DE4315271A1

DE4315271A1 - Schmiermittelzusammensetzungen

Info

Publication number: DE4315271A1
Application number: DE4315271A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl Chem Dr Schober; Frank Herrmann
Original assignee: LAPORTE GmbH
Current assignee: LHS UK Ltd
Priority date: 1993-05-07
Filing date: 1993-05-07
Publication date: 1994-11-10
Also published as: EP0623666A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Polyamin-enthal tende Schmiermittelzusammensetzungen. Insbesondere betrifft sie Schmiermittelzusammensetzungen und deren Verwendung in der Nahrungs- und Getränkemittelindustrie zum Schmieren von Transportbändern.

In der Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie, wie z. B. in Brauereien, wird das Reinigen von Flaschen, das Füllen der selben und das Etikettieren usw. vorwiegend automatisch durchgeführt. Schmiermittel sind bei diesen Anwendungen vor allem dann erforderlich, wenn Reibungen zwischen festen Ober flächen auftreten, wie z. B. zwischen Glas und Metall, Kunst stoff (z. B. PET) und Metall oder Metall und Metall, die reduziert werden müssen. Sehr häufig werden Schmiermittel in Flaschenabfüll- und Flaschenbeförderungsanlagen zur Schmie rung der Transport- und Förderbänder verwendet, um eine mög lichst störungsfreie Beförderung der Flaschen auf dem Förderband sicherzustellen.

Häufig werden als Bandschmiermittel in den obengenannten Systemen Kalischmierseifen, denen z. B. synthetische nicht ionische oder ionische Tenside beigemengt sein können, ver wendet. Ein großer Nachteil dieser Kalischmierseifen liegt in ihrer Empfindlichkeit gegenüber hartem Wasser. Derartige Sei fen neigen dazu, mit den in hartem Wasser anwesenden Katio nen, wie z. B. Calcium²⁺, schwer lösliche Ablagerungen zu bilden, die einerseits den Wirkungsgrad der Schmierung herab setzen und andererseits zu erheblichen Verschmutzungen der Transportvorrichtung führen. Da diese Ablagerungen eine häu fige, kosten- und zeitintensive Reinigung der Anlage erfor dern, muß bei der Verwendung von Alkalischmierseifen die Wasserhärte durch Komplexbildner (in der Regel EDTA) maskiert werden oder weiches Wasser verwendet werden.

Es ist bekannt, daß anstelle von Kalischmierseifen syntheti sche Schmiermittel einsetzbar sind, insbesondere solche auf Aminbasis, die nicht die Nachteile von Kalifettseifen aufwei sen. In der Literatur ist bereits eine Vielzahl solcher Ver bindungen beschrieben. In diesem Zusammenhang wird auf die Patente bzw. Patentanmeldungen DE-A-36 31 953, US-A- 4,839,067, JP-A-74/010794, JP-A-89/096294, US-A-4,521,321, US-A-4,604,720, AU-A-10004/83, EP-A-0 260 508, EP-A-0 384 282 und EP-A-0 260 508 verwiesen. Die dort beschriebenen synthe tischen Schmiermittel weisen im allgemeinen eine Verbesserung gegenüber den Kalischmierseifen auf, tendieren jedoch häufig dazu, mit polyvalenten Anionen in hartem Wasser schwer lösli che Präzipitate zu bilden. Diese Anionenempfindlichkeit führt zu sogenannten Trübungen und insbesondere zur Verschmutzung und Verstopfung der Düsen, durch welche die Schmiermittelzu sammensetzungen auf die Transportbänder dosiert werden. Diese Präzipitate müssen regelmäßig, häufig täglich von der Anlage entfernt werden, da sie einerseits die Dosierdüsen blockieren können und andererseits die Schmier- und Gleitwirkung des Schmiermittels herabsetzen. Dieses Verhalten ist vor allem dann sehr kritisch, wenn das angewendete Wasser einen hohen Anteil an polyvalenten Anionen enthält. Aus diesem Grunde ist es häufig erforderlich, das Wasser, welches als Verdünnungs mittel verwendet wird, mit Ionenaustauschermaterialien zu behandeln.

Zur Verbesserung der obengenannten Nachteile wurde in der Patentanmeldung EP-A-0 372 628 eine Schmiermittelzusammenset zung vorgeschlagen, die mindestens eine Aminverbindung der Formeln (II) oder (III)

enthält, worin R¹ ein gesättigter oder ungesättigter, linea rer oder verzweigter Alkylrest mit 8 bis 22 C-Atomen ist, R² Wasserstoff, eine Alkylgruppe oder Hydroxyalkylgruppe mit 1 bis 4 C-Atomen oder A-NH₂ ist, A eine lineare oder verzweigte Alkylengruppe mit 1 bis 8 C-Atomen ist und A¹ eine lineare oder verzweigte Alkylengruppe mit 2 bis 4 C-Atomen ist. Diese in EP-A-0 372 628 gelehrten Schmiermittel lösen jedoch die bestehenden Nachteile nur teilweise.

Ein weiterer Nachteil der im Stand der Technik angewendeten aminhaltigen Schmiermittellösungen ist die Beeinträchtigung bestimmter Fördergüter. So verursachen beispielsweise aus EP- A-0 372 628 und EP-A-0 384 282 bekannte aminhaltige Schmier mittel sogenannte Spannungsrißkorrosionen an Polyethylentere phthalat (PET)- und Polycarbonat (PC)-Behältnissen.

Es besteht somit ein Bedürfnis, die Bandschmierung von Trans portbändern in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie, ins besondere im Hinblick auf PET- und PC-Gebinde, zu verbessern.

Aufgabe der Erfindung war die Bereitstellung eines Schmier mittels zur Schmierung derartiger Transportbänder, bei dem die Nachteile des Standes der Technik mindestens teilweise vermieden werden. Aufgabe der Erfindung war insbesondere die Entwicklung eines Schmiermittels, das eine ausgezeichnete Schmierwirkung aufweist, ohne daß hartnäckige, schädliche Ablagerungen gebildet werden und Spannungsrisse an PET- und PC-Behältnissen verursacht werden.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß gelöst durch eine Schmiermittelzusammensetzung, insbesondere zum Schmieren von Transportbändern in der Nahrungsmittel- und Getränkeindu strie, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie mindestens eine Aminverbindung der allgemeinen Formel (I)

R¹-(NH-CH₂-CH₂-CH₂)_x-NH₂ (I),

worin x eine positive ganze Zahl von 2 bis 4 ist,
R¹ eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe mit 8 bis 22 C- Atomen ist, die einfach oder mehrfach ungesättigt sein kann und gegebenenfalls ein Verdünnungsmittel oder/und Hilfsmittel bzw. Zusatzstoffe enthält.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Schmiermittelzu sammensetzungen liegt darin, daß sie im Gegensatz zu den im Stand der Technik verwendeten aminhaltigen Schmiermitteln, insbesondere bei hohen Carbonat- und Nichtcarbonathärten (z. B. Sulfathärten) des Wassers im Bereich von 25°dH, eine deutlich niedrigere Tendenz zur Bildung milchiger Trübungen und Ausflockungen aufweisen. Dadurch werden selbst bei hohen Wasserhärten und den damit verbundenen hohen Gehalten an polyvalenten Anionen (z. B. Carbonat, Sulfat und Phosphat) beispielsweise Verstopfungen der Spritzdüsen für das Aufbrin gen der erfindungsgemäßen Bandschmiermittellösung auf das Transportband reduziert bzw. weitgehend verhindert, so daß die herkömmlicherweise mit den Ausfällungen verbundenen Be triebsstörungen unterbleiben.

Zudem hat es sich herausgestellt, daß die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen in der Lage sind, schwer lösliche Salze, die durch aminhaltige Schmiermittel des Standes der Technik, beispielsweise durch Fettalkylmonoamine und N-Fettalkyl-1,3- diaminopropane gebildet werden, zu dispergieren. Dadurch ist es möglich, die erfindungsgemäßen Schmiermittelzusammenset zungen auch zur Unterdrückung und zur Entfernung von aminbe dingten Ausfällungen, zu verwenden.

Weiterhin zeigte sich völlig überraschend, daß die erfin dungsgemäßen Schmiermittelzusammensetzungen bei der Anwendung während des Transports von PC- und PET-Behältnissen wenige oder keine Korrosionen (stress cracking) an diesen verursa chen. Durch die Herabsetzung der Korrosivität der erfindungs gemäßen Bandschmiermittellösungen wird damit die Lebensdauer von wiederbefüllbaren PC- und PET-Behältnissen deutlich er höht.

Der Alkylrest R¹ in Formel (I) enthält 8 bis 22, vorzugsweise 12 bis 20, besonders bevorzugt 16 bis 20 C-Atome und kann aus natürlichen oder synthetischen Fetten stammen. R¹ kann z. B. Kokosfettalkyl, Talgfettalkyl, Stearyl, Lauryl und weitere natürliche oder synthetische Fettalkylgruppen bedeuten.

Vorzugsweise ist x in der Formel (I) gleich 2 oder 3, wodurch die Formel (I) die Bedeutung eines linearen Dipropylentri amins oder eines linearen Tripropylentetramins hat, wobei x gleich 3 besonders bevorzugt ist. Die erfindungsgemäßen Amine können auch im Gemisch mit weiteren geeigneten Aminen einge setzt werden.

Typische, für die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen geeig nete Amine sind beispielsweise die Handelsprodukte Amin 680, Amin 660, Amin 760 der Firma Berol.

Die erfindungsgemäßen Schmiermittelzusammensetzungen liegen meist in wäßriger Lösung vor und enthalten weiterhin als Hilfs- bzw. Zusatzstoff eine oder mehrere Säuren, vorzugswei se physiologisch verträgliche Säuren, die mit Aminen der Formel (I) keine schwerlöslichen Präzipitate bilden. Beson ders bevorzugte Beispiele sind Essigsäure und Glykolsäure. Der Zusatz von Säure dient zur Einstellung des pH-Werts der Zusammensetzung, der vorzugsweise ein pH-Wert im Bereich von 4 bis 8 ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schmiermittelzusammensetzung verwendet man in einer wäßrigen Lösung neben mindestens einer Aminverbindung der allgemeinen Formel (I) und der obengenannten Säure weitere Hilfs- und Zusatzstoffe, wie Tenside, vorzugsweise nicht-ionische Tensi de wie beispielsweise Fettalkoholpolyalkylolether, oder/und Entschäumer, wie beispielsweise Fettsäureester.

Besonders bevorzugte erfindungsgemäße Schmiermittelzusammen setzungen enthalten in einer wäßrigen Lösung, bezogen auf die Gesamtformulierung 0,001 bis 30 Gew.-% Aminverbindungen der Formel (I), 0,001 bis 20 Gew.-% Säure, z. B. Essigsäure oder/und Glykolsäure, 0 bis 5 Gew.-% Tenside und 0 bis 2 Gew.-% Entschäumer.

Die erfindungsgemäßen Schmiermittelzusammensetzungen werden bevorzugt als Konzentrat hergestellt und gelagert, und können dann anwendungsorientiert gegebenenfalls verdünnt werden. Typische derartige Konzentrate enthalten 5 bis 20%, minde stens einer Aminverbindung der allgemeinen Formel (I)

R¹-(NH-CH₂-CH₂-CH₂)_x-NH₂,

worin x eine positive ganze Zahl von 2 bis 4 ist, R¹ eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe mit 8 bis 22 C- Atomen ist, die einfach oder mehrfach ungesättigt sein kann, 3 bis 12% Essigsäure oder/und Glykolsäure, 0 bis 5% nicht ionische Tenside, wie beispielsweise Fettalkoholpolyalkylol ether, 0 bis 2% Entschäumer, wie beispielsweise Fettsäure ester und 61 bis 92% Wasser.

Zur Herstellung des Schmiermittelkonzentrates wird das Amin in Wasser suspendiert und anschließend werden nacheinander die Tenside, die Entschäumer und die Säure zugegeben und gerührt, bis eine klare Lösung erhalten wird. Der pH-Wert des Konzentrats liegt vorzugsweise zwischen 4 und 8.

Die erfindungsgemäßen Schmiermittelzusammensetzungen sind insbesondere geeignet als Bandschmiermittel in der Nahrungs mittel- oder Getränkeindustrie. Für diesen Verwendungszweck werden die obengenannten Schmiermittelkonzentrate vorzugs weise in automatisch arbeitenden Dosieranlagen in Verdünnun gen von 0,1 bis 1% über Spritzdüsen auf die Transportbänder aufgebracht, wobei der pH-Wert vorzugsweise zwischen 5 und 8 liegt.

Die obengenannten erfindungsgemäßen wäßrigen Schmiermittel zeigen bei der Verwendung in herkömmlichen Flaschenabfüllan lagen, wie sie beispielsweise in DE-A-36 31 953 und US-A- 4,839,067 beschrieben sind, ausgezeichnete Eigenschaften als Förderkettengleitmittel.

Die Erfindung soll weiter durch die folgenden Beispiele ver deutlicht werden.

Beispiele

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Bandschmiermittelkon zentrate wurde in einem Mischer Wasser vorgelegt und das Amin darin suspendiert. Anschließend wurden gegebenenfalls Tenside oder/und Entschäumer hinzugegeben und mit der Säure ein pH- Wert des Konzentrats zwischen 4 und 8 eingestellt. Das Ge misch wurde gerührt, bis eine klare Lösung vorlag.

Beispiel 1

Typische, nach dem allgemeinen Verfahren hergestellte erfindungsgemäße Zusammensetzungen enthielten
5-20% eines Amins der Formel (I) mit x = 2-4
3-12% Essigsäure oder Glykolsäure
0-5% nichtionische Tenside (z. B. Fettalkoholpolyalkylo ether)
0-2% Entschäumer (z. B. Fettsäureester)
61-92% Wasser.

Beispiele 2 bis 4

Nach dem obengenannten allgemeinen Verfahren wurden drei wäßrige Schmiermittelkonzentrate gemäß der vorliegenden Er findung hergestellt, die, bezogen auf die Gesamtformulierung, jeweils 10 Gew.-% eines Amins der Formel (I) mit x = 2, 3 oder 4, 8 Gew.-% Essigsäure und 82 Gew.-% Wasser enthielten.

Die Bandschmiermittelkonzentrate wurden anschließend mittels automatisch arbeitender Dosieranlagen in Verdünnungen von 0,1 bis 1,0 Gew.-% über Spritzdüsen auf die Transportbänder aufgebracht, wobei der pH der Anwendungslösung zwischen 5 und 8 liegt.

In allen Fällen beobachtete man eine gleich gute Schmierwir kung, ohne daß sich bei längerem Betrieb der Bänder Ablage rungen von Schmiermittelresten oder von Präzipitaten bilde ten.

Die gleichen Resultate wurden erhalten, wenn zur Schmierung ein nach obengenanntem Verfahren hergestelltes Schmiermit telkonzentrat verwendet wurde, das 10 Gew.-% eines Gemisches von Aminen der Formel (I) mit x = 2, 3 oder/und 4 enthielt.

Beispiel 5 Herstellung von 1000 kg Bandschmiermittelkonzentrat

770 l (77%) vollentsalztes Wasser werden im Mischer vorge legt und unter Rühren 100 kg (10%) Talgfettdipropylentriamin (Amin 660, Berol) zugegeben und suspendiert. Dann werden nacheinander 30 kg (3%) nichtionisches Tensid (Synperonic LF/RA 30, ICI) und 100 kg (10%) 60%ige Essigsäure unter ständigem Rühren zugegeben. Es empfiehlt sich noch ca. 1 h nachzurühren, wonach ein gelblich klares Konzentrat erhalten wird.

Das Bandschmiermittelkonzentrat wurde in automatisch arbei tenden Dosierananlagen in Verdünnungen von 0,1 bis 1,0% über Spritzdüsen auf die Transportbänder aufgebracht. Der pH-Wert der Anwendungslösung liegt zwischen 5 und 8.

Beispiel 6 (Vergleichsmessungen)

In Wässern mit hohen Wasserhärten und den damit verbundenen hohen Gehalten an Hydrogencarbonat, Sulfat und ggf. Phosphat führt die Anwendung von Aminen (I) mit x < 1, bevorzugt x = 2 oder 3, zu deutlich geringeren Ausfällungen in Form von Amin salzen im Vergleich zu Anwendungslösungen von Aminen (I) mit x = 0 oder 1.

Anwendungslösungen von Aminen der Struktur (I) neigen in Abhängigkeit von dem Alkylrest R₁ und der Variablen x sowie dem Anionengehalt (Sulfat, Hydrogencarbonat) des verwendeten Wassers mehr oder weniger stark zur Eintrübung bis hin zur Ausflockung. Zur Untersuchung der Neigung zur Eintrübung wurden verschiedene Aminderivate der Struktur (I) in Form ihrer Acetate bei einer Konzentration von 333 ppm in einem standardisierten Wasser mit 250 ppm Sulfat (14,6°dH) und 250 ppm Hydrogencarbonat (11,5°dH) gelöst. Die auftretenden Trübungen wurden in Abhängigkeit von der Zeit photometrisch gemessen. Folgende im Handel erhältliche Amine wurden untersucht (Tabelle 1):

Tabelle 1

Amintypen, Handelsnamen und Hersteller

Die Aminacetatlösungen mit x = 0 bildeten spontan milchig trübe Lösungen, welche nach kurzer Zeit ausflockten. Diese Aminlösungen wurden nicht weiter photometrisch untersucht.

Von den in Tabelle 2 aufgezählten Aminsalzlösungen wurden innerhalb von 72 h mehrmals Extinktionswerte gemessen (Foto meter PF 10 von Macherey und Nagel, 380 nm, Schichtdicke 1 cm). Tabelle 2 enthält die ermittelten Extinktionswerte, wobei der Wert 0,020 einer deutlich sichtbaren Trübung entspricht.

Tabelle 2

Extinktionswerte von Aminacetatlösungen in Abhängigkeit von der Zeit

Aus der Tabelle 2 ist ersichtlich:

- bei gleichbleibendem R₁ verringert sich die Trübungsnei gung mit steigendem x
- bei gleichbleibendem x verringert sich die Trübungsnei gung durch Verkürzung der Alkylkette R₁
- im Vergleich der strukturisomeren Talgfettdipropylen triamine bringt die Verzweigung an N₁ eine deutliche Steigerung der Trübungsneigung.

Beispiel 7 (Vergleichsmessungen)

Die Anwendung von Aminen (I) mit x < 1 verringert die Korro sivität der Bandschmiermittellösungen gegenüber Kunststoffen, bevorzugt PET, im Vergleich zu Lösungen der Amine (I) mit x = 0 oder 1.

Zur Untersuchung der Korrosivität der Bandschmiermittellösun gen wurden neue wiederbefüllbare 1,5 l PET-Flaschen mit 1470 ml vollentsalztem Wasser und 20 ml 75%iger Schwefelsäure gefüllt. Zur Simulierung des Kohlensäuredrucks von Erfri schungsgetränken wurden 10 g Natriumcarbonat rasch zugegeben und die Flasche dicht verschlossen. Die Flaschenböden wurden dann bis ca. 5 cm von der Basis ca. 10 sec in die die zu untersuchende 10%ige Aminacetatlösung getaucht und dann in einem temperierten Schrank bei 40°C 1 Woche lang hängend aufbewahrt. Danach wurden die Flaschenböden mit vollentsalz tem Wasser gereinigt und die entstandenen Korrosionsrisse visuell ausgezählt. Der entsprechende Standard wies nach Beendigung des Tests keine Korrosionsrisse auf. Tabelle 3 enthält die ermittelten Korrosionsdaten.

Tabelle 3

Korrosivität von 10%igen Fettaminacetatlösungen gegenüber 1,5 l PET-Flaschen

Aus der Tabelle 3 ist ersichtlich:

- unabhängig von der Variablen x sind kurzkettige (R₁ = C_12/14) Aminacetate stark korrosiv gegenüber PET
- bei langkettigen Aminacetaten (R₁ = C_16/18) verringert sich die Korrosivität mit steigendem x
- bei gleichbleibendem x verringert sich die Korrosivität durch Verlängerung der Alkylkette R₁

Beispiel 8

Die Eignung der Amine (1) mit x = 2 oder 3 als Schmiermittel für den Flaschentransport in der Getränkeindustrie wurde an einer hauseigenen Pilotanlage unter praxisgerechten Bedingun gen festgestellt. Im Dauerbetrieb wurden bezüglich Aus flockung und Korrosion hervorragende Ergebnisse erzielt.

Claims

1. Schmiermittelzusammensetzung, insbesondere zum Schmieren von Transportbändern in der Nahrungs- und Getränkemit telindustrie, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens eine Aminverbindung der allgemeinen Formel (I) R¹-(NH-CH₂-CH₂-CH₂)_x-NH₂,worin x eine positive ganze Zahl von 2 bis 4 ist,
R¹ eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe mit 8 bis 22 C-Atomen ist, die einfach oder mehrfach ungesättigt sein kann und gegebenenfalls ein Verdünnungsmittel und/oder Hilfsmittel bzw. Zusatzstoffe enthält.

2. Schmiermittelzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß x gleich 2 oder 3 ist.

3. Schmiermittelzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine wäßrige Lösung ist.

4. Schmiermittelzusammensetzung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Hilfs- bzw. Zusatzstoff eine Säure enthält.

5. Schmiermittelzusammensetzung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie Essigsäure und/oder Glykolsäure enthält.

6. Schmiermittelzusammensetzung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Säuregehalt ausreichend ist, um einen pH-Wert von 4 bis 8 einzustellen.

7. Schmiermittelzusammensetzung nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,001 bis 30 Gew.-% Aminverbindungen der Formel (I) enthält.

8. Schmiermittelzusammensetzung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,001 bis 20 Gew.-% Säure enthält.

9. Schmiermittelzusammensetzung nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie als weitere Hilfs- und Zusatzstoffe 0 bis 5 Gew.-% Tenside und/oder 0 bis 2 Gew. -% Entschäumer ent hält.

10. Verwendung einer Schmiermittelzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in der Nahrungsmittel- oder Ge tränkeindustrie.

11. Verwendung nach Anspruch 10 als Bandschmiermittel.