RS57122B1

RS57122B1 - Otkrivanje organskih kontaminanata

Info

Publication number: RS57122B1
Application number: RS20180339A
Authority: RS
Inventors: Daniel Herzog; Philip Thonhauser
Original assignee: Thonhauser Gmbh
Priority date: 2013-02-07
Filing date: 2014-02-07
Publication date: 2018-07-31
Also published as: EP2954312B1; PL2954312T3; NO2954312T3; US20160061739A1; CN105164515A; US9625392B2; DK2954312T3; CN105164515B; HUE038488T2; EP2954312A1; ES2666129T3; HRP20180469T1; PT2954312T; WO2014122277A1; EP2764776A1; SI2954312T1

Description

Pronalazak se odnosi na upotrebu kompozicije visoke moći oksidovanja u otkrivanju bilo kog kontaminanta na površini sa organskih supstanci.

STANJE TEHNIKE

Dugo vremena se zna za deterdžente i dezinficijense koji sadrže snažne oksidanse. I sami podnosioci su opisali takve kompozicije u ranijim patentima. EP 1,343,864 B1 prikazuje deterdžent i dezinficijens koji sadrže permanganat rastvorljiv u vodi, i koji dodatno uključuju sredstvo za podešavanje pH kako bi se osigurala alkalna sredina sa pH od najmanje 10, poželjno najmanje pH 12, kao što je, na primer, NaOH, kao i najmanje još jedan drugi oksidans koji ima oksidacioni potencijal veći od onog koji ima mangan(VII) u mangan(VI) i poželjno, veći<od onog koji ima HO>2<->u OH-, poželjno peroksidisulfat.

Takva kompozicija će razvijati svoje oksidaciono dejstvo u sredini visoke alkalnosti, prvenstveno putem redukovanja Mn(VII) u Mn(VI), pri čemu će ovaj poslednji biti istovremeno oksidovan u oksalat ukoliko je prisutan organski ugljenik. Drugi oksidans, koji ima oksidacioni potencijal veći od oksidacionog potencijala mangana(VII), kao što je, primera radi, jedan ili više peroksidosulfata alkalnih metala, reagovaće mnogo sporije sa organskim ugljenikom, nego što reaguje permanganat, tako da će, nakon rastvaranja praškaste kompozicije u vodi, najpre doći do oksidacije jona hidroksida u jone vodonik peroksida, i kod peroksidisulfata i kod permanganata, u kom slučaju u postupku dolazi do redukcije u Mn(VI); vidi sledeće jednačine 1 i 2:

jednačina 1: 3 OH<->+ S2O8<2->→ HO2<->+ 2 SO4<2->+ H2O

jednačina 2: 4 OH<->+ 4 MnO4<->→ O2↑ 4 MnO4<2->+ 2 H2O

Nastali jon vodonik peroksida može, međutim, izazvati re-oksidaciju Mn(VI) u Mn(VII).

jednačina 3: HO2<->+ 2 MnO4<2->+ H2O → 3 OH<->+ 2 MnO4-

U slučaju kada brzina razgradnje peroksidisulfata ne može dostići istu kod permanganata, npr., zbog toga što je dezintegracija permanganata favorizovana visokom koncentracijom i/ili dobrom oksidativnošću, dešavaće se pojačano formiranje Mn(VI). Predominacija speciesa heksavalentnog mangana dovešće do zelene boje rastvora koja je u suprotnosti sa početnom ljubičastom obojenošću zbog prisustva Mn(VII). Oksidacija organskih jedinjenja (označenih ovde, pri predstavljanju oksidacionog koraka ±0, kao “CH2O”, što se naročito odnosi na ugljene hidrate) u oksalat posredstvom Mn(VII) i udružena redukcija permanganata je, u svakom slučaju, brza, budući da visoki pH ima efekat stvaranja anjona u brojnim organskim materijalima, čime se olakšava ciljano delovanje anjonskih oksidanata. Oksidacija organskih supstanci posredstvom Mn(VII), uključuje, takođe MnO4<3->, u kome je prisutan mangan koji ima atomski broj 5 (jednačina 4), ali koji može biti re-oksidovan u heksavalentni mangan posredstvom permanganata (jednačina 5):

jednačina 4: 2 {CH2O} 3 MnO4<->+ 2 H2O → C2O4<2->+ 3 MnO4<3->+ 8 H<+>

jednačina 5: MnO4<3->+ MnO4<->→ 2 MnO4<2->

Ciljano delovanje na organske supstance sa permanganatom, prema jednačini 4, ne zahteva, međutim, visoku efikasnost takve kombinacije permanganata i peroksidisulfata. Umesto toga, brza i efikasna oksidacija organskih materijala je izazvana u tom momentu polaznim reakcijama radikala. Njihova polazna tačka su SO4<->radikali, koji se mogu dobiti iz peroksidisulfata putem hemolitičkog otcepljivanja peroksidisulfata (jednačina 6) ili posredstvom reakcije istog sa organskim jedinjenjima (jednačina 7) (ovde, jedinjenja prikazana podebljanjem označavaju radikale ili jone radikala):

jednačina 6: S2O8<2->→ 2 SO4-jednačina 7: 2 S2O8<2->+ 2 {CH2O} 2 H2O → 2 SO4<2->+ 2 SO4<->+ {C<+1>-R} 4 H<+>

pri čemu {C<+1>-R} predstavlja radikal sa ugljenikom u oksidacionom koraku 1, što je formalno {H2C2O3}<2->, u kome postoji dvostruka veza između atoma ugljenika.

Izgleda, međutim, da se radikali sulfata proizvode prevashodno reakcijom Mn(V) (vidi prethodnu jednačinu 4) sa peroksidisulfatom (jednačina 8):

jednačina 8: MnO4<3->+ S2O8<2->→ MnO4<2->+ SO4<2->+ SO4-

U reakciji, Mn(V) se re-oksiduje u Mn(VI). Eventualno, na osnovu termodinamske nestabilnosti Mn(VI), pretežno se obrazuje Mn(II):

jednačina 9: MnO4<2->+ H2O → O2↑ HMnO2<->+ OH-

Prisustvo Mn(II) je razlog što kompozicija ima žutu boju. Takva boja se, isto tako, može interpretirati kao indikator koji pokazuje da su oksidanti potrošeni od strane velikih količina kontaminanata. Mn(II) se polagano oksiduje u Mn(IV) uz pomoć atmosferskog kiseonika, a Mn(IV) se, eventualno, može, istaložiti u obliku mangan dioksida (MnO2).

Kombinacije permanganata i peroksidisulfata, sledstveno tome, ispoljavaju sinergistički efekat pri oksidaciji organskog ugljenika i, u isto vreme, obezbeđuju indikatorski sistem, budući da rastvor koji je u početku purpuran poprima lako uočljivu zelenu boju u prisustvu organskog ugljenika. Kao moguće alternative peroksidisulfatu, pominju se perjodat, peroksidifosfat, ozon i hipohlorit.

Prema EP 1,343,864 B1, deterdžent i dezinificijens mogu biti korišćeni za čišćenje aparata za točenje pića (putem ispiranja aparata sa vodenim rastvorima) ili kontaminiranih boca od organskih ostataka ili za čišćenje površina u pogonima za preradu povrća ili u pivarama, iako, u ovom poslednjem slučaju, služe za ukljanjanje neorganskog plaka ‒ nakon što je agens delovao na plak “tokom manje od jednog sata”.

Unapređenje u oblasti deterdženata i dezinficijenasa prikazano je EP 1,730,258 B1, u kome je izloženo dodavanje supstanci za puferisanje pH, poželjno alkalno metalnih (vodonik) karbonata, kao i anti-oksidantnih polifosfata.

U EP 1,456,338 B1, podnosioci prikazuju kombinacije hlorita i bromata, rastvorljivih u vodi, koji se, takođe, stabilizuju korišćenjem regulatora pH pri visoko-alkalnom pH, da bi se suprimiralo formiranje hlor dioksida. Podnosioci prijave su ponovo razmatrali primenu u aparatima za točenje pića kao i u cevovodima u pogonima mlečne industrije i industrije pića, kao i pri obradi vode u bazenima za plivanje.

Nedostatak ovih deterdženata, koji su odranije u upotrebi, jeste u tome što su vodeni rastvori uglavnom samo 1-3%-tni rastvori sadržanog oksidanta. Dok su ovi rastvori savršeno dobre upotrebljivosti u kontejnerima ili kanalima, oni se brzo izlivaju sa površina kada površina nije u precizno horizontalnom položaju, najbolje sa podignutom granicom. Posebno je u slučaju glatkih površina od nerđajućeg čelika ili keramičkih pločica, budući da se oni uobičajeno koriste u pogonima industrije pića ili prehrambene industrije, nemoguće izvršiti pouzdano čišćenje površina, naročito kada se radi o kosim ili vertikalnim površinama. Drugi nedostatak je obrazovanje mangan dioksida, budući da mangan dioksid nije rastvorljiv u vodi, pa ga je, sledstveno tome, teško ukloniti korišćenjem prethodno opisanih, sredstava.

Cilj ovog pronalaska je da se prevaziđu ovi nedostaci. Drugi cilj pronalaska jeste da se razvije posupak koji omogućuje vizuelnu kontrolu stepena kontaminacije industrijskih površina.

IZLAGANJE PRONALASKA

Prethodne ciljeve pronalazak ostvaruje obezbeđujući novo korišćenje kompozicije na vodenoj osnovi, pri čemu kompozicija sadrži

a) najmanje jedan jaki oksidans,

b) indikatorski sistem na bazi boje, i

c) jedno ili više sredstava za zgušnjavanje

za otkrivanje bilo kakvih kontaminanata na površini sa organskim supstancama putem vizuelnog praćenja nakon površinskog aplikovanja kompozicije na površinu, pri čemu:

- kompozicija nije protočna tokom prethodno utvrđenog vremenskog trajanja nakon njenog aplikovanja vazdušnim raspršivanjem zbog efekta sredstva za zgušnjavanje;

- jedno ili više sredstava za zgušnjavanje je/su stabilno/stabilna unutar kompozicije tokom prethodno utvrđenog vremenskog trajanja; i

- jedno ili više sredstava za zgušnjavanje je/su odabrano(odabrana) od: sintetskih filosilikata, sušene silike i masnih alkil (benzen) sulfata, sulfonata, karboksilata, fosfata i aminoksida, kao i njihovih mešavina;

i pri čemu promena boje kompozicije, koja se aplikuje na površinu, tokom navedenog prethodno-utvrđenog vremenskog perioda, ukazuje na organske kontaminacije površine na toj lokaciji.

Pronalazak je baziran na mnoštvu iznenađujućih otkrića, koja su utvrdili pronalazači: prvo, da dodavanje sredstva za zgušnjavanje vodenoj kompoziciji koja sadrži najmanje jedan oksidans i indikatorski sistem na bazi boje, ne samo da zgušnjava kompoziciju u skladu sa njegovom svrhom i na taj način ograničava njenu protočnost, već, isto tako, ima stabilizirajući efekat na oksidans i, prema tome, na razvijanje boje. A, kao drugo, da, ne samo neorganska, već, isto tako, i organska sredstva za zgušnjavanje, kao što su, na primer, organski surfaktanti, mogu biti korišćena kao sredstva za zgušnjavanje, iako postoji pretpostavka da jak oksidans oksiduje organske kontaminante veoma brzo, kao što će u nastavku biti detaljno objašnjeno.

Bez želje da se veže za teoriju, smatra se da je stabilizirajući efekat na oksidans baziran na ograničenoj mobilnosti jona u zgušnjenom rastvoru, i istovremenom ograničenom ulasku atmosferskog kiseonika. Kada se kao oksidans koristi permanganat, kako je poželjno prema ovom pronalasku, on suprimira obrazovanje Mn(II) speciesa i na taj način, sprečava prelazak boje kompozicije u žuto i rezultirajuću oksidaciju Mn(II) u Mn(IV). Sredstvo za zgušnjavanje, prema tome, stabilizuje boju kompozicije ‒ koja je purpurna u odsustvu organskih kontaminanata, a zelena u njihovom prisustvu ‒ i u isto vreme smanjuje obrazovanje sedimenata mangan dioksida, koje je teško odstraniti korišćenjem vodenih rastvora.

Vrsta i količina sredstva za zgušnjavanje poželjno se bira tako da kompoziciji, barem tokom prethodno-definisanog perioda, daje konzistenciju koja je razlog što se ona u suštini ne sliva ili ne curi sa iskošenih, zakrivljenih ili vertikalnih površina, kao što su cevi ili zidovi, ili čak sa površina okrenutih na dole, kao što su plafonske ploče ili slične površine.

Izraz “suštinski nije protočan” ovde označava konzistenciju kompozicije koja je zgušnjena do tog stepena da se sloj kompozicije, koji se aplikuje površinski na vertikalnu ploču, ne sliva prema dole za više od 10 cm, poželjno za više od 5 cm, a naročiti za više od 2 cm, tokom prethodnodefinisanog perioda. Sledstveno tome, prema ovom pronalasku je moguće da se, veoma precizno, utvrdi ne samo prisustvo, već i pozicija kontaminata na površini koja se testira.

Budući da je prethodno-definisani period delom zavisan od koncentracije oksidansa (oksidanasa), kao i od vrste sredstva za zgušnjavanje – da li je neorgansko, organsko ili i jedno i drugo -, poželjno je da on traje najmanje 10 sekundi, poželjnije najmanje 20 sekundi, još poželjnije najmanje 15 sekundi, a čak još poželjnije najmanje 1 minut, kako bi bilo moguće da se oksiduju svi kontaminanti koji bi mogli biti prisutni na površini tokom tog perioda.

Najmanje jedan oksidans je poželjno odabran od: permanganata, peroksidisulfata, soli halogen oksokiselina i njihovih mešavina, od koji su svi jaki oksidansi koji su u stanju da veoma brzo oksiduju organske kontaminante. U posebno poželjnim ostvarenjima, oksidans uključuje permanganat, budući da njegova upotreba u isto vreme obezbeđuje indikatorski sistem na bazi boje. Kada se koriste drugi oksidansi koji nisu permanganat, stručnjak u ovoj oblasti ima na raspolaganju brojne upotrebljive indikatorske sisteme, koji uključuju kalijum jodid, dihromat ili dihlorofenolni indofenol u kombinaciji sa vodonik peroksidom ili feroinom za persulfat.

Poželjno, kompozicija sadrži, pored permanganata, najmanje jedan dodatni oksidans, čiji oksidacioni potencijal prelazi oksidacioni potencijal permanganata, kako bi bilo moguće korišćenje, u početku opisanih, re-oksidacionih i sinergističkih efekata. Posebno je poželjno da je dodatni oksidans odabran od: peroksidisulfata, hipohlorita i njihovih mešavina, i da se koristi kao zastupljeniji oksidans u posebno poželjnim ostvarenjima pronalaska, t.j., sadržan je u kompoziciji u količini većoj od količine permanganata, koja je poželjno najmanje 10 puta, poželjnije najmanje 20 puta, a još poželjnije najmanje 30 puta, veća od količine permanganata, a poželjno iznosi 0.3 g/L, kako će biti jasno iz primera koji slede.

Kao što je prethodno opisano, sredstvo(sredstva) za zgušnjavanje je/su odabrano(odabrana) od: sintetskih filosilikata, pirogene silicijumove kiseline, masnih alkil (benzen) sulfata, sulfonata, karboksilata, fosfata i aminoksida i njihovih mešavina, budući da su pronalazači, tokom svog istraživanja, neočekivano otkrili da:

a) prirodna neorganska sredstva za zgušnjavanje, kao što je, primera radi, bentonit, koja očigledno sadrže količine organskih kontaminanata koje nisu zanemarljive, ili organski modifikovana prirodna sredstva za zgušnjavanje, kao što razna Optigel<®>sredstva zazgušnjavanje, nisu stabilna tokom korišćenja u skladu sa pronalaskom, ali su ciljana od strane najmanje jednog oksidansa; iako

b) određena organska sredstva za zgušnjavanje, to jest masni alkil (benzen) sulfati, sulfonati, karboksilati, fosfati i aminoksidi, za razliku od najvećeg broja drugih organskih sredstava za zgušnjavanje, imaju stvarno dovoljnu stabilnost za potrebe pronalaska, budući da se čini da su dugo-lančane alkil i fenil grupe u dovoljnoj meri otporne na oksidaciju, najmanje tokom prethodno-definisanog perioda.

Takva organska sredstva za zgušnjavanje su poželjno sadržana u ukupnoj količini, koja nije veća od 3% po težini, koja još poželjnije nije veća od 2% po težini, i koja naročito nije veća od 1% po težini, celokupne kompozicije, kako bi se i pre upotrebe, garantovala stabilnost.

Na primer, kombinacije neorganskih i organskih sredstava za zgušnjavanje, izrađenih, npr., od filosilikata i organskog surfaktanta, imaju dodatnu prednost pored uzajamnog vršenog efekta zgušnjavanja, u tome što je neorgansko sredstvo za zgušnjavanje prevashodno odgovorno za stabilizirajući efekat na species mangana, dok organski surfaktant obezbeđuje da je, bilo koji mangan dioksid, koji bi se ipak mogao formirati, moguće odstraniti sa ispitivane površine mnogo jednostavnije.

Poželjno, kompozicija dalje sadrži jedan ili više adjuvanasa, koji su posebno poželjno odabrani od: regulatora pH, stabilizatora čvrstoće i biocida. Primera radi, korišćenje nekih oksidanata ili njihovih kombinacija zahteva podešavanje pH kompozicije do nivoa visoke alkalnosti, kao što su vrednosti pH od najmanje 10 ili 11, za koje potrebe je posebno poželjno korišćenje NaOH ili KOH. Iako, isto tako, mogu biti korišćene druge jake baze, njihovo korišćenje nije poželjno zbog većih troškova.

U poželjnim ostvarenjima pronalaska, površina se simultano čisti površinskim aplikovanjem kompozicije, t.j., nakon vizuelnog ispitivanja da li je i gde površina kontaminirana, kompozicija ‒ opciono nakon dodatnog vremena izloženosti koje prekoračuje prethodno-definisani period ‒ može biti odstranjena zajedno sa svim organskim ili neorganskim ostacima, što se poželjno izvodi prostim ispiranjem površine hladnom vodom, nakon čega je opciono sledilo brisanje površine, npr., vlažnim tkaninama ili sunđerima.

Vizuelno ispitivanje može biti izvršeno golim okom, kada korišćeni indikator na bazi boje, otkriva sa dovoljnom distinkcijom promenu boje, ali ono, isto tako, može biti, kompjuterskipotpomognuto, vršenjem digitalnih poređenja boje. Digitalno poređenje je poželjno kada je stepen kontaminacije površine koja se ispituje, veoma nizak, pa je, prema tome, promena boje indikatora, slaba. Za ove potrebe, može biti korišćena digitalna kamera za fotografisanje površine koja se testira, nakon površinskog aplikovanja kompozicije i omogućavanja da prođe dovoljno vremena izloženosti, a fotografija se može uporediti sa postavljenom skalom boja, uz korišćenje softvera za poređenje boje, npr., posredstvom prevođenja boja na fotografiji, ili barem na njenom delu, u RGB stepene.

KRATAK OPIS SLIKE

Slika 1, jedini slikovni prikaz, jeste fotografija, koja je rezultat detekcionog testa prema primeru 40 ovog pronalaska na namerno kontaminiranoj, vertikalnoj površini od ne-rđajućeg čelika.

U tekstu koji sledi, pronalazak će biti opisan detaljnije, na osnovu specifičnih, neograničavajućih primernih ostvarenja i komparativnih primera.

PRIMERI

Kompozicije za korišćenje u skladu sa tekućim pronalaskom, pripremljene su rastvaranjem kalijum permanganata i drugog jakog oksidansa, koji je odabran od natrijum hipohlorita (HC) i natrijum peroksidisulfata (PS), zajedno sa jednim komercijalno raspoloživim, neorganskim ili organskim sredstvom za zgušnjavanje (TA), od kojih je svaki prisutan u sledećim proporcijama, u vodi, putem mešanja:

KMnO40.01 g

HC ili PS 0.12 g

NaOH 0.04 g

TA 0.5 to 7 g

voda do 100 ml

Primeri 1 do 38, komparativni primeri 1 do 82 – Testovi stabilnosti

Rastvori, izrađeni kao što je prethodno opisano, izmereni su u foto-čitaču, uz utvrđivanje da li je odnos između Mn(VII) i Mn(VI) bio iznad 75%, tokom perioda od 20 minuta. Nakon toga je dodato 0.5 ml 0.1% rastvora glukoze, a gradijent boje je praćen tokom perioda od 10 minuta. Kompozicija se smatrala stabilnom kada je odnos Mn(VII)/Mn(VI) bio iznad 75% i odvijala se jasna promena boje od purpurne do zelene.

Tačne količine odgovarajućih sredstava za zgušnjavanje date su u Tabelama 1 i 2, u nastavku, zajedno sa ocenom “+” za stabilno ili “-“ za nestabilno, kada su organska sredstva za zgušnjavanje testirana u primerima 1 do 34 i komparativnim primerima 1 do 72 iz Tabele 1, a neorganska sredstva za zgušnjavanje su testirana u primerima 35 do 38 i komparativnim primerima 73 do 82 iz Tabele 2. U tabelama su navedeni komercijalni nazivi, proizvođač, i, ukoliko je to poznato, aktivna supstanca ili barem klasa supstance. Međutim, ostali adjuvantni materijali komercijalnih proizvoda su u potpunosti nepoznati u ogromnoj većini slučajeva, budući da je takav podatak od strane proizvođača uglavnom izostajao.

Ovo je, takođe, razlog što se ne mogu zauzeti uopšteno primenjivi stavovi u odnosu na pogodnost komercijalno dostupnih proizvoda u ovom pronalasku. Ipak, u tabelama u nastavku, može se naći detaljna interpretacija dobijenih rezultata.

Najveći broj komercijalnih naziva sredstava za zgušnjavanje je brendiran. Ipak, označavanje svakog od pojedinačnih naziva u tabelama sa<®>ili<TM>je izostavljeno iz praktičnih razloga.

Bez želje da se vežemo teorijom i uz prethodno pomenuto ograničenje da su nepoznati adjuvansni materijali aktivne supstance formulisani u gornje komercijalne proizvode, može se izvesti sledeće iz prethodne Tabele 1:

Vidi se da je peroksidisulfat (PS) poželjniji u odnosu na hipohlorit (HC) kao drugi jak oksidans kada će se kao sredstva za zgušnjavanje koristiti organski surfaktanti. Sem toga, količinu organskih surfaktanata koji će se upotrebiti treba minimizovati da bi se garantovala stabilnost kompozicije u predviđenom vremenskom periodu. Iako neki surfaktanti ostaju stabilni u proporciji od težinskih 7%, drugi će izazvati reakciju čak i iznad težinskih 2%. Koncentracija organskog surfaktanta u kompoziciji poželjno ne bi trebalo da bude veća od težinska 3%, poželjnije da ne prelazi 2% težine. Ukoliko ova količina nije dovoljna za željeni stepen ograničenja protočnosti, dodatno se mogu dodati jedno ili više neorganskih sredstava za zgušnjavanje, koji, isto tako, zahtevaju priliku za uklanjanja neorganskih rezidua, kako je prethodno pomenuto.

Uzimajući u obzir klase materijala organskih surfaktanata, anjonski surfaktanti, kao što su masni alkil (benzen) sulfati, sulfonati, karboksilati i fosfati, pokazuju veću stabilnost od katjonskih surfaktanata, kao što su masne alkil amonijum soli ili (u visoko alkalnim sredinama) neutralnih molekula, kao što su masni alkil amini, amfoterni surfaktanti (betaini) ili ne-jonogeni surfaktanti. Iako su poslednji, kao što je polialkilen oksid masni alkil etar, povremeno stabilni, bolje ih je modifikovati sa anjonskim grupama. Izuzetak su masni alkil aminoksidi, koji obezbeđuju veoma dobre rezultate. Polisaharidi, kao što su celuloza i ksantan derivati, nisu bili očekivano stabilni, što bi trebalo da je posledica brojnih OH grupa koje se mogu lako oksidovati. Od dva testirana derivata silikona, jedan je bio pogodan pri niskim količinama, ali njegova tačna modifikacija nije bila poznata. Drugi, amino-modifikovani silikonski elastomer, nije bio stabilan čak ni u količini od težinskih 0.5%.

Tabela 2, koja obuhvata rezultate dobijene sa neorganskim sredstvima za zgušnjavanje, pokazuje da su obe, i sintetski filosilikat i pirogena silicijumova kiselina (takođe, označena kao amorfna silicijumova kiselina) u kompoziciji pogodne za primenu kao sredstva za zgušnjavanje. Opet, od modifikacije zavisi da li se može održati dovoljno stabilna kompozicija ili ne. Bez želje da se vezujemo teorijom, smatra se da prirodni proizvodi sadrže isuviše velike količine organskih kontaminata, koji su meta sredstava za oksidovanje, što dovodi do lažnih rezultata detekcije. Ovo isto važi, čak u većem stepenu, za organski modifikovana neorganska sredstva za zgušnjavanje.

Prosečan stručnjak može da odredi pogodno sintetsko, neorgansko sredstvo za zgušnjavanje i/ili organsko sredstvo za zgušnjavanje da se nalazi unutar izbora prema pronalasku za inače prethodno determinisanu kompoziciju, praktično i bez nepotrebnog eksperimentisanja, već putem jednostavne serije ogleda na osnovu svog opšteg znanja iz struke i primenom ovde datih instrukcija.

Primeri 39 do 42, Komparativni primer 83 – vertikalna površina

Kompozicije sredstva za zgušnjavanje, Dowfax 2A1 (analogno Primeru 1 ali upotrebom težinskih 0.5 % sredstva za zgušnjavanje), Ammonyx LO (analogno Primeru 33), Laponite RD (analogno Primeru 35, ali upotrebom težinskih 1.5 % sredstva za zgušnjavanje), i HDK D1515B (analogno Primeru 37, ali upotrebom težinskih 1.5 % sredstva za zgušnjavanje), tj. dva organska (masni alkil difenil oksid disulfonat; dodekan aminoksid) i dva neorganska sredstva za zgušnjavanje (filosilikat; pirogena silicijumova kiselina), proizvedene su kao kompozicije Primera 39 do 42. Odgovarajuća kompozicija, za koju nije korišćeno sredstvo za zgušnjavanje već peroksidisulfat kao drugi oksidans, poslužila je kao Komparativni primer 83.

Sve četiri kompozicije su sprejom raspršene na vertikalnu površinu od nerđajućeg čelika, gde je jednim potezom prethodno aplikovan 0.1% ili 0.01% rastvor glukoze i osušen je, kako bi se dobila količina glukoze od otprilike 1 mg/100cm<2>, odnosno 0.1 g/100cm<2>, kao organski “kontaminant” površine.

Kompozicija Primera 39 (Dowfax 2A1) i Primera 50 (Ammonyx LO) su bile obe prezentovane kao stabilna pena, ona Primera 41 (Laponite RD) kao tiksotropni gel, a ona Primera 42 (HDK D1515B) kao tiksotropna tečnost.

Kompozicije Primera 39 do 42 koje su prvo imale purpurnu boju, promenile su svoju boju u zelenu tokom 30-120 sec u kontaminiranim tačkama na površini, ukazujući na prisustvo organskog kontaminanta. Zelena boja se zatim održava u toku 1-2 min, svaka bez zapažanja vidljivog pomeranja kompozicije oticanjem.

U kompoziciji Komparativnog primera 83, koji nije imao sredstvo za zgušnjavanje, nije zapaženo vidljivo obezbojavanje jer je odmah skliznuo sa površine. Isto tako, zbog posledične niske gustine sloja, nije bilo moguće prepoznavanje boje.

Suprotno tome, ispostavilo se da je kompozicija iz Primera 39 do 42 visoko osetljiva. Slika 1 prikazuje crnu i belu fotografiju ispitivanja Primera 40 otprilike 10 min nakon primene kompozicije na površinu (kada je pena već počela da beži sa površine). Referentni broj 1 indikuje ne-obezbojavanje, tamniji deo pene (koji je ustvari obojen purpurno), dok 2 indikuje svetliji deo (aktuelno obojen zeleno) na levoj strani koja je bila mnogo više kontaminirana (1 mg glukoze/100cm<2>) i 3 indikuje svetliji deo (obojen zeleno) u manje kontaminiranoj desnoj polovini (0.1 mg glukoze/100cm<2>).

Može se primetiti da je obezbojavanje desno neznatno manjeg intenziteta ali još uvek veoma jasno vidljivo golim okom. Kontaminacija se jasno otkriva u oba slučaja.

Ovim pronalaskom se tako mogu brzo i pouzdano otkriti organski kontaminanti, čak pri količini od samo 0.1 mg/100cm<2>tako da se mogu jasno primetiti, pa i u slučaju kada se kao sredstvo za zgušnjavanje koristi organski surfaktant kao u Primeru 40, prikazano na Slici 1. Poslednje očigledno nije pokazalo lažno-pozitivan rezultat tokom 10 min (zbog toga što bi, u suprotnom, morala celokupna pena da je promenila boju).

Manje količine kontaminanata mogu, naravno, isto tako biti otkrivene, bilo još uvek golim okom ili izvođenjem digitalnog poređenja boja uz pomoć kompjutera. Ovakvo poređenje može, na primer, da se izvede pravljenjem fotografije površine prekrivene kompozicijom, korišćenjem digitalne kamere, te poređenjem fotografije sa skalom datih boja, a primenom softvera za poređenje boja, npr., prevođenjem boja na fotografiji, ili barem njenom relevantnom delu, u RGB vrednosti.

Kao rezultat, zaostali kontaminanti mogu čak biti otkriveni na površinama koje su već podvrgnute čišćenju primenom ovog pronalaska. Ovaj pronalazak je, zbog toga, savršeno pogodan za kontrolu kvaliteta procesa čišćenja u industrijskim postrojenjima.

Primer 43 – Površina okrenuta nadole

Želatinozna, tiksotropna kompozicija, formirana sa filosilikatom Laponite RD u količini od 1.5 % težine kao sredstvom za zgušnjavanje (analogno Primeru 41), raspršena je sa poleđinske strane ploče od nerđajućeg čelika koja je bila pripremljena sa glukozom, kao organskim kontaminantom analogno načinu iz prethodnih Primera 39 do 42. I ovog puta, javlja se zeleno obojenje tokom 30 sec i, ostaje vidljivo tokom sledećih 5 minuta. Tokom ovog perioda, kompozicija nije ispoljila tendenciju da sklizne.

Primeri 44 do 58, Komparativni primeri 84 i 85 – Formiranje mangan dioksida

Kompozicije su proizvedene kako je prethodno naznačeno - svaka sa peroksidisulfatom kao drugim oksidansom - uz upotrebu vrsta i količina sredstava za zgušnjavanje koje su navedene u Tabeli 3 u nastavku i, izvršeno je ispitivanje na formiranje mangan dioksida.

Za ove svrhe, 100 ml svake kompozicije - opciono zajedno sa 1 ml 0.01% rastvora glukoze kao “kontaminanta” - stavi se u bocu od providnog stakla, u tečnost se potopi mala metalna ploča od nerđajućeg čelika, boca se zatvori i ostavi da stoji u toku 20 minuta. Onda se metalna ploča ukloni i vizuelno pregleda kao i zid boce, na ostatke mangan dioksida koji su eventualno prionuti. Zapažene količine prionutog mangan dioksida su evaluirane ovako:

- nema vidljivih sedimenata mangan dioksida

minimalna količina sedimenata mangan dioksida

+ vidljiva količina sedimenata mangan dioksida

++ velika količina sedimenata mangan dioksida

+++ veoma velika količina sedimenata mangan dioksida.

Jasno je primetno iz Tabele 3, na sledećoj strani, da količina sedimenata mangan dioksida na zidu boce i/ili metalnoj ploči može biti - delimično značajno - snižena za sve primere ovog pronalaska kada se uporede sa komparativnim primerima.

Primeri 59 do 64 i Komparativni primeri 86 i 87 – Indikujući efekat

U cilju ispitivanja količine pri kojoj permanganat obezbeđuje promenu boje koja se dobro detektuje u kompozicijama kada reaguje sa organskim kontaminantima, izvedeni su sledeći eksperimenti.

Pripremljene su kompozicije od kojih svaka sadrži sledeće:

KMnO40.01 g

HC 1.3 g

NaOH 0.35 g

zgušnjivač 0.9 g

voda do 1000 ml

Zgušnjivač, koji je korišćen u svim slučajevima ovog serijala eksperimenata, bio je Laponite RD. U ove rastvore, koji su prema tome sadržavali permanganat u koncentraciji od 0.01 g/L, dodate su različite količine dodatnog KMnO4da bi se dobile koncentracije navedene u Tabeli 4, u nastavku. Ovi rastvori su zatim raspršeni po zidu vertikalne keramičke pločice na koju je prethodno aplikovan 0.01% rastvor glukoze i, izvršeno je sušenje, analogno načinu u Primerima 39 do 42, kako bi se dobila količina glukoze od otprilike 1 mg/100cm<2>kao organski “kontaminant” površine.

Promena boje indikatora od purpurne u zelenu, kao posledica redukcije permanganata, pregledana je vizuelno na površinama po kojima su raspršene kompozicije i, evaluacija je izvršena na sledeći način:

- Promena boje nije uopšte ili je teško vidljiva

Promena boje je vidljiva uz poteškoće

+ Promena boje je praktično vidljiva

Vidi se da je promena boje, koja je generalno pogodna za otkrivanje ne-kontaminacije, bila vidljiva počevši od koncentracije permanganata od 0.11 g/L i sve do koncentracije od 0.61 g/L. Praktično je bila vidljiva unutar opsega koncentracija od 0,16 do 0,51 g/L. Sa 0.01 g/L permanganata, obojenost kompozicije je bila suviše bleda, dok je pri 0.76 g/L bila previše intenzivna da bi bilo moguće jasno primetiti promene boje.

Iz ovoga, može da se izvede opseg poželjnih koncentracija za permanganat kao indikator od otprilike 0.1 do 0.6 g/L i, još poželjniji opseg od 0.15 do 0.5 g/L.

Osim opsega koncentracija permanganata koji će imati prednosti, prethodni primeri, isto tako, jasno pokazuju da se u ovim poželjnim ostvarenjima ovog pronalaska, permanganat koristi ne toliko kao oksidans već pre kao indikatorski sistem, jer odsustvo promene boje pokazuje da je oksidans sadržan uz permanganat već eliminisao sve kontaminante predviđene za oksidaciju. Zbog toga, u ovim ostvarenjima pronalaska, “dodatni oksidans” je ustvari glavni oksidans.

Primer 65 – Efekat čišćenja

Razmatrajući rezultate prethodnih primera, ispitan je odnos količina permanganata i dodatnih oksidanasa, kao i najmanja neophodna količina oksidanasa u kompozicijama koja, osim efekta otkrivanja unutar relativno kratkog vremena izlaganja, deluje putem čišćenja površina od istrajnih kontaminanata. Da bi se ovo izvelo, pripremljene su sledeće smeše, sa količinom hipohlorita koja varira na način naveden u Tabeli 5 u nastavku:

KMnO40.01 g

HC između 0.03 i 1.3 g

NaOH 0.35 g

zgušnjivač 0.9 g

voda do 1000 ml

15 ml mešavine od 40 g ekstrakta slada i 8 g dijatomejske zemlje (u 38 g gradske vode) kao veštački kontaminant koji je teško ukloniti, stave se na čelične ploče dimenzija 15x15 cm koje su poznate težine i, osuši se. Zatim se po tome rasprše prethodno pripremljene smeše i, svaka se ostavlja da deluje 2 minuta, zatim se ispira sa 50 ml vode i osuši se.

Osušene ploče se zatim mere da bi se otkrilo da li na njima još uvek ima organskih rezidua.

U Tabeli 5 u nastavku, efekat čišćenja veštačkog kontaminanta (48 g ukupno) se ispituje na osnovu toga koliko ga je zaostalo na odgovarajućoj ploči:

-- > 30 g

- < 30 g, ali > 20 g

< 20, ali > 10 g

+ < 10 g

Tabela 5 – Efekat čišćenja

Ovo pokazuje da količina “dodatnog”, ili glavnog, oksidansa prema permanganatnom indikatoru treba da bude najmanje 10 puta, poželjnije najmanje 20 puta količina permanganata i, u odnosu na posebno brzo čišćenje poželjno 30 puta količina permanganata, kao i da je koncentracija od najmanje 0.3 g/L oksidansa neophodna da bi se omogućilo oslobađanje površina od organskih kontaminata, koje je teško ukloniti u okviru kratkog vremenskog perioda bez zaostajanja rezidua.

Gornji primeri tako pokazuju da primena pogodno odabranog sredstva za zgušnjavanje u kompozicijama ne samo što ograničava protočnost u periodu od nekoliko minuta tako da kompozicije sasvim prijanjaju na vertikalne i spoljašnje površine okrenute nadole, već isto tako, može da se poveća i stabilnost oksidansa i efektivno suzbije formiranje mangan dioksida, čime se poboljšava mogućnost otkrivanja organskih kontaminata putem jednostavne promene boje i značajno snižava formiranja neorganskih ostataka na površinama koje treba testirati. Sem toga, pokazano je da, kada se izaberu pogodni parametri, iznenađujuće, u kompozicijama se čak i organski surfaktanti mogu upotrebiti kao sredstva za zgušnjavanje. Kada se koriste neorganska sredstva za zgušnjavanje, međutim, sintetski materijali su poželjniji u odnosu na prirodne jer ovi poslednji – verovatno zahvaljujući prisustvu prirodnih organskih kontaminata u sebi – mogu dovesti do lažnih rezultata detekcije.

Claims

PATENTNI ZAHTEVI

1. Upotreba kompozicije na bazi vode koja sadrži:

a) najmanje jedan oksidans koji oksidiše organske nečistoće u unapred određenom vremenskom periodu,

b) indikatorski sistem na bazi boje, i

c) jedno ili više sredstava za zgušnjavanje

za otkrivanje bilo kakve kontaminacije površine organskim supstancama, putem vizuelnog ispitivanja nakon primene vazdušnog raspršivanja kompozicije na površinu, pri čemu

- kompozicija se ne sliva ili ne ispušta tokom navedenog prethodno utvrđenog vremenskog perioda nakon njene primene vazdušnim raspršivanjem zbog efekta zgušnjavanja;

- jedno ili više sredstava za zgušnjavanje je/su stabilni u sastavu kompozicije tokom prethodno utvrđenog vremenskog perioda; i

- jedno ili više sredstava za zgušnjavanje je/su odabrani od sintetičkih filosilikata, pirogenog silikata i masnih alkil (benzen) sulfata, sulfonata, karboksilata, fosfata i aminoksida, kao i njihovih mešavina;

i pri čemu promena boje kompozicije, primenjene na površinu tokom navedenog prethodno određenog vremenskog perioda ukazuje na organsko zagađenje površine na toj lokaciji.

2. Upotreba prema zahtevu 1, naznačena time što je prethodno određen vremenski period najmanje 10 s.

3. Upotreba prema zahtevu 1 ili 2, naznačena time što je najmanje jedan oksidans odabran od permanganata, peroksodisulfata, soli halogen oksokiselina i njihovih smeša.

4. Upotreba prema bilo kom od prethodnih zahteva, naznačena time što oksidans sadrži permanganat.

5. Upotreba prema zahtevu 4, naznačena time što pored permanganata, oksidant sadrži najmanje jedan dodatni oksidans, čiji je oksidacioni potencijal viši od oksidacionog potencijala permanganata.

6. Upotreba prema zahtevu 5, naznačena time što dodatni oksidant je odabran od peroksodisulfata i hipohlorita.

7. Upotreba prema bilo kom od zahteva 4 do 6, naznačena time što permanganat istovremeno služi kao indikator boje.

8. Upotreba prema bilo kom od zahteva 4 do 7, naznačena time što su organski zgušnjivači sadržani u ukupnoj količini koja nije veća od 2% težine ukupne kompozicije.

9. Upotreba prema zahtevu 8, naznačena time što su organski zgušnjivači sadržani u ukupnoj količini koja nije veća od 1% težine ukupne kompozicije.

10. Upotreba prema bilo kom od prethodnih zahteva, naznačena time što kompozicija dodatno sadrži jedno ili više pomoćnih sredstava odabranih od pH regulatora, stabilizatora tvrdoće i biocida.

11. Upotreba prema bilo kom od prethodnih zahteva, naznačena time što je vizuelno ispitivanje kompjuterski-pomognuto i obuhvata sprovođenje digitalnih poređenja boja.