DE19913807B9

DE19913807B9 - Verfahren zum Reinigen von hydrophobe Bestandteile enthaltenden Materialien

Info

Publication number: DE19913807B9
Application number: DE1999113807
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Chem. Dr. Betz; Matthias Dipl.-Chem. Dr. Nomayo
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 1999-03-26
Publication date: 2004-09-09
Anticipated expiration: 2019-03-27
Also published as: DE19913807B4; DE19913807A1

Abstract

Verfahren zum Reinigen von hydrophobe Bestandteile enthaltenden Materialien, insbesondere von mit hydrophoben Stoffen kontaminierten Oberflächen, mit folgenden Verfahrensschritten:
1.1) Auf das jeweils zu reinigende Material wird eine lipophile Substanz aufgebracht, die einzig organische Carbonsäuren aufweist;
1.2) mit Hilfe der lipophilen Substanz werden die hydrophoben Bestandteile unter zusätzlicher Einwirkung mechanischer Energie gelöst;
1.3) der Lösung aus der lipophilen Substanz und den hydrophoben Bestandteilen wird eine natürliche basische wässrige Lösung zugegeben, so dass die organischen Carbonsäuren der lipophilen Substanz zumindest zum Teil in ihr jeweiliges Fettsäuresalz umgesetzt werden und eine Wasser-in-Lösung- oder Lösung-in-Wasser-Emulsion oder -Suspension mit die gelösten hydrophoben Bestandteile aufweisenden Tensiden in der Wasserphase bilden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von hydrophobe Bestandteile enthaltenden Materialien, insbesondere von mit hydrophoben Stoffen kontaminierten Oberflächen, wonach auf das jeweils zu reinigende Material eine lipophile Substanz zum Lösen der hydrophoben Bestandteile, gegebenenfalls unter zusätzlicher Einwirkung mechanischer Energie aufgebracht wird.
Derartige oder vergleichbare Reinigungsverfahren sind bekannt (vgl. beispielsweise DE 197 37 486 C1 , WO 99/11745 A1, EP 0 024 340 A sowie US 5 156 686 A ). Solche Verfahren lassen sich beispielsweise bei Reinigungsprozessen in der metallverarbeitenden Industrie und im Bereich von Werkstätten, Fahrzeugreinigung, Altmotorenaufbereitung usw. einsetzen. Dies gilt auch für die Reinigung von Gebrauchsgegenständen, wie beispielsweise Utensilien von Großküchen, Textilreinigung, Bodenreinigung usw.. Bei den hydrophoben Bestandteilen, die im Rahmen des nachfolgend beschriebenen Verfahrens von den zu reinigenden Materialien entfernt werden, handelt es sich insbesondere um Öle und/oder Fette natürlichen, mineralischen oder künstlichen Ursprungs.
Chemikalien, mit deren Hilfe hydrophobe Bestandteile entfernt werden können, sind in großer Auswahl bekannt. So lassen sich beispielsweise tensidhaltige wässrige Lösungen oder Emulsionen einsetzen, die hydrophobe Bestandteile emulgieren und hierdurch von dem zu reinigenden Substrat entfernen. – Die bekannten Verfahren haben sich zwar bewährt, sind jedoch aufwändig, was die Anzahl der Ver fahrensschritte und den Verfahrensablauf angeht. Auch werden natürliche Ressourcen kaum berücksichtigt.
Im Rahmen der DE 44 21 141 A1 wird ein universeller Reiniger zur Entfernung von Ölen, Fetten, Schmierstoffen und ähnlichen Verschmutzungen vorgestellt. Dieser enthält mindestens ein Tensid sowie ein natürliches Lösungsmittel sowie einen oder mehrere Hilfsstoffe. Hierbei kann es sich um ein anorganisches alkalisches Salz in Form von Pottasche handeln.
Eine Reinigungslösung, die auf ein alkalisches Salz zurückgreift, wird darüber hinaus in der WO 97/07190 A1 angesprochen.
Die US 5 614 027 A befasst sich mit einem Metallreiniger, der wiederum Natriumcarbonat einsetzt.
Bei der WO 98/33400 A1 steht ein nahrungsmittelverträg licher Reiniger im Vordergrund.
Ein Fettsäuresalz bei einem Reiniger spricht auch die JP 06322398 A an, wobei Vergleichbares für die US 5 500 143 A gilt, bei der entsprechend dem Beispiel 1 Ölsäure und Kaliumhydroxid als Ingredienzien eines Reinigers Erwähnung finden.
Bei der DE 197 07 650 A1 steht die Reinigung statisch aufladbarer Oberflächen im Mittelpunkt. Auch in diesem Fall werden alkalische Komponenten angesprochen, die mit Fettsäuren wasserlösliche Salze bilden.
Schließlich ist Gegenstand der US 5 509 969 A ein Reinigungsverfahren, bei welchem eine Säure und eine Basis neutralisierende Zusätze eingesetzt werden.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Verfahren zum Reinigen von hydrophobe Bestandteile enthaltenden Materialien so weiterzuentwickeln, dass bei verringertem Aufwand eine zugleich kostengünstige und schonende Entsorgung gewährleistet ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zum Reinigen von hydrophobe Bestandteile enthaltenden Materialien, insbesondere von mit hydrophoben Stoffen kontaminierten Oberflächen, wonach

– auf das jeweils zu reinigende Material eine lipophile Substanz aufgebracht wird, die einzig organische Carbonsäuren aufweist, wobei
– mit Hilfe der lipophilen Substanz die hydrophoben Bestandteile unter zusätzlicher Einwirkung mechanischer Energie gelöst werden, und wonach
– der Lösung aus der lipophilen Substanz und den hydrophoben Bestandteilen eine natürliche basische wässrige Lösung zugegeben wird, so dass die organischen Carbonsäuren der lipophilen Substanz zumindest zum Teil in ihr jeweiliges Fettsäuresalz umgesetzt werden und eine Wasser-in-Lösung- oder Lösung-in-Wasser-Emulsion oder -Suspension mit die gelösten hydrophoben Bestandteile aufweisenden Tensiden in der Wasserphase bilden.

Dabei kann die mechanische Energie in Form von (Hoch-)Druck, Schall (Ultraschall) sowie durch Einarbeiten mittels Bürsten oder dergleichen aufgebracht werden. Bei den Carbonsäuren handelt es sich bevorzugt um Monocarbonsäuren, insbesondere langkettige, gesättigte oder ungesättigte Fettsäuren natürlichen oder synthetischen Ursprungs, welche in wässriger basischer Lösung Carbonsäurensalze, insbesondere Fettsäuresalze, bilden.
Unter den zu entfernenden hydrophoben Bestandteilen sind im Rahmen der Erfindung "wasserscheue" Substanzen zu verstehen, insbesondere solche Komponenten, die Kohlenwasserstoff-Reste in einer derartigen Länge und/oder Anzahl enthalten, daß sie sich nicht mit Wasser (in jedem Mengenverhältnis) vermischen lassen. – Die verwendeten lipophilen Substanzen sind nach allgemeinem Verständnis "fettliebend", so daß hydrophobe Molekülteile lipophil und hydrophile Molekülbestandteile lipophob sind.
Unter langkettigen Fettsäuren werden im Rahmen der Offenbarung Carbonsäuren verstanden, deren Kettenlängen im für Fettsäuren natürlichen ursprungstypischen C-Kettenlängenbereich von 10 bis 22 C-Atomen liegen. Im engeren Sinne und wegen ihrer Verfügbarkeit aus nachwachsenden Rohstoffen werden hierunter bevorzugt Fettsäuren natürlichen Ursprungs verstanden. Dies sind lineare gesättigte oder ein- oder mehrfach ungesättigte Carbonsäuren mit einer geraden Anzahl von C-Atomen im Bereich von C₁₀-C₂₂.
Immer wird grundsätzlich so vorgegangen, daß mit Hilfe der lipophilen Substanz zunächst die hydrophoben Bestandteile gelöst werden, und zwar ggf. unter zusätzlicher Einwirkung mechanischer Energie. Die Salzbildner, z. B. organische Amine und/oder anorganische basische Salze oder auch die natürliche basische wässrige Lösung sorgen nun mit ihrer Alkalität dafür, daß zumindest ein Teil der Fettsäuren in ihre Anionen überführt wird. Diese Anionen gehen zusammen mit den hydrophoben Stoffen bzw. Bestandteilen als Suspension in die Wasserphase über. Aus der Wasserphase können die vorgenannten Anionen in einem weiteren Schritt ausgeflockt werden und lassen sich zusammen mit den mitausgeflockten hydrophoben Bestandteilen des zu reinigenden Materials nach bevorzugter Ausführungsform von der Wasserphase trennen. In diesem Zusammenhang bildet die Lösung aus der lipophilen Substanz und den hydrophoben Bestandteilen eine Wasser-in-Lösung- oder Lösung-in-Wasser-Emulsion oder -Suspension. Mit anderen Worten werden die hydrophoben und abzutrennenden Bestandteilen von der lipophilen Substanz gelöst und gleichsam eingeschlossen, so daß die solchermaßen erzeugte Lösung ähnlich einer Wasser-/Öl-Emulsion oder -Suspension von einer hydropholen Hülle umgeben wird, folglich die beschriebene Abtrennung möglich ist. Dementsprechend bilden sich die gelösten hydrophoben Bestandteile aufweisende Tenside bzw. grenzflächenaktive Substanzen in der Wasserphase.
Dabei wird grundsätzlich so vorgegangen, daß nach der ersten Alternative mit Hilfe einer dem System bereits zugesetzten wasserfreien Base die Umsetzung der Fettsäure in ihr Salz bei Kontakt mit normalem Wasser und damit ohne Zusatz von Basen zum Wasser die Suspendierbarkeit erreicht wird. Mit anderen Worten wird die erforderliche Base zur Umsetzung der Fettsäure in ihr suspendierbares Salz bereits der Fettsäure zugemischt und reagiert im Kontakt mit Wasser.
Bei der zweiten dargestellten Lösungsmöglichkeit wird der beschriebene Umsetzungsvorgang durch die natürliche basische wässrige Lösung eingeleitet bzw. vollführt. Das heißt, hier ist vorgesehen, daß das verwendete Wasser bereits genügend Alkalien enthält, um die beschriebene Umsetzung zu einem Fettsäuresalz zu bewirken. – Bei den Carbonsäuren kann es sich um Monocarbonsäuren, insbesondere langkettige, gesättigte oder ungesättigte Fettsäuren natürlichen oder synthetischen Ursprungs handeln, die im wässrigen, basischen Milieu Fettsäuresalze bilden. Im übrigen können sich unter den Carbonsäuren kurzkettige Monocarbonsäuren befinden, die als Lösungsvermittler dienen.
Beispiele geeigneter Fettsäuren, die einzeln oder im Gemisch miteinander erfindungsgemäß eingesetzt werden können, sind Lauroleinsäure, Myristoleinsäure, Palmitolein- säure, Petrolselinsäure, Ölsäure, Elaidinsäure, Vaccensäure, Erucasäure, Linolsäure, Linolensäure, Arachidonsäure, Clupanodonsäure, α-Elaeostearinsäure und α-Parinarsäure. Wegen ihrer leichten großtechnischen Verfügbarkeit ist Ölsäure besonders bevorzugt. Ölsäure hat weiterhin den Vorteil, als verbreiteter Bestandteil tierischer und pflanzlicher Öle und Fette eine Substanz darzustellen, die ungiftig ist und die als Komponente von Viehfutter oder von Substraten für mikrobiologische Fermentationsprozesse verwendet werden kann.
Für bestimmte Aufgabenstellungen wie beispielsweise die Reinigung von Metallteilen, die mit angebackenen Ölen oder Fetten verschmutzt sind, kann es Vorteile bieten, die Fettsäure oder das Gemisch von Fettsäuren mit kurzkettigen Carbonsäuren mit 3 bis 9 C-Atomen, vorzugsweise mit 7 bis 9 C-Atomen, zu vermischen, wobei die Mischung bei einer Temperatur unterhalb von 110 °C flüssig ist. Dabei beträgt der Anteil dieser kurzkettigen Carbonsäuren, bezogen auf die Gesamtmasse der kurzkettigen Carbonsäuren und der Fettsäure oder der Mischung von Fettsäuren vorzugsweise etwa 5 bis 90 Gew.-%, insbesondere etwa 10 bis 80 Gew.-%. Dabei wählt man die kurzkettigen Carbonsäuren vorzugsweise aus aus Carbonsäuren mit einer ungeraden Anzahl von C-Atomen.
Besonders bevorzugt sind Heptansäure und Isononansäure. 2-Ethylhexansäure oder Caprylsäure können jedoch ebenfalls verwendet werden. Ein Zusatz derartiger kurzkettiger Carbonsäuren verbessert die Reinigungsleistung. Dabei können die Fettsäuren, die mit den kurzkettigen Carbonsäuren vermischt werden, vorzugsweise 10 bis 22 C-Atome aufweisen und gesättigt oder ungesättigt sein. Als gesättigte Fettsäuren kommen beispielsweise in Betracht: Caprinsäure, Laurinsäure, Myristinsäure, Palmitinsäure, Stearinsäure, Arachinsäure und Behensäure. Als ungesättigte Fettsäuren sind insbesondere die weiter oben aufgeführten ungesättigten Fettsäuren mit 10 bis 22 C-Atomen zu nennen. Art und Menge der Fettsäuren sind so zu wählen, daß die Mischung mit kurzkettigen Carbonsäuren bei einer Temperatur unterhalb von 110 °C , beispielsweise bei einer Temperatur zwischen 40 und 110 °C flüssig ist.
Eine Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die langkettige Fettsäure bzw. das Gemisch langkettiger Fettsäuren, ggf. zusammen mit den hiermit vermischten kurzkettigen Carbonsäuren, als homogene Flüssigkeit vorliegt. In einer besonderen Ausführungsform besteht diese homogene Flüssigkeit ausschließlich aus der Fettsäure bzw. den Fett säuren, gegebenenfalls zusammen mit hiermit vermischten kurzkettigen Carbonsäuren.
Die Salzbildner sind vorzugsweise in einem organischen Lösungsmittel gelöst oder liegen als reine Substanz vor, sind emulgiert oder suspendiert, wobei die Lösung, Emulsion oder Suspension mit den Carbonsäuren eine Emulsion oder Suspension bildet. Die Vermischung der Carbonsäuren mit den Salzbildnern erfolgt gegebenenfalls erst kurz vor ihrem Auftrag oder Eintrag, wobei eine mögliche Reaktion zwischen den Carbonsäuren und den Salzbildnern so langsam verläuft, dass ausreichend Zeit für das Eindringen der Carbonsäuren in die hydrophoben Stoffe der zu reinigenden Materialien verbleibt. Dabei kann die Vermischung unmittelbar vor dem Eintrag erfolgen, sie kann jedoch, sofern die Suspension/Lösung stabil ist, auch beliebig lange vorher vorhanden sein. Bemerkenswert ist in diesem Zusammenhang, dass überhaupt eine Lösung/Suspension als hydrophobe Phase gebildet wird. So formen organische Amine stabile, wasserfreie Lösungen mit Ölsäure. Erst im Kontakt mit Wasser bilden sich die entsprechenden Tenside.
Insgesamt kann im Rahmen der Erfindung durch die Verwendung von Meerwasser, basischem Brauchwasser oder sonstigen natürlichen basischen wässrigen Lösungen der Einsatz von Salzbildnern entsprechend reduziert oder sogar völlig auf Salzbildner verzichtet werden. Dabei ist dennoch und immer eine einwandfreie und umweltschonende Reinigung von beispielsweise Anlagen, Anlagenteilen und Werkstücken auf Schiffen, Plattformen, Tanks, Konstruktionen aus Stahl, Beton, Kunststoffen u. ä. im Meerwasserbereich oder im Bereich natürlich oder technisch vorkommender Solen gewährleistet. Ebenso kann Brackwasser zum Einsatz kommen. Bei der zu reinigenden Oberfläche bzw. den die hydrophoben Bestandteile enthaltenden Materialien kann es sich auch um Wasser selbst handeln. Dies betrifft insbesondere auf dem Wasser schwimmende hydrophobe Stoffe wie Öle, Fette oder Teere. Auch lassen sich nach dem beschriebenen Verfahren Oberflächen an natürlichem Strand bzw. einer Küste in verschiedenen Erscheinungsformen (Sand, Geröll, Fels etc.) behandeln, die im Bereich des Meerwassers oder von Solen liegen.
Nach weiter bevorzugter Ausführungsform ist vorgesehen, dass die lipophile Substanz und/oder die Salzbildner nahrungs- und futtermittelverträglich ist bzw. sind, d. h. grundsätzlich Bestandteile aus Stoffen eingesetzt werden, die in Nahrungs- oder Futtermitteln enthalten sein können. Immer ist gewährleistet, dass nach Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens der überwiegende Teil der in wässriger Phase vorliegenden oberflächenaktiven Substanzen zusammen mit den emulgierten hydrophoben Stoffen aus dem Abwasser wieder entfernt werden kann. In diesem Zusammenhang ist auch denkbar, dass die oberflächenaktiven Substanzen z. B. durch den Zusatz mehrwertiger Kationen aus dem Abwasser entfernt werden.
Immer kommt es darauf an, dass der rein lipophile Vorgang der intensiven Vermischung mit den hydrophoben Bestandteilen eine besondere Rolle spielt. Anschließend wird eine natürliche basische wässrige Lösung für die Umsetzung zur Suspension eingesetzt. Dabei wird die Lösung aus der lipophilen Substanz und den hydrophoben Bestandteilen unter Zugabe der natürlichen, basischen wässrigen Lösung in die beschriebene Emulsion oder Suspension mit die gelösten hydrophoben Bestandteile aufweisenden Tensiden in der Wasserphase überführt.

Claims

Verfahren zum Reinigen von hydrophobe Bestandteile enthaltenden Materialien, insbesondere von mit hydrophoben Stoffen kontaminierten Oberflächen, mit folgenden Verfahrensschritten: 1.1) Auf das jeweils zu reinigende Material wird eine lipophile Substanz aufgebracht, die einzig organische Carbonsäuren aufweist; 1.2) mit Hilfe der lipophilen Substanz werden die hydrophoben Bestandteile unter zusätzlicher Einwirkung mechanischer Energie gelöst; 1.3) der Lösung aus der lipophilen Substanz und den hydrophoben Bestandteilen wird eine natürliche basische wässrige Lösung zugegeben, so dass die organischen Carbonsäuren der lipophilen Substanz zumindest zum Teil in ihr jeweiliges Fettsäuresalz umgesetzt werden und eine Wasser-in-Lösung- oder Lösung-in-Wasser-Emulsion oder -Suspension mit die gelösten hydrophoben Bestandteile aufweisenden Tensiden in der Wasserphase bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als natürliche basische wässrige Lösung basisches Brauchwasser, Meerwasser oder natürliche Solen eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Energie in Form von Druck, Schall sowie durch Einarbeiten mittels Bürsten oder dergleichen aufgebracht wird.
Verfahren einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Carbonsäuren Monocarbonsäuren, insbesondere langkettige, gesättigte oder ungesättigte Fettsäuren natürlichen oder synthetischen Ursprungs, eingesetzt werden, welche in wässriger basischer Lösung Carbonsäuresalze bilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die lipophile Substanz nahrungs- und futtermittelverträglich ist.