DE69818271T2

DE69818271T2 - Wässerige mikroemulsionen

Info

Publication number: DE69818271T2
Application number: DE69818271T
Authority: DE
Inventors: W. Eric KALER; Donald Timothy KRIZAN; D. Larry RYAN; Swanson Martin VETHAMUTHU
Original assignee: University of Delaware; EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: Invista Technologies SARL Switzerland; University of Delaware
Priority date: 1997-07-31
Filing date: 1998-07-30
Publication date: 2004-06-03
Anticipated expiration: 2018-07-31
Also published as: DK1000138T3; JP2002501087A; EP1000138B1; PT1000138E; JP4271366B2; ATE250119T1; AU740364B2; EP1000138A1; DE69818271D1; ES2202881T3; WO1999006520A1; AU8669998A; BR9810847A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Mikroemulsionen, die stabil bleiben, wenn sie mit einer Vielzahl organischer Lösemittel und Eindicker gemischt werden, wodurch sie besonders nützlich in Anwendungen zum Reinigen in Verbindung mit der Entfernung von Fett, Ölen, Lackfilmen und anderen schwer zu entfernenden organischen Materialien sind.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Reinigungszusammensetzungen und Verfahren zum Entfernen von wasserunlöslichen, organischen Materialien, bei denen zweibasische Ester-Lösemittel zum Einsatz gelangen, sind auf dem Gebiet bekannt. Beispielsweise lehren die US-P-4934391 und 4927556 Emulsionen aus zweibasischen Estern und Wasser, wobei es jedoch in der Regel einfachen Emulsionen an der Stabilität mangelt, über längere Zeitdauer dispergiert zu bleiben.
Die US-P-5080831 und 5080822 lehren echte Lösungen von organischen, von Kohlenwasserstoff freien Lösemitteln sowie von solchen mit nichthydriertem Kohlenwasserstoff, die über Löslichkeiten in Wasser von 0,2 bis 6% in einer Kombination von Wasser und einem Lösungsvermittler aufweisen.
Die US-P-5158710 lehrt eine Mikroemulsion aus organischen von Kohlenwasserstoff freien Lösemitteln und solchen mit nichthydriertem Kohlenwasserstoff, die über Löslichkeiten in Wasser von 0,2 bis 6% mit einem solubilisierenden Additiv, einem Builder und wahlweise einem Kuppler verfügen. In der vorliegenden Patentschrift ist der Builder ein Material, das die Reinigungswirkung des Tensids durch Inaktivieren der Wasserhärte erhöht, das Reinigen durch Vermitteln einer Alkalität unterstützt und den pH-Wert der Zusammensetzung abpuffert, so dass sie oberhalb von pH 7 bleibt.
Andere Patentschriften im Zusammenhang mit Emulsionen und/oder Mikroemulsionen schließen die US-P-5597792 ein, die eine Mikroemulsion aus Wasser mit Öl als Dispersionsphase, organischen Lösemitteln und einem Tensid lehrt, die US-P-2606874, die eine Kohlenwasserstoffol-Emulsion unter Verwendung eines C₇- oder höheren Alkandiols lehrt sowie die US-P-4781848, die Kohlenwasserstoff-Mikroemulsionen für Metall-Profilwalzen lehrt.
Die WO-A-96/16132 offenbart eine Mikroemulsion als Reinigungszusammensetzung unter Beteiligung von Wasser, einer Terpen-Verbindung, einer Pyrrolidin-Verbindung und eines Aniontensids.
Mikroemulsionen verfügen über Eigenschaften, die sie bei Überlegungen zur Formulierung von Reinigungsprodukten attraktiv machen. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Gewährung einer Mikroemulsion, dadurch gekennzeichnet, dass sie über einen breiten Zusammensetzungsbereich und über thermische Stabilitäten verfügt, die sich ohne Verlust der Identität als eine Mikroemulsion mit Lösemitteln und Additiven für die Formulierung zu zahlreichen Reinigungszusammensetzungen kombinieren lassen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung gewährt eine Mikroemulsion, aufweisend:

a) Wasser,
b) einen funktionalisierten Kohlenwasserstoff,
c) ein Aniontensid und
d) ein Diol mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen,

Das bevorzugte Diol ist 1,2-Hexandiol und das bevorzugte Tensid Natrium-bis(2-ethylhexyl)sulfosuccinat.
Die Mikroemulsion der vorliegenden Erfindung kann ferner ein organisches Lösemittel aufweisen, wobei das organische Lösemittel mit der Mikroemulsion unter Erzeugung einer Mischung gemischt wird, worin das Gewichtsverhältnis von Mikroemulsion zu organischem Lösemittel so beschaffen ist, dass die Mischung eine Mikroemulsion ist.
Die vorliegende Erfindung gewährt Reinigungszusammensetzungen, die aus der Mikroemulsion allein oder der Mikroemulsion gemischt mit organischem Lösemittel/organischen Lösemitteln und/oder anderen Additiven angesetzt ist. Mit den Mischungen der Mikroemulsion mit organischen Lösemitteln oder Eindickern bewahrt die Mikroemulsion ihre Stabilität.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 ein pseudoternäres Phasendiagramm, das eine Mikroemulsion der vorliegenden Erfindung darstellt, bei der das Gewichtsverhältnis von Tensid zu Diol 50/50 beträgt;
2 eine graphische Darstellung der Summe der Gewichtsprozent von Tensid plus Diol als eine Funktion von δ bei α gleich 50 und einer Temperatur von 10°C;
3 das Phasenverhalten für verschiedene DBE-Mischungen bei α = 50 für Temperaturen von 0° bis 80°C als eine Funktion der Gewichtsprozent von Tensid plus Diol bei δ gleich 50.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Der hierin verwendete Begriff "Mikroemulsion" bedeutet eine einphasige Gleichgewichtsmischung mit Mikrostruktur von mindestens 3 Komponenten. Zwei der drei Komponenten der Mikroemulsion sind ineinander schwerlöslich, beispielsweise Öl und Wasser oder Öl und ein polares Lösemittel. Die dritte Komponente ist eine Substanz, die die Aufgabe hat, eines der ersten zwei in dem anderen zu solubilisieren, beispielsweise Öl in Wasser oder Wasser in Öl. Die dritte Komponente kann amphiphil sein, d. h. ein Molekül, das sowohl hydrophile als lipophile Teile enthält. Eine Mikroemulsion erscheint für das Auge durchsichtig, ist jedoch keine Lösung. Eine Mikroemulsion kann über einen großen Bereich von Temperaturen und Konzentrationen ohne Verlust der Funktion oder Stabilität stabil sein. Darüber hinaus können Mikroemulsionen von Lösungen darin unterschieden werden, dass sie über Mikrostruktur verfügen und "ölgequollene" Micellen enthalten, eine zweifach disperse Struktur, Wasser-gequollene inverse Micellen oder andere Strukturen in Abhängigkeit von der Menge von "Öl" in dem System. Echte Lösungen zeigen keine dieser mikrostrukturellen Merkmale. Der in der vorstehenden Festlegung verwendete Begriff "Öl" bedeutet die organische Komponente als Non-Tensid der Mikroemulsion. Im Allgemeinen können Mikroemulsionen Tyndall-Streuung zeigen und haben geringe Grenzflächenspannungen.
Eine Mikroemulsion ist keine Emulsion und unterscheidet sich von einer Emulsion darin, dass sie thermodynamisch stabil ist, d. h. sie befindet sich in ihrem niedrigsten Energiezustand, während eine Emulsion lediglich kinetisch stabil ist, d. h. die Geschwindigkeit, mit der die emulgierte Phase sich von dem Wasser trennt, ist sehr gering. Obgleich eine Emulsion über Tage, Monate oder sogar noch länger stabil sein kann, wird sie im Verlaufe der Zeit instabil und trennt sich in eine beschichtete Mischung.
Mikroemulsionen haben die folgenden kennzeichnenden Merkmale: sie lassen sich mühelos durch leichtes Zusammenmischen oder Schütteln der Komponenten herstellen; sie sind thermodynamisch stabil und trennen sich nicht in separate Phasen oder setzen sich ab, so lange sie ihre chemische Identität bewahren, ohne irgendeine Änderung der Temperatur; und wenn sie aufgrund einer Temperaturänderung instabil werden, lässt sich die Mikroemulsion mühelos durch Erhitzen oder Kühlen der Mischung wiederherstellen, bis sie sich wieder bei einer Temperatur innerhalb des Bereichs der thermodynamischen Stabilität der Mikroemulsion befindet.
Die Erzeugung einer Mikroemulsion umfasst in der Regel die zwei ineinander unlöslichen oder schwerlöslichen Substanzen und ein Tensid oder eine Tensid/Cotensid-Mischung. Die Bildung einer Mikroemulsion kann mit einer der folgenden Prüfmethoden nachgewiesen werden: Tyndall-Streuung, dynamische Lichtstreuung, Röntgenstreuung und Neutronen-Kleinwinkelstreuung; bei denen es sich insgesamt um bekannte Methoden des Streuens handelt. Andere wichtige Methoden schließen Methoden der Leitfähigkeit, NMR- und Fluoreszenzmethoden ein, wie sie beschrieben wurden in "Surfactant Solutions, New Methods of Investigation", R. Zana, Herausg., Marcel Dekker, New York, 1987 sowie "Microemulsions", Ber. Bunsenges. Phys. Chem., 100, 181 (1996), Nr. 3.
Der hierin verwendete Begriff "Tensid" bedeutet eine oberflächenaktive Substanz von einem anionischen, kationischen oder nichtionischen Typ, die die Oberflächenspannung von Wasser herabsetzt.
Wie hierin verwendet, schließen funktionalisierte Kohlenwasserstoffe, die die Mikroemulsionen der vorliegenden Erfindung erzeugen, ein: Ester, Diester, Triester, Tetraester, Acetate und Diacetate sowie Lactone. Von diesen sind die funktionalisierten Kohlenwasserstoffe, die zum Formulieren von Reinigungszusammensetzungen bevorzugt sind, die zweibasischen Ester.
Der funktionalisierte Kohlenwasserstoff der vorliegenden Erfindung ist in Wasser schwerlöslich. Unter "schwerlöslich" wird verstanden, dass die Löslichkeit des funktionalisierten Kohlenwasserstoffes in Wasser kleiner ist als 10 Gew.% und umgekehrt die Löslichkeit von Wasser in dem funktionalisierten Kohlenwasserstoff kleiner als 10 Gew.% ist.
Die in den Mikroemulsionen der vorliegenden Erfindung verwendbaren Tenside sind anionische Sulfosuccinate. Bevorzugte Tenside sind Natriumsalze von Bis(2-Ethylhexyl)-sulfosuccinat (bEHS), Di(1,3-Dimethylbutyl)-sulfosuccinat und Diamylsulfosuccinat. Diese Tenside sind kommerziell in reiner Form oder in Lösungsform (in Alkohol oder in Wasser) unter dem Warenzeichen AEROSOL von Cytec, Inc. of West Patterson, NJ als AEROSOL-OT (AOT) oder AEROSOL-GPG, AEROSOL-MA-80 (MA-80) und AEROSOL-AY (AY) verfügbar. Eine andere Quelle für ein Tensid ist MACKANATE DOS-75 (MACKANATE ist ein Warenzeichen der McIntyre Group Ltd. of University Park, IL wobei das DOS-75-Produkt eine Mischung von Natrium-bis(2-ethylhexyl)-sulfosuccinat, Wasser, Ethanol und Propylenglykol ist). Unter diesen verschiedenen Tensiden sind die bEHS am meisten bevorzugt, gefolgt in der Reihenfolge von Natriumdiamylsulfosuccinat und Natrium-di(1,3-dimethylbutyl)-sulfosuccinat.
Diole, die in der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, sind solche Diole mit 2 bis 10 Kohlenstoffen und vorzugsweise OH-Gruppen in den 1,2-Stellungen. Die Diole können unverzweigt oder verzweigt sein und schließen eine Funktionalität zusätzlich zu den OH-Gruppen ein. Verwendbare Diole schließen ein: 1,2-Butandiol, 1,2-Pentandiol, Hexandiole, Octandiole, 1,2,3-Propantriolmonoacetat, Heptandiole, Decandiole, Neopentylglykol, 2-Methyl-2,4-pentandiol (allgemein bekannt als Hexylenglykol) und 2-Methyl-1,3-propandiol.
Die Funktion des Diols in der vorliegenden Erfindung ist besonders im Fall von 1,2-Hexandiol und bEHS überraschend, da der entsprechende Alkohol, Hexanol, keine Synergie in Kombination mit den Tensiden der vorliegenden Erfindung zeigt. Allerdings besteht eine Synergie zwischen dem kürzer kettigen Alkoholen und dem Tensid. Dieses ist von besonderer Bedeutung, da viele kommerziell verfügbare Tenside als Lösungen in kürzer kettigen Alkoholen vertrieben werden.
Die Einbeziehung des Diols in die Mikroemulsionen der vorliegenden Erfindung gewährt eine Mikroemulsion mit einem größeren Bereich der thermischen Stabilität bei einer geringeren Konzentration des Tensids. Praktische Mikroemulsionen der vorliegenden Erfindung können mit geringeren Mengen an flüchtigen organischen Chemikalien (VOC) und bei höheren Flammpunkten formulieren als bekannte Lösungs- oder Emulsionsprodukte. Dieses ist von besonderem Interesse dann, wenn die Mikroemulsion zum Ansetzen von Reinigungszusammensetzungen verwendet wird. Diese Mikroemulsionen sind über einen Temperaturbereich von mindestens 5° bis zu einer Temperatur von 100°C stabil.
Ein bedeutender Vorteil der Mikroemulsionen der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sie mit organischen Lösemitteln ohne Verlust der Funktion oder Stabilität verdünnt werden können, d. h. die Mischung der Mikroemulsion und des Lösemittels ist ebenfalls eine Mikroemulsion. Derart verdünnte Mikroemulsionen verfügen ebenfalls über einen weiten Bereich der Temperaturstabilität, die aus dem Vorhandensein des Diols resultiert. Diese verdünnten Mikroemulsionen sind von besonderem Interesse beim Formulieren von effizienten Reinigungszusammensetzungen.
Organische Lösemittel, die zum Verdünnen der Mikroemulsionen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können sind Lösemittel, die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Alkoholen, Ketonen, Estern, acyclischen Amiden, cyclischen Amiden, Glykolethern, Acetaten, Glykoletheracetaten, Lactonen, Sulfoxiden, cyclischen Carbonaten, aromatischen Kohlenwasserstoffen, Terpenen, N-Methylpyrrolidon und anderen N-Alkylpyrrolidonen, Dimethylpiperidon, Dipropylenglykolmonomethylether, Propylencarbonat, Alkylbenzolen, D-Limonen und Mischungen beliebiger Kombinationen dieser Verbindungen. Bevorzugte organische Lösemittel schließen ein: N-Methylpynolidon; Dimethylpiperidon; Ethylen- und Propylglykol basierende Ether und deren Ester, wie beispielsweise Propylenglykolmethyletheracetat; Propylencarbonat; Alkylacetate, wie beispielsweise solche, die unter dem Warenzeichen EXXATE von EXXON (Houston, TX) vertrieben werden; Alkylester von Phthalsäure; mit Wasser mischbare Ketone; D-Limonen; Esteralkohole, wie beispielsweise solche, die unter dem Warenzeichen TEXANOL von Eastman Chemical Company (Kingsport, TN) vertrieben werden; Xylol und andere Alkylbenzole sowie Mischungen von Alkylbenzolen, wie beispielsweise Aromatic 100, 150 und 200, die von EXXON (außerhalb der Vereinigten Staaten ist "Aromatic" bekannt als "Solvesso") vertrieben werden.
Die funktionalisierten Kohlenwasserstoffe der vorliegenden Erfindung schließen zweibasische Ester und vorzugsweise solche Ester der Adipin-, Glutar- und Succinsäuren und Alkohole mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen sowie Mischungen dieser Ester ein. Von besonderem Interesse sind die Dimethylester von Adipin-, Glutar- und Succinsäuren und Mischungen dieser Ester sowie die Ester von 2-Ethylsuccinsäure und 2-Methylglutarsäure. (Dimethyladipat, Dimethylglutarat, Dimethylsuccinat werden einzeln und als Mischung unter der Produktbezeichnung DBE von E.I. DuPont de Nemours, Inc., in Wilmington, DE) vertrieben. DBE-Mischungen schließen DBE ein, eine Mischung von jedem dieser 3 Ester mit der Hauptkomponente, bei der es sich um Dimethylglutarat handelt; DBE-2, eine Mischung von Dimethyladipat in Dimethylglutarat; DBE-3, eine Mischung von Dimethylglutarat in Dimethyladipat; DBE-4, Dimethylsuccinat; DBE-5, Dimethylglutarat; DBE-6, Dimethyladipat; DBE-9, Dimethylglutarat in Dimethylsuccinat, sowie DBE-IB, eine Mischung von Diisobutyladipat-, -glutarat- und -succinatestern.
Die Mikroemulsionen der vorliegenden Erfindung sind von besonderem Interesse in der Formulierung von Reinigungszusammensetzungen und besonders solchen, die die zweibasischen Ester enthalten. Mikroemulsionen bieten Vorteile als Reinigungszusammensetzungen gegenüber Lösungen und zweiphasigen Emulsionen. Mikroemulsionen verfügen über eine größere Stabilität und über die einzigartige Eigenschaft in der leichten Rückbildung unter Erhitzen oder Kühlen, wenn die Mikroemulsion in Folge von Änderungen in der Aufbewahrungstemperatur aufgebrochen war. Mikroemulsionen können in bestimmten Situationen über ein besseres Reinigungsvermögen als Emulsionen oder Lösungen verfügen und lassen sich mit geringerem VOC und gelegentlich mit geringeren Kosten ansetzen als echte Lösungen.
Anwendungen zum Reinigen, für die die Mikroemulsionen der vorliegenden Erfindung nützlich sind, schließen das Reinigen von Metall ein, Entfetten und Farbabbeizen. Der Begriff "Reinigungszusammensetzung" schließt beispielsweise Zusammensetzungen zum Entfetten und Farbbeizen ein.
Eine Reinigungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann durch Mischen der Mikroemulsion der vorliegenden Erfindung mit einem organischen Lösemittel und wahlweise einem Eindicker angesetzt werden. Eindicker, die in dieser Formulierung zur Anwendung gelangen können, schließen unmodifizierte und hydrophob modifizierte kationische Celluloseetherpolymere ein, Polyurethane und Polyacrylsäuren und Polyacrylharze. Anorganische Eindicker können ebenfalls zur Anwendung gelangen. Beispielsweise werden schichtförmige, wasserhaltige Magnesiumsilicate als LAPONITE vertrieben, ein Warenzeichen der Southern Clay Products of Gonzales, TX, das in der vorliegenden Erfindung verwendbar ist. Ein bevorzugter organischer Eindicker ist eine Polyacrylsäure als Eindicker, die unter dem Warenzeichen PEMULEN von der B. F. Goodrich vertrieben wird. Verwendbare Diole zum Formulieren von Reinigungszusammensetzungen sind 2-Methyl-1,3-propandiol, 2-Methyl-2,4-pentandiol und Neopentylglykol.
PRÜFVERFAHREN
Phasengrenzbestimmung und Konstruktion der Zustandsdiagramme: es wurden Proben hergestellt, indem einzeln das Wasser (A), DBE (B), bEHS (C) und C_n-Diol (D) in Messzylinder eingewogen wurden, die über dichte Verschlüsse und Magnetrührstäbe verfügten. Die Proben wurden verschlossen und die Messzylinder in ein/mehrere thermostatisches Bad/thermostatische Bäder gestellt. Sodann wurden die Proben in den thermostatischen Bädern auf die gewünschte Temperatur mit einer Genauigkeit von +0,05°C äquilibriert. Während die Proben thermisches Gleichgewicht annahmen, wurden sie unter Verwendung der Rührstäbe gerühr, um die Mischungen zu bewegen.
Sobald die Temperatur von Interesse eingestellt war, wurde mit dem Rühren angehalten und man ließ die Proben stehen, so dass vor der visuellen Beobachtung und Aufzeichnung des Phasenverhaltens (Nachweis von mehr als einer Phase) eine etwaige Phasentrennung erfolgen konnte. Nach Beobachtung des Phasenverhaltens wurden die Proben anschließend aus dem thermostatischen Bad entnommen und auf Raumtemperatur zurückgeführt. Sobald die Probebehälter auf Raumtemperatur äquilibriert waren, wurden sie geöffnet und aus Stammlösungen Komponenten zugesetzt, um die nächste zu untersuchende Konzentration herzustellen. Dieser Prozess wurde so lange fortgesetzt, bis die Probenmischung in dem Zylinder zu groß war, um in geeigneter Weise gerührt zu werden oder zu äquilibrieren.
Die Phasengrenze wurde auf +0,1°C bestimmt und der numerische Mittelwert der Temperatur vor und nach dem Durchlaufen der Phasengrenze als der Randwert verwendet.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden, nicht einschränkenden Beispiele veranschaulicht.
BEISPIELE
BEISPIEL 1
Es wurden Mischungen von 1,2-Hexandiol, Wasser, DBE-5 und bEHS entsprechend der Beschreibung für die Methode zur Bestimmung der Phasengrenze hergestellt.
Die aufgenommenen Daten sind in den Figuren dargestellt. In den Figuren sind: α = B/(A + B); δ = D/(C + D) en γ = (C + D)/(A + B + C + D). Nach einer Standardpraxis ist A die Masse an Wasser, B ist die Masse des funktionalisierten Kohlenwasserstoffes, C ist die Masse des Tensids und D ist die Masse des Diols in der Mischung. Diese Verhältnisse werden oftmals in Prozent angegeben.
1 zeigt die Mikroemulsion der vorliegenden Erfindung bei 20°C für eine Zusammensetzung, die Wasser enthält, DBE-5 sowie eine Mischung von bEHS und 1,2-Hexandiol mit einem Gewichtsverhältnis von 50 : 50. Der Bereich der Mikroemulsion ist der größere schraffierte Abschnitt des pseudoternären Zustandsdiagramms. Obgleich diese Daten für eine spezielle Mikroemulsion präsentiert werden, sind sie für die Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung repräsentativ, d. h. Mischungen anderer funktionalisierter Kohlenwasserstoffe, Tenside und Diole mit Wasser. Die tatsächlichen Werte in Gew.% für die Komponenten der Mikroemulsion werden von den speziellen Kombinationen des funktionalisierten Kohlenwasserstoffes und der ausgewählten Sulfosuccinat-Tensid- und Diol-Kombinationen abhängen. Mikroemulsionen der vorliegenden Erfindung sind über einen großen Temperaturbereich stabil. Durch Variieren der relativen Konzentrationen der 4 Komponenten lassen sich Mikroemulsionen ansetzen, die über Stabilitäten über den gesamten Temperaturbereich von 5° bis 100°C verfügen oder Stabilitäten innerhalb eines beliebigen Bereichs von Temperaturen zwischen 5° und 100°C haben. Der Temperaturbereich ist von 5° bis 100°C lediglich bei Atmosphärendruck begrenzt. Bei höheren Drücken ist der Bereich der Stabilität der Mikroemulsion über diesen Temperaturbereich hinaus sowohl zu der oberen als auch zu der unteren Temperaturgrenze erweitert.
2 zeigt die Mindestmenge an Tensid und Diol, die zur Erzeugung der Mikroemulsion bei 10°C und α = 50 erforderlich ist. Der Bereich der Mikroemulsion ist die mit "1" markierte Fläche in der Figur.
3 zeigt das Temperaturverhalten der Phase der Familie der DBE's in Abhängigkeit von Gew.% des Tensids und des Diols in der Mischung bei δ = 50. Im Fall des jeweiligen DBE-Produktes ist der Bereich der Mikroemulsion die Fläche zur rechten Seite der aufgetragenen Linie der Phasengrenze. Jede Figur veranschaulicht den extensiven Zusammensetzungsbereich der Mikroemulsion der vorliegenden Erfindung.
Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass man Mikroemulsionen herstellen kann, die aus gleichen Anteilen von funktionalisiertem Kohlenwasserstoff und Wasser bestehen, die diese Mikroemulsionen für eine Vielzahl unterschiedlicher Anwendungszwecke geeignet machen. Formulierungen, d. h. Mischungen der Mikroemulsionen mit organischen Lösemitteln und/oder anderen Additiven, die aus der erfindungsgemäßen Mikroemulsion angesetzt werden, lassen sich als effektive Austauschmittel für organische Lösemittel bei Anwendungen verwenden, wie beispielsweise Farbabbeizen, Entfetten, Entfernen von Harzresten, Reinigen von Fahrzeugen und Flugzeugen, Reinigen in der Elektronik und für andere Anwendungen des allgemeinen Reinigens.
Geeignete Diole zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung schließen solche mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen ein, wie beispielsweise: 1,2-Butandiol (BD), 1,2-Pentandiol (PD), 1,2-Octandiol und 2-Methyl-1,3-propandiol. Im Allgemeinen ist das bevorzugte Diol 1,2-Hexandiol, wobei jedoch in speziellen Reinigungsformulierungen andere Diole gegenüber Hexandiol bevorzugt sein können.
BEISPIEL 2
Dieses Beispiel veranschaulicht eine Mikroemulsion, die Wasser enthält, DBE-5, 1,2-Hexandiol und verschiedene kommerzielle Tenside.
AY65 ist eine Mischung von Natriumdiamylsulfosuccinat, Wasser, Ethanol und Methanol. Von Interesse war zu verstehen, ob die synergistische Wirkung des Diols durch die Gegenwart des Alkohols und speziell Ethanols zustande kommen würde, da Ethanol ein übliches Streckmittel ist, das in kommerziellen Tensiden angetroffen wird. Es wurde festgestellt, dass das Vorhandensein von Ethanol im kommerziellen Tensid, die erforderliche Menge von Hexandiol zur Erzeugung der Mikroemulsion herabsetzt.
Es wurde ein Vergleich mit einem zweiten kommerziellen Tensid angestellt, das 78 bis 80% Natrium-di(1,3-dimethylbutyl)-sulfosuccinat enthält, 5% Isopropanol und 16% Wasser und das unter dem Warenzeichen MA-80-1 von Cytec, Inc., vertrieben wird. Unter Verwendung eines kürzer kettigen Dihexyl-Tensids anstelle von AOT wurde eine nur geringfügige Verbesserung der Wirksamkeit beim Mikroemulgieren der Wasser-DBE-S-Mischungen erreicht.
In den Mikroemulsionen der vorliegenden Erfindung wurde das GPG-Tensid getestet, das sich zusammensetzt aus Natrium-di(2-ethylhexyl)-sulfosuccinat (66 bis 72%), Ethanol (7 bis 9%) und Wasser (19 bis 27%) und das unter dem Warenzeichen GPG von der Cytec vertrieben wird. Wiederum zeigten die Mikroemulsionen einen akzeptablen Temperaturbereich über 5° bis 100°C und ließen sich leicht durch "Öl" oder Wasser unter Erzeugung von Mikroemulsionen verdünnen, die über einen breiten Zusammensetzungsbereich verfügten.
BEISPIEL 3
Dieses Beispiel veranschaulicht die Verwendung eines Eindickers in der Mikroemulsion der vorliegenden Erfindung.
Die Mikroemulsion wurde entsprechend dem Beispiel 1 hergestellt und mit 1 Gew.% JR-400, einem unmodifizierten kationischen Celluloseetherpolymer gemischt, das als UCARE von der Amerchol Corporation of Edison, New Jersey, verfügbar ist. Sobald die Zusätze des Eindickers unterhalb von 1,25% lagen, blieb die Mischung eine klare einphasige Mikroemulsion. Wenn der Zusatz oberhalb von 1,5 Gew.% lag, bildete sich eine viskose Emulsion. Diese Emulsionen waren über mehrere Tage stabil. Die mit 1 Gew.% JR-400 eingedickten Mikroemulsionen hatten Null-Scherviskosität von 0,2 Pa·s (um das 200-fache viskoser als Wasser), gemessen unter Verwendung eines Rheometers "Rheometrics Dynamic Stress", Modell SR500.
BEISPIEL 4
Dieses Beispiel veranschaulicht den Zusatz verschiedener organischer Lösemittel zu der Mikroemulsion. Es wurden Ausgangs-Mikroemulsionen angesetzt, indem 3,9 g DBE, 1,2 g Aerosol-OT, 3,9 g Wasser, 0,5 g Ethanol und 0,5 g 1,2-Hexandiol gemischt wurden. Zu jeder Mikroemulsion wurden 2,0 g Lösemittel zugemischt, die nachfolgend aufgeführt sind.
Mit Ausnahme des Aromatic 150 bildeten die Mischungen mit Lösemittel eine einzelne Phase und waren über einen Bereich von 5° bis 100°C stabile Mikroemulsionen.
Die unter Einbeziehung von Aromatic 150 erzeugte Mikroemulsion war von 20° bis 75°C stabil. Bei Temperaturen unterhalb von 20°C trat eine Phasentrennung auf.
BEISPIEL 5
Dieses Beispiel veranschaulicht den Nutzwert der Mikroemulsion der vorliegenden Erfindung als Farbabbeizmittel. Die Mikroemulsion wurde angesetzt, indem ein DBE, Wasser, Tensid und Diol gemischt wurden, um die folgende Zusammensetzung in Gew.% zu ergeben: 37,5% DBE, 37,5% Wasser, 15% Natrium-bis(2-ethylhexyl)-sulfosuccinat und 10% 2-Methyl-1,3-propandiol.
Es wurde eine kleine Menge (2 bis 3 ml) dieser Mikroemulsion auf Kieferholzbretter mit den folgenden Oberflächen für 60 min bei 25°C aufgebracht:

a) Meerwasserbeständige Anstrichfarbe in 3 vollständig ausgehärteten Lagen, ein Grundlack, erzeugt aus Pettit Specialty Fiberglass Undercoat und ein erster und zweiter Decklack, erzeugt aus Pettit Easypoly High Gloss Marine Paint.
b) Ein meerwasserbeständiger Lack, aufgetragen in 3 vollständig ausgehärteten Beschichtungen aus McCloskey Man-O-War Gloss Spar. Die Deckschicht aus 2 Beschichtungen wurde vor dem Auftrag zu 20% verdünnt.

Nach 60 min wurden die Proben leicht mit einem flachen Metallspatel abgekratzt und die Menge der entfernten Farbe bewertet. In beiden Fällen wurden alle Lagen der Beschichtung entfernt.
BEISPIEL 6
Dieses Beispiel veranschaulicht eine Zusammensetzung zum Entfetten unter Verwendung der erfindungsgemäßen Mikroemulsion.
Es wurde eine Mikroemulsion angesetzt aus: 187,5 g DBE, 187,5 g Wasser, 50,0 g Aromatic 150, 75,0 g Natrium-bis(2-ethylhexyl)-sulfosuccinat und 50,0 g 2-Methyl-1,3-propandiol, die in der folgenden Weise auf ihre Fähigkeit zum Reinigen getestet wurde.
Es wurde eine Augenschraube mit 4'' × ¼'' aus rostfreiem Stahl mit einem dünnen Schmutzüberzug (näherungsweise 0,1 g) versehen. Die Augenschraube wurde mit Ausnahme des Auges in näherungsweise 115 g der vorgenannten Mikroemulsion für 10 min bei Raumtemperatur unter leichtem magnetischen Rühren eingetaucht. Die Schraube wurde sodann mit Wasser gespült, indem sie für 10 min bei Raumtemperatur eingetaucht wurde, wonach man sie bei Raumtemperatur für 24 h trocknen ließ. Die Schraube wurde sodann erneut gewogen und die entfernte Schmutzmenge im Bezug auf die Anfangsmenge ermittelt. Diese Menge wurde mit der Menge verglichen, die durch Eintauchen in Wasser allein für 10 min entfernt wurde.
BEISPIEL 7
Dieses Beispiel veranschaulicht eine andere Formulierung zum Reinigen unter Verwendung der erfindungsgemäßen Mikroemulsion. Die Formulierung wurde entsprechend der nachfolgenden Beschreibung angesetzt und entsprechend der Beschreibung in Beispiel 6 getestet. Die nachfolgend angegebenen Daten beziehen sich auf die durch die Formulierung entfernte Menge in Gew.%. Das durch Wasser entfernte Gewicht ist das gleiche, wie in der Tabelle in Beispiel 6 gezeigt wurde.
Es wurde eine Mikroemulsion aus 115,5 g DBE, 115,6 g Wasser, 77,0 g D-Limonen, 46,2 g Natrium-bis(2-ethylhexyl)-sulfosuccinat und 30,8 g 2-Methyl-1,3-propandiol angesetzt.
BEISPIEL 8
Dieses Beispiel veranschaulicht den Nutzwert von Neopentylglykol in einer Mikroemulsion der vorliegenden Erfindung.
Es wurde eine Mikroemulsion angesetzt, indem 56,4 g DBE, 30 g MACKANATE DOS-75 (MACKANATE ist ein Warenzeichen der McIntyre Group Ltd. of University Park, IL; das DOS-75-Produkt ist eine Mischung von Natrium-bis(2-ethylhexyl)-sulfosuccinat, Wasser, Ethanol und Propylenglykol), 13,5 g Neopentylglykol und 50,4 g Wasser angesetzt. Die Komponenten wurden unter Rühren zur Erzeugung einer klaren Mikroemulsion leicht zusammengemischt.
BEISPIEL 9
Dieses Beispiel veranschaulicht den Nutzwert von 2-Methyl-2,4-pentandiol (allgemein bekannt als Hexylenglykol) als das Diol in einer Mikroemulsion der vorliegenden Erfindung.
Es wurde eine Mikroemulsion angesetzt, indem zusammengemischt wurden: 4,0 g DBE, 1,0 g MACKANATE DOS-75, 1,0 g 2-Methyl-2,4-pentandiol und 4 g Wasser. Die Komponenten wurden leicht durch Rühren unter Erzeugung einer klaren Mikroemulsion gemischt.
BEISPIEL 10
Dieses Beispiel veranschaulicht den Nutzwert von PEMULEN, einer Polyacrylsäure, zum Eindicken der Mikroemulsionen der vorliegenden Erfindung. PEMULEN ist ein Warenzeichen der B. F. Goodrich Company of Cleveland, OH.
Es wurde eine Mikroemulsion angesetzt indem 3,36 g DBE, 1,0 g NMP, 1,79 g MACKANATE DOS-75, 0,81 g Neopentylglykol und 3 g Wasser gemischt wurden. Zu dieser Mikroemulsion wurden 0,3 g PEMULEN 1622 zugegeben. Die resultierende Kombination wurde unter Verwendung eines Magnetrührers heftig gerührt, bis sie gleichförmig, klar und außerordentlich viskos war. Es wurden näherungsweise 2 g dieser eingedickten Formulierung auf eine vertikale Oberfläche gebracht und für eine Dauer von 60 min beobachtet. Während der Beobachtungsdauer blieb die Formulierung in ihrer ursprünglichen Position auf der Oberfläche, ohne irgendwelche Anzeichen eines Ablaufens zu zeigen.
BEISPIEL 11
Dieses Beispiel zeigt die Verwendung der Formulierung von Beispiel 10 zum Abbeizen von Farbe.
Es wurde ein Teil der Formulierung von Beispiel 10 auf ein Kiefernholzbrett aufgebracht, das mit meerwasserbeständiger Anstrichfarbe entsprechend der Beschreibung in Beispiel 5 beschichtet war. Das Brett wurde für 60 min vertikal gehalten und die Probe der Formulierung anschließend durch leichtes Abschaben der Brettoberfläche mit einem flachen Metallspatel entfernt.
Es wurden alle Lagen des Farbanstriches entfernt.

Claims

Mikroemulsion, aufweisend: (a) Wasser, (b) einen funktionalisierten Kohlenwasserstoff, (c) ein Aniontensid und (d) ein Diol mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen, worin der funktionalisierte Kohlenwasserstoff in Wasser über den gesamten Stabilitätsbereich der Mikroemulsion schwach löslich ist und in einer Menge im Überschuss seiner Wasserlöslichkeit vorliegt und worin der funktionalisierte Kohlenwasserstoff ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Estern, Diestern, Triestern, Tetraestern, Acetaten und Diacetaten sowie Lactonen, und worin das Tensid ein Sulfosuccinat ist.
Mikroemulsion nach Anspruch 1, worin der funktionalisierte Kohlenwasserstoff ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Estern der Adipinsäure, Glutarsäure und Succinsäure und Alkoholen mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen sowie Mischungen dieser Ester.
Mikroemulsion nach Anspruch 2, worin der funktionalisierte Kohlenwasserstoff ausgewählt ist aus den Dimethylestern der Adipinsäure, Glutarsäure und Succinsäure sowie Mischungen dieser Ester.
Mikroemulsion nach Anspruch 1, ferner aufweisend ein organisches Lösemittel, wobei das organische Lösemittel mit der Mikroemulsion gemischt ist, um eine Mischung zu bilden, worin das Gewichtsverhältnis von Mikroemulsion zu organischem Lösemittel so groß ist, dass die Mischung eine Mikroemulsion ist.
Mikroemulsion nach Anspruch 4, worin das Lösemittel ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: Alkoholen, Ketonen, Estern, acyclischen Amiden, cyclischen Amiden, Glykolethern, Acetaten, Glykoletheracetaten, Lactonen, Sulfoxiden, cyclischen Carbonaten, aromatischen Kohlenwasserstoffen, Terpenen, N-Methylpyrrolidon und anderen N-Alkylpyrrolidonen, Dimethylpiperidon, Dipropylenglykolmonomethylether, Propylencarbonat, Alkylbenzolen, D-Limonen und Mischungen mit beliebiger Kombination dieser Verbindungen.
Mikroemulsion nach Anspruch 1, worin das Tensid Natrium-bis(2-ethylhexyl)sulfosuccinat ist, das Diol 1,2-Hexandiol ist und der funktionalisierte Kohlenwasserstoff ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Estern der Adipinsäure, Glutarsäure und Succinsäure und Alkoholen mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen sowie Mischungen dieser Ester.
Mikroemulsion nach Anspruch 1, worin das Tensid Natrium-bis(2-ethylhexyl)sulfosuccinat ist, worin das Diol ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Neopentylglykol und 2-Methyl-2,4-pentandiol, und worin der funktionalisierte Kohlenwasserstoff ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Estern der Adipinsäure, Glutarsäure und Succinsäure und Alkoholen mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen sowie Mischungen dieser Ester.
Mikroemulsion nach Anspruch 1, worin das Tensid ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus den Natrium-Salzen von Bis(2-ethylhexyl)sulfosuccinat, Di-(1,3-dimethylbutyl)sulfosuccinat und Diamylsulfosuccinat.
Mikroemulsion nach Anspruch 1, worin das Diol ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus 1,2-Butandiol, 1,2-Pentandiol, Neopentylglykol, Hexandiolen, Octandiolen, 1,2,3-Propantriolmonoacetat, Heptandiolen, Decandiolen und 2-Methyl-1,3-propandiol.
Mikroemulsion nach Anspruch 1, ferner aufweisend ein Eindickungsmittel, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus nicht modifizierter und hydrophob modifizierter kationischen Celluloseetherpolymeren, Polyurethanen, Polyacrylharzen und Polyacrylsäuren.
Mikroemulsion nach Anspruch 10, worin das Tensid Natrium-bis(2-ethylhexyl)sulfosuccinat ist, worin das Diol ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus 1,2-Hexandiol, Neopentylglykol und 2-Methyl-2,4-pentandiol, und worin der funktionalisierte Kohlenwasserstoff ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Estern der Adipinsäure, Glutarsäure und Succinsäure und Alkohole mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen sowie Mischungen dieser Ester.
Reinigungszusammensetzung, aufweisend eine Mikroemulsion, ein organisches Lösemittel und wahlweise ein Eindickungsmittel, worin die Mikroemulsion enthält: (a) Wasser, (b) einen funktionalisierten Kohlenwasserstoff, (c) ein Aniontensid und (d) ein Diol mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen, worin der funktionalisierte Kohlenwasserstoff in Wasser über den gesamten Stabilitätsbereich der Mikroemulsion schwach löslich ist und in einer Menge im Überschuss seiner Wasserlöslichkeit vorliegt und worin der funktionalisierte Kohlenwasserstoff ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Estern, Diestern, Triestern, Tetraestern, Acetaten und Diacetaten sowie Lactonen, und worin das Tensid ein Sulfosuccinat ist.
Reinigungszusammensetzung nach Anspruch 12, worin das Tensid Natrium-bis(2-ethylhexyl)sulfosuccinat ist, worin das Diol ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: 1,2-Hexandiol, 2-Methyl-1,3-propandiol, Neopentylglykol und 2-Methyl-2,4-pentandiol, worin der funktionalisierte Kohlenwasserstoff ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Estern der Adipinsäure, Glutarsäure und Succinsäure und Alkoholen mit 1 bis 12 Kohlenstoffen sowie Mischungen dieser Ester, wobei das Lösemittel ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: Alkoholen, Ketonen, Estern, acyclischen Amiden, cyclischen Amiden, Glykolethern, Acetaten, Glykoletheracetaten, Lactonen, Sulfoxiden, cyclischen Carbonaten, aromatischen Kohlenwasserstoffen, Terpenen, N-Methylpyrrolidon und anderen N-Alkylpyrrolidonen, Dimethylpiperidon, Dipropylenglykolmonomethylether, Propylencarbonat, Alkylbenzolen, D-Limonen und Mischungen mit beliebiger Kombination dieser Verbindungen.
Reinigungszusammensetzung nach Anspruch 12 mit einem Eindickungsmittel und worin das Eindickungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus nicht modifizierten und hydrophob modifizierten kationischen Celluloseetherpolymeren, Polyurethanen, Polyacrylharzen und Polyacrylsäuren.
Reinigungszusammensetzung nach Anspruch 12, worin das Tensid Natrium-bis(2-ethylhexyl)sulfosuccinat ist, worin das Diol 2-Methyl-1,3-propandiol ist und worin der funktionalisierte Kohlenwasserstoff ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Estern der Adipinsäure, Glutarsäure und Succinsäure und Alkoholen mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen und Mischungen dieser Ester.
Reinigungszusammensetzung nach Anspruch 13, worin der funktionalisierte Kohlenwasserstoff ausgewählt ist aus den Dimethylestern der Adipinsäure, Glutarsäure und Succinsäure und Mischungen dieser Ester und worin das Lösemittel D-Limonen ist.
Reinigungszusammensetzung nach Anspruch 13, worin der funktionalisierte Kohlenwasserstoff ausgewählt ist aus den Dimethylestern der Adipinsäure, Glutarsäure und Succinsäure und Mischungen dieser Ester und worin das Lösemittel ein Alkylbenzol oder Mischungen von Alkylbenzolen ist.
Reinigungszusammensetzung nach Anspruch 13, worin das Tensid Natrium-bis(2-ethylhexyl)sulfosuccinat ist, worin das Diol Neopentylglykol oder 2-Methyl-2,4-pentandiol ist und worin der funktionalisierte Kohlenwasserstoff ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Estern der Adipinsäure, Glutarsäure und Succinsäure und Alkoholen mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen und Mischungen dieser Ester, wobei das Lösemittel N-Methylpyrrolidon ist und das Eindickungsmittel eine Polyacrylsäure ist.