Wasser/Kohlenwasserstoff-Emulsionen

Zu Reinigungszwecken werden zumeist Emulsionen aus Wasser und unpolaren Kohlenwasserstoffen unter Einsatz von Emulgatoren gebildet. Der Vorteil derartiger Emulsionen ist ihr universelles Lösevermögen. In der wässrigen Phase können polare Verunreinigungen, wie z. B. Salze, gelöst werden, während von der Kohlenwasserstoffphase unpolare Stoffe, wie Öle und Fette, aufgenommen werden (Polarität eines Lösemittels). Auf diese Weise können Emulsionen als Universalreinigungsmittel, auch bei unbekannter Schmutzzusammensetzung, eingesetzt werden. Festhaftende Verunreinigungen können allerdings meist nicht vollständig entfernt werden. Nach der Reinigung bildet sich ein dünner Kohlenwasserstofffilm auf der Werkstückoberfläche, der, je nach Folgeprozess, störend oder als temporärer Korrosionsschutz erwünscht sein kann.

Emulsionen sind in der Regel nicht brennbar und bilden bei sachgemäßer Anwendung keine explosionsfähigen Gemische. Die Toxizität der Emulsionsreiniger ist vornehmlich durch die Kohlenwasserstoffphase bestimmt.

Eigenschaften

Eine Emulsion ist allgemein ein Zweiphasengemisch aus zwei oder mehr nicht miteinander mischbaren Flüssigkeiten. Dabei bildet die Flüssigkeit, die in größerer Menge in dem Gemisch vorliegt, das Trägermedium, in dem die anderen Flüssigkeiten in Tröpfchenform verteilt vorliegen. Der Teilchendurchmesser der Tröpfchen schwankt dabei zumeist zwischen 10^-4 und 10^-8 m. Je nach Größe der vorliegenden Tröpfchen sind Emulsionen milchig trüb (Makroemulsion) bis klar (Mikroemulsionen). Grenzflächenaktive Substanzen (Emulgatoren) unterstützen die Emulsionsbildung und wirken stabilisierend.

Zu Reinigungszwecken werden zumeist Emulsionen aus Wasser und polaren Kohlenwasserstoffen unter Einsatz von Emulgatoren gebildet. Ist eine fortwährende Durchmischung, z. B. durch Ultraschall oder Injektionsfluten, gegeben, kann unter Umständen auch auf den Einsatz grenzflächenaktiver Substanzen verzichtet werden. In einer "Kohlenwasserstoff in Wasser"-Emulsion ist eine geringe Menge Kohlenwasserstoff in einer größeren Menge Wasser in Form kleiner Tröpfchen verteilt. Derartige Emulsionen können nach der Reinigung oftmals mit reinem Wasser abgespült werden. Eine "Wasser in Kohlenwasserstoff"-Emulsion besteht hingegen vornehmlich aus Kohlenwasserstoffen, in denen eine geringere Menge Wasser emulgiert ist. Nach der Reinigung mit diesen Emulsionen verbleibt ein Schmierfilm auf den Bauteilen, der, je nach Anwendungsfall, störend oder auch als Korrosionsschutz erwünscht sein kann.

Der Vorteil der Emulsionsreiniger liegt in ihrem universellen Lösevermögen. In der wässrigen Phase können polare Verunreinigungen, wie z. B. Salze, gelöst werden, während von der Kohlenwasserstoffphase unpolare Stoffe, wie Öle und Fette, aufgenommen werden (Polarität eines Lösemittels). Auf diese Weise können Emulsionen als Universalreinigungsmittel, auch bei unbekannter Schmutzzusammensetzung, eingesetzt werden. Allerdings ist die Reinigungswirkung gegenüber fest haftenden Verschmutzungskomponenten nicht besonders stark. Zumeist können nur leicht anhaftende Verunreinigungen entfernt werden, nicht jedoch eingepresste Mineralöle, verharzte Fette, Farbspritzer oder Oxide, so dass in derartigen Fällen zu aggressiveren Reinigungsmitteln gegriffen werden muss.

Emulsionsreiniger lassen sich bezüglich ihrer Entmischungsneigung in stabile und instabile unterteilen. Instabile Emulsionen entmischen sich bei stehendem Bad (ohne Agitation) schnell und bilden, je nach Dichte der emulgierten Komponente, eine Boden- bzw. Deckschicht aus. Stabile Emulsionen entmischen sich auch bei minimaler Badbewegung nur sehr langsam.

Einsatzgebiete

Mit Emulsionsreinigern können Bauteiloberflächen oftmals in einem Reinigungsschritt sowohl entfettet, als auch von festen Schmutzpartikeln befreit werden. Dabei werden Fette und Öle in der Kohlenwasserstoff-Phase gelöst, die umgebende wässrige Phase entfernt ionische Verschmutzungen, wie Salze oder Pigmente.Emulsionen können eingesetzt werden, wenn eine schnelle und nicht besonders gründliche Reinigung gefordert ist. Die Reinigungswirkung hängt stark von der Anreicherung der Schmutzstoffe in der Wasser- bzw. KW-Phase ab und sinkt mit steigendem Schmutzeintrag.Die von den Bauteilen entfernten Verschmutzungen verteilen sich in Abhängigkeit von ihrer Polarität zwischen den beiden Reinigerphasen. Nicht wassermischbare Bearbeitungsöle verbleiben fast vollständig in der Kohlenwasserstoffphase, wassermischbare fast vollständig in der wässrigen Phase. Kühlschmierstoffe enthalten jedoch meist auch Komponenten, die nicht eindeutig in einer der beiden Phasen löslich sind. Sollen hohe Badstandzeiten erreicht werden, sollte die Zusammensetzung der Emulsion auf die Schmutzzusammensetzung abgestimmt werden.

Ein typischer Einsatzfall ist die Reinigung leicht verschmutzter Oberflächen mit erhöhten Korrosionsschutzanforderungen. Der nach der Reinigung auf der Oberfläche verbleibende ölige Film ist in der Lage, das Bauteil temporär vor Korrosion zu schützen. Zum Beispiel können spanend bearbeitete Teile aus nicht rostfreien Stählen von Spänen und Kühlschmierstoffen befreit und für eine Zwischenlagerung konserviert werden. Eine weitere Anwendung ist die Passivierung nach alkalischer oder neutraler Reinigung. Außerdem können Werkstücke, beispielsweise im Fließbandverfahren, vor der Phosphatierung oder Passivierung entfettet werden. Die auf dem Bauteil verbleibenden Lösemittelreste bringen bei der nachfolgenden Phosphatierung keine Nachteile; unter Umständen können die Phosphatschichten sogar feinkörniger ausfallen. Ein weiteres Einsatzgebiet ist die Reinigung von Buntmetallen, die geläppt oder poliert wurden, da sie nach der Reinigung mit alkalischen Reinigern zum Anlaufen tendieren.

Vor der Emailierung oder in der Galvanotechnik werden Emulsionsreiniger nicht oder nur zur Vorreinigung eingesetzt, da der hier erforderliche Reinheitsgrad nicht garantiert werden kann. Auch vor dem Lackieren ist eine Emulsionsreinigung alleine nicht ausreichend. Sie ist nur dann anwendbar, wenn eine entrostend und passivierend wirkende Säure, z. B. Phosphorsäure, zugesetzt wird.

Sollen Teile, die mit wasserhaltigen Metallbearbeitungsflüssigkeiten (z. B. Bohr- und Schleifemulsion) bearbeitet werden, gereinigt und gleichzeitig für eine Zwischenlagerung konserviert werden, so kann die Reinigung in speziellen Anlagen mit der Bearbeitungsflüssigkeit bei höherer Temperatur und höherer Konzentration durchgeführt werden. Durch die aufgenommene Wärme verdunstet das Wasser von den Teilen und es bleibt ein Schutzfilm aus der jeweiligen Bearbeitungsflüssigkeit zurück. Bei einer Weiterbearbeitung mit derselben Flüssigkeit braucht dieser Schutzfilm nicht entfernt zu werden.

Arbeitsschutz

Emulsionsreiniger sind in der Regel nicht brennbar und bilden bei fachgerechter Anwendung keine explosiven Gemische. Das Gefahrenpotential gegenüber den Menschen und der Umwelt hängt im Wesentlichen von den toxischen Eigenschaften der Kohlenwasserstoffkomponenten und ihrer Konzentration ab. Übliche Emulsionsreiniger enthalten weder hochgiftige noch krebserregende Komponenten, wie Aromate oder CKW. Zumeist werden Gemische aus hochsiedenden Aliphaten oder auch pflanzenölbasierte Reiniger eingesetzt. Dennoch sollte beim Umgang mit Emulsionen Gummihandschuhe und Augenschutz getragen werden. Ein kompletter Gesichtsschutz ist zumeist nicht erforderlich. Um die Lösemittelkonzentration in der Umgebungsluft gering zu halten, ist auf eine ausreichende Belüftung zu achten.

Emulsionsreiniger können durch Aufbereitung, z. B. Ultrafiltration, vielfach wiederverwendet werden. Dabei ist darauf zu achten, dass die abgeschiedenen Verschmutzungen und Reinigerreste fachgerecht entsorgt werden. Abgeschiedenes Wasser muss auf den Lösemittelgehalt überprüft werden, bevor es dem öffentlichen Wasseraufbereitungssystem zugeführt werden kann.

Referenzen

Online-Magazin "JOT - Journal für Oberflächentechnik"
http://www.jot-oberflaeche.de/

-Ausgabe 03/98: Präzisionsreiniger für Metall-, Elektronik- und Optikanwendungen

N. N.
"Guide to Acid, Alkaline, Emulsion and Ultrasonic Cleaning"
ASM International, 1996

US-Amerikanische Wissensbasis "Sage: Solvent Alternatives Guide"
http://sage.rti.org