Die vorliegende Erfindung betrifft Reinigungsmittel, die als Pulver oder als wässrige
Formulierung Natriumbicarbonat und als Dispergiermittel Polyasparaginsäuren
und/oder deren Salze enthalten, die Verwendung dieser Reinigungsmittel zur
abrasiven Reinigung fester Oberflächen sowie ein Verfahren zur Reinigung von mit
Ablagerungen verunreinigten Oberflächen unter Verwendung dieser Reinigungsmittel.
Es ist Stand der Technik, feste Oberflächen wie Metall oder nicht metallische Oberflächen
wie Gebäudefassaden oder Keramik mit abrasiven Mitteln zu reinigen. Dies
geschieht aus hygienischen Gründen oder um Oberflächen für einen schützenden
Anstrich vorzubereiten. Aufgabe des Reinigungsmittels ist es, von metallischen und
nichtmetallischen Oberflächen die daran haftenden mineralischen, pflanzlichen und
tierischen Öle, Fette, Wachse sowie Schmutz und sonstige anorganische und organische
Verbindungen und Salze, wie Aschen, Pulver, Granulate, Stäube, Pigmente,
Füllstoffe, Ruß, Teer, organische Polymere und ähnliches zu entfernen.
Mittels sogenannter Kaltreiniger werden Verunreinigungen der oben genannten Art
von festen Oberflächen abgelöst und in die wässrige Phase überführt. Von umweltfreundlichen
Kaltreinigern der ersten Generation forderte man schnelle An- und Ablösung
der Verschmutzung und schnelle Trennung der Öl- und Lösemittelphase von
der Wasserphase sowie geringe Wasserlöslichkeit von Tensiden, Emulgatoren und
Lösemitteln. Die zweite Generation, die Gruppe der sogenannten schnelltrennenden
Kaltreiniger, basiert auf Tensiden bzw. Tensidmischungen, die grob disperse Wasser-in-Öl
Emulsionen bilden, die auch relativ schnell zerfallen. Umweltfreundliche Kaltreiniger
der dritten Generation verwenden organische Salze, die aufgrund ihrer chemischen
Struktur eine hohe Affinität zu harten Oberflächen aufweisen. Schmutzschichten
werden ganzflächig unterwandert und hierdurch eine praktisch vollständige
Entfernung des Schmutzes beim anschließenden Reinigen mit Wasser erreicht. Die
Wirksamkeit eines Reinigungsmittels wird also bestimmt durch seine Fähigkeit, verschmutzte
Oberflächen zu benetzen und zu penetrieren und so die Solubilisierung
und Dispergierung zu fördern.
Die Fähigkeit eines Reinigungsmittels ist somit eine Kombination einer Reihe von
Einflüssen, nämlich Erniedrigung der Grenzflächenspannung zwischen einer wässrigen
und einer öligen Phase und der Beeinflussung der Wechselwirkung zwischen
Partikeln und Waschflotte durch Penetration und Solvatation, Assoziation, Absorption
und Hydratation.
Üblicherweise werden zur technischen Lösung dieses Problems Verfahren angewendet,
die unter hohem Druck abrasive Reinigungsmittel aufsprühen. Dies kann mit
Hilfe einer wässrigen Lösung, Suspension und Dispersion des Reinigungsmittels
oder einer geeigneten Mischung von Reinigungsmitteln mit oder ohne Trägermaterialien
geschehen. Ebenso sind aus US 4 817 342 trockene, d.h. mit Druckluft betriebene
Verfahren bekannt oder Kombinationen aus trockenen (,,sandstrahlen") und
nassen Strahltechniken.
Bei Niederdruckverfahren der US 5 487 695 werden zur Vermeidung von starker
Staubentwicklung Wasser und Druckluft in der Düse vermischt und so durch eine
spezielle Düsentechnik die Schmutzentwicklung während der Anwendung begrenzt.
Ein häufig genutztes Verfahren zur abrasiven Reinigung von Oberflächen ist das
Sandstrahlverfahren. Sand ist ein sehr hartes abrasives Material, das effektiv zur
Beseitigung von Farbe oder Verkrustungen auf metallischen Oberflächen wie Stahl
eingesetzt werden kann. Obgleich Silikate für jede Art von abrasiven Strahltechniken
sehr nützlich sind, bestehen auch hier einige gravierende Nachteile.
Die gesundheitliche Exposition eines Arbeiters durch mikrokristalline Silikat-Bruchstücke,
die durch Zertrümmern von Silikat-Kristallen an der zu reinigenden Oberfläche
entstehen, können in die Lunge gelangen und so zu schwerwiegenden gesundheitlichen
Nachteilen führen. Insbesondere muß der Aufwand zur Reinigung der
Umgebung nach Beendigung des Sandstrahlens in Betracht gezogen werden. Für
viele Oberflächen ist Sand ein zu hartes Material, das die Struktur der zu reinigenden
Oberfläche nachhaltig schädigt, zum Beispiel im Falle von Aluminium, Kunststoffoberflächen
oder Holz. Im industriellen Bereich kann Sand in Maschinenräume eindringen
und Motoren und Getriebe nachhaltig schädigen.
Aus diesem Grund ist die Druckstrahl-Reinigung mit Natriumbicarbonat als eine
Alternative zum Silikat-Verfahren entwickelt worden. Aus US 5 081 799 und US
5 083 402 kennt man die Verwendung von abrasiven Mitteln anstelle von Sand, wie
z.B. Natriumchlorid oder Natriumbicarbonat. Üblicherweise wird z.B. Natriumbicarbonat
mit Überdruck mit oder ohne Wasserzugabe auf die zu reinigende Fläche aufgestrahlt.
Die Kristalle des Natriumbicarbonats reinigen hier zum einen abrasiv, also
physikalisch. Zum anderen verfügen sie über eine chemische Reinigungskraft, da sie
durch ihre Alkalität Verunreinigungen auch chemisch angreifen und verseifen können.
Ebenso können mit SiO2 hydrophobierte Partikel (WO 91/15 308) aus anorganischen
Salzen eingesetzt werden, die so die Hygroskopie vieler Salze deutlich reduzieren
und damit eine bessere technische Anwendung erlauben, weil ein Verklumpen in
der Hochdruckanlage weitgehend unterbleibt. Natriumbicarbonat ist nicht umweltschädlich
und gut wasserlöslich, so daß zurückbleibende Kristallkörner mit Wasser
abgewaschen werden können (US 5 487 695).
Allen nach Stand der Technik beschriebenen und in der Praxis erprobten Verfahren
ist gemeinsam, daß sie unabhängig von der technischen Durchführung der abrasiven
Reinigung von Oberflächen und den hierfür verwendeten abrasiven Materialien und
Reinigungsmitteln stets einen zweiten, arbeitsaufwendigen Reinigungsprozeß
anschließen müssen. Dieser Mangel bedeutet, daß der abgetragene Schmutz und das
verbrauchte Reinigungsmittel zusammengefegt oder durch andere geeignete Maßnahmen
sedimentierte Feststoffe zusammengetragen und entsorgt werden müssen. Es
besteht also ein beträchtlicher zeitlicher und damit wirtschaftlicher Aufwand, die
unmittelbare Umgebung der gereinigten Fläche ebenfalls nachbehandeln und reinigen
zu müssen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand darin, durch Verwendung geeigneter
Reinigungsmittel Beläge der oben beschriebenen Art zu unterwandern, anzulösen,
abzulösen oder abzuschmirgeln und den Schmutz möglichst fein in der Waschflotte
iso- und polydispers zu verteilen und zu stabilisieren. Insbesondere gilt es, Sedimentationsprozesse
in der Waschflotte weitgehend zu unterbinden, um die Lauge mit
einer möglichst hohen Schmutzfracht einer direkten umweltgerechten Entsorgung zuführen
zu können und so die gewünschten anwendungstechnischen Anforderungen
im Hinblick auf das Dispergierverhalten des Abwassers zu erfüllen. Auf diese Weise
kann der Aufwand der Nachbehandlung und Reinigung der Umgebung entfallen oder
zumindest beträchtlich reduziert werden.
Gleichzeitig sollten die bekannten Vorteile einer Reinigung mit Natriumbicarbonat
beibehalten werden. Diese Vorteile bestehen vor allem in positiven ökologischen
Eigenschaften des Materials, in seiner guten reinigenden Wirkung und Wasserlöslichkeit
und in einer für den Anwender vergleichsweise geringen gesundheitlichen
Exposition. Darüber hinaus kann durch Wahl eines geeigneten Druckbereichs die
abrasive Wirkung des unter Umständen hydrophobierten Materials so beeinflußt
werden, daß die zu reinigende Oberfläche in ihrer Struktur unbeschädigt bleibt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch die Kombination von Natriumbicarbonat
mit Polyasparaginsäuren und/oder deren Salze im Reinigungsmittel gelöst.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Reinigungsmittel, die als Pulver oder
als wässrige Formulierung Natriumbicarbonat und als Dispergiermittel Polyasparaginsäure
und/oder deren Salze enthalten.
Weiterhin Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung des erfindungsgemäßen
Reinigungsmittels zur Reinigung von metallischen und nichtmetallischen
Oberflächen sowie ein Verfahren zur Reinigung dieser Oberfläche.
Überraschenderweise wird durch den Zusatz der Polyasparaginsäuren und/oder deren
Salze als Dispergiermittel, weitgehend unabhängig von sonstigen Wirkstoffen der
abrasiven Reinigungsformulierungen, eine wesentlich erhöhte Schmutzfracht des Abwassers
und eine deutliche Verringerung der Sedimentation abgelöster Partikel erreicht,
als bei herkömmlichen Mitteln. In vielen Fällen wurde außerdem eine höhere
Reinigungsleistung bei den erfindungsgemäßen Mitteln beobachtet.
Diese Effekte konnten hingegen nicht durch den alleinigen Einsatz von Polyasparaginsäuren
und/oder deren Salze unter Ausschluß von abrasiven Zusätzen erzielt
werden.
Schließlich konnte festgestellt werden, daß bei Einsatz der erfindungsgemäß verwendeten
Mittel auf ein aufwendiges Reinigen der Umgebung verzichtet werden kann
und - wenn überhaupt - nur vergleichsweise geringe Mengen sedimentierter Partikel,
die überwiegend aus Natriumbicarbonat bestehen, mit wenig Wasser abgesprüht
werden müssen.
Als wasserlösliches Trägermaterial wird erfindungsgemäß Natriumbicarbonat eingesetzt.
Vorzugsweise findet hydrophobiertes Natriumbicarbonat Verwendung, das eine
leichtere technische Handhabung gewährleistet.
Die Korngröße des Natriumbicarbonats wird üblicherweise so gewählt, daß nach
Siebanalyse zwischen 10 und 70 Gew.-% des Materials eine Korngröße zwischen
50 µ und 300 µ, vorzugsweise zwischen 170 µ und 280 µ aufweisen.
Der Gehalt an Natriumbicarbonat in den Mitteln beträgt vorzugsweise 20 bis
95 Gew.-%, insbesondere 50 bis 95 Gew.-%.
Als erfindungsgemäß zu verwendende Dispergiermittel werden Polyasparaginsäuren
und/oder deren Salze verwendet.
Bei Polyasparaginsäuren kommen in erster Linie Polyasparaginsäure-Homopolymere
und ihre Salze in Betracht, wie sie in der WO 96/31 554 beschrieben werden. Vorzugsweise
werden das Natriumsalz und das Ammoniumsalz der Polyasparaginsäuren
als biologisch abbaubare und ökologisch unbedenkliche Stoffe verwendet. Selbstverständlich
können auch alle anderen Salze und alle wasserlöslichen Copolymere der
Polyasparaginsäuren und ihrer Salze eingesetzt werden. Ebenso kann das Anhydrid
der Polyasparaginsäuren, Polysuccinimid (PSI) verwendet werden.
Die vorstehend genannten Polyasparaginsäuren und/oder ihre Derivate sind einzeln
oder in Mischung in Mengen von wenigstens 5 Gew.-% enthalten.
Vorzugsweise wird das Natriumsalz der Polyasparaginsäuren in Mengen zwischen 5
und 12 Gew.-% in den erfindungsgemäßen Reinigungsmitteln verwendet.
Je nach Art der technischen Durchführung beispielsweise Trocken- oder Wasserstrahlverfahren,
mit oder ohne Luftdruck, enthalten die Reinigerformulierung mehr
oder weniger Wasser. Bevorzugt werden solche Reinigerformulierungen gewählt, die
eine geringe Tendenz zeigen, die Streu- und Rieselfähigkeit des Reinigungsmittels zu
behindern. Der Gehalt an Wasser kann daher in weiten Grenzen frei gewählt werden.
Neben den bereits genannten Inhaltsstoffen können in den erfindungsgemäßen
Reinigungsmitteln weitere Zusatzstoffe enthalten sein. Hier sind in erster Linie
Farbstoffe zur Kennzeichnung der jeweiligen Reinigerformulierung und Konservierungsmittel
zu nennen. Der Gehalt an derartigen Hilfs- und Zusatzstoffen liegt im
allgemeinen nicht über 10 Gew.-%, meist erheblich darunter.
Beispiele
Im folgenden wird eine typische Rahmenrezeptur für erfindungsgemäße abrasive
Reinigungsmittel angegeben.
Abrasive Reinigerformulierung auf Basis Polyasparaginsäuren |
Natriumbicarbonat | 20 bis 95 Gew.-% |
Polyasparaginsäuren-Natriumsalz | 5 bis 15 Gew.-% |
Farbstoffe | 0 bis 1 Gew.-% |
Konservierungsmittel | 0 bis 10 Gew.-% |
Wasser | zu 100 Gew.-% |
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Reinigerformulierungen kann im einfachsten
Falle durch einfaches Vermengen aller Komponenten in geeigneten Trockenmischaggregaten
erfolgen. In Einzelfällen kann es allerdings zweckmäßiger sein, die Polyasparaginsäuren
und/oder deren Derivate als wässrige Dispersion auf das Trägermaterial
aufzuziehen oder das Trägermaterial und die Polyasparaginsäuren und/oder
deren Derivate mit Wasser zu einer Suspension zu verarbeiten und sie in dieser Form
in das Mischaggregat einzuführen.
Durch Vermischen der in Tabelle 2 angegebenen Komponenten wurden die Reinigungsformulierungen
1 bis 3 hergestellt. Die Gehalte sind in der Tabelle als Gewichtsprozent
aufgeführt und immer auf den Wirkstoffgehalt der Rohstoffe bezogen.
Beispiel | 1 | 2 | 3 |
Natriumbicarbonat | 90 | 0 | 95 |
Polyasparaginsäuren Natriumsalz | 8,8 | 88 | 0 |
Acrylsäure-Homopolymer | 0 | 0 | 0 |
Acrylsäure-Copolymer | 0 | 0 | 0 |
Chelatbildner | 0 | 0 | 0 |
Tensid | 0 | 0 | 0 |
Farbstoffe | 0,1 | 0 | 0 |
Konservierungsmittel | 1 | 0,5 | 0 |
Wasser | zu 100 | zu 100 | zu 100 |
Prüfung des Reinigungseffekts
Um einen möglichst praxisnahen Test der einzelnen Abmischungen gemäß der Beispiele
1 bis 3 zu gewährleisten, wurde in einem chemischen Produktionsbetrieb ein
Kessel ausgesucht, der gleichmäßig äußerlich chemisch belastet und kontaminiert
war. Die Oberfläche des Kessel-Kopfes wurde in drei Segmente eingeteilt und jedes
Segment gekennzeichnet. An jedem Kessel-Segment wurde jeweils eine Reinigerformulierung
gemäß den Beispielen 1 bis 3 erprobt und die Reinigungsleistung sowie
das Schmutztragevermögen des Abwassers visuell beurteilt. Die Beurteilung erfolgt
nach folgender Scala:
1 gleichmäßige und vollständige Reinigung ohne Rückstände; bzw. sehr gutes
Schmutztragevermögen 2 nahezu vollständige Reinigung, nur geringe Rückstände; bzw. gutes Schmutztragevermögen 3 sichtbare, aber nur ungleichmäßige Reinigung; bzw. deutliches Schmutztragevermögen 4 geringe, aber nur ungleichmäßige Reinigung; bzw. geringes Schmutztragevermögen 5 keine Reinigungsleistung; bzw. kein Schmutztragevermögen
Aus den Ergebnissen in Tabelle 3 wird das bessere Ergebnis mit den erfindungsgemäßen
Mitteln deutlich:
Beispiel | 1 | 2 | 5 |
Reinigungseffekt | 1 | 5 | 2 |
Schmutztragevermögen | 1 | 5 | 4 |
Während Beispiel 2 in Tabelle 3 sowohl hinsichtlich des Schmutztragevermögens,
als auch hinsichtlich der Reinigungseffekte vollkommen unbefriedigende Leistungen
zeigt, verbessert sich der Reinigungseffekt beim Beispiel 3, wohingegen das
Schmutztragevermögen weiterhin unbefriedigend bleibt. Das Beispiel 1 zeigt die
besten Resultate sowohl in Bezug auf das Reinigungsvermögen, als auch hinsichtlich
des Schmutztragevermögens.