DE19501145A1

DE19501145A1 - Verwendung von Alkylpolyglycosiden als Reibungsminderer

Info

Publication number: DE19501145A1
Application number: DE19501145A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr Weber
Original assignee: Huels AG; Chemische Werke Huels AG
Current assignee: Huels AG
Priority date: 1995-01-17
Filing date: 1995-01-17
Publication date: 1996-07-18
Also published as: GB9600659D0; GB2297139A; NO960187D0; NO960187L

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung von Alkylpolyglycosiden als Rei bungsminderer (Strömungsbeschleuniger oder Widerstandsverminderer) für turbulent strömende wässerige Systeme.

Durch Verwendung reibungsmindernder Additive können der Druckverlust und damit die erforderliche Pumpenergie in Strömungskreisläufen gesenkt oder bei vorgegebenem Druckgefälle der durchgesetzte Volumenstrom erhöht wer den. Letzteres gilt auch für offene Strömungskanäle wie z. B. Abwasserka näle, in denen durch Einsatz solcher Additive der Volumenstrom z. B. zur Beseitigung von Engpässen bei starkem Regenfall erhöht werden kann. Ei nerseits kann es somit zur Einsparung von Pumpenergie kommen, anderer seits kann zur Beseitigung von Engpässen auf eine aufwendige Neuinvesti tion für größere Rohrsysteme verzichtet werden.

Bekannte Reibungsminderer sind wasserlösliche, langkettige bzw. hochmole kulare Polymere (DE 28 07 709 A1) oder kationische Tenside (EP 0 097 926 B2) oder nichtionische Tenside vom Typ der ethoxylierten Fettalkohole (US-PS 3 961 639).

Polymere unterliegen aber einer durch mechanische und thermische Bean spruchung bedingten irreversiblen Degradation, d. h. Kettenabbau. Sie verlieren dadurch schnell ihre reibungsmindernde Wirkung und sind deshalb vor allem für den Einsatz in geschlossenen Systemen nicht geeignet.

Kationische Tenside, die eine Reibungsminderung bewirken, sind quarternä re Ammoniumverbindungen. Ihr Einsatz ist im Hinblick auf deren ökologi sche Eigenschaften (biologische Abbaubarkeit, Toxizität gegenüber Wasser organismen) umstritten und führte in Schweden sogar zu einem Verwendungs verbot [Tenside Surf. Det. 30 (1993) 3, 174].

Die klassischen anionischen Tenside (ethoxylierte Fettalkohole) zeigen nur bei relativ hohen Einsatzkonzentrationen von über 5 000 wppm (weight parts per million) bei gleichzeitig hohen Elektrolytkonzentrationen um 1 Gew.-% eine reibungsmindernde Wirkung (US-PS 3 961 639).

Es bestand also die Aufgabe, ökologisch unbedenkliche Additive zu finden, die bei niedrigen Konzentrationen einen reibungsmindernden Effekt in wässerigen Systemen bewirken.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß Alkylpolyglycoside (APG) bei relativ niedrigen Konzentrationen eine Reibungsminderung in wässerigen Systemen bewirken. Gegenstand der Erfindung ist daher die Verwendung von nichtionischen Tensiden als Reibungsminderer in wässerigen Systemen, da durch gekennzeichnet, daß Alkylpolyglycoside als nichtionische Tenside eingesetzt werden.

Alkylpolyglycoside sind Tenside, die ausschließlich aus nachwachsenden Rohstoffen (Stärke bzw. Zucker und pflanzliche Öle) hergestellt werden. Eine genauere Beschreibung zur Herstellung und Charakterisierung von Al kylpolyglycosiden findet man z. B. in DE-OS 19 43 689 oder US-PS 3 839 318.

Alkylpolyglycoside gelten als hervorragend biologisch abbaubar [Tenside Surf. Det. 30 (1993) 2, 116]. Ihre Toxizitätsdaten sind weitaus unbedenk licher als die vieler anderer Tenside. Da sie vollständig aus nachwach senden Rohstoffen hergestellt werden, zeichnen sie sich insgesamt durch ein hervorragendes Umweltverhalten aus.

Die Alkylglycoside folgen der Formel I

R-O-(G)_D.P.-H (I),

in der R für einen aliphatischen, linearen oder verzweigten Alkyl- und/oder Alkenylrest mit 8 bis 18 Kohlenstoffatomen, (G) für eine Glycose-Einheit mit 5 oder 6 Kohlenstoffatomen und D.P. für eine Zahl von 1 bis 5 steht.

Die Glycose-Einheit kann sich von Aldosen bzw. Ketosen ableiten. Wegen der besseren Reaktionsfähigkeit werden vorzugsweise die reduzierend wirkenden Saccharide, die Aldosen, verwendet. Wegen ihrer leichten Ver fügbarkeit wird davon insbesondere wiederum die Glucose bevorzugt.

Als geeignet für eine Reibungsminderung kommen insbesondere Alkylpolygly coside mit hydrophoben Ketten mit 8 bis 16 Kohlenstoffatomen, besonders bevorzugt 12 bis 14 Kohlenstoffatomen in frage. Der Glycosidierungsgrad D.P. (Degree of Polymerization) kann vorzugsweise 1.1 bis 3, besonders bevorzugt 1.1 bis 1.5, betragen.

Es wurde überraschend gefunden, daß bereits ab relativ geringen Konzen trationen von 300 wppm (weight parts per million), also 0.03 Gew.-% eine reibungsmindernde Wirkung in wässerigen Systemen auftritt. Somit liegt die für eine Reibungsminderung erforderliche Mindestkonzentration deut lich niedriger als bei den klassischen nichtionischen Tensiden, bei denen mindestens 0.5 Gew. -% mit gleichzeitig hohem Elektrolytgehalt erforder lich sind. Bei den Untersuchungen wurden in der Regel Konzentrationen von 500 bis 2 000 wppm (0,2 Gew.-%) eingestellt. Höhere Konzentrationen bis z. B. 10 000 wppm bewirken zwar auch eine Reibungsminderung, sind aber im allgemeinen aus ökonomischen Gründen nur in Sonderfällen vertretbar.

Es wurde weiterhin gefunden, daß im Gegensatz zu den ethoxylierten Fett alkoholen keine Zugabe an Elektrolyten in das Wasser erforderlich ist, um mit Alkylpolyglycosiden einen reibungsmindernden Effekt zu erhalten, bzw. daß die Wirkung sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Elektrolytgehal ten auftritt. Eine Wirkung tritt auf sowohl in fast vollständig entsalz tem Wasser (elektrische Leitfähigkeit ca. 100 µS/cm) als auch in Salz wasser mit 3 Gew.-% Natriumchlorid.

Die Temperatur der wässerigen Systeme kann 5 bis 60°C betragen. Vorzugs weise sollte die Temperatur in einem Bereich von 10 bis 40°C liegen. Der pH-Wert der Lösung kann 3 bis 13, vorzugsweise 4 bis 10, besonders bevor zugt 5 bis 8 betragen.

Abb. 1 zeigt Widerstandscharakteristiken von Wasser (allgemein von Newtonschen Flüssigkeiten) und von Wasser mit 500 und 2 000 wppm APG- 1.4/12. Die erste Zahl gibt den (mittleren) Glycosidierungsgrad, die zweite Zahl die (mittlere) Alkylkettenlänge an. Die Messungen wurden in einer Rohrapparatur (Innendurchmesser 8 Millimeter, Rohrlänge 2 Meter) bei 30°C durchgeführt. Es werden Widerstandsminderungen von bis zu 70% erreicht, d. h. der Druckverlust beträgt nur noch 30% des Wertes für die additivfreie Wasserströmung.

Abb. 2 zeigt Widerstandscharakteristiken für eine Konzentration von 1 000 wppm bei verschiedenen Temperaturen.

Die in den Abb. 1 und 2 angedeuteten Wirkungsverluste bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten und/oder hohen Temperaturen sind reversibel. Bei einer entsprechend belasteten Lösung setzt nach Rücknahme der Be lastung, d. h. Verminderung der Strömungsgeschwindigkeit und/oder Er niedrigung der Temperatur die reibungsmindernde Wirkung wieder ein, wie es auch für die kationischen reibungsmindernden Tenside gefunden wurde (EP 0 097 926 B2).

Claims

1. Verwendung von nichtionischen Tensiden als Reibungsminderer in tur bulent strömenden wässerigen Systemen, dadurch gekennzeichnet, daß als nichtionische Tenside Alkylpolyglycoside eingesetzt werden.

2. Verwendung von nichtionischen Tensiden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Alkylpolyglycoside mit Kettenlängen mit 8 bis 16 Kohlenstoffato men in der Alkylkette verwendet werden.

3. Verwendung von nichtionischen Tensiden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Alkylpolyglycoside mit Kettenlängen mit 12 bis 14 Kohlenstoff atomen in der Alkylkette verwendet werden.

4. Verwendung von nichtionischen Tensiden nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkylpolyglycosid einen Glycosiderungsgrad von 1.1 bis 3 hat.

5. Verwendung von nichtionischen Tensiden nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkylpolyglycosid einen Glycosiderungsgrad von 1.1 bis 1.5 hat.

6. Verwendung von nichtionischen Tensiden nach mindestens einem der An sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkylpolyglycosid ein Alkylpolyglucosid ist.

7. Verwendung von nichtionischen Tensiden nach mindestens einem der An sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Alkylpolyglycsids 300 bis 10 000 wppm (0.03 bis 1 Gew.-%) beträgt.

8. Verwendung von nichtionischen Tensiden nach mindestens einem der An sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Alkylpolyglycosids 500 bis 2 000 wppm (0.05 bis 0,2 Gew.-%) beträgt.

9. Verwendung von nichtionischen Tensiden nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur 5 bis 60°C beträgt.

10. Verwendung von nichtionischen Tensiden nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur 10 bis 40°C beträgt.