Die vorliegende Erfindung betrifft Reinigungsmittel, die als Pulver oder als wässrige
Formulierung auf Basis von Natriumbicarbonat, Natriumchlorid, Natriumhydrogencarbonat,
Natriumsulfat und/oder Zucker
a) ein wasserlösliches polymeres Polycarboxylat als Dispergiermittel und/oder b) einen Chelatbildner und/oder c) ein Tensid enthalten,
die Verwendung dieser Reinigungsmittel zur abrasiven Reinigung fester Oberflächen
sowie ein Verfahren zur Reinigung von mit Ablagerungen verunreinigten Oberflächen
unter Verwendung dieser Reinigungsmittel. Ausgenommen von der vorliegenden
Erfindung sind Reinigungsmittel auf Basis von Natriumbicarbonat und
Polyasparaginsäuren und/oder deren Salze. Diese sind Gegenstand der parallel angemeldeten
DE 19 842 053.6.
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 Wasserin-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 4 817 312 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 dadurch gelöst, daß der vorstehend beschriebene
Mangel durch die Einarbeitung eines Dispergiermittels auf Basis wasserlöslicher
polymerer Polycarboxylate und/oder eines Chelatbildners und/oder eines
Tensids in das Reinigungsmittel weitgehend gemindert werden kann.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Reinigungsmittel, die als Pulver
und/oder als wässrige Formulierung auf Basis von Natriumbicarbonat, Natriumchlorid,
Natriumhydrogencarbonat, Natriumsulfat und/oder Zucker
a) ein wasserlösliches polymeres Polycarboxylat als Dispergiermittel und/oder b) einen Chelatbildner und/oder c) ein Tensid enthalten,
mit Ausnahme solcher Mischungen die nur Natriumbicarbonat und Polyasparaginsäuren
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 Oberflächen.
Überraschenderweise wird durch den Zusatz der erfindungsgemäß verwendeten wasserlöslichen
polymeren Polycarboxylate als Dispergiermittel, sowie eines Chelatbildners
und/oder eines Tensids 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 Dispergiermitteln
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 werden erfindungsgemäß in erster Linie Natriumbicarbonat,
Natriumchlorid, Natriumhydrogencarbonat, Natriumsulfat oder Zucker
eingesetzt. Diese können einzeln als einzige Trägermaterialien oder im Gemisch miteinander
verwendet werden. Vorzugsweise finden hydrophobierte Trägermaterialien
Verwendung, die eine leichtere technische Handhabung gewährleisten. Bevorzugt
werden mit SiO2 hydrophobierte Trägermaterialien eingesetzt.
Die Korngröße des Trägermaterials, insbesondere 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 Trägermaterial in den Reinigungsmitteln, insbesondere Natriumbicarbonat,
beträgt vorzugsweise 20 bis 95 Gew.-%, insbesondere 50 bis 95 Gew.-%.
Wird Natriumbicarbonat eingesetzt, können zusätzlich andere Trägermaterialien in
Mengen bis zu 50 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 1 und 20 Gew.-% eingesetzt
werden.
Die in den erfindungsgemäßen Reinigungsmitteln eingesetzten Dispergiermittel
stammen vorzugsweise aus der Gruppe der wasserlöslichen Polyacrylate und ihrer
Salze, der Polyasparaginsäuren und ihrer Salze und Mischungen dieser Stoffe.
Bei den Polyacrylaten handelt es sich in der Regel um Acrylsäure-Homopolymere
oder um Copolymere auf Basis Acrylsäure und Maleinsäure oder auf Basis Maleinsäure
und Methylvinylether. Sie können sauren, neutralen oder basischen Charakter
besitzen. Im Falle des Einsatzes von Acrylsäure - Homopolymeren oder Copolymeren
auf Basis Acrylsäuren und Maleinsäure oder auf Basis Maleinsäure und
Methylvinylether ist der Einsatz von Chelatbildnern und/oder Tensid nicht unbedingt
erforderlich.
Bei Polyasparaginsäuren kommen in erster Linie Polyasparaginsäure-Homopolymere
und ihre Salze gemäß der WO 96/31 554 in Betracht. 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.
Bei Chelatbildnern handelt es sich in der Regel um organische Komplexbildner, mit
denen mehrwertige Metallionen unter Ringbildung reagieren. Als bevorzugte Chelatbildner
werden die Natriumsalze der Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA), der
Nitrilotriessigsäure (NTA) oder der Iminodibernsteinsäure (IDS) eingesetzt. Selbstverständlich
können aber auch alle anderen gebräuchlichen Komplexbildner, zum
Beispiel aus der Reihe der Aminocarbonsäuren, eingearbeitet werden.
Als Tenside eignen sich für die erfindungsgemäßen Mittel neben üblichen Seifen insbesondere
synthetische Tenside aus den Klassen der anionischen und der nichtionischen
Tenside. Beispiele besonders geeigneter Tenside sind Natriumalkansulfonate
und ethoxylierte Fettalkohole.
Die vorstehend genannten Dispergiermittel, Chelatbildner und Tenside sind einzeln
oder in Mischung in Mengen von wenigstens 5 Gew.-% enthalten. In jedem Fall enthalten
die erfindungsgemäßen Mittel als kennzeichnenden Bestandteil bestimmte
wasserlösliche polymere Polycarboxylate. Als Mindestgehalt für eine merkliche
Wirkung sind etwa 5 Gew.-% anzusehen. Die Obergrenze des Gehalts wird nicht zuletzt
durch den Preis bestimmt und liegt im allgemeinen nicht über 15 Gew.-%.
Vorzugsweise wird als Dispergiermittel das Natriumsalz der Polyasparaginsäuren in
Mengen zwischen 5 und 12 Gew.-% in den Mitteln verwendet.
Je nach Art der technischen Durchführung, beispielsweise Trocken- oder Wasserstrahlverfahren,
mit oder ohne Luftdruck, enthalten die Reinigerformulierungen 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 Mitteln weitere Wirk- und
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 sind eine Reihe von typischen Rahmenrezepturen für erfindungsgemäße
abrasive Reinigungsmittel angegeben.
| Abrasive Reinigerformulierung auf Basis Polyasparaginsäuren |
| Natriumbicarbonat | 20 bis 95 Gew.-% |
| Polyasparaginsäuren-Natriumsalz | 5 bis 15 Gew.-% |
| Chelatbildner | 0,1 bis 20 Gew.-% |
| Tensid | 0 bis 20 Gew.-% |
| Farbstoffe | 0 bis 1 Gew.-% |
| Konservierungsmittel | 0 bis 10 Gew.-% |
| Wasser | zu 100 Gew.-% |
| Abrasive Reinigerformulierung auf Basis Acrylsäure-Homopolymer |
| Natriumbicarbonat | 20 bis 95 Gew.-% |
| Acrylsäure-Homopolymer | 5 bis 15 Gew.-% |
| Chelatbildner | 0 bis 20 Gew.-% |
| Tensid | 0 bis 20 Gew.-% |
| Farbstoffe | 0 bis 1 Gew.-% |
| Konservierungsmittel | 0 bis 10 Gew.-% |
| Wasser | zu 100 Gew.-% |
| Abrasive Reinigerformulierung auf Basis Acrylsäure-Copolymer |
| Natriumbicarbonat | 20 bis 95 Gew.-% |
| Acrylsäure-Copolymer | 5 bis 15 Gew.-% |
| Chelatbildner | 0 bis 20 Gew.-% |
| Tenside | 0 bis 20 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
wasserlöslichen polymeren Polycarboxylate als wässrige Dispersion auf das Trägermaterial
aufzuziehen oder das Trägermaterial und die wasserlöslichen polymeren
Polycarboxylate mit Wasser zu einer Suspension zu verarbeiten und sie in dieser
Form in das Mischaggregat einzuführen.
Durch Vermischen der in Tabelle 4 angegebenen Komponenten wurden die Reinigungsformulierungen
1 bis 7 hergestellt. Die Gehalte sind in der Tabelle als Gewichtsprozent
aufgeführt und immer auf den Wirkstoffgehalt der Rohstoffe bezogen.
| Beispiel | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| Natriumbicarbonat | 90 | 90 | 0 | 0 | 95 | 90 | 85 |
| Polyasparaginsäuren Natriumsalz | 0 | 0 | 88 | 0 | 0 | 0 | 5 |
| Acrylsäure-Homopolymer | 8 | 0 | 0 | 95 | 0 | 0 | 0 |
| Acrylsäure-Copolymer | 0 | 8 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Chelatbildner | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 5 | 5 |
| Tensid | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 3 | 3 |
| Farbstoffe | 0,1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Konservierungsmittel | 0 | 0 | 0,5 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Wasser | zu 100 | zu 100 | zu 100 | zu 100 | zu 100 | zu 100 | zu 100 |
Prüfung des Reinigungseffekts
Um einen möglichst praxisnahen Test der einzelnen Abmischungen gemäß Beispielen
1 bis 7 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 sieben Segmente eingeteilt und
jedes Segment gekennzeichnet. An jedem Kessel-Segment wurde jeweils eine
Reinigerformulierung gemäß den Beispielen 1 bis 7 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 5 wird das bessere Ergebnis mit den erfindungsgemäßen
Mitteln deutlich:
| Beispiel | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| Reinigungseffekt | 1 | 1 | 5 | 5 | 2 | 2 | 1 |
| Schmutztragevermögen | 1 | 1 | 5 | 5 | 4 | 4 | 1 |
Während die Beispiele 3 und 4 in Tabelle 5 sowohl hinsichtlich des Schmutztragevermögens,
als auch hinsichtlich der Reinigungseffekte vollkommen unbefriedigende
Leistungen zeigen, verbessert sich der Reinigungseffekt bei den Beispielen 5 und 6,
wohingegen das Schmutztragevermögen weiterhin unbefriedigend bleibt. Die Beispiele
1, 2 und 7 zeigen die besten Resultate sowohl in Bezug auf das Reinigungsvermögen,
als auch hinsichtlich des Schmutztragevermögens.