DE4444598A1

DE4444598A1 - Komplexbildnerfreie Schmiermittelzusammensetzung auf Seifenbasis

Info

Publication number: DE4444598A1
Application number: DE4444598A
Authority: DE
Original assignee: LAPORTE GmbH
Current assignee: LAPORTE GmbH
Priority date: 1994-12-14
Filing date: 1994-12-14
Publication date: 1996-06-20
Also published as: WO1996018709A1; DE69535193D1; ATE337393T1; EP0797652A1; EP0797652B1; AU5556696A; DE69535193T2; AU697268B2

Description

Die Erfindung betrifft seifenhaltige, komplexbildnerfreie Schmiermittelzusammensetzungen, die insbesondere für die Ver wendung in der Nahrungs- und Getränkeindustrie zum Schmieren von Transportbändern geeignet sind.

In der Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie, wie z. B. in Brauereien oder Mineralbrunnenbetrieben, wird das Reinigen von Flaschen, das Abfüllen derselben und das Etikettieren usw. vorwiegend automatisch durchgeführt. In der Regel müssen auf den Flaschenbeförderungsanlagen leistungsfähige Schmiermittel eingesetzt werden, um eine störungsfreie Beförderung der Fla schen zu gewährleisten. Im Zuge des technologischen Fort schritts stiegen in den letzten Jahren die Abfülleistungen der Abfüllanlagen. Im gleichen Maße sind die Ansprüche an die Leistungsfähigkeit der Bandschmiermittel gestiegen. Parallel hierzu hat ein gestiegenes Umweltbewußtsein bei den Anwendern zu einem Bedarf für umwelt- und anwenderfreundliche Chemikalien geführt, vor allem dann, wenn diese wie beispielhaft bei den Bandschmiermitteln offen in Räumen versprüht werden und die abtropfenden Schmiermittellösungen direkt in das betriebliche Abwasser gelangen können.

Bisher wurden zum Schmieren von Transportbändern in der Nahrungs- und Getränkeindustrie zumeist Schmiermittel auf Basis von Kalk- oder Aminseifen oder auf Basis von Fettaminsalzen eingesetzt.

Ein großer Nachteil solcher seifenhaltiger Schmiermittel liegt in ihrer Empfindlichkeit gegenüber hartem Wasser. Seifen neigen dazu, mit den Härtebildnern des Wassers (Ca²⁺- oder Mg²⁺-Ionen) schwerlösliche, sogenannte Kalkseifen zu bilden, die die Schmierleistung des Schmiermittels stark herabsetzen. Häufig kommt es dann zu Ablagerungen auf den Transportbändern und schließlich zu Betriebsstörungen. Um dieses Ausfallen von Kalkseifen zu vermeiden, müssen den seifenhaltigen Schmier mitteln starke Komplexbildner (wie EDTA) zugesetzt werden oder die Anwendung muß auf weiches Wasser begrenzt werden.

Aus ökologischer Sicht ist der Einsatz von starken Komplex bildnern in Schmiermitteln, welche nach Gebrauch in das be triebliche Abwasser gelangen, unerwünscht, da diese Komplex bildner biologisch schlecht abbaubar sind. Andererseits ist die Schmierleistung von Seifenprodukten im Vergleich zu den soge nannten "synthetischen" Schmiermitteln auf Basis von Tensiden oder Fettaminacetaten meist besser. Weiterhin besitzt Seife bei der bestimmungsgemäßen offenen Anwendung (z. B. Flaschentrans portanlagen) aus Gründen der Arbeitssicherheit eine hohe Akzeptanz bei den Anwendern. Dagegen sind bei der Anwendung der mikrobozid wirkenden, aber humantoxikolisch unbewerteten Fett aminacetaten Fälle von Unverträglichkeiten und geruchliche Belästigungen sowie Störungen in den betrieblichen oder kom munalen Abwasserbehandlungsanlagen aufgetreten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein aus Sicht der Anwender toxikologisch und ökologisch unbedenkliches Schmiermittel für Transportbänder zu schaffen, welches einer seits frei von nicht bzw. schlecht biologisch abbaubaren Poly meren oder Komplexbildnern ist, andererseits aber keine Ablage rungen bildet. Eine weitere Aufgabe der Erfindung war es, die Schmiermittelzusammensetzung so zu gestalten, daß sie sich sowohl zur Schmierung von Transportanlagen von Glasbehältern (z. B. Getränkeflaschen) als auch zum Transport von Kunststoff behältern (z. B. Getränkeflaschen aus PET oder PC) eignet. Die Schmierleistung des erfindungsgemäßen Schmiermittels sollte mindestens dem aktuellen Standard entsprechen. Die Anwendung des Schmiermittels sollte weitestgehend unabhängig von der Härte des zur Herstellung der Anwendungslösung verwendeten Wassers sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Schmier mittelzusammensetzung, insbesondere für Flaschenbeförderungs anlagen, auf Basis einer Verbindung der allgemeinen Formel (I)

R₁-COO-R₂ (I)

worin R₁ einen linearen, verzweigten, gesättigten oder ungesät tigten Alkylrest mit 8 bis 22 C-Atomen und R₂ = Na, K, N(R₃)₃, worin R₃ = H, Alkyl oder Hydroxyalkyl ist, bedeuten, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie zusätzlich wenigstens eine Ver bindung der allgemeinen Formel (II)

worin R₄ die gleiche Bedeutung wie R₁ in Formel (I) hat oder R₁CO ist, R = H Alkyl, Hydroxyalkyl oder R₆-COO-R₂, worin R₆ Alkyl oder Hydroxyalkyl darstellt, bedeutet oder/und wenigstens eine Verbindung der allgemeinen Formel (III)

R₁-[O-(R₇)]_n-O-(R₈)-COO-R₂ (III)

worin R₁ die zu Formel (I) angegebene Bedeutung hat und R₇ und R₈ unabhängig voneinander je einen Alkylrest und n eine Zahl von 1 bis 20 bedeuten, enthält. Diese Zusammensetzung enthält als Grundschmiersubstanz Verbindungen der Formel (I) und zusätzlich Verbindungen der Formel (II) oder/und der Formel (III), die überraschenderweise die Bildung von Kalkseifenpräzipitaten verhindern ohne die günstigen Schmiermitteleigenschaften der Verbindungen gemäß Formel (I) zu beeinträchtigen. Beim Einsatz von Schmiermitteln der oben genannten Zusammensetzung für Transportanlagen kann auf die Verwendung von Komplexbildnern verzichtet werden, da die Anwendungslösungen dieser Schmier mittel auch in hartem Wasser keine Trübungen oder Ausfällungen durch Kalkseifen ausbilden. Jede der Verbindungen gemäß Formel (I), (II) oder (III) kann wegen ihrer guten biologischen Ab baubarkeit aus ökologischer Sicht als unbedenklich eingestuft werden. In der bestimmungsgemäßen Anwendung stellen die hoch verdünnten Lösungen der erfindungsgemäßen Schmiermittel für den Anwender nur ein sehr geringes gesundheitliches Risiko dar, da die Verbindungen nach Formel (I), (II) oder (III) in Wasch- und Reinigungsmitteln und in Produkten zur Körperhygiene Anwendung finden.

Bei den Verbindungen der Formel (I) handelt es sich um Schmier seifen auf der Basis von Alkalimetall- oder Aminsalzen natürli cher oder synthetischer Fettsäuren. Verbindungen der Formel (I) sind hinlänglich als Schmiermittel für Transportanlagen in der Nahrungsmittelindustrie bekannt, mußten aber bis heute wegen ihrer Tendenz zur Bildung von Kalkseifen immer in Kombination mit starken Komplexbildnern zum Einsatz kommen.

Bei den Verbindungen der Formel (II) handelt es sich um amphotere Tenside auf der Basis von N-alkylierten Aminosäuren. Solche Verbindungen wurden bereits in EP 0 372 628 und EP 0 044 458 als Bestandteile von seifenfreien Schmiermitteln für Transportanlagen in der Nahrungsmittelindustrie vorgeschla gen, konnten sich aber aufgrund mangelnder Schmierleistung in diesem Bereich nicht durchsetzen.

Bei den Verbindungen der Formel (III) handelt es sich um anio nische Tenside auf der Basis von Alkalimetall- oder Aminsalzen von Polyethercarbonsäuren. Auch solche Verbindungen wurden bereits als Bestandteile von seifenfreien Schmiermitteln für Transportanlagen in der Nahrungsmittelindustrie vorgeschlagen (EP 0 044 458), erwiesen sich aber als Schmiersubstanzen für den obengenannten Bereich wegen mangelnder Schmierleistung als ungeeignet.

Zum Erhalt von dauerhaft klaren Anwendungslösungen in hartem Wasser ist es vorteilhaft, wenn die Komponenten gemäß Formel (II) oder/und Formel (III) im Vergleich zur Komponente gemäß Formel (I) im Überschuß vorliegen. Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn sowohl die Komponente gemäß Formel (II) als auch die Komponente gemäß Formel (III) in einem 2- bis 4fachen Überschuß zur Seifenkomponente gemäß Formel (I) in den Schmier mittelkonzentraten eingesetzt werden. Die Komponenten gemäß Formel (II) und (III) sind vorzugsweise ungefähr im Verhältnis 1 : 1 vorhanden, da diese Komponenten dann die größte Aktivität zur Verhinderung von Kalkseifen entfalten.

Der pH-Wert des Konzentrats liegt im Regelfall über dem Neu tralpunkt. Zum Erhalt von dauerhaft klaren Anwendungslösungen kann es vorteilhaft sein als Basen Alkanolamine wie z. B. Tri ethanolamin in einem geringen Überschuß einzusetzen. Der Basen überschuß bewirkt gleichzeitig, daß in sauren Betriebswässern der pH-Wert der hochverdünnten Schmiermittellösung nicht zu stark absinkt. Der pH-Wert der Anwendungslösungen liegt übli cherweise um den Neutralpunkt und zweckmäßigerweise zwischen pH 7 und pH 9.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Schmiermittelkonzentrate können die einzelnen Komponenten gemäß Formel (I), (II) und (III) in ihrer Säureform oder bereits in Form ihrer Salze eingesetzt werden.

In einem Mischgefäß mit Rührer wird die anteilige Menge Wasser (üblicherweise entsalztes Wasser) vorgegeben. Anschließend werden die Säureformen oder Salze der Komponenten zugegeben. Durch die Zugabe der entsprechenden Base wird die Dispersion in eine klare Lösung des Konzentrates überführt.

Um die Reinigungswirkung und die Schaumeigenschaften der erfin dungsgemäßen Schmiermittelzusammensetzungen zu variieren, können die Rezepturen zusätzlich noch Tenside (üblicherweise nichtionische oder anionische) enthalten.

Um die erfindungsgemäßen Schmiermittel mit keimreduzierenden Eigenschaften in der Anwendung auszustatten, können die Rezep turen Desinfektionsmittel oder Konservierungsstoffe beinhalten.

Um die Lagerstabilität und Fließfähigkeit der Schmiermittelkon zentrate günstig zu beeinflussen, können die Rezepturen zusätz lich noch Lösungsvermittler in Form ein- oder mehrwertiger Alkohole (üblicherweise Alkohole oder Glykole) enthalten.

Überraschenderweise verschlechtern die schlechten Schmiereigen schaften der Verbindungen von Formel (II) oder (III) die guten Schmiermitteleigenschaften der Verbindungen von Formel (I) nicht und verhindern trotzdem die störende Kalkseifenbildung und verhindern damit die unerwünschten Präzipitate.

Die überlegene Eignung der erfindungsgemäßen Schmiermittel zusammensetzungen für die oben genannten Zwecke werden durch die nachstehenden Beispiele näher erläutert. Erfindungsgemäße Schmiermittelzusammensetzungen sind aufgrund der genannten Eigenschaften jedoch auch außerhalb der Nahrungs- und Getränke industrie bei Auftreten von Schmierproblemen geeignet, wo ebenfalls die physiologische Unbedenklichkeit und leichte biologische Abbaubarkeit in Verbindung mit guten Schmiereigen schaften erwünscht sind.

Die überlegenen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Schmier mittelzusammensetzung im Vergleich zu den Eigenschaften ihrer Komponenten und damit der erzielte synergistische Effekt wird durch die folgenden Beispiele in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung stellen dar:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Flaschen transportanlage, auf der die Versuche durchge führt werden

Fig. 2 eine graphische Darstellung der mit verschiede nen Schmiermitteln und Schmiermittelzusammenset zungen erzielten Gleitreibungskoeffizienten.

Für den Vergleich der Trübungsneigung von Lösungen der erfin dungsgemäßen Schmiermittel wurde ein synthetisches Wasser mit 25°dH verwendet, welches wie folgt hergestellt wird:

Stammlösung 1: 23,63 g CaCl₂ × 2 H₂O (0,161 mol) und 3,63 g MgCl₂ × 6 H₂O (0,018 mol) werden in 1000 ml destilliertem Wasser gelöst
Stammlösung 2: 22,50 g NaHCO₃ (0,268 mol) und 12,32 9 NaHSO₄ (0,089 mol) werden in 1000 ml destilliertem Wasser gelöst
25°dH: 25 ml der Stammlösung 1 und 25 ml der Stammlösung 2 werden in einem Maßkolben mit entsalztem Wasser auf 1000 ml verdünnt.

Das synthetische Hartwasser hat einen pH-Wert von ca. 8,3. Die Wasserhärte liegt ungefähr zur Hälfte als Carbonathärte und zur anderen Hälfte als Nichtcarbonathärte vor.

Für die Messung der Schmierleistung der erfindungsgemäßen Schmiermittel und deren Einzelkomponenten wurde eine hauseigene Flaschentransportanlage benutzt, die schematisch in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt ist. Bei den Messungen wurden die Bandge schwindigkeit und das Sprühvolumen pro Zeiteinheit konstant gehalten. Die Schmiermittellösungen wurden in Ladenburger Stadtwasser (24°dH) angesetzt und für die Vergleichsmessungen 0,2% des Schmiermittelkonzentrats eingesetzt.

Beispiel

Eine erfindungsgemäße Schmiermittelzusammensetzung wurde wie folgt zusammengesetzt:

Komponente
A
2% Oleinfettsäure Triethanolaminsalz (gemäß Formel I)
B	5% N-Cocosalkyl-β-alanin Triethanolaminsalz (gemäß Formel II)
C	5% Alkyl (C9/11)polyether(5EO)carbonsäure Triethanolaminsalz (gemäß Formel III)
D	88% Entsalztes Wasser

Obengenannte Schmiermittelzusammensetzung zeigt in jeder Ver dünnung mit dem weiter oben beschriebenen synthetischen Wasser von 25°dH über einen Zeitraum von mehreren Wochen keine Trü bung. Dagegen bilden Lösungen der Komponente A in dem gleichen Wasser innerhalb kurzer Zeit milchig trübe Ausfällungen. Die Schmierwirkung der beispielhaften Schmiermittelzusammensetzung (Lösung 4 in Tabelle 1) wurde an der hauseigenen Flaschen transportanlage festgestellt und mit der Schmierwirkung der einzelnen Komponenten, sowie mit der Schmierwirkung eines als Bandschmiermittel den Stand der Technik repräsentierenden Aminacetats verglichen.

Tabelle 1

In Fig. 2 sind die Gleitreibungskoeffizienten von 0,2%-igen Verdünnungen der Lösungen 1 bis 5 dargestellt. Der Gleitrei bungskoeffzient K stellt das Maß für die Leistungsfähigkeit des Schmiermittels dar und wird durch die Formel

K = F/G

K = Gleitreibungskoeffizient
F = gemessenen Kraft an der Meßeinrichtung der hauseigenen Flaschentransportanlage (Fig. 1)
G = Gewicht der für den Test eingesetzten Flaschen
errechnet. Je kleiner der Gleitreibungskoeffizient, um so größer ist die Schmierwirkung. Der Wert für die Verdünnung der Seifenlösung A wurde mit vollentsalztem Wasser gemessen, wäh rend die Werte für die Lösungen B, C, D und für die Lösung des Aminacetats in Ladenburger Leitungswasser (24°dH) gemessen wurden. Aus der Fig. 2 wird deutlich, daß die reine Seifenlö sung den kleinsten Gleitreibungskoeffizienten aufweist (K = 0,11). Während die Lösung C des Polyethercarbonsäuresalzes nahezu keine relevante Schmierwirkung aufweist (K < 0,2), zeigt die Lösung B des Amphotensides eine geringe Schmierwirkung (K = 0,152), die aber für den erfindungsgemäßen Einsatzzweck nicht ausreicht.

Wie Fig. 2 zeigt, wurde für die der Erfindung zugrunde lie gende Verdünnung der Lösung 4 ein fast ebenso guter Gleitrei bungskoeffizient (K = 0,12) wie bei der Seifenlösung A ermit telt. Dieser Wert ist vergleichbar mit dem Gleitreibungskoeffi zienten eines handelsüblichen Aminacetats, welches den derzei tigen Stand der Technik auf diesem Gebiet repräsentiert.

Claims

1. Schmiermittelzusammensetzung, insbesondere für Flaschenbe förderungsanlagen, auf Basis einer Verbindung der allge meinen Formel (I) R₁-COO-R₂,worin R₁ einen linearen, verzweigten, gesättigten oder ungesättigten Alkylrest mit 8 bis 22 C-Atomen und R₂ = Na, K, N(R₃)₃, worin R₃ = H, Alkyl oder Hydroxyalkyl ist, be deuten, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich wenigstens eine Verbindung der allge meinen Formel (II) worin R₄ die gleiche Bedeutung wie R₁ in Formel (I) hat oder R₁CO ist, R₅ = H, Alkyl, Hydroxyalkyl oder R₆-COO-R₂, worin R₆ Alkyl oder Hydroxyalkyl darstellt, bedeutet oder/und wenigstens eine Verbindung der allgemeinen Formel (III)R₁-[O-(R₇)]_n-O-(R₈)-COO-R₂worin R₁ die zu Formel (I) angegebene Bedeutung hat und R₇ und R₈ unabhängig voneinander je einen Alkylrest und n eine Zahl von 1 bis 20 bedeuten, enthält.

2. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente (II) oder/und (III) in größerer Menge als die Komponente (I) vorliegt.

3. Mittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten (II) oder/und (III) in einer mehr als doppelten Gewichtsmenge gegenüber Komponente (I) vorlie gen.

4. Mittel nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten (II) und (III) im Gewichtsverhältnis 0,5-2,0 : 1 vorliegen.

5. Mittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente (I) aus Oleinfettsäure, Triethanolamin salz besteht.

6. Mittel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente (II) aus N-cocosalkyl-β-alanin Tri ethanolaminsalz besteht.

7. Mittel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente (III) aus C₉-C₁₁-Alkyl (Ethylenoxid)₅-carbonsäure Triethanolaminsalz besteht.

8. Mittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel entsalztes Wasser als Träger enthält.

9. Mittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich ein Alkanolamin enthält.

10. Mittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es als Lösungsvermittler ein- oder mehrwertige Alko hole enthält.

11. Mittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es als mikrobizide Komponente ein Desinfektionsmittel oder Konservierungsmittel (z. B. 4,4-Dimethyloxazolidin) enthält.