MATERIALARCHIV

Fischer-Tropsch Hartwachs

Fischer-Tropsch Hartwachs
Materialgruppen:
Wachs > Wachse der Petrochemie Materialbeschrieb Fischer-Tropsch-Hartwachse sind ein Gemisch aus festen, meist unverzweigten, gesättigten Kohlenwasserstoffen, die durch die Fischer-Tropsch-Synthese hergestellt werden. Fischer-Tropsch-Hartwachse sind synthetische Produkte auf der Basis von Kohle, Biomasse oder Erdgas. Erstes Ziel dieser Synthese ist die Herstellung flüssiger Treibstoffe, die Wachse fallen als Nebenprodukte an. Die Abstimmung der Arbeitsbedingungen bestimmt die chemische Struktur dieser Wachse und ist somit für die Produkteigenschaften entscheidend. Fischer-Tropsch Wachse bestehen fast ausschliesslich aus unverzweigten, geradkettigen Alkanen mittlerer bis hoher Kettenlänge. Aufgrund ihrer chemischen Struktur kann man sie auch als synthetische Paraffinwachse bezeichnen. Daneben gibt es noch die Produktgruppe der Fischer-Tropsch-Mediumwaxes. Fischer-Tropsch-Hartwachse sind sehr harte, homogene Wachse mit einem hohen Erstarrungspunkt sowie hohen Kristallinität. In der Kerzenindustrie und im Kunsthandwerk werden Fischer-Tropsch-Hartwachse als Zusatzstoffe zur Einstellung der Eigenschaften von Wachsmischungen eingesetzt. Weiter sind sie als Additive in unterschiedlichsten Anwendungen von grosser Bedeutung, insbesondere als Zusatz von Heizschmelzklebern (Hot Melt Adhesives), Farben, Lacken, Druckfarben, Poliermitteln, Textilchemikalien und in der Kuststoffverarbeitung (Polymer Processing). In kleinerem Umfang finden sie auch in der Kosmetik- und Lebensmittelindustrie Verwendung. Abkürzung:
FT-Wachs, FT-Hartwachs Andere Bezeichnungen/Synonyme:
synthetischer Hartwachs, synthetisches Hartparaffin Alternative Schreibweise(n):
Fischer-Tropsch-Wachs, Fischer-Tropsch-Hartwachs Chemische Formel:
CnH2n+2 UN-Nummer:
3257 CAS-Nummer:
8002-74-2 Italienische Bezeichnung:
cera Fischer-Tropsch Französische Bezeichnung:
cire de Fischer-Tropsch Englische Bezeichnung:
Fischer-Tropsch wax, Fischer-Tropsch hardwax Ähnliche Materialien:
Polyethylenwachse, Hartparaffine Hintergrund Etymologie:
Fischer-Tropsch-Wachse werden nach ihrem Herstellungsverfahren benannt. Der Name geht auf die Forscher Franz Fischer (1877-1947) und Hans Tropsch (1889-1935) zurück, welche das nach ihnen genannte Verfahren im Jahre 1925 entwickelt haben. Geschichte:
Die Synthese von Kohlenwasserstoffen geht auf Versuche von Bergius im Jahr 1912 zurück. Er konnte nachweisen, dass Kohle beim Erhitzen mit Wasserstoff unter Druck ölige Kohlenwasserstoffe liefert. Das Fischer-Tropsch-Verfahren, bei dem aus einem Synthesegas Kohlenwasserstoffe gebildet werden, wurde 1925 am Kaiser-Willhelm-Institut für Kohlenforschung in Mühlheim an der Ruhr entwickelt. Eine wichtige Rolle spielte die IG-Farben, die 1928 die ersten vollwertigen synthetischen Wachse auf den Markt brachte. 1935 setzte schliesslich die grosstechnische Erzeugung von Fischer-Tropsch-Wachse ein. Da die Produkte der FT-Synthese nicht mit den Erdölprodukten konkurrenzfähig waren, gab die Industrie das Verfahren nach dem zweiten Weltkrieg nahezu vollständig auf. Lediglich im erdölarmen, aber kohlereichen Südafrika wurde die FT-Synthese weiterhin praktiziert und entwickelt. Durch die wirtschaftlichen Veränderungen auf dem Erdölsektor dürfte die FT-Synthese in Zukunft wieder interessanter werden. Ökonomie:
Viele Anwendungsgebiete der Paraffinwachse verlangen nach einer erweiterten Bandbreite bezüglich spezifischen Eigenschaften, welche die aus den Erdölfraktionen gewonnen Wachse nicht abdecken. Weiter ist deren Vorkommen mengenmässig begrenzt, so dass das Verfahren, Wachse gezielt durch eine chemische Synthese herzustellen, diese Lücken schliessen kann. Die Fischer-Tropsch Hartwachse gehören zu den meistverwendeten synthetischen Wachsen. Der weltweit grösste Hersteller ist die südafrikanische Sasol mit dem Werk in Sasolburg. Bis vor einigen Jahren wurde an diesem Produktionsort Kohle vergast, heute ist die Herstellungsbasis Erdgas. Shell fabriziert in einer Anlage in Malaysia ebenfalls FT-Wachse, die auf Erdgas basieren. Da die Erdölvorkommen endlich sind, wird der Rohstoff der traditionellen Paraffinwachse immer knapper. Als Alternative werden deshalb in Zukunft vermehrt Fischer-Tropsch Wachse zum Einsatz kommen, was zu einer erhöhten Nachfrage führen wird. Ökologie:
Fischer-Tropsch Hartwachse werden als für Mensch und Umwelt unbedenklich eingestuft. Bei der Herstellung kann die Umwelt allerdings durch CO2-Emissionen belastet werden, die durch die Kohlenvergasung entstehen. Recycling:
FT-Hartwachse lassen sich aufbereiten und wiederverwenden. Kunst, Handwerk, Design:
Wachs wurde schon im Altertum in Kunst und Kunsthandwerk verwendet. Als Bestandteil von Wachsgemischen mit Paraffinwachs sind Fischer-Tropsch Hartwachse besonders in der modernen und zeitgenössischen Kunst von Bedeutung. Herstellung Herkunft, geografische Region:
Produktion hauptsächlich in Südafrika (Sasol) und Malaysia (Shell) Entstehung:
Fischer-Tropsch-Wachse sind synthetische Produkte, die auf Basis von Kohle, Biomasse oder Erdgas hergestellt werden. Gewinnung:
Der kohlenstoffreiche Rohstoff wird in ein Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltendes Synthesegas umgewandelt, welches als Ausgangsstoff für die Fischer-Tropsch-Synthese dient. Die Fischer-Tropsch-Synthese ist eine Polymerisation von CH2-Einheiten aus dem Synthesegas bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck in Gegenwart eines Katalysators. Das vordergründige Ziel des Fischer-Tropsch-Prozesses ist die Herstellung flüssiger Treibstoffe. Die Wachse fallen dabei als Nebenprodukt an. Sie werden nachfolgend durch Destillieren in die gewünschten Fraktionen, in Mediumwaxes und Hardwaxes aufgetrennt. Die Hartwachse werden abschliessend noch hydriert, um die polaren und ungesättigten Verbindungen in Alkane umzuwandeln und um nahezu 100% reine Kohlenwasserstoffmoleküle zu erhalten. Eigenschaften Kennwerte beziehen sich auf:
Fischer-Tropsch-Hartwachse Zusammensetzung/Analyse:
Fischer-Tropsch-Wachse bestehen aus gesättigten, geradekettigen Kohlenwasserstoffen mit einer Kettenlänge von 30–50 Kohlenstoffatomen pro Molekül. Der Anteil verzweigter oder zyklischer Ketten ist äusserst gering. Nicht hydrierte Wachse können polare und ungesättigte Verbindungen enthalten (Alkohole, Aldehyde, Fettsäuren). Beimischungen, Art:
Fischer-Tropsch-Hartwachse können Antioxidantien enthalten Beimischungen, Anteil in %:
Ölgehalt 0-1.5% Gefüge/Mikrostruktur:
Fischer-Tropsch-Wachse sind vorwiegend von feinkristalliner Struktur, ähnlich den mikrokristallinen Wachsen. Weniger häufig sind Fischer-Tropsch-Wachse mit eher makrokristalliner Struktur. Diese als Mediumwaxes bezeichneten Wachse weisen tendenziell eine tiefere mittlere Kettenlänge und somit einen tieferen Schmelzpunkt auf. Besonderheiten:
Die Fischer-Tropsch-Mediumwaxes mit einem Schmelzbereich von 50-75° C, werden fast ausschliesslich in Südafrika vertrieben und dort in der Kerzenproduktion als Ersatzprodukt der mineralölbasierten Paraffine eingesetzt. Nachweis:
Chemische Zusammensetzung: Elementaranalyse, Fourier-Transform-Infrarotspektrometrie (FTIR), Kernspinresonanzspektroskopie (NMR)
C-Ketten Verteilung: Gaschromatographie (GC)
Thermisches Verhalten: Differential scanning calorimetry (DSC) Alterungsverhalten:
Fischer-Tropsch-Wachse gelten als sehr beständig. Sie werden weder durch Hydrolyse, noch durch Biodegradation wesentlich abgebaut. Geringe Bestandteile können photooxidativ abgebaut werden (ungesättigte und polycyclische Kohlenwasserstoffe). Aufgrund ihrer Reinheit und ihres geringen Anteils an verzweigten Alkanen sind Fischer-Tropsch-Wachse gegenüber Oxidation beständiger als viele andere Kohlenwasserstoffwachse. Erscheinung:

Farbe: Gelbtöne, Weisstöne
Geruch: neutral
Haptik: hart
Fischer-Tropsch-Hartwachse sind brüchig und spröde Beständigkeit:

Lösungsmittelbeständigkeit: bedingt beständig
Fischer-Tropsch-Wachse sind in unpolaren Lösungsmitteln löslich oder quellbar und im Vergleich zu anderen natürlichen und synthetischen Wachsen gegenüber der Einwirkung von Lösungsmittel grundsätzlich beständiger. In Wasser sind Fischer-Tropsch-Wachse unlöslich. Temperaturbeständigkeit: bedingt beständig
Wachse sind thermoplastische Materialien und verflüssigen sich bei erhöhten Temperaturen. Fischer-Tropsch-Wachse schmelzen bei ca. 100–115 °C. Sie gehören zu den temperaturbeständigsten Wachsen. UV-Beständigkeit: bedingt beständig
Fischer-Tropsch-Wachse sind ziemlich beständig gegenüber UV-Strahlung. Erst längere Einwirkung führt zu Oxidation der Oberfläche und somit zu Vergilbung des Materials. Fischer-Tropsch-Wachse gehören zu den UV-beständigsten Wachsen. Mechanische Eigenschaften:

Dichte [ρ]: 770.00 bis 780.00 kg/m3
Dieser Wert gilt bei 100°C Nadelpenetration: 0.000 bis 7.00 0,1 mm/25°C
Viskosität (100°C): 8.00 bis 10.00 mm2/s

Thermische Eigenschaften:

Erstarrungspunkt/-bereich: 80.00 bis 110.00 °C
Schmelzpunkt/-bereich [T_SM]: 80.00 bis 115.00 °C
Tropfpunkt: 90.00 bis 120.00 °C

Verträglichkeit: Bioverträglichkeit:
Fischer-Tropsch-Wachse werden als für Mensch und Umwelt ungefährlich eingestuft. Hochdruckhydriertes FT-Hartwachs ist als Lebensmittelzusatzstoff E905 zugelassen und entspricht den Arzneibuchvorschriften und der Kosmetikverordnung. Quellen der Kennwerte: Die Eigenschaften von Fischer-Tropsch-Wachsen sind abhängig von der Abstimmung der Arbeitsbedingungen bei der Synthese. Es gibt daher keine allgemeingültige Kennwerte. Die aufgeführten Werte sind technischen Datenblättern verschiedener Produkte entnommen. Bearbeitung Lieferformen:
Pulver, Granulat, Pastillen, flüssig (in geheizten und isolierten Tankwagen oder Containern) Lieferbare Materialqualitäten:
Verschiedene Erstarrungspunkte und Härten Formen und Generieren: giessen, schmelzen
Fügen und Verbinden: schweissen
Oberflächenbearbeitung: polieren
Oberflächenbehandlung: bemalen
Trennen und Subtrahieren: bohren, sägen, schneiden, wasserstrahlschneiden
Lagerung und Aufbewahrung:
Objekte aus Wachs vertragen keine hohen Temperaturen. Sie sind ausserdem vor direkter Sonneneinstrahlung und Staub geschützt aufzubewahren. Da Fischer-Tropsch-Hartwachs nicht hygroskopisch ist, ist die relative Feuchtigkeit für die Lagerung von Objekten von geringer Bedeutung. Restaurierung:
Eine Reinigung der Oberfläche erfolgt trocken mit einem weichen Pinsel. Vom Einsatz von Lösungsmitteln ist dringend abzuraten; sie verändern die Oberflächenstruktur und hinterlassen einen schmierigen Film. Das Entfernen tiefsitzender Schmutzschichten ist oft nicht möglich. Das Zusammenfügen von Bruchstücken stellt eine grosse Herausforderung dar: Mit Klebstoffen sind keine starken Verbindungen zu erreichen. Das Verschmelzen von Bruchstücken ist nicht reversibel und in der Regel nur mit einer sichtbaren Verbindungsstelle zu bewerkstelligen. Anwendung Anwendungsgebiete:
Kunststoffindustrie, Farbstoffindustrie, Textilindustrie, Bauwesen, Kunstgewerbe, Lebensmittelindustrie, Kosmetik- und Pharmaindustrie, Druckgewerbe, Lackindustrie Anwendungsbeispiele:
Additiv in der Kunststoffverarbeitung, Zusatz in Heizschmelzklebern, Lacken, Textilchemikalien, Farben, Lacken und Poliermitteln, Zusatz in Wachsgemischen zur Schmelzpunkterhöhung, Verbesserung der Temperaturbeständigkeit und Verminderung der Transparenz, Additiv zur Herstellung von Kaugummigrundmassen, Überzugs- und Trennmittel in der Lebensmittelindustrie, formgebendes Basismaterial für Maskara und Eyeliner, Grundmasse für Lippenstifte, Regulativ für den Schmelzpunkt in Cremes und Lotionen Sammlungen

Muster in folgenden Sammlungen: Gewerbemuseum Winterthur, Sitterwerk St. Gallen
Standort in der Sammlung: Gewerbemuseum Winterthur:
Wachs > Schublade 7 Bezugsquelle Bezugsquelle Sammlungsmuster:
Kemtan AG: www.kemtan.ch/de/ Quellennachweis Verwendete Quellen:
Bayerische Wachszieherinnung (1998). Fachbuch für den Wachzieher/Wachsbildner. Schroff Druck und Verlag GmbH: Augsburg.
Bennett, H. (2011). Commercial Waxes (2. Aufl.). New York: Chemical Publishing Company.
Büll, R. (1959-1977). Das grosse Buch vom Wachs. Frankfurt a. M.: Farbwerke Hoechst AG
Chemical Plus. Fischer-Tropsch Wax. www.chemicalplus.com/PDF/Fischer-Tropsch%20Wax.pdf (Stand 27. 6. 2013)
Freud, M. et al. (1982). Paraffin products: Properties, technologies, applications (Übersetzung von Jakab, E.). Amsterdam, Oxford und New York: Elsevier.
Lüdecke, C. (1958). Taschenbuch für die Wachsindustrie. 4. Auflage. Stuttgart: Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft mbh.
Meyer, G. (2012). Thermische Eigenschaften von Mikrokristallinen- und Fischer-Tropsch-Wachsen fraktioniert mit der Kurzweg-Destillation. In: SOFW-Jurnal (Vol 138, S. 58-70). Augsburg: Verlag für chemische Industrie. www.sasolwax.com/sasolwaxmedia/Downloads/Meyer+16012013.pdf (Stand 27. 6. 2013)
Sasolwax. Produkteinformationsblatt: Fischer-Tropsch Hartwachse. www.sasolwax.com/sasolwaxmedia/.../SAS_PC_PI_FTW_de_04_12.pdf (Stand 27. 6. 2013) Weitere Quellen:
Knuutinen, U., & Norrman, A. (2000). The analysis of waxes by differential scanning calorimetry and Fourier transform infrared spectroscopy. In: Koskivirta, R. (Hrsg.). Conservation without limits: IIC Nordic Group XV Congress, August 23-26, 2000, Helsinki, Finland (S. 107-115). Loimaa: Loimaan Kirjapaino.
Kühn, H. (2001). Erhaltung und Pflege von Kunstwerken: Material und Technik, Konservierung und Restaurierung. 3. Auflage. München: Klinkhardt und Biermann.
Lang, J. (2011). Adhesives for wax artifacts: investigation of suitable materials and their adhesion properties via tensile and bending tests. In: Symposium 2011: Adhesives and Consolidants for Conservation: research and applications. Ottawa: Canadian Conservation Institute. www.cci-icc.gc.ca/symposium/2011/index-eng.aspx (Stand 11. 2. 2013)
The Petroleum HPV Testing Group (2011). Waxes and Related Materials: Category Analysis and Hazard Characterization. Washington: American Petroleum Institute. www.petroleumhpv.org/pages/waxes.html (Stand 25. 3. 2013)
Ullrich, J. (2003). Wächserne Körper: Zeitgenössische Wachsplastik im kulturhistorischen Kontext. Berlin: Reimer. Expertin / Experte:
Oliver Timeus, Kemtan AG speciality chemicals Material-Archiv-Signatur:
WAC_PET_1 Text verfasst von:
Sitterwerk, RP, 2014 Bilder

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