A guide to formulation and application of low-surfactant microemulsions in cleaning processes

Dr. Anna Klemmer, 2014

Reinigungsprozesse wie Textil-, Auto- oder Geschirreinigung werden oft für eine simple Angelegenheit gehalten. Jedoch sind solche Prozesse hochkomplex, wenn sie optimiert werden sollen. Anschmutzungen sind ein vielf ältiges Gemisch polarer und unpolarer Substanzen oder Pigmente, die oft eingetrocknet und somit noch schwerer zu entfernen sind. Um dieser Problematik so effi zient wie m öglich zu begegnen, sind Mikroemulsionen das Mittel der Wahl. Mikroemulsionen sind thermodynamisch stabile, makroskopisch isotrope, nanostrukturierte Mischungen aus mindestens drei Komponenten. Ihre wichtigste Eigenschaft ist ihre ultraniedrige Grenzflächenspannung, die die Triebkraft hinter jedem e ffektiven Reinigungsprozess ist. Diese Arbeit beschreibt eine generelle Leitlinie f ür die Formulierung und Anwendung optimierter Mikroemulsionen auf unterschiedliche, anspruchsvolle Aufgaben. Hier wird zwischen drei Schwerpunkten bezüglich Reinigungsformulierungen unterschieden: Wasser-, ölreiche und ausbalancierte Mikroemulsionen. In allen F ällen ist die N ähe oder das Durchlaufen der ultraniedrigen Grenzflächenspannung der Grundstein f ur den Erfolg beim Ausnutzen des lipophilic sponge Prinzips, das im Rahmen dieser Arbeit entwickelt wurde. Bei wasserreichen Anwendungen wie Waschmitteln ist die Tensidauswahl strikt eingeschränkt. Die Anwendung der hier vorgeschlagenen Leitlinie führte trotz dieser Grenzen zu einer E ffizienzsteigerung von immerhin über 250% im Vergleich zum Marktf ührer bei Tensidkonzentrationen von unter 1 wt %. Zus atzlich ließ sich die Formulierung so modizieren, dass durch geschickte Phaseninversion w ährend des Waschens langzeitstabile Nanoemulsionen durch eine Niedrigenergiemethode entstehen, die den Waschprozess noch einmal verbessern. Die resultierenden Nanoemulsionen wurden systematisch mittels zeitaufgel östen Streumethoden untersucht und sind über Wochen stabil. Ölreiche, temperaturinvariante Systeme wurden f ür die Reinigung von hoch korrosionsempfindlichen Uhrwerken formuliert. Hier gelang es auf Basis der Leitlinie Molek üle mit anti-korrosiver Eigenschaft als Tensid einzusetzen und so die Komponentenanzahl in der Mischung zu reduzieren, welche sich als wesentlich stabiler als das Originalprodukt und hiermit fast unbegrenzt wiederverwendbar erwies. Im ausbalancierten System sollten alle Komponenten biologisch abbaubaren Ursprungs sein und zu einem Allzweckreiniger kombiniert werden. Dank der Leitlinie konnte somit eine komplett biologisch abbaubare Formulierung auf Basis von RME und Natriumoleat erstellt werden, die leistungsf ähig genug für die Entfernung von schwierigen Anschmutzungen wie Lackschutzschichten auf Feinoptiken unter dem Einsatz von Ultraschall ist. Die vorgeschlagene Leitlinie erlaubt somit die spezische Nutzung von Mikroemulsionen bei gleichzeitiger Formulierungsverbesserung und Schutz unserer Umwelt.