NL1008363C2

NL1008363C2 - Werkwijze voor het reinigen van vaste materialen en inrichting voor het toepassen van deze werkwijze.

Info

Publication number: NL1008363C2
Application number: NL1008363A
Authority: NL
Inventors: Gerrit Frens
Original assignee: Tno
Priority date: 1998-02-19
Filing date: 1998-02-19
Publication date: 1999-08-20
Also published as: AU2643999A; WO1999042648A1

Description

VO 2053

Titel: Werkwijze voor het reinigen van vaste materialen en inrichting voor het toepassen van deze werkwijze.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het reinigen van vaste materialen, in het bijzonder textielproducten, waarbij het oppervlak van deze materialen in een, in een nabij-kritische toestand gebracht 5 oplosmiddel in contact treedt met een oppervlakte-actieve stof .

Door een oplosmiddel in de gasfase samen te drukken zal, alvorens deze geheel in de vloeistoffase overgaat, bij een specifieke waarde van temperatuur en druk het kritische 10 punt bereiken waarin de vloeistof in sterke mate samendrukbaar is. De vloeistoffase en de gasfase zijn dan niet van elkaar te onderscheiden; het oplosmiddel verkeert bij temperaturen en drukken in de buurt van deze kritische waarden in een nabij-kritische toestand.

15 Als bij hoge druk de moleculen in een medium elkaar zo dicht genaderd zijn dat de elektronenwolken elkaar aanzienlijk beginnen te verstoren, dan zullen de elektronen van de verschillende moleculen elkaar dank zij de elektrische wisselwerking af te stoten. Bij een mindere 20 druk zijn de moleculen in het medium op een grotere afstand van elkaar en zal er door de polariteit van de moleculen een attractiekracht tussen de moleculen optreden. Bij de zogenaamde kritische druk zijn de attractiekrachten van dezelfde orde als de afstotende krachten en kan vanwege de 25 grote samendrukbaarheid van het medium de kwaliteit als oplosmiddel voor vervuilende substanties daarvan door het kiezen van een geschikte druk ingesteld worden. Dit is de reden dat het reinigen van vaste materialen in een nabij-kritisch oplosmiddel onder geschikte temperatuur en druk is 30 voorgesteld, hetgeen in de praktijk dan ook wordt toegepast.

Het reinigen van een vast materiaal in een nabij-kritisch oplosmiddel zonder verdere toevoegingen is een proces dat bijzonder veel tijd in beslag neemt. Er is dan ' ; ' · ' v '.

2 ook voorgesteld een oppervlakte-actieve stof, een ! zogenaamde surfactant, dit is een zeep, toe te voegen, j terwijl het oplosmiddel mechanisch in beweging wordt j gehouden. Op het oppervlak van het te reinigen materiaal ï 5 vormt zich dan een geadsorbeerde laag van het surfactant, I welke surfactant de oppervlaktespanning van het te reinigen materiaal en van de te verwijderen substanties vermindert en daardoor het transport van deeltjes uit het oppervlak ^ van het te reinigen materiaal naar de oplossing kan 10 bevorderen. Evenwel is gebleken dat wanneer deze zogenaamde evenwichts-oppervlaktespanning wordt uitgezet tegen de concentratie van de surfactant, een optimale reinigende ,'3 werking wordt verkregen in het gebied waar een wijziging van deze concentratie geen invloed heeft op de evenwichts- 15 oppervlaktespanning. In het artikel van D.J.M. Bergink- , , Martens en G. Frens in 'Tenside Surfactants Detergents' , 34 r 1 rj jrg., 1997, p. 263-266, is aangegeven hoe ook de dynamische ; oppervlaktespanning van belang is voor de reinigende £ werking van de surfactant. Door een mechanische beweging - i, 2 0 die in het oplosmiddel wordt teweeggebracht, wordt een kracht uitgeoefend op het te reinigen oppervlak en, voor zover een textiel product moet worden gereinigd, op de vezels van dit product. Deze kracht manifesteert zich in r - . een lokaal uitrekken en inkrimpen van deze vezels, dat wil , 25 zeggen in een groter en kleiner wordend oppervlak. Bij rek

f· -rS

-- zal zich door diffusie een transport van surfactant naar de - vezels toe voordoen, terwijl bij daarop volgend krimpen en •^ door een dientengevolge optredende locale oververzadiging • aan surfactant op de vezels, door diffusie een transport ; 30 naar het oplosmiddel, waarbij te verwijderen substanties (vuil) wordt meegenomen. De mechanische beweging waardoor : r de vezels rekken en krimpen dient daarbij bij voorkeur : ir: zodanig te zijn dat de transportsnelheid door de :-== diffusielaag dit rekken en krimpen kan bijhouden. Het onder .:== 35 deze omstandigheden optredende transport van de surfactant door de diffusielaag is een maat voor de dynamische f* * :ï 1~Rït| ; ,1¾ _ r ' : . ;, * ψ TWt * 7T*?1 3 oppervlaktespanning. Uit genoemd artikel in 'Tenside surfactants detergents’ blijkt, wanneer niet alleen de evenwichts-oppervlaktespanning maar ook de dynamische oppervlaktespanning wordt uitgezet tegen de concentratie 5 van de surfactant, dat een optimale reinigende werking wordt verkregen daar waar de evenwichts-oppervlaktespanning en de dynamische oppervlaktespanning elkaar in grootte benaderen. Bij deze wijze van reinigen met een oplosmiddel en een surfactant onder uitoefening van een relatief grote 10 kracht op het te reinigen materiaal, in bijzonder textiel producten, wordt echter als gevolg van de uitgeoefende kracht een grote slijtage van het te reinigen product verkregen.

De uitvinding heeft ten doel onder behoud van de 15 voordelen van deze wijze van reinigen een zodanige werkwijze te verschaffen waarbij slijtage geheel of vrijwel geheel wordt vermeden.

Overeenkomstig de uitvinding heeft de werkwijze, zoals deze in de aanhef is omschreven, het kenmerk, dat de 20 reinigende werking van de oppervlakte-actieve stof (surfactant) wordt bereikt door het variëren van de druk in het oplosmiddel.

Om dit effect te kunnen verklaren, dient gerealiseerd te worden dat surfactantmoleculen een deel hebben (de kop) 25 dat gemakkelijk oplost in het oplosmiddel en een deel (de staart) dat onder normale omstandigheden moeilijk oplost. Onder verhoogde druk neemt de oplosbaarheid van de 'staart' toe, ofwel, de wisselwerkingskrachten tussen het oplosmiddel en de surfactant nemen dan toe, hetgeen zich 30 uit in de waarde van de 2e viriaalcoëfficient in de reeksontwikkeling van Kamerlingh Onnes als verbijzondering van de wet van Van der Waals. Door een verminderde oplosbaarheid in het oplosmiddel wordt het transport van surfactantmoleculen door de diffusielaag naar het te 35 reinigen materiaal groter. Door de druk te vergroten neemt de oplosbaarheid van de 'staart' en dus van de " ’' . 'J O 4 4 ! surfactantmoleculen toe en treedt een diffusie van deze I moleculen op vanaf het te reinigen materiaal naar het ï oplosmiddel waarbij vuil wordt meegenomen. Door de druk in l het oplosmiddel pulserend te variëren, wordt een zich 5 periodiek wijzigende oplosbaarheid van de 3 surfactantmoleculen verkregen, hetgeen, wanneer als materiaal een textiel product wordt gebruikt, hetzelfde effect op de geadsorbeerde surfactantmoleculen aan het oppervlak van de vezels in dit product heeft als rekken en ;; 10 krimpen van de vezels zelf onder een fysieke kracht, ^ uitgeoefend door bijvoorbeeld roeren, echter zonder dat het * nadeel van slijtage optreedt. Als surfactant kan bijvoorbeeld gebruik worden gemaakt van nonanol; deze f] surfactant kan opgebouwd worden gedacht uit een door een ; j 15 octaangroep gevormde 'kop' met een waarde van de 2e j viriaalcoëfficient van ongeveer 300 en een door een . .£ methanolgroep gevormde ' staart' met een waarde van de 2e viriaalcoëfficient van ongeveer 125. Door als oplosmiddel gebruik te maken van nabij-kritisch C02, kan de " ~ 20 oplosbaarheid van de 'staart' onder druk worden verhoogd en wel in een mate als overeenstemt met een waarde van de 2e viriaalcoëfficient van ongeveer 300, derhalve ongeveer

!¥5S

. ,H overeenstemmend met die van de 'kop' . De keus om C02 te ' ™ gebruiken berust op de overweging dat deze stof onder ... 25 relatief gemakkelijk instelbare fysische omstandigheden ; (bij een temperatuur van 31° en een druk van 75 bar) zijn r kritisch punt bereikt. Bovendien blijkt C02 nabij het kritisch punt een desinfecterende werking te hebben. Als alternatief voor C02 kan bijvoorbeeld gebruik worden . 30 gemaakt van nabij-kritisch dimethylether, waarvan het . ™ kritisch punt ligt bij een temperatuur van 127° en een druk van 53 bar, of nabij-kritisch propaan, waarvan het kritisch punt ligt bij een temperatuur van 97° en een druk van 42 bar. Deze materialen zijn echter nogal brandgevaarlijk en ί 35 vereisen vrij kostbare veiligheidsmaatregelen. Als alternatief voor nonanol, als surfactant die in het i - i'i

Tm "Tg

F

' ΉΠ i mm 5 bijzonder geschikt is voor gebruik in nabij-kritisch C02/ kan bijvoorbeeld gebruik worden gemaakt van fluorosurfactants, die onder de naam 'zonyl fluorosurfactants1 in de handel worden gebracht door Dupont 5 de Nemours.

Om het transport van surfactantmoleculen door diffusie heen en weer naar het vaste oppervlak zodanig te laten verlopen dat een goede reinigende werking wordt verkregen, is het gunstig wanneer de druk in het 10 oplosmiddel wordt gevarieerd met een frequentie in de orde van 0,1 tot 10 Hz en bij voorkeur met ongeveer 1 Hz.

In de praktijk blijkt dat de druk in het oplosmiddel kan worden gevarieerd door middel van geluidstrillingen met bij voorkeur een frequentie van ongeveer 0,5 tot ongeveer 15 10 Hz, terwijl voor het variëren van de druk in het oplosmiddel met bij voorkeur een frequentie van ongeveer 0,1 tot ongeveer 2 Hz gebruik kan worden gemaakt van een klepmechanisme voor het pulserend uitoefenen van een mechanische druk op het oplosmiddel.

20 Behalve op een werkwijze voor het reinigen van vaste materialen heeft de uitvinding tevens betrekking op een inrichting voor het reinigen van vaste materialen voor het toepassen van de hiervoor aangegeven werkwijze, welke inrichting daartoe is voorzien van een drukvat, waarin het 25 te reinigen materiaal kan worden gebracht, tezamen met een oplosmiddel en een oppervlakte-actieve stof (surfactant), waarbij tijdens het reinigen de fysische omstandigheden in het vat zodanig zijn dat het oplosmiddel in een nabij -kritische toestand verkeert. Deze inrichting heeft dan het 30 kenmerk, dat drukvariërende middelen aanwezig zijn om drukvariaties in het oplosmiddel teweeg te brengen en daardoor, onder de genoemde fysische omstandigheden, de reinigende werking van de oppervlakte-actieve stof te activeren. Het drukvat heeft daartoe een toevoer voor het 35 oplosmiddel, een toevoer voor de surfactant, een deur of klep voor het inbrengen en uithalen van het te reinigen 6 product, een afvoer voor het oplosmiddel, inclusief surfactant en vuil, alsmede middelen voor het instellen van de gewenste temperatuur en druk in het drukvat. Voorts zijn | in of buiten, desgewenst in direct fysisch contact met het 5 drukvat drukvariërende middelen aangebracht.

De drukvariërende middelen kunnen daarbij worden = gevormd door een, met het oplosmiddel in fysisch contact 3 staande geluidsbron of door een pulsator voor het opwekken van mechanische trillingen die onder tussenkomst van een 10 membraan kunnen worden overgebracht op het oplosmiddel.

De onderhavige uitvinding kan in het bijzonder worden toegepast voor het industrieel reinigen van textiel ~ producten. Een dergelijke toepassing is zeer aantrekkelijk voor het reinigen van grote hoeveelheden lakens en Π 15 linnengoed voor ziekenhuizen, hotels, en dergelijke, die Η deze textielproducten veelal leasen van industriële wasserijen ► "1 ' ] f 1 * f 'T™a * .....Τ'**· * -Ir·*· r ~??*w* f .

* i ··^ ' T-τι

Claims

1. Werkwijze voor het reinigen van vaste materialen, in het bijzonder textielproducten, waarbij het oppervlak van deze materialen in een, in een nabij-kritische toestand gebracht oplosmiddel in contact treedt met een oppervlakte- 5 actieve stof, met het kenmerk, dat de reinigende werking van de oppervlakte-actieve stof wordt bereikt door het variëren van de druk in het oplosmiddel.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat als oplosmiddel nabij-kritisch C02 wordt gebruikt.

3. Werkwijze volgens conclusie of 2, met het kenmerk, dat de druk in het oplosmiddel wordt gevarieerd met een frequentie in de orde van 0,1 tot 10 Hz en bij voorkeur met ongeveer 1 Hz.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de 15 druk in het oplosmiddel wordt gevarieerd door middel van geluidstrillingen met een frequentie van ongeveer 0,5 tot ongeveer 10 Hz.

5. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de druk in het oplosmiddel wordt gevarieerd door middel van 20 een, met een frequentie van ongeveer 0,1 tot ongeveer 2 Hz bestuurd klepmechanisme voor het pulserend uitoefenen van een mechanische druk op het oplosmiddel.

6. Inrichting voor het reinigen van vaste materialen voor het toepassen van de werkwijze volgens een van de 25 voorgaande conclusies, voorzien van een drukvat, waarin het te reinigen materiaal kan worden gebracht, tezamen met een oplosmiddel en een oppervlakte-actieve stof, waarbij tijdens het reinigen de fysische omstandigheden in het vat zodanig zijn dat het oplosmiddel in een nabij-kritische 30 toestand verkeert, met het kenmerk, dat drukvariërende middelen aanwezig zijn om drukvariaties in het oplosmiddel teweeg te brengen en daardoor, onder de genoemde fysische omstandigheden, de reinigende werking van de oppervlakte-actieve stof te activeren.

7. Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat I de drukvariërende middelen worden gevormd door een, met het I 5 oplosmiddel in fysisch contact staande geluidsbron.

: 8. Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat ’ de drukvariërende middelen worden gevormd door een pulsator i voor het opwekken van mechanische trillingen die onder tussenkomst van een membraan kunnen worden overgebracht op 10 het oplosmiddel. ».« r 1 ' 1 --¾ ► It· r TH SAMENWERKINGSVERDRAG (PCT) RAPPORT BETREFFENDE NIEUWHEIDSONDERZOEK VAN INTERNATIONAAL TYPE lOe.NTIFIKATIE VAN OE NATIONALE AANVRAGE Kenmerk van Oe aanvrager ol van de gemacnogoe Nw 2053 Neoertandse aanvrage nr. indienngsdaum 1008363 19 februari 1998 In ge roe pen vocrrangsaaum Aanvrager (Naam) TNO Daurn van net verzoek voor een onderzoen van mtemasonaal type Door de Instantie voor Intemaaonaai Onderzoen (ISA) aan net verzoen voor een onderzoek van intemaöoroaJ type segenend nr. SN 30966 NL __ I. CLASSIFICATIE VAN HET ONDERWERP (bij toepassing van verschillende classificaties, alle classificatie symbolen opgeven) Volgens de intemaoonaie classificatie (1PC) Int.Cl.6:D 06 L 1/00 II. ONDERZOCHTE GEBIEDEN VAN DE TECHNIEK _______ Ortqerzochte minimum documentatie __ Classificatiesysteem _Classificatiesvmbolen_*_ Inc.Cl.6: D 06 L Onderzochte an Ce re oocumentaoe dan de minimum documentatie voor zover dergetijke documenten in do onderzotfue 90 c* eden z^n opgenomen lil. 1 i GEEN ONDERZOEK MOGELIJK VOOR BEPAALDE CONCLUSIES (opmerkingen op aanvullingsolad) IV.' ' GEBREK AAN EENHEID VAN UITVINDING (opmerkingen op aanvullingsolad) ! Form PC7,'ISA'201iai CS 1S9»