der Bewertung der Solvatisierungsfähigkeit eines Lösungsmittels
besteht darin, seinen Kauri-Butanol-Wert zu messen, wie in dem Standardtestverfahren
ASTM D1133-94 für
den Kauri-Butanol-Wert von Kohlenwasserstofflösungsmitteln beschrieben ist.
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Die
Lösungsmittelzusammensetzung
der vorliegenden Erfindung umfaßt
ein hochfluoriertes Pentan. Das hochfluorierte Pentan besteht im
wesentlichen aus 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-Decafluorpentan. Dieses Decafluorpentan
ist im Handel unter dem Handelsnamen Vertrel XF von Dupont erhältlich.
Vorzugsweise ist die Lösungsmittelzusammensetzung
der vorliegenden Erfindung eine Azeotrop-Zusammensetzung, bestehend
im wesentlichen aus 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-Decafluorpentan und 1-Brompropan,
mit etwa 84,7 Gew.-% 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-Decafluorpentan und etwa
15,3 Gew.-% 1-Brompropan und einem Siedepunkt von etwa 49,2°C bei atmosphärischem
Druck.
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Die
Lösungsmittelzusammensetzung
schließt
auch 1-Brompropan ein, welches im Handel von der Great Lakes Chemical
Corporation erhältlich
ist. Dieses halogenierte Lösungsmittel
ist niedrigsiedend, preiswert und wird als weniger gefährlich für die atmosphärische Ozonschicht
als Chlorfluorkohlenstoffe angesehen. Es ist wichtig, dass 1-Brompropan,
unähnlich
vielen anderen halogenierten Alkanen, nicht toxisch ist; zum Beispiel
wird 2-Brompropan als extrem toxisch für sowohl Menschen als auch
Tiere angesehen. Weiterhin hat 1-Brompropan eine extrem hohe Solvatisierungsfähigkeit,
wie durch seinen Kauri-Butanol-Wert von 125 veranschaulicht wird.
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Wenn
auch 1-Brompropan ein ausgezeichnetes Reinigungslösungsmittel
für Metallkomponenten
bereitstellt, begrenzt seine hohe Solvatisierungsfähigkeit
seine Anwendung für
Kunststoffe und Elastomere: 1-Brompropan neigt dazu, Kunststoffoberflächen zu ätzen oder
teilweise zu lösen.
Mischungen von 1-Brompropan
mit weniger aggressiven Lösungsmitteln
wie beispielsweise Chlorfluorkohlenwasserstoffen verringern seine
schädliche
Wirkung auf Kunststoffe und Elastomere, während es zur gleichen Zeit
die Solvatisierungsfähigkeit
der Chlorfluorkohlenwasserstoffe vergrößert. Das finale Lösungsmittelgemisch
ist für
die Reinigung einer breiten Vielfalt von Gegenständen mit Metall-, Keramik-,
Stoff- und Kunststoffoberflächen
in hohem Maße wirksam.
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Die
Lösungsmittelzusammensetzung
umfasst Dekafluorpentan und 1-Brompropan in Konzentrationen, die
andere sind als die azeotropen Konzentrationen, aber wenn diese
Lösungsmittelzusammensetzungen fraktioniert
destilliert werden, stellen sie Azeotrop-Zusammensetzungen bereit.
Vorzugsweise unterscheiden sich die Konzentrationen des Dekafluorpentans
und 1-Brompropans von den Konzentrationen des Azeotrops oder der
azeotropähnlichen
Zusammensetzung um nicht mehr als etwa 10 Gew.-%, stärker bevorzugt
nicht mehr als etwa 5 Gew.-%.
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Lösungsmittelzusammensetzungen,
die bei Destillation keine Azeotrop-Zusammensetzungen bereitstellen,
sind in die vorliegende Erfindung nicht eingeschlossen. Nichtazeotrop-Lösungsmittelzusammensetzungen
sind für
bestimmte Anwendungen verwendbar, wo Aufteilung des Reinigungslösungsmittels
keine größere Überlegung
darstellt. Die nichtazeotrope Lösungsmittelzusammensetzung
umfasst 1-Brompropan und etwa 1 Gew.-% bis etwa 99 Gew.-% eines
hochfluorierten Pentans, vorzugsweise etwa 10 Gew.-% bis etwa 90 Gew.-%,
stärker
bevorzugt etwa 30 Gew.-% bis etwa 70 Gew.-% eines hochfluorierten
Pentans.
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Die
Mischung von 1-Brompropan und einem hochfluorierten Pentan stellt
eine Lösungsmittelzusammensetzung
mit einer hohen Solvatisierungsfähigkeit
bereit. Durch wohlüberlegte
Auswahl der Lösungsmittelzusammensetzung
kann eine Reinigungslösung
hergestellt werden, die eine Solvatisierungsfähigkeit aufweist, die niedriger
als die von 1-Brompropan, jedoch höher als die des hochfluorierten
Pentans ist. Das Lösungsmittel
der vorliegenden Erfindung umfasst etwa 1 Gew.-% bis etwa 99 Gew.-%
1-Brompropan, vorzugsweise etwa 10 Gew.-% bis etwa 90 Gew.-%, stärker bevorzugt
etwa 30 Gew.-% bis etwa 70 Gew.-% 1-Brompropan. Die Lösungsmittelzusammensetzungen
der vorliegenden Erfindung stellen Reinigungslösungsmittel bereit, die einen
Kauri-Butanol-Wert von etwa 6 bis etwa 124, vorzugsweise etwa 25
bis etwa 105 und stärker
bevorzugt etwa 35 bis etwa 95, haben.
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Gegebenenfalls
schließt
die Lösungsmittelzusammensetzung
Stabilisatoren und Hilfslösungsmittel ein.
Diese Stabilisatoren und Hilfslösungsmittel
werden eingeschlossen, um die charakteristischen physikalischen
und chemischen Eigenschaften der Lösungsmittelzusammensetzung
zu modifizieren. Die Stabilisatoren werden hinzugefügt, um die
metallinduzierte Zersetzung von halogenierten Kohlenwasserstoffen
zu hemmen. Oftmals induzieren reaktive Metalle wie beispielsweise
Aluminium, Magnesium, Kupfer, Zink, Eisen, Titan, Zinn und Legierungen
dieser Metalle die Zersetzung halogenierter Kohlenwasserstoffe wie
beispielsweise 1-Brompropan. Typischerweise induzieren diese Metalle
Hydrolyse und/oder Dehydrohalogenierung der Alkylhalogenide, wobei
Metallhalogenide, Halogenidsalze und -säuren als einige von den Zersetzungsspezies
geliefert werden. Erzeugung dieser Zersetzungsspezies ist für Metallkomponenten
schädlich.
Metallbromide und einige von den Metallsalzen werden aus Metallionen
erzeugt, die von der Metalloberfläche abgezogen werden, und die
Bromwasserstoffsäure
korrodiert Metalle ernstlich, was das Problem weiter verschlimmert.
So stabilisieren hinzugefügte
Stabilisatoren halogenierte Lösungsmittel
in sowohl flüssigem
als auch dampfförmigem
Zustand gegen Verschlechterung in Anwesenheit dieser Metalle, hemmen
die Bildung von Komplexen des Metalls und Zersetzungsprodukten des
Lösungsmittels
und verringern einen Angriff auf das Metall durch einige von diesen Zersetzungsprodukten.
Zu Stabilisatoren, die als optionale Komponenten der Lösungsmittelzusammensetzung
eingeschlossen werden, gehören
Alkohole, Ketone, Ether, Acetale, Nitroalkane, Epoxide, Amine und
Gemische dieser Stabilisatoren.
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Zu
Beispielen von Alkoholen, die zu dem Lösungsmittel hinzugefügt werden
können,
gehören,
ohne aber darauf begrenzt zu sein: Ethylalkohol, Propylalkohol,
Isopropylalkohol, t-Butylalkohol, t-Amylalkohol, sec-Butylalkohol, Phenole,
z. B. Phenol, p-Cresol, m-Cresol, o-Cresol, Aminoalkohole, z. B.
Monoethanolamin, Diethanolamin, Triethanolamin, Acetylenalkohole,
z. B. Methylbutinol, Methylpentinol, Bemotriazol und Gemische von
Alkoholen.
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Zu
typischen Ketonen, die in der vorliegenden Erfindung verwendbar
sind, gehören:
Aceton, Methylethylketon (MEK), 2-Propanon (Diethylketon), 2-Pentanon,
3-Pentanon, 2-Hexanon, 3-Hexanon, 2-Heptanon, 3-Heptanon, 4-Heptanon, 2,6-Dimethyt-4-heptanon,
2-Methyl-3-heptanon, 2-Methyl-2-butanon, 2-Methyl-3-pentanon, 2-Nonanon
und Gemische von Ketonen.
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Zu
speziellen Beispielen von Ethern, die zu dem stabilisierten Lösungsmittel
hinzugefügt
werden können,
gehören:
Diethylether, Dipropylether, Dibutylether, Methyl-t-butylether,
1,4-Dioxan, 1,3-Dioxalan, Trioxan, γ-Butyrolacton, Tetrahydrofuran,
Dialkylether von Ethylenglycol, z. B. Dimethylethylenglycolether,
Diethylethylenglycolether und Monoalkylethylenglycolether, verkauft
unter dem Handelsnamen CELLOSOLVE, die von 1 bis 10 Kohlenstoffatome
haben, wie beispielsweise Methylcellosolve, Ethylcellosolve und
Isopropylcellosolve. Diese Ether werden einzeln oder als Gemische
von zwei oder mehreren zu dem Lösungsmittel
hinzugefügt.
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Zu
Beispielen von Acetalen, die für
die vorliegende Erfindung geeignet sind, gehören Dimethyl- und Diethylacetale
der vorstehend aufgeführten
Ketone.
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Zu
typischen Nitroalkanen, die in der vorliegenden Erfindung verwendbar
sind, gehören:
Nitromethan, Nitroethan, 1-Nitropropan, 2-Nitropropan, Nitrobutan
und Gemische von Nitroalkanen.
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Zu
speziellen Beispielen von Epoxiden, die mit der vorliegenden Erfindung
verwendbar sind, gehören: Epibromhydrin,
Propylenoxid, 1,2-Butylenoxid, 2,3-Butylenoxid, Cyclohexenoxid,
Glycidylmethylether, Glycidylmethacrylat, Pentenoxid, Cyclopentenoxid
und Cyclohexenoxid. Die Epoxide werden zu dem stabilisierten Lösungsmittel
entweder einzeln oder als Gemisch von zwei oder mehreren hinzugegeben.
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Nichtnucleophile
Amine werden bevorzugt, und daher sind sekundäre und tertiäre Amine
erwünscht. Um
ein Beispiel zu geben, gehören
zu Aminen, die für
die vorliegende Erfindung verwendbar sind: Hexylamin, Octylamin,
2-Ethylhexylamin, Dodecylamin, Ethylbutylamin, Hexylmethylamin,
Butyloctylamin, Dibutylamin, Octadecylmethylamin, Triethylamin,
Tributylamin, Diethyloctylamin, Tetradecyldimethylamin, Dibutylamin;
Diisobutylamin, Diisopropylamin, Pentylamin, N-Methylmorpholin,
Isopropylamin, Cyclohexylamin, Butylamin, Isobutylamin, Dipropylamin,
2,2,6,6-Tetramethylpiperidin, N,N-Dimethyl-p-phenylamin, N,N-Diethyl-p-phenylamin,
Diethylamin, Anilin, Ethylendiamin, Propylendiamin, Triethylamin,
Tetraethylenpentamin, Benzylamin, Dibenzylamin, Diphenylamin und
Diethylhydroxyamin. Diese Amine sind entweder einzeln oder als Kombination von
zwei oder mehreren verwendbar.
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Zu
Beispielen von Hilfslösungsmitteln
gehören:
Alkane, Alkene, Alkine, Alkohole, Ketone, Ester, Terpene und verschiedene
aliphatische Gemische einschließlich
Lösungsbenzin,
VM&P Naphtha
and Stoddard-Lösungsmittel.
Viele von den vorstehend aufgeführten
Stabilisatoren werden auch als Hilfslösungsmittel angesehen. Die
Hilfslösungsmittel
werden hinzugefügt,
um die Solvatisierungsfähigkeit
der Lösungsmittelzusammensetzung
zu modifizieren. So können
zum Beispiel Alkohole und Ketone hinzugefügt werden, um die Solvatisierungsfähigkeit
des 1-Brompropans abzuschwächen.
Hilfslösungsmittel
stellen auch einen höheren Grad
von Polarität
und Wasserstoffbindungseigenschaften für das Lösungsmittel bereit, was das
Lösungsmittel
befähigt,
ionische oder polare Verunreiniger wirksam zu entfernen. Weiterhin
sind diese Hilfslösungsmittel oftmals
weniger kostspielig als die hochfluorierten Pentane, und sie verringern
die mit dem Herstellen und Verwenden des Lösungsmittelgemisches verbundenen
Kosten.
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Die
Lösungsmittelzusammensetzung
wird durch die Mischung des 1-Brompropans und einer ausreichenden
Menge des hochfluorierten Pentans hergestellt, wobei das gewünschte Reinigungslösungsmittel
mit einer festgelegten Konzentration oder einem gewünschten
Kauri-Butanol-Wert
bereitgestellt wird. Die Reihenfolge der Zugabe der Komponenten
ist für
diese Erfindung nicht kritisch. Wenn gewünscht werden die Stabilisatoren
und Hilfslösungsmittel
hinzugegeben. Außerdem
können
kleinere Mengen von grenzflächenaktiven Stoffen
eingeschlossen werden. Zu typischen grenzflächenaktiven Stoffen, die für die Erfindung
verwendbar sind, gehören
ionische und nichtionische grenzflächenaktiven Stoffe, zum Beispiel
Sulfonatsalze, Phosphatsalze, Carboxylatsalze, Fettsäuren, Alkylphenole,
Glycole, Ester und Amide. Zu grenzflächenaktiven Stoffen gehören auch
ionische und nichtionische Wasserverdrängungsverbindungen wie beispielsweise
Tetraalkylammoniumsulfonat-, -phosphat- und -carboxylat- und -bromidsalze,
aliphatische Aminoalkanole, fluorierte Aminoalkanole und chlorfluorierte
Aminoalkanole. Wieder ist die Reihenfolge der Zugabe nicht kritisch
für die
vorliegende Erfindung.
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Die
Lösungsmittelzusammensetzung
der vorliegenden Erfindung ist zum Waschen von Gegenständen mit
Stoff-, Metall-, Keramik-, Kunststoff und Elastomeroberflächen geeignet.
Die Lösungsmittelzusammensetzung
kann durch ein beliebiges Verfahren aufgebracht werden, das bekannt
ist oder gewöhnlich
verwendet wird, um Gegenstände
zu reinigen oder zu entfetten. Zum Beispiel kann die Oberfläche des
Gegenstands mit einem die Lösungsmittelzusammensetzung
enthaltenden Absorptionsmittelmedium, wie beispielsweise ein mit dem
Lösungsmittel
gesättigtes
Tuch, gewischt werden. Der Gegenstand kann in einem Tauchbehälter untergetaucht
oder teilweise untergetaucht werden. Das Lösungsmittel in einem Tauchbehälter kann
entweder heiß oder
kalt sein, und der Gegenstand kann für ausgedehnte Zeiträume untergetaucht
werden, ohne Zersetzung des Lösungsmittels
zu induzieren. Weiterhin werden der Gegenstand, der Tauchbehälter und
zugehörige
Komponenten durch das Verfahren nicht beschädigt. Alternativ kann das Lösungsmittel
auf den Gegenstand gesprüht
werden, oder der Gegenstand kann in einer Dampfentfettungskammer
mit entweder flüssiger
oder verdampfter Lösungsmittelzusammensetzung
gereinigt werden.
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Wenn
das Lösungsmittel
als Dampf angewendet wird, wird das Lösungsmittel typischerweise
in einem Lösungsmittelreservoir
erhitzt, um die Lösungsmittel
zu verdampfen. Das verdampfte Lösungsmittel
kondensiert dann auf der Oberfläche
des Gegenstands. Das kondensierte Lösungsmittel solvatisiert oder
schleppt Fett, Öl,
Schmutz und andere unerwünschte
Teilchen, die auf der Oberfläche
des Gegenstands sind, mit. Das verunreinigte Lösungsmittel läuft in das
Lösungsmittelreservoir
ab, wobei es das gelöste
und mitgeschleppte Material in das Reservoir trägt. Da nur das Lösungsmittel
verdampft wird, bleiben das Fett, das Öl und der Schmutz in dem Reservoir
und der Gegenstand wird kontinuierlich mit nichtverunreinigten Lösungsmitteln
gespült.
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Die
folgenden Beispiele veranschaulichen die vorliegende Erfindung weiterhin
wird sollen sie nicht in irgendeiner Weise begrenzen.
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BEISPIEL 1. AZEOTROP-ZUSAMMENSETZUNG
AUS DECAFLUORPENTAN UND 1-BROMPROPAN
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Ein
Dampf-Flüssigkeits-Diagramm
für 1-Brompropan
und Decafluorpentan wurde durch Mischen verschiedener Konzentrationen
dieser Lösungsmittel
entwickelt. Die Lösungsmittelzusammensetzungen
wurden in einer 100-ml-Othmer-Destillationsanlage destilliert. Das
Lösungsmittel
wurde zum Rückfluss
erhitzt und ins Gleichgewicht kommen gelassen. Proben von den dampfförmigen und
flüssigen
Anteilen wurden genommen und unter Verwendung eines Gaschromatographen
analysiert, um die Konzentrationen der Komponenten zu bestimmen.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt und graphisch in
1 veranschaulicht.
Die Analyse der Ergebnisse zeigte, dass eine Azeotrop-Zusammensetzung,
bestehend aus 1-Brompropan und 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-Decafluorpentan,
existiert. TABELLE
1
- DFP
- = 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-Decafluorpentan
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Basierend
auf diesen anfänglichen
Ergebnissen wurde eine zweite Lösungsmittelzusammensetzung, bestehend
aus etwa 81,2 Gew.-% 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-Decafluorpentan und etwa
17,8 Gew.-% 1-Brompropan, hergestellt. Dieses zweite Lösungsmittelgemisch
wurde in einer Perkin Elmer Model 151 Annular Still (kreisförmige Destillationsanlage
von Perkin Eimer, Modell 151) (Kapazität von 200 theoretischen Böden) destilliert. Nachdem
das unter Rückfluss
siedende Lösungsmittel
zum Gleichgewicht gekommen war, wurden Destillatfraktionen, umfassend
ungefähr
10 Gew.-% der gesamten Flüssigkeitsansatzes,
in einem 10 : 1-Rückfluß-zu-Entnahme-Verhältnis gesammelt.
Der Siedepunkt jeder Fraktion wurde auf mindestens 0,1°C gemessen.
Die Konzentrationen der Fraktionen von 1-Brompropan und 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-Decafluorpentan
wurden unter Verwendung eines Gaschromatographen bestimmt. Die Ergebnisse
dieser zweiten Destillation sind in Tabelle 2 aufgeführt. Analyse
der in Tabelle 2 aufgeführten
Ergebnisse bestätigt,
dass ein Azeotrop mit etwa 15,3 Gew.-% 1-Brompropan und ungefähr 84,7
Gew.-% 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-Decafluorpentan existiert und dass das
Azeotrop bei etwa 80,2°C
siedet. TABELLE
2
- DFP
- = 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-Decafluorpentan,
- n-PBr
- = 1-Brompropan
-
BEISPIEL 2. LÖSUNGSMITTELZUSAMMENSETUNG,
UMFASSEND 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-DECAFLUORPENTAN,
1-BROMPROPAN UND ISOPROPYLALKOHOL
-
Eine
Lösungsmittelzusammensetzung,
umfassend etwa 33 Gew.-% 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-Decafluorpentan, etwa 33 Gew.-% 1-Brompropan
und etwa 33 Gew.-% Isopropylalkohol, wurde hergestellt. Als anfängliche vorauswählende Bewertung
wurden 100 g dieses Lösungsmittelgemisches
in einer Perkin Elmer Annular Still (kreisförmige Destillationsanlage von
Perkin Elmer), Modell 151 (Kapazität von 200 theoretischen Böden), fraktioniert
destilliert. Das Lösungsmittel
wurde zum Rückfluss
erhitzt und zum Gleichgewicht kommen gelassen. Drei Destillatfraktionen
wurden in einem 10 : 1-Rückfluß-zu-Entnahme-Verhältnis gesammelt.
Die Konzentrationen von 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-Decafluorpentan und Isopropylalkohol
wurden für
jede Fraktion unter Verwendung eines Gaschromatographen bestimmt.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 aufgeführt. Die Analyse der Ergebnisse
zeigt, dass die Lösungsmittelzusammensetzung
sich aufteilte, wenn sie destilliert wurde. Trotz der Aufteilung
arbeitet diese Lösungsmittelzusammensetzung
gut als Reinigungs- und Entfettungslösungsmittel in Anwendungen,
wo die Lösungsmittelaufteilung
keine Wichtigkeit hat. TABELLE
3
- Siedepunkt
- = 50°C,
- DFP
- = 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-Decafluorpentan,
- IPA
- = Isopropylalkohol
-
BEISPIEL 3. AZEOTROP-ZUSAMMENSETZUNG
AUS 1-BROMPROPAN, 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-DECAFLUORPENTAN UND METHANOL
-
Eine
Lösungsmittelzusammensetzung,
umfassend gleiche Gewichtsmengen von 1-Brompropan, 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-Decafluorpentan
und Methanol, wurde hergestellt. Einhundert Gramm von dieser Lösungsmittelzusammensetzung
wurden in einer Perkin Elmer Still (Destillationsanlage von Perkin
Elmer), Modell 151 (Kapazität
von 200 theoretischen Böden),
destilliert. Das Lösungsmittelgemisch
wurde zum Rückfluss
erhitzt und zum Gleichgewicht kommen gelassen, bevor drei zehn-Gramm-Fraktionen
gesammelt wurden; die Konzentrationen von 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-Decafluorpentan,
1-Brompropan und Methanol wurden in jeder Fraktion unter Verwendung
eines Gaschromatographen bestimmt. In dieser vorläufigen Destillation
wurde minimale Auftrennung beobachtet. Basierend auf den Ergebnissen
der anfänglichen
Destillation wurde eine zweite Lösungsmittelzusammensetzung
hergestellt. Diese zweite Zusammensetzung wurde wie vorstehend beschrieben
destilliert. Destillatfraktionen, jeweils ungefähr 10 Gew.-% des gesamten Lösungsmittelgewichts,
wurden in einem 10 : 1-Rückfluß-zu-Entnahme-Verhältnis gesammelt,
Die Zusammensetzungen der Destillatfraktionen wurden dann unter
Verwendung eines Gaschromatographen analysiert, und die Werte der
Zusammensetzung und die Siedepunkte für die Destillation sind in
Tabelle 4 aufgeführt.
Analyse der in Tabelle 4 aufgeführten Ergebnisse
bestätigt,
dass während
der Destillation minimale Auftrennung zwischen den drei Komponenten erfolgte
und dass ein Azeotrop existiert. Das Azeotrop besteht im wesentlichen
aus etwa 80,8 Gew.-% 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-Decafluorpentan, etwa 5,7%
Gew.-% Methanol und etwa 13,6 Gew.-% 1-Brompropan und hat einen
Siedepunkt von etwa 50°C. TABELLE
4
- DFP
- = 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-Decafluorpentan,
- n-PB
- = 1-Brompropan
-
BEISPIEL 4. AZEOTROP-ZUSAMMENSETZUNG
AUS 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-DECAFLUORPENTAN, 1-BROMPROPAN UND ACETON
-
Eine
Lösungsmittelzusammensetzung,
umfassend gleiche Gewichtsmengen von 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-Decafluorpentan,
1-Brompropan und Aceton, wurde hergestellt. Die resultierende Lösung wurde
wie in Beispiel 2 beschrieben in einer Perkin Elmer Annular Still
(kreisförmige
Destillationsanlage von Perkin Elmer), Modell 151, fraktioniert
destilliert, um am Anfang zu bestimmen, ob die drei Komponenten
eine Azeotrop-Zusammensetzung bilden. Basierend auf den Ergebnissen
der anfänglichen
Bewertung wurde ein zweites Lösungsmittelgemisch,
umfassend etwa 32,5 Gew.-% 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-Decafluorpentan,
29,9 Gew.-% 1-Brompropan und etwa 37,4 Gew.-% Aceton, hergestellt.
Diese zweite Lösungsmittelzusammensetzung
wurde in der Perkin-Elmer-Destillationsanlage fraktioniert destilliert.
Nachdem das Lösungsmittel
zum Rückfluss
erhitzt war und man es zum Gleichgewicht hatte kommen lassen, wurden
Destillatfraktionen von ungefähr
10 Gew.-%, bezogen auf das gesamte Lösungsmittel, mit einem 10 :
1-Rückfluß-zu-Entnahme-Verhältnis gesammelt.
Jede Destillatfraktion wurde unter Verwendung eines Gaschromatographen
analysiert, um die Konzentrationen von jeder der Komponenten zu
bestimmen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 tabellarisch aufgeführt. TABELLE
5
- DFP
- = 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-Decafluorpentan,
- n-PB
- = 1-Brompropan
-
BEISPIEL 5. LÖSUNGSMITTELGEMISCH
AUS 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-DECAFLUORPENTAN, 1-BROMPROPAN UND NITROMETHAN
-
Eine
Lösungsmittelzusammensetzung,
umfassend etwa 33 Gew.-% 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-Decafluorpentan, etwa 33 Gew.-% 1-Brompropan
und etwa 33 Gew.-% Nitromethan, wurde hergestellt und wie in Beispiel 2
beschrieben destilliert.
-
Die
Analyse der Ergebnisse bestätigt
nicht, dass eine Azeotrop-Zusammensetzung für die Lösungsmittelzusammensetzung
existiert, die ungefähr
gleiche Gewichtsmengen von 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-Decafluorpentan, 1-Brompropan und Nitromethan
umfasst. Nichtsdestotrotz stellt dieses Lösungsmittelgemisch ein ausgezeichnetes
Reinigungs- und Entfettungslösungsmittel
für Arbeitsgänge bereit,
wo Aufteilung nicht von Bedeutung ist.
-
BEISPIEL 6. LÖSUNGSMITTELGEMISCH
AUS 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-DECAFLUORPENTAN, 1-BROMPROPAN, ISOPROPYLALKOHOL UND NITROMETHAN
-
Eine
Lösungsmittelzusammensetzung,
umfassend etwa 32 Gew.-% 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-Decafluorpentan, etwa 32 Gew.-% 1-Brompropan,
etwa 32 Gew.-% Isopropylalkohol und etwa 4 Gew.-% Nitromethan, wurde hergestellt
und wie in Beispiel 2 beschrieben destilliert. Die Ergebnisse der
Destillation sind in Tabelle 7 aufgeführt. TABELLE
7
- DFP
- = 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-Decafluorpentan,
- IPA
- = Isopropylalkohol
-
Die
Analyse der Ergebnisse bestätigt
nicht, dass eine Azeotrop-Zusammensetzung für diese Lösungsmittelzusammensetzung
existiert, die ungefähr
gleiche Gewichtsmengen von 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-Decafluorpentan, 1-Brompropan, Isopropylalkohol
und etwa 4 Gew.-% Nitromethan umfasst. Dieses Lösungsmittelgemisch stellt ein
gutes Reinigungs- und Entfettungslösungsmittel für Arbeitsgänge bereit,
wo Aufteilung nicht von Bedeutung ist.
