DE69809093T2 - Reinigungs- oder Trocknungsmittel enthaltend 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-Decafluoropentan - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der fluorierten Kohlenwasserstoffe und hat insbesondere neue Zusammensetzungen zum Gegenstand, die zur Reinigung oder zur Trocknung fester Oberflächen verwendet werden können.
• Das 1,1,2-Trichlor-1,2,2-trifluorethan (auf diesem Gebiet auch unter der Bezeichnung F113 bekannt) wird in der Industrie in weitem Umfang zur Reinigung und zur Entfettung verschiedenster fester Oberflächen eingesetzt (Metallstücke, Gläser, Kunststoffe, Verbundmaterialien). Neben seiner Verwendung in der Elektrotechnik zur Reinigung von Flußmitteln zum Schweißen bzw. Löten, um das beizende Flußmittel, welches an den gedruckten Schaltkreisen haftet, zu entfernen, kann man seine Anwendung zur Entfettung schwerer Metallteile oder zum Reinigen mechanischer Teile hoher Qualität und großer Präzision nennen, so z. B. für Gyroskope (Kreisel) und Materialien im Bereich des Militärs, der Raumfahrt und der Medizin. In seinen verschiedenen Anwendungen wird das F113 meist in Verbindung mit weiteren organischen Lösemitteln (z. B. Methanol) eingesetzt, vorzugsweise in Form azeotroper oder quasi-azeotroper Gemische bzw. Mischungen, die sich nicht entmischen und die bei der Verwendung unter Rückfluß nahezu dieselben Zusammensetzungen in der Gasphase wie in der flüssigen Phase aufweisen.
• Das F113 wird gleichermaßen zur Trocknung oder zur Benetzung von Oberflächen mit hydrophoben Tensiden verwendet.
• Jedoch ist die Verwendung von Zusammensetzungen auf Basis von F113 verboten, denn das F113 gehört zu den Fluorchlorkohlenstoffen (FCK), die in Verdacht stehen, die stratosphärische Ozonschicht anzugreifen oder abzubauen.
• In bezug auf verschiedene Anwendungen kann das F113 durch 1,1-Dichlor-1- fluorethan (bekannt unter der Bezeichnung F141b) ersetzt werden, jedoch ist die Verwendung dieses Ersatzstoffes bereits reglementiert, denn sein zerstörender Effekt in bezug auf die Ozonschicht, wenn er auch gering ist, ist nicht Null.
• Die azeotropen Zusammensetzungen, die in der US-A-5 064 560 und in der US- A-5 196 137 beschrieben sind, basieren auf dem 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-Decafluorpentan und dem trans-1,2-Dichlorethylen. Die in der JP-05/148498 beschriebenen azeotropen Zusammensetzungen bestehen aus 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-Decafluorpentan und Methanol. Die JP-05/214377 schlägt azeotrope Zusammensetzungen mit 2H,4H-Perfluorpentan in verschiedenen Lösemitteln, z. B. Methylenchlorid, vor.
• Um zur Lösung dieses Problems beizutragen, schlägt die vorliegende Erfindung vor, die Zusammensetzungen auf Basis von F113 oder F141b durch azeotrope oder quasi-azeotrope Zusammensetzungen auf Basis von 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-Decafluorpentan zu ersetzen. Diese Verbindung (auch bekannt unter der Bezeichnung 43-10 mee) hat keinerlei zerstörerischen Effekt in bezug auf das Ozon.
• Die erfindungsgemäß zu verwendenden Zusammensetzungen enthalten 10 bis 90 Gew.-% an 43-10 mee, 10 bis 90 Gew.-% Methylenchlorid und gegebenenfalls 0 bis 10 Gew.-% Methanol.
• Eine erfindungsgemäß besonders bevorzugte binäre Zusammensetzung enthält 40 bis 60 Gew.-% an 43-10 mee und 60 bis 40 Gew.-% Methylenchlorid. In diesem Bereich liegt ein Azeotrop vor, dessen Siedetemperatur bei normalen Atmosphärendruck (1,013 bar) etwa bei 34,2ºC liegt.
• Eine erfindungsgemäße ternäre Zusammensetzung umfaßt vorzugsweise 30 bis 69 Gew.-% an 43-10 mee, 69 bis 30 Gew.-% Methylenchlorid und 1 bis 10 Gew.-% Methanol. Besonders bevorzugt ist eine ternäre Zusammensetzung, die 39 bis 59 Gew.-% an 43-10 mee, 59 bis 39 Gew.-% Methylenchlorid und 2 bis 8 Gew.-% Methanol enthält. In diesem Bereich liegt ein Azeotrop vor, dessen Siedetemperatur bei normalem Atmosphärendruck etwa bei 33,2ºC liegt.
• Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen haben keinen Zünd- bzw. Flammpunkt unter den Standardbestimmungsbedingungen (Norm ASTM D 3828) und ermöglichen somit ein vollkommen sicheres Arbeiten.
• Wie bei den bekannten Reinigungszusammensetzungen auf Basis von F113 oder F141b, so können auch die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen auf Basis von 43-10 mee, falls gewünscht, stabilisiert werden gegenüber Hydrolyse und/oder gegenüber Leichtmetallen und/oder gegenüber bei dem Reinigungsvorgang möglicherweise auftretenden radikalischen Angriffen, und zwar indem man ihnen einen üblichen Stabilisator zusetzt, so z. B. Nitroalkane (Nitromethan, Nitroethan, Nitropropan ...), Acetale (Dimetoxymethan) und Ether (1,4-Dioxan, 1,3-Dioxolan), wobei die Menge an Stabilisator von 0,01 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, variieren kann. Als Stabilisator verwendet man vorzugsweise Dimetoxymethan, dessen Siedepunkt nahe dem der erfindungsgemäßen azeotropen Zusammensetzungen ist; in diesem Fall folgt der Stabilisator perfekt dem Zyklus des Lösemittels, was insbesondere bei Reinigungsanwendungen interessant ist.
• Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können für dieselben Anwendungen und gemäß denselben Techniken bez. Methoden wie die bekannten Zusammensetzungen auf Basis von F113 oder F141b angewandt werden.
• Die binäre azeotrope Mischung ist besonders geeignet zur Trocknung oder Benetzung von Oberflächen, wenn man ein in der Zusammensetzung lösliches hydrophobes Tensid (oberflächenaktives Mittel) verwendet. Ein solcher Typ von Zusammensetzung, der 0,05 bis 8 Gew.-% Tensid enthält, ermöglicht die vollständige Entfernung des Wassers von den zu behandelnden Oberflächen. Als Beispiele für hydrophobe Tenside kann man insbesondere die Diamide der folgenden allgemeinen Formel nennen:
• in der n eine ganze Zahl von 2 bis 6 (vorzugsweise 3) ist und die Symbole R, R' und R", identisch oder verschieden, jeweils eine aliphatische Fettkette, die 12 bis 30 Kohlenstoffatome, vorzugsweise 15 bis 25 Kohlenstoffatome, enthält, darstellt.
• Die folgenden Beispiele veranschaulichen die vorliegende Erfindung, ohne sie jedoch zu beschränken.
Beispiel 1:
• In den Siedekessel einer Destillationskolonne (Destillieraufsatz) (30 Böden) gibt man 100 g an 43-10 mee und 100 g Methylenchlorid (CM2). Die Mischung wird dann insgesamt eine Stunde lang unter Rückfluß gesetzt, um das System ins Gleichgewicht zu bringen.
• Bei der Temperaturstufe erhält man eine Fraktion von etwa 50 g, die man einer chromatographischen Gasphasenanalyse unterwirft.
• Das Studium dieser Ergebnisse, die in der folgenden Tabelle wiedergegeben sind, zeigt die Anwesenheit eines Azeotrops aus 43-10 mee/CM2, wobei die erhaltene Fraktion dieselbe Zusammensetzung wie die Anfangsmischung aufweist. Es handelt sich um ein positives Azeotrop, da sein Siedepunkt unterhalb von dem des 43-10 mee (55ºC) und dem des CM2 (40ºC) liegt.
• Dieses Azeotrop gibt gute Ergebnisse, wenn es zur Reinigung von Flußmitteln zum Schweißen bzw. Löten oder zum Entfetten mechanischer Teile verwendet wird.
Beispiel 2: Mit Dimethoxymethan (Methylal) stabilisierte Zusammensetzung
• In ein kleines Ultraschallreinigungsbehältnis gibt man 150 g einer Mischung aus 49,7 Gew.-% an 43-10 mee, 49,8 Gew.-% CM2 und 0,5 Gew.-% Methylal als Stabilisator. Nachdem man das System eine Stunde lang unter Rückfluß gesetzt hat, entnimmt man der Gasphase ein Aliquot. Seine Analyse mittels Gasphasenchromatographie zeigt die Anwesenheit von Methylal, was darauf hindeutet, daß die Mischung in der Gasphase stabilisiert ist.
Beispiel 3: a) Nachweis eines Azeotrops aus 43-10 mee/CM2/Methanol
• In einen Siedekessel mit Destillationskolonne (Destillieraufsatz) (30 Böden) gibt man 100 g 43-10 mee, 100 g CM2 und 50 g Methanol. Die Mischung wird anschließend eine Stunde lang unter Rückfluß gesetzt, um das System ins Gleichgewicht zu bringen. Bei der Temperaturstufe bzw. bei dem Temperaturknick erhält man eine Fraktion von etwa 50 g, die man einer Analyse mittels Gasphasenchromatographie unterwirft.
• Das Studium der Ergebnisse, die in der folgenden Tabelle wiedergegeben wird, zeigt die Anwesenheit einer azeotropen Zusammensetzung.
b) Nachweis der azeotropen Zusammensetzung
• In den Siedekessel einer adiabatischen Destillationskolonne (Destillieraufsatz) (30 Böden) gibt man 200 g einer Mischung, die 48,5 Gew.-% 43-10 mee, 48,5 Gew.-% CM2 und 3 Gew.-% Methanol enthält. Die Mischung wird anschließend eine Stunde lang unter Rückfluß gesetzt, um das System ins Gleichgewicht zu setzen, anschließend zieht man eine Fraktion von etwa 50 g ab, die man einer Analyse mittels Gasphasenchromatographie unterwirft.
• Die in der folgenden Tabelle zusammengefaßten Ergebnisse zeigen die Anwesenheit eines positiven Azeotrops, dessen Siedepunkt unterhalb der seiner drei Bestandteile liegt.
• Dieses Azeotrop zeigt gute Ergebnisse, wenn es zur Reinigung von Flußmitteln zum Schweißen bzw. Löten oder zur Entfettung mechanischer Teile verwendet wird.
• Wie in Beispiel 2 kann die azeotrope Zusammensetzung dieses Beispiels gleichermaßen mit 0,5 Gew.-% Dimethoxymethan stabilisiert werden.
Beispiel 4: Reinigung von Flußmitteln zum Schweißen bzw. Löten
• Fünf Testschaltkreise (standardisiertes Modell IPC-B-25) werden mit einem Flußmittel auf Basis von Colophan (Kolophonium) (Flußmittel R8F der Firma ALPHAMETAL) überzogen und 30 Sekunden lang bei 220ºC in einem Trockenofen bzw. Wärmeschrank getempert.
• Anschließend werden die Schaltkreise mit Hilfe der azeotropen Zusammensetzung aus Beispiel 3 gereinigt, und zwar durch 3 minütiges Eintauchen in eine kleine Ultraschallvorrichtung und 3 minütige Behandlung in der Gasphase.
• Der Reinigungsvorgang wird nach dem standardisierten Verfahren IPC 2.3.26 mit Hilfe eines Präzisionsleitfähigkeitsmessers beurteilt. Der erhaltene Wert, 1,9 ug/cm² Äq. NaCl, ist sehr gering, was ionische Verunreinigungen anbelangt, und liegt im zugelassenen Rahmen (2,5 ug/cm² Äq. NaCl).
Beispiel 5: Trocknung
• Man stellt 250 ml einer Trocknungszusammensetzung her, die gewichtsbezogen 99,8% der in Beispiel 1 beschriebenen binären Mischung und 0,2% N,N'-Dioleoyl-N-oleylpropylendiamin enthält.
• Ein Eisengitter der Maße 5 · 3 cm wird in Wasser eingetaucht, dann 30 Sekunden lang unter manueller Bewegung in die Trocknungszusammensetzung eingetaucht.
• Das Restwasser, das nach der Methode von Karl Fischer bestimmt wird, zeigt, daß das Wasser zu 100% entfernt worden ist.

Claims (10)

1. Azeotrope oder quasi-azeotrope Zusammensetzung, bestehend aus 10 bis 90 Gew.-% 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-Decafluorpentan, 10 bis 90 Gew.-% Methylenchlorid und 0 bis 10 Gew.-% Methanol.

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, bestehend aus einer binären Mischung von 40 bis 60% 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-Decafluorpentan und 60 bis 40% Methylenchlorid.

3. Zusammensetzung nach Anspruch 2 in Form eines Azeotrops, das unter Normaldruck bei 34,2ºC siedet.

4. Zusammensetzung nach Anspruch 1, bestehend aus einer ternären Mischung von 30 bis 69% (vorzugsweise 39 bis 59%) 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-Decafluorpentan, 69 bis 30% (vorzugsweise 59 bis 39%) Methylenchlorid und 1 bis 10% (vorzugsweise 2 bis 8%) Methanol.

5. Zusammensetzung nach Anspruch 4 in Form eines Azeotrops, das unter Normaldruck bei 33,2ºC siedet.

6. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, enthaltend außerdem mindestens einen Stabilisator, vorzugsweise Dimethoxymethan.

7. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, enthaltend außerdem mindestens ein hydrophobes Tensid.

8. Zusammensetzung nach Anspruch 7, wobei der gewichtbezogene Anteil des Tensids in der Zusammensetzung zwischen 0,05 und 8% liegt.

9. Verwendung einer Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Reinigung von festen Oberflächen, insbesondere zur Flußmittelentfernung bei gedruckten Schaltungen und zur Entfettung von mechanischen Teilen.

10. Verwendung einer Zusammensetzung gemäß Anspruch 7 oder 8 zur Trocknung oder zur Aufhebung der Benetzbarkeit von festen Oberflächen.