NL1015863C2 - Vloeibare, met water mengbare brandstofsamenstelling. - Google Patents

Description

Vloeibare, met water mengbare brandstofsamenstelling.

Beschrijving

De uitvinding heeft betrekking op een vloeibare, met water mengbare brandstof-5 samenstelling op basis van 4-methyl-4-hydroxy-2-pentanon (diacetonalcohol) en op de toepassing daarvan als lampolie, lampolie die met een gekleurde vlam brandt en brandpasta.

Stand der Techniek

Lampolie bestaat thans meestal in hoofdzaak uit n-parafïïnen, in het bijzonder 10 met 10 tot 13 koolstofatomen.

Door de lage viscositeit en het zeer apolaire karakter ervan kan deze vloeistof bij aspiratie in de longen (door verslikken) chemische pneumonitis veroorzaken. Deze aandoening kan zeer ernstig en zelfs fataal zijn. Om deze reden is een Europese richtlijn (67/548) uitgevaardigd teneinde dit gevaar te ondervangen. Deze richtlijn, die ui-15 terlijk per 1 juli 2000 moet zijn geïmplementeerd, houdt in dat lampolie niet mag worden gekleurd en/of geparfumeerd, tenzij: a) de viscositeit hoger dan 7 cSt bij 40°C is en/of de oppervlaktespanning bij 40°C hoger dan 33 mN/m is, b) de vloeistof voor ten minste 90 gew.% uit niet-koolwaterstoffen bestaat.

20 Gebleken is dat voorwaarde a) niet verenigbaar is met een in de praktijk bruikbare vloeistof.

In DE-C-19716911 wordt de toepassing van een brandstofsamenstelling als lampolie en/of brandpasta geopenbaard van een uitgebreide groep vetderivaten, bestaande uit vetzuurglyceriden, vetzuuresters, vetalcoholen en Guerbetalcoholen, met 25 een stolpunt lager dan 0°C, een joodgetal kleiner dan 20 en een oppervlaktespanning groter dan 25 mN/m. Van deze vetderivaten wordt beweerd dat ze goede eigenschappen als lampolie bezitten en qua gezondheidsrisico's onverdacht zijn. Echter, van hogere alcoholen is bijvoorbeeld bekend dat ze groot aspiratiegevaar opleveren (A.G. Craan, Aspiration hazard and consumer products: a review, International Journal for Consumer 30 Safety, deel 3, nr. 3, biz. 153-164, 1996) en ook van enkele vetzuuresters is inmiddels via dierproeven bekend dat ze, zij het in mindere mate dan n-paraffinen, longaandoeningen veroorzaken (Assessment of Aspiration Hazard and Toxicity of Lampoil 2000/OP 2 in the rat, Notox Project 281497,2000).

.·( ï' y ...< .. ..

t 2

Een zeer belangrijke, in het algemeen onderbelichte parameter bij aspiratiege-vaar, is de oplosbaarheid in water van een vloeistof (zie A. Hahn c.s., Aspiration of "Non-Toxic" Lampoils in German Households, XVII International Congress of the European Association of Poisons Centres and Clinical Toxicologists, Marseille, juni 5 1996 en de hiervoor vermelde publicatie van A.G. Craan).

Men kan zeggen dat het aspiratiegevaar afneemt naarmate de mengbaarheid mêt water toeneemt.

De in DE-C-19716911 geopenbaarde vetderivaten zijn niet of nauwelijks mengbaar met water.

10 De onderhavige uitvinding heeft derhalve betrekking op een vloeibare, met water mengbare brandstofsamenstelling die een niet-toxische zuurstof houdende koolwaterstof omvat, waarbij de koolwaterstof een oppervlaktespanning van ten minste 25 mN/m (20°C), een vlampunt van ten minste 55°C (K3 grens) bezit en mengbaar met water is in een volumeverhouding van ten minste 90:10. De uitvinding heeft tevens 15 betrekking op de toepassing van de brandstofsamenstelling als lampolie, lampolie die met een gekleurde vlam brandt en brandpasta.

Bij voorkeur bezit de koolwaterstof een dampspanning van ten minste 1,0 hPa (20°C). Bij voorkeur bezit de koolwaterstof een dynamische viscositeit van niet meer dan 3 mPa.s (20°C). Bij voorkeur is de koolwaterstof mengbaar ("oplosbaar") met 20 water in een volumeverhouding van 95:5 en in het bijzonder is de koolwaterstof volledig mengbaar met water. Volgens de uitvinding is de koolwaterstof in het bijzonder 4-methyl-4-hydroxy-2-pentanon (diacetonalcohol, hierna afgekort als DAA) wat een in industriële hoeveelheden beschikbare vloeistof met een aanvaardbare prijs is. DAA wordt bijvoorbeeld toegepast bij de bereiding van bekledingen, laminaten, 25 afdichtingen, kleefstoffen en smeeroliën. De toepassing van DAA als brandstof, bijvoorbeeld in de vorm van lampolie, is volgens de aanvrager niet bekend.

Toepassing als lampolie

Verrassenderwijze werd gevonden dat de brandstofsamenstelling, bij voorkeur DAA, geschikte fysische/chemische eigenschappen bezit voor gebruik als lampolie. In 30 de tabel worden de eigenschappen van DAA vermeld.

3

TABEL

Eigenschappen van DAA (technische kwaliteit)

Kleur: kleurloos (ASTM Dl209)

5 Smeltpunt: -47°C

Kooktraject: 150-172°C (ASTM D1078)

Vlampunt: 58°C (ASTM D93)

Zelfontbrandingstemperatuur: 620°C

Dampspanning: 1,1 hPAbij 20°C

10 Dichtheid: 0,93-0,94 bij 20°C (SMS 1347)

Dynamische viscositeit: 2,9 mPa.S bij 20°C

Oppervlaktespanning: 28,9 mN/m bij 20°C

Oplosbaarheid in/mengbaarheid met water: volledig.

15 In het bijzonder de hoge oppervlaktespanning is een voordeel met betrekking tot aspiratiegevaar (zie de hiervoor vermelde publicatie van A.G. Craan).

De combinatie van hoge oppervlaktespanning en goede mengbaarheid met water maakt de brandstofsamenstelling tot een zeer geschikte vloeistof voor toepassing als gekleurde en/of geparfumeerde lampolie volgens de Europese richtlijn 67/548. De 20 brandstofsamenstelling brandt roetvrij en reukloos, met een geelwitte vlamkleur die minder intens is dan die van n-paraffinen. De brandstofsamenstelling brandt goed met alle lonttypen (katoen en glasvezel).

Lampolie op basis van de brandstofsamenstelling volgens de uitvinding mag volgens de Europese richtlijn 67/548 worden gekleurd en/of geparfumeerd.

25 Geschikte kleurmiddelen zijn voor voedingsmiddelen en voor cosmetische doel einden geschikte, in water oplosbare kleurstoffen, bijvoorbeeld die welke in de Europese richtlijn 76/768 zijn vermeld. Niet-limitatieve voorbeelden zijn carmoisine, amaranth, Ponceau 4R, erythrosine, carminezuur, bietenrood, anthocyanine, paprika, cur-cumine, tartrazine, chinolinegeel, bètacaroteen, patentblauw, indigocarmine, chlorofyl, 30 briljantzwart BN. Deze kleurstoffen worden bij voorkeur gebruikt in concentraties van 0,001 tot 0,1 gew.%, betrokken op de totale samenstelling en in het bijzonder 0,005 tot 0,05 gew.%. Geschikte geurstoffen zijn bijvoorbeeld parfiimoliën. Parfiimoliën kunnen homogeen in de brandstofsamenstelling worden opgelost, zonder dat daarbij een '.· . * 4 emulgator behoeft te worden gebruikt. Niet-limitatieve voorbeelden van geurstoffen zijn: lavendelolie, rozenolie, jasmijnolie, geraniumolie, anijsolie, korianderolie, bergamotolie, citroenolie, sinaasappelolie, sandelolie, cederolie, tijmolie, dennenolie en synthetische/halfsynthetische parftunoliën zoals eugenol, isoeugenol, citronellal, 5 hydroxycitronellal, geraniol. Deze geurstoffen worden bij voorkeur gebruikt in concentraties van 0,1 tot 3 gew.%, betrokken op de totale samenstelling en in het bijzonder 0,5 tot 2,5 gew.%.

De brandstofsamenstelling vormt derhalve een geschikte drager voor gekleurde en/of geparfumeerde lampolie. De brandstofsamenstelling kan daartoe als zodanig, of 10 gemengd met een of meer ondergeschikte bestanddelen worden gebruikt. De functie van deze ondergeschikte bestanddelen kan bijvoorbeeld het intensiveren van de geelwitte vlamkleur zijn. Dit kan bijvoorbeeld worden bereikt door ten hoogste 10 gew.% n-paraffinen toe te voegen, hoewel daardoor uiteraard het aspiratiegevaar van de samenstelling wordt vergroot.

15 T oepassing als brandpasta

Brandpasta's zijn thans vaak gebaseerd op alcoholen, bijvoorbeeld ethanol, iso-propylalcohol of mengsels daarvan. Deze vloeistoffen kunnen met gebruikelijke verdikkingsmiddelen, bijvoorbeeld carboxymethylcellulose, goed worden verdikt tot zogenoemde brandpasta. Het nadeel van dit type brandpasta is echter het lage vlampunt 20 (klasse KI).

De thans als lampolie gebruikte n-paraffinen zijn lastiger te verdikken (bij tamelijk hoge temperatuur) en hebben een zodanig vlampunt (> 65°C) dat het aansteken van de pasta problemen kan opleveren.

DAA kan daarentegen gemakkelijk met gebruikelijke verdikkingsmiddelen 25 worden verdikt en bezit een vlampunt van 58°C, zodat het nog juist in klasse K3 valt. Derhalve is DAA uitstekend geschikt als grondstof voor brandpasta.

Toepassing als lampolie die met een gekleurde vlam brandt

Een lampolie die met een gekleurde vlam brandt wordt beschreven in het Nederlandse octrooischrift 1.003.391. In dit octrooischrift wordt beschreven hoe 30 gecompliceerd het is om lampolie langdurig en stabiel met een gekleurde vlam te laten branden; Dit vormt ongetwijfeld een van de redenen dat lampolie met een gekleurde vlam nog geen uitgebreide commerciële toepassing heeft gevonden. De brandstofsamenstelling volgens het Nederlandse octrooischrift 1.003.391 heeft goede * 5 ( brandeigenschappen, doch bezit het nadeel dat de drager een laag vlampunt bezit, hetgeen praktische bezwaren met zich meebrengt.

De brandstofsamenstelling brandt met een vlam die niet zodanig intens witgeel gekleurd is dat een eventuele kleuring van de vlam wordt "overstemd". De 5 brandstofsamenstelling is derhalve geschikt als drager voor een brandstofsamenstelling die met een gekleurde vlam brandt. De kleuring van de vlam is met <fe brandstofsamenstelling volgens de uitvinding als drager niet zo homogeen als bij de brandstofsamenstellingen volgens het Nederlandse octrooischrift 1.003.391, doch is toch zeer aantrekkelijk (vlam met gelige kern met daaromheen een ruime mantel met de 10 emissiekleur van de toegevoegde metaalverbinding). De vlamkleuring kan met de brandstofsamenstelling op dezelfde wijze worden verwezenlijkt als in het Nederlandse octrooischrift 1.003.391 is beschreven.

Een dergelijke brandstofsamenstelling bevat naast de koolwaterstof volgens de uitvinding 15 (a) 0,001 tot 2 gew.% van de metaalverbinding, (b) 0-20 gew.% water.

Voordelen van een dergelijke brandstofsamenstelling zijn in het bijzonder de lage concentraties van de metaalverbindingen in de brandstof, waarbij toch een bevredigende kleurvorming wordt verkregen. Daardoor kan deze samenstelling op 20 dezelfde wijze als lampolie worden toegepast met als toegevoegde eigenschap de aantrekkelijke gekleurde vlam waarmee de samenstelling brandt. Een verder voordeel ten opzichte van gebruikelijke lampolie is dat de samenstelling volgens de uitvinding bij consumptie door bijvoorbeeld kinderen niet de ernstige aandoening chemische pneumonitis kan veroorzaken.

25 De kleurvormende metaalverbindingen moeten voldoende oplosbaar zijn in de koolwaterstof volgens de uitvinding.

De metaalverbindingen die deel uitmaken van de brandstofsamenstelling verschaffen de kleur aan de vlam door bij de heersende vlamtemperatuur door middel van emissie kleurvorming van de vlam te verschaffen. Voorbeelden van metalen die 30 deze kleurvorming teweeg kunnen brengen zijn lithium (rood), strontium (rood), natrium (geel-oranje), kalium (lila), rubidium (paars-rood), cesium (paars-blauw), calcium (oranje-rood), barium (groen), indium (paars-blauw), koper (groen en blauw), boor (groen), titaan, zink en magnesium (wit). Volgens de uitvinding zijn de metalen

? {, * V

6 bij voorkeur lithium, boor en natrium en worden deze metalen in de vorm van een zout toegepast, waarbij de zoutrest bij voorkeur nitraat, chloride, acetaat, citraat, methoxide of ethoxide of een mengsel van dergelijke zoutresten is.

De samenstelling volgens de uitvinding bevat 0-20 gew.% water. Bij voorkeur is 5 het watergehalte zo laag mogelijk en in het bijzonder niet hoger dan 5 gew.%.

Aan de brandstofsamenstelling volgens de uitvinding kunnen eveneens additieven worden toegevoegd om de vloeistof een kleur en/of geur te verschaffen, waarbij de hoeveelheid waarmee deze additieven worden toegevoegd niet zodanig mag zijn dat deze de verbanding nadelig beïnvloedt. Derhalve beïnvloeden deze additieven bij 10 voorkeur niet de kleurvorming, veroorzaken zij geen schadelijke verbindingsproducten en brengen zij geen verstopping (slakvorming) van de lont teweeg.

Wanneer de brandstofsamenstelling een verbinding van lithium en/of natrium bevat, is deze verbinding bij voorkeur een zout. Wanneer de metaalverbinding een lithiumzout is, bevat de samenstelling bij voorkeur 0,01 tot 0,04 gew.%, berekend op 15 de totale samenstelling, van het lithiumzout. Wanneer de metaalverbinding een natriumzout is, bevat de samenstelling bij voorkeur 0,01 tot 0,04 gew.% van het natriumzout.

Wanneer de metaalverbinding een boorverbinding is, is de boorverbinding bij voorkeur boorzuur, trimethylboraat, triethylboraat of een ester van boorzuur en 20 ethyleenglycol en bevat de samenstelling bij voorkeur 0,5 tot 1,5 gew.% van een dergelijke boorverbinding.

Het voordeel van de brandstofsamenstelling volgens de uitvinding die met een gekleurde vlam brandt is derhalve het vlampunt (K3), waardoor een dergelijke samenstelling veilig kan worden gehanteerd en opgeslagen, alsmede het gegeven dat deze 25 samenstelling zonder problemen kan worden toegepast in alle gangbare olielampjes, stormlantaarns, tuinfakkels enz., met alle gangbare lonttypen.

7

Voorbeeld 1 DAA werd als lampolie gebruikt in diverse in de handel verkrijgbare olielampjes, die van een katoenlont of een glasvezellont waren voorzien. DAA brandde in alle gevallen goed met een geelwitte vlam van voldoende grootte. Het verbruik was uiteraard 5 afhankelijk van de lontdikte en de instelling van de vlamhoogte. Er was geen roetvor-ming bij grote vlam en er was niet of nauwelijks sprake van nawalmen bij uitblazen. DAA is derhalve geschikt voor praktische toepassing als lampolie.

Voorbeeld 2

Een brandstofsamenstelling die met een rode vlam brandt, wordt bereid door een 10 zodanige hoeveelheid lithiumchloride, lithiumacetaat, lithiummethoxide of lithiumethoxide in DAA op te lossen, dat de samenstelling 50 mg lithium, berekend op metaal, per liter samenstelling bevat.

Voorbeeld 3

Een brandstofsamenstelling die met een oranje vlam brandt, wordt bereid zoals 15 aangegeven is in voorbeeld 3, met dien verstande, dat in plaats van de lithiumverbinding een zodanige hoeveelheid natriumchloride, natriumacetaat, natriummethoxide of natriumethoxide wordt toegevoegd, dat de samenstelling 100 mg natrium, berekend op metaal, per liter samenstelling bevat.

Voorbeeld 4 20 Een samenstelling die met een groene vlam brandt, wordt bereid volgens het voorschrift dat gegeven is in voorbeeld 3, met dien verstande, dat in plaats van de lithiumverbinding een zodanige hoeveelheid boorzuur, trimethylboraat, triethylboraat of een ester van boorzuur en ethyleenglycol wordt toegevoegd, dat de samenstelling 1 tot 3 g boor, berekend op metaal, per liter samenstelling bevat.

4 Λ '

» V

Claims (11)

1. Vloeibare, met water mengbare brandstofsamenstelling die een niet-toxische zuurstof houdende koolwaterstof omvat, waarbij de koolwaterstof een oppervlakte- 5 spanning van ten minste 25 mN/m (20°C), een vlampunt van ten minste 55°C (K3 grens) bezit en mengbaar met water is in een volumeverhouding van ten minste 90:10.

2. Brandstofsamenstelling volgens conclusie 1, waarbij de koolwaterstof een damp-spanning van ten minste 1,0 hPa (20°C) bezit.

3. Brandstofsamenstelling volgens conclusie 1 of 2, waarbij de koolwaterstof een 10 dynamische viscositeit van niet meer dan 3 mPa.s (20°C) bezit.

4. Brandstofsamenstelling volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de koolwaterstof 4-methyl-4-hydroxy-2-pentanon is.

5. Brandstofsamenstelling volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de brandstofsamenstelling 0,001 tot 0,1 gew.% kleurstoffen, betrokken op de totale sa- 15 menstelling, bevat.

6. Brandstofsamenstelling volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de brandstofsamenstelling 0,1 tot 3 gew.% geurstoffen, betrokken op de totale samenstelling, bevat.

7. Toepassing van een niet-toxische zuurstof houdende koolwaterstof als een 20 component voor een brandstofsamenstelling, waarbij de koolwaterstof een oppervlaktespanning van ten minste 25 mN/m (20°C), een vlampunt van ten minste 55°C (K3 grens) bezit en mengbaar met water is in een volumeverhouding van ten minste 90:10.

8. Toepassing volgens conclusie 7, waarbij de koolwaterstof 4-methyl-4-hydroxy-2-25 pentanon is.

9. Toepassing van de brandstofsamenstelling volgens een der conclusies 1 tot 6 als lampolie.

10. Toepassing volgens conclusie 9, waarbij de lampolie een lampolie is die met een gekleurde vlam brandt.

11. Toepassing van de brandstofsamenstelling volgens een der conclusies 1 tot 6 als brandpasta. SAMENWERKINGSVERDRAG (PCT) RAPPORT BETREFFENDE NIEUWHEIDSONDERZOEK VAN INTERNATIONAAL TYPE IDENTIFICATIE VAN DE NATIONALE AANVRAGE KENMERK VAN DE AANVRAGER OF VAN DE GEMACHTIGDE NO 43743 YK Nederlands aanvraag nr. Indieningsdatum 1015863 02 augustus 2000 Ingeroepen voorrangsdatum Aanvrager (Naam) SEL Chemie B.V. Datum van het verzoek voor een onderzoek van Door de Instantie voor Internationaal Onderzoek (ISA) aan internationaal type het verzoek voor een onderzoek van internationaal type toegekend nr. SN 35590 NL I. CLASSIFICATIE VAN HET ONDERWERP (bij toepassing van verschillende classificaties, aHe dassificatiesymbolen opgeven) Volgens de internationale classificatie (IPC) lnt.CI.7: C10L1/02 II. ONDERZOCHTE GEBIEDEN VAN DE TECHNIEK Onderzochte mfoimum documentatie Classificatiesysteem dassificatiesymbolen lnt.CI.7: C10L Onderzochte andere documentatie dan de minimum documentatie, voor zover dergelijke documenten in de onderzochte gebieden zijn opgenomen III. □GEEN ONDERZOEK MOGELIJK VOOR BEPAALDE CONCLUSIES (opmerkingen op aanvullingsblad) IV. □GEBREK AAN EENHEID VAN UITVINDING (opmerkingen op aanvullingsblad) ( f Form PCT/ISA 201 a (11/2000)