Die Teilereinigung ist in nahezu jedem Industriebetrieb Bestandteil des Fertigungsprozesses. Wie effektiv und wirtschaftlich dieser Produktionsschritt abläuft, hängt nicht zuletzt vom eingesetzten Reinigungsmedium ab.
Mit dem chemischen Begriff Polarität lassen sich unterschiedliche Reinigungsanforderungen darstellen. Denn die Polarität hat Auswirkungen auf die Eigenschaften eines Stoffes wie beispielsweise seine Löslichkeit oder seine Fähigkeit, als Lösemittel zu wirken. Dabei gilt, dass polare Stoffe wie beispielsweise Salze in polaren Medien (Wasser) gut, in unpolaren dagegen schlecht löslich sind. Unpolare Substanzen wie Fette und Öle lösen sich wiederum in unpolaren Lösungsmitteln gut und in polaren schlecht. Um die geforderte Sauberkeit im Reinigungsprozess möglichst effizient herzustellen, muss das Reinigungsmedium also auf die Art der Verschmutzung abgestimmt werden. Die bei den unterschiedlichen Nassreinigungsverfahren am häufigsten eingesetzten Reinigungsmedien sind wässrige Reiniger, Chlorkohlenwasserstoffe (CKW), nicht halogenierte Kohlenwasserstoffe (KW), Wasser-Kohlenwasserstoff-Emulsionen und pflanzenölbasierte Reiniger. Feststoffe, Dispersionen, Gase und überkritische Fluide kommen seltener und meist nur in Verbindung mit speziellen Reinigungsverfahren zum Einsatz.
Medien für die wässrige Reinigung
Die Forderung nach Minimierung des Waschmitteleinsatzes durch Aufbereitung benutzter Reinigungsmedien war bei wässrigen Vollreinigern nur bedingt möglich. Dies hat dazu geführt, dass wässrige Reinigungsmedien entwickelt wurden, die aus einem anorganischen beziehungsweise organischen Reinigergerüst (Builder) und einem Tensidgemisch bestehen, das demulgierend eingestellt wird. Das Demulgierverhalten ist neben der Reinigungswirkung ein wichtiges Kriterium bei der Auswahl des Reinigers. Es hat entscheidenden Einfluss auf die Standzeit der Bäder: Während des Reinigungsprozesses verbinden sich eingebrachte Fette mit Tensiden aus dem Reiniger. Die Reinigungswirkung nimmt dadurch kontinuierlich ab, sichtbar wird dies durch eine zunehmende, milchig-weiße Verfärbung der Waschflotte. Demulgierende Reiniger lösen die Bindung zwischen Ölen und Tensiden wieder. Die Ölbestandteile können sich im Reinigungsbad absetzen und über den Skimmer oder Ölabscheider der Reinigungsanlage ausgetragen werden. Die Tenside stehen größtenteils wieder als aktive Waschsubstanzen in den Bädern zur Verfügung. Eine optimale Wirkung lässt sich nur erzielen, wenn der Demulgator exakt auf die Art der eingebrachten Fette und Öle sowie auf die Tenside und Additive des Reinigers abgestimmt ist. Darüber hinaus sollte sichergestellt sein, dass das/die im Reiniger verwendeten Tenside, die Bedingungen hinsichtlich der biologischen Abbaubarkeit entsprechend der neuen europäischen Detergenzienverordnung erfüllen, die am 8. Oktober 2005 in Kraft tritt. Für die Spritzreinigung ist wichtig, dass die eingesetzten Komponenten schaumarm und hochdruckstabil sind. Eine weitere Forderung, die verstärkt an die Hersteller von wässrigen Reinigungsmedien herangetragen wird, ist die Senkung der Prozesstemperatur. Denn dies ermöglicht die Senkung des Energieverbrauchs und damit der Betriebskosten.
CKW – die klassischen Entfetter
Chlorkohlenwasserstoffe zählen zur Gruppe der halogenierten Kohlenwasserstoffe. Ihr Einsatz ist nach dem 1993 in Deutschland ausgesprochenen Verbot von FCKW stark zurückgegangen, in den letzten Jahren nimmt er jedoch wieder zu. Dies liegt an einigen physikalischen und chemischen Eigenschaften, durch die Chlorkohlenwasserstoffe bei bestimmten Reinigungsaufgaben Vorteile bieten. Dazu gehört beispielsweise das sehr starke Fettlösevermögen, geringe Oberflächenspannung und hohe chemische Stabilität. CKW ermöglicht in der Regel eine effektive Entfernung unpolarer Öle und schwach polarer Fette von Bauteilen mit komplexer Geometrie – ohne Korrosion, Oxidation, Verfärbung, Verätzung, Mattierung oder sonstige Beeinträchtigung der Oberfläche. Verunreinigungen wie Metallabrieb, Späne, Polierpasten und Pigmente können nur durch entsprechende mechanische Reinigungsunterstützung entfernt werden. Vorteile gegenüber wässrigen Reinigern und nicht halogenierten Kohlenwasserstoffen bieten CKW bei der Trocknung. Durch ihre niedrigen Verdunstungszahlen reicht oftmals schon die in den Teilen gespeicherte Wärme für die Trocknung aus.
KW – hohe Werkstoffverträglichkeit
Mit nicht halogenierten Kohlenwasserstoffen lassen sich mit Ausnahme weniger Materialien praktisch alle Werkstoffe reinigen. Zum Einsatz kommen aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe, Alkohole, Aldehyde, Ketone, Ester, Ether und Terpene. Verschiedene dieser Stoffgruppen besitzen unpolare Eigenschaften und weisen ein gutes Öl- und Fettlösevermögen auf. Andere wiederum warten mit polaren Eigenschaften auf und können mit Wasser gemischt werden. Dies ermöglicht die Zusammensetzung zu sowohl polaren als auch unpolaren Reinigern, neuere Entwicklungen sind in der Lage, polare und unpolare Verschmutzungen abzureinigen. Der Haupteinsatz unpolarer KW-Reiniger ist die Metallentfettung. Sie zeichnen sich durch ein sehr gutes Lösevermögen für tierische, pflanzliche und mineralische Fette und Öle aus. Zusammen mit Ölen und Fetten werden eigentlich im Lösemittel unlösliche Partikel wie Späne entfernt, da sie die Haftung zur Oberfläche verlieren. Die Abreinigung polarer Verschmutzungen, die direkt am Werkstoff haften, ist mit unpolaren KW jedoch nicht möglich. Nicht halogenierte Kohlenwasserstoffe dürfen aufgrund der Explosions- und Brandgefahr nur bei Prozesstemperaturen unter dem Flammpunkt des Gemischs eingesetzt werden.
Wasser/Kohlenwasserstoff-Emulsionen
Eine Emulsion stellt in der Regel ein Zweiphasengemisch dar, das aus zwei oder mehr nicht miteinander mischbaren Flüssigkeiten gebildet wird. Im Trägermedium – der Flüssigkeit, die in größerer Menge in dem Gemisch vorliegt – verteilen sich die anderen Flüssigkeiten in Tröpfchenform. Je nach Größe der Tröpfchen handelt es sich um eine Makro- bzw. Mikroemulsion. Emulsionsreiniger weisen ein universelles Lösevermögen auf: Polare Verunreinigungen werden in der wässrigen Phase entfernt, während in der Kohlenwasserstoffphase unpolare Verschmutzungen abgereinigt werden. Der abgelöste Schmutz verteilt sich abhängig von seiner Polarität zwischen den beiden Reinigerphasen. Um hohe Badstandzeiten zu erreichen, ist es erforderlich, die Zusammensetzung der Emulsion auf die Schmutzzusammensetzung abzustimmen.
Pflanzenölbasierte Reiniger
Pflanzenölbasierte Reiniger aus beispielsweise Sojaöl, Rapsöl oder Kokosöl kommen in Form von Fettsäureester als Ersatz für Kohlenwasserstoffreiniger zum Einsatz. Sie eignen sich für Verfahren wie die Tauch-, Sprüh-, und Wischreinigung. Da ihre Siedetemperaturen sehr hoch liegen, können Fettsäureester nicht ohne Weiteres für die Dampfentfettung verwendet werden. Für einen optimalen Reinigungsprozess müssen Einsatzbedingungen und Zusammensetzung der Esterprodukte der Verschmutzungsart und dem erforderlichen Reinheitsgrad angepasst werden. Organische Verunreinigungen wie Kühlschmiermittel, Schmiermittel und Schutzbeschichtungen werden von Esterreinigern auf Pflanzenölbasis wirksam abgereinigt.
Parts2clean deckt Informationsbedürfnisse ab
Wie lassen sich Reinigungsergebnis und Prozesszeiten durch abgestimmte Reinigungsmedien optimieren? Antworten auf diese und viele weitere Fragen, bietet die „Parts2clean“, internationale Fachmesse für Teilereinigung und Teiletrocknung. Sie findet vom 18. bis 20. 10. 2005 in Essen statt.
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Einsatz wässriger Reiniger
Neutralreiniger, deren pH-Wert im Bereich 6 bis 9 liegt, können für die Zwischen- und Endreinigung von Stahl, Gusseisen, Leichtmetalllegierungen und Buntmetallen ebenso eingesetzt werden wie für Glas, Keramik und die meisten Kunststoffe. Polare Verschmutzungen wie Salze oder Pigmente lassen sich damit problemlos entfernen. Unpolare Verunreinigung (Fette, Öle) werden überwiegend durch die Prinzipien des Dispergierens und Emulgierens abgelöst. Die Entfettungswirkung ist jedoch deutlich geringer als die von alkalischen Reinigern.
Alkalische Reiniger sind die in der Metallverarbeitung am häufigsten eingesetzten wässrigen Medien und können sowohl polare als auch unpolare Verschmutzungen entfernen. Stark alkalische Lösungen sind darüber hinaus in der Lage, Oberflächenoxide zu lösen. Ihr Einsatz erfordert jedoch eine Prüfung der Materialverträglichkeit. Insgesamt ist die Lösekraft alkalischer Reiniger für organische Verschmutzungen geringer als die der Lösemittel. Die Reiniger werden durch Zugabe von Alkalien wie Alkalihydroxide, Alkalikarbonate, Phosphate, Borax, Silikate und Cyanide auf ihren Einsatz abgestimmt. Darüber hinaus enthalten sie oberflächenaktive Substanzen und Inhibitoren, die einen Angriff der Bauteiloberfläche verhindern.
Saure Reiniger, die meist aus einem sauren Bestandteil in Form von anorganischer oder organischer Säure beziehungsweise saurer Salze, aus wasserlöslichen organischen Lösungsmitteln (Alkohole, Ester) und oberflächenaktiven Substanzen bestehen, entfernen anorganische Verschmutzungen wie Metallabrieb, Staub, Pigmente sehr wirkungsvoll. Die Entfernung von Rost oder Zunder ist ebenfalls ein typischer Einsatzfall. Fett und Öl können mit sauren Reinigern dagegen nur bedingt entfernt werden.
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