Alkalische Reiniger sind wässrige Lösungen mit einem
pH-Wert > 7. In der Oberflächenreinigung wird zwischen stark
(pH-Wert > 12)
und schwach (pH-Wert 9 bis 12) alkalischen Lösungen unterschieden. Zu
den häufig
verwendeten Grundkomponenten alkalischer Reiniger gehören:
Alkalihydroxide,
Alkalikarbonate,
Phosphate,
Borax,
Silikate
und
Cyanide. Daneben sind in der Regel oberflächenaktive
Substanzen (Tenside,
Emulgatoren)
und Inhibitoren enthalten.
Für die reinigende Wirkung alkalischer Lösungen sind zwei Effekte verantwortlich.
Zum einen lagern sich die negativ geladenen OH-Ionen
sowohl
am Schmutz als auch an der zu reinigenden
Oberfläche an und führen zu eine elektrostatischen Abstoßung des Schmutzes.
Zum anderen können viele Öle und Fette durch Laugen in einer
Verseifungsreaktion in wasserlösliche Seifen umgewandelt werden. Tenside und
Emulgatoren unterstützen die Reinigung.
Oberflächenreinigung mit alkalischen Lösungen ist das am häufigsten
eingesetzte Reinigungsverfahren in der metallverarbeitenden Industrie. Der zu
reinigende Grundwerkstoff und die Art der Verschmutzung bestimmen die
Zusammensetzung des Reinigers. Die
alkalische Reinigung ist in der Lage sowohl organische (Öle, Wachse, Fette),
als auch anorganische Verschmutzungen (Metallabrieb, Schmutz) wirkungsvoll zu
entfernen.
Beim Umgang mit stark alkalischen Reinigern muss das Arbeitspersonal vor der
ätzenden Wirkung der Reinigungslösung und ihrer Dämpfe geschützt werden.
Ausreichende Schutzkleidung ist in diesen Fällen unbedingt erforderlich.
Eigenschaften
Alkalische oder basische Verbindungen sind wässrige Lösungen von Hydroxiden mit einem pH-Wert >
7. In Wasser spalten sie Hydroxid(OH
-)-Ionen ab. Neben dem
Hydroxid-Ion entsteht ein positiv geladenes Metall-Ion.
Beispiel: NaOH —>
Na+ + OH -
Die Anwesenheit von OH--Ionen in einer wässrigen Lösung kann mit
Farbindikatoren leicht nachgewiesen werden. Mit zunehmendem pH-Wert nimmt die Stärke der Base
zu, wobei ein pH-Wert von 14 die Obergrenze bildet. Wässrige Lösungen von
Basen werden Laugen genannt. Laugen sind Protonenakzeptoren. In der Oberflächenreinigung wird zwischen stark (pH-Wert > 12)
und schwach (pH-Werte 9 bis 12) alkalischen Lösungen unterschieden.
Für die reinigende Wirkung alkalischer Lösungen sind zwei Effekte verantwortlich.
Zum einen lagern sich die negativ geladenen OH--Ionen
sowohl
am Schmutz als auch an der zu reinigenden
Oberfläche an und führen zu eine elektrostatischen Abstoßung des Schmutzes.
Zum anderen können viele Öle und Fette durch Laugen in einer
Verseifungsreaktion in wasserlösliche Seifen umgewandelt werden.
Alkalische Reiniger
besitzen in der Regel eine komplexe Zusammensetzung. Zu den häufig
verwendeten Grundkomponenten gehören: Alkalihydroxide,
Alkalikarbonate, Phosphate,
Borax, Silikate
und
Cyanide. Daneben enthalten alkalische Reiniger oberflächenaktive
Substanzen (Tenside, Emulgatoren)
und Inhibitoren, um einen Angriff der Bauteiloberfläche zu verhindern.
Die Reinigung mit wässrigen Medien hat zumeist einen höheren Energiebedarf
als die Lösemittelreinigung. Dies ist zum einen dadurch begründet, dass die
wässrige Reinigung zumeist bei höheren Temperaturen stattfindet und zum
anderen dadurch, dass der Trocknungsaufwand nach der Reinigung aufgrund der
niedrigeren Verdunstungszahlen deutlich höher ist.
Einsatzgebiete
Die Oberflächenreinigung mit alkalischen Lösungen ist das am häufigsten
eingesetzte Reinigungsverfahren in der metallverarbeitenden Industrie. Der zu
reinigende Grundwerkstoff und die Art der Verschmutzung bestimmen die
Zusammensetzung des Reinigers. Die
alkalische Reinigung ist in der Lage sowohl organische (Öle, Wachse, Fette),
als auch anorganische Verschmutzungen (Metallabrieb, Schmutz) wirkungsvoll zu
entfernen. Die Lösekraft
für organische Verschmutzungen ist jedoch wesentlich geringer, als die der
Lösemittel. Die stark alkalische Entfettung (pH-Wert > 12) wird vor allem zur
Säuberung von eisenmetallischen Werkstücken eingesetzt, weil diese von der
hohen Alkalität nicht angegriffen werden. Thermoplastische
Kunststoffe wie zum Beispiel ABS, PA, PET, PBT, PC, PE, PP, PPO, PS, PVC, TPU
werden in der Regel ebenfalls mit alkalischen Produkten gereinigt. Zumeist bestehen alkalische
Reiniger aus folgenden Komponenten:
Alkalihydroxide
Bei der Entfettung von Metallen spielen
Alkalihydroxide eine
untergeordnete Rolle. In Lackentfernern oder Abbeizmitteln können sie noch einen wichtigen Bestandteil bilden.
Alkalikarbonate
Alkalikarbonate
bilden einen wichtigen Bestandteil alkalischer Entfettungsmittel. Sie sind häufig in Spritzentfettungsmitteln enthalten.
Borax
Borax
wird Reinigermischungen in einigen Fällen als mildes Entfettungsmittel zugesetzt, vor allem
für die Reinigung alkaliempfindlicher Metalle.
Silikate
Silikate (Natriummetasilikat) sind kaum aggressiv und haben
ausgezeichnete peptisierende und emulgierende Eigenschaften.
Cyanide
Cyanide
eignen sich besonders gut als Zusatz zu elektrolytischen Entfettungs- und Entrostungsbädern.
Phosphate
Phosphate
bilden einen wesentlichen Bestandteil mild wirkender Entfettungsmittel für Weich- und Leichtmetalle.
Die oberflächenaktiven Substanzen (Tenside,
Emulgatoren)
bilden in Verbindung mit den oben genannt Alkalien das Grundgerüst eines
alkalischen Reinigers. In schwach alkalischen Reinigern sind vor
allem Tenside für die Reinigungswirkung entscheidend. Die dabei ablaufenden
Mechanismen sind Dispergieren und Emulgieren der an der Bauteiloberfläche
haftenden Öle und Schmutzpartikel. Die stark alkalischen Reiniger sind
zusätzlich in der Lage Oberflächenoxide zu lösen. Die Lösekraft gegenüber
organischen Verunreinigungen ist bei stark alkalischen Reinigern höher als bei
den schwach alkalischen Lösungen, da hier Verseifung als zusätzlicher
Reinigungsmechanismus auftritt. Jedoch ist vor der Verwendung stark alkalische
Reiniger die Materialverträglichkeit zu prüfen.
Stark alkalische Lösungen werden in der Regel entweder bei der
Tauch-
oder der Spritzreinigung eingesetzt. Die Wahl eines der beiden Verfahren
wird hauptsächlich durch die Eigenschaften der zu reinigenden Bauteile
(Anzahl, Größe, Werkstoff usw.) beeinflusst.
Arbeitsschutz
Alkalische Mittel
greifen das Zellgewebe der Schleimhäute und anderer Epidermisschichten unter
Quellungsvorgängen an und zerstören es nach verhältnismäßig kurzer
Einwirkzeit. Im Vergleich dazu wirken selbst konzentrierte Säuren (mit
Ausnahme von Fluss-, Chrom- und Blausäure) weniger intensiv auf die Hornhaut
und Schleimhäute. Bereits kleine Mengen alkalischer Lösungen können in wenigen Minuten zu den
stärksten Augenschäden oder sogar zur Erblindung führen. Gelangen Alkalien in
irgendeiner Form in die Augen, müssen diese in kürzester Zeit mit
ausreichenden Mengen reinen Wassers oder mit schwachen Säurelösungen
gründlich ausgespült werden.
Der direkte Hautkontakt mit Alkalien kann spezifische Hauterkrankungen
hervorrufen, die als Alkali-Ekzeme bezeichnet werden. Zur Vermeidung von akuten
oder chronischen Haut- und Körperschäden durch Alkalien, Säuren oder andere
ätzende Stoffe ist Folgendes zu beachten:
-In ätzende Stoffe nicht mit ungeschützten Händen hineingreifen und sich
auch sonst vor Spritzern, Staubteilchen usw. ätzender Stoffe in geeigneter
Weise schützen.
-Werkstücke und Geräte, die mit ätzenden Stoffen bedeckt sind, unter
allen Umständen nur mit Zangen, Hebezeugen oder Handschuhen aus Gummi oder
anderen Kunststoffen anfassen.
-Überall dort, wo ätzende Stoffe auf den Fußboden gelangen können, sind
Stiefel mit entsprechend hohen Schäften aus Gummi oder anderen geeigneten
Kunststoffen zu tragen.
Ätzalkalien lösen sich unter großer Wärmeentwicklung in Wasser. Bei der
Herstellung größerer Mengen alkalischer Lösungen sollte der Behälter
zunächst zur Hälfte mit kaltem Wasser gefüllt werden. Das trockene Salz wird
dann langsam und in kleinen Mengen unter dauerndem Rühren hinzugegeben. Erst
nach dem vollständigen Auflösen wird auf die erforderliche Konzentration
verdünnt.
Aufbereitung und Entsorgung
Bei der wässrigen Reinigung entsteht Abwasser, das in der Regel nicht
direkt (in Flüsse oder Bäche), oder indirekt (in kommunale Kläranlage) ohne
Abwasseraufbereitung eingeleitet werden darf. Die Hauptverschmutzungen, die zu
entfernen sind, oder eine Abwasserabgabe bewirken, sind:
-CSB (chemischer Sauerstoffbedarf) durch
gelöste Öle und Fette sowie durch Tenside und Inhibitoren
- Säuren oder Laugen (pH-Wert)
- Mineralöl, Petrolether-extrahierbare
Substanzen
- Metallionen, wie Zn, Cu bei Reinigung der
entsprechenden Metalle oder Legierungen
- AOX (adsorbierbares organisch gebundenes Chlor) aus
Chlorkohlenwasserstoffen
Zur Aufbereitung der Abwässer, die bei der wässrigen Reinigung anfallen,
gibt es seit langem bewährte Verfahren. Im Wesentlichen handelt es sich dabei
um die Neutralisation und die Ölabtrennung. Bei
nur geringem Anfall an verschmutzten Reinigerbädern kann es auch vorteilhaft
sein, diese durch ein darauf spezialisiertes Unternehmen entsorgen zu lassen.
Referenzen
T. W. Jelinek
Reinigen und
Entfetten in der Metallindustrie
Eugen G. Leuze
Verlag, 1999
Online-Magazin "JOT - Journal für
Oberflächentechnik"
http://www.jot-oberflaeche.de/
-Ausgabe:
04/98: Grundsätzliches zur wässrigen Teilereinigung
-Ausgabe:
03/99: Welches Reinigungssystem ist das richtige?
N. N.
"Guide to Acid, Alkaline,
Emulsion and Ultrasonic Cleaning"
ASM Handbook, Volume 5, Surface
Engineering, ASM International, 1996
Peterson, D
"Practical
Guide to Industrial Metal Cleaning"
Hanser Gardner
Publications, 1997
US-Amerikanische
Wissensbasis "Sage: Solvent Alternatives Guide"
http://sage.rti.org
Weiner, R.
"Metall-Entfettung
und -Reinigung"
Eugen G. Leuze
Verlag, 1969
