DE1769941B2 - Herstellung von fuellstoffen fuer antischaummittel - Google Patents

Herstellung von fuellstoffen fuer antischaummittel

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Description

Es ist bekannt, daß viele Schaumverhütungsmittel, die im Augenblick der Zugabe oder kurze Zeit nach der Zugabe eine gute Wirkung zeigen, nach längerer Berührung mit dem schäumenden System ihre Wirkung verlieren. Wenn Antischaummittel z. B. beim Abpacken flüssiger Produkte dienen sollen, ist eine Dauerwirkung von geringer Bedeutung. Jedoch ist eine Dauerwirkung äußerst wichtig in Fällen, bei denen die Schaumbildung während der Herstellung und Verwendung eines Produktes ein Problem darstellt, z. B. Mischen und Auftragen von Latices als Beschichtungen auf Teppichen. Die Schaumverhütung wird während des Mischens des rohen Latex mit Füllstoffen und Modifizierungszusätzen benötigt. Der gemischte Latex wird dann als gebrauchsfertiges Material an Teppichhersteller verkauft, die solche Latices innerhalb einiger Tage, einiger Wochen oder einiger Monate verarbeiten. Gewöhnlich wenden die Teppichhersteller das Latexgemisch ohne weiteren Zusatz von Antischaummiüeln an. Fo!glich ist es wesentlich, daß die Antischaumwirkung über die Zeit des Mischens, des Transports und der Lagerung sowie bei den Verarbeitungsstufen anhält.
Es wurden bereits verschiedene Verfahren vorgeschlagen, um den verlust an Schaumverhütungswirkung zu kompensieren, wenn Antischaummittel auf der Basis von Organosiloxanpolymeren alkalischen wäßrigen schäumenden Systemen zugesetzt werden. Zum Beispiel werden gemäß der US-PS 31 13 930 feine Füllstoffe, wie Siliciumdioxid, mit: einem flüssigen Methylpolysiloxan erwärmt und gemahlen mit einem Ditnethylpolysiloxanöl bestimmter Viskosität, woraufhin diese Masse wieder erhitzt werden muß, bis es mit einem Emulgator in eine stabile Emulsion übergeführt werden kann. Gemäß dieser Patentschrift wird Siliciumdioxid einige Stunden mit einem Methylpolysiloxan, wie Octamethylcyclotetrasiloxan, mit niedrigem Molekulargewicht erhitzt und dann abkühlen gelassen. Anschließend wird es mit einem flüssigen Dimethylsiloxanpolymeren vermischt und längere Zeit erhitzt, wie z. B. 16 h auf 2000C. Die Behandlung gemäß dieser Patentschrift erfordert einen großen Zeitaufwand, ein abwechselndes Erhitzen und Abkühlen, was sehr aufwendig ist.
Aus der LJS-PS 32 35 509 ist bekannt, Antischaummittel auf der Basis von Organosiloxanpolymeren mit einem sauren Kondensationskatalysator, wie z. Ii. Aluminiumchlorid, F.isen(Ill)-chlorid und anderen Metallhalogeniden sowie Schwefelsaure, zu stabilisieren. Die sauren Katalysatoren und Nebenprodukte, die durch Reaktionen des Katalysators mit der Siliciumdiox'doberl'läche entstehen können, können eine Korrosion der Verarbeitungsanlagen hervorrufen. Außerdem besteht die Gefahr einer Äquilibrierung des Organopolysiloxans, wenn die sauren Stoffe ri'cht aus dem Antischaummittel entfernt werden, wodurch flüchtige Polysiloxane mit niedrigem Molekulargewicht entstehen, deren Verdampfung einen Viskositätsanstieg ergibt und damit das Vermischen und Verarbeiten des Antischaummittel erschwert.
Es wurde nun festgestellt, daß man Antischaummittel aus nichtwaßrigen Flüssigkeiten, insbesondere flüssigen Organopolysiloxanen und anorganischen Füllstoffen, wie Siliciumdioxid, mit besonders langdauernder Wirkung in wäßrig alkalischen Medien erhalten kann, wenn man einen mit einem speziellen Organosiloxan behandelten Füllstoff anwendet, ohne daß dabei der Füllstoff im Sinne der US-PS 31 13 930 vorbehandelt und abwechselnd erhitzt und abgekühlt werden muß.
Die Erfindung betrifft nun die Herstellung eines Füllstoffs für Antischaummittel mit Langzeitwirkung, der oberflächlich mit einer Organosiliciurnverbindung behandelt wird. Erfindungsgemäß erfolgt diese Behandlung zur Umsetzung der an der Oberfläche des Füllstoffs vorhandenen reaktionsfähigen Hydroxylgruppen mit einer flüssigen Dialkylaminoorganosilicium-Verbindung der allgemeinen Formel
(RSN)1(SiR2O)1nSiR2(R)2^
worin ,v 1 oder 2, m eine ganze Zahl von 0 bis 200, R eine Alkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise eine Methylgruppe, und R' eine Alkylgruppe mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise eine Methylgruppe, bedeuten.
Diese Behandlung kann in Gegenwart der nichtwäßrigen Flüssigkeit mit einer Viskosität von etwa 5 bis 90 00OcSt bei 25° C erfolgen, wodurch man direkt zu dem Antischaummittel kommt. Es ist aber auch möglich, den Füllstoff mit der speziellen Organosilicium-Verbindung zu behandeln und diesem behandelten Füllstoff dann das Organopolysiloxan in der erforderlichen Menge zuzusetzen. Der Mengenanteil an Füllstoff soll etwa 1 bis 30 Gew.-% in 99 bis 70% nichtwäßriger Flüssigkeit betragen. Zweckmäßigerweise hat der Füllstoff eine Teilchengröße von etwa 7 bis 25 nm und liegt in einer solchen Menge vor, daß auf je eine Hydroxylgruppe 0,01 bis 10 Mol Dialkylaminogruppen kommen. Bei den bevorzugt angewandten Organosilicium-Verbindungen ist der Index /7?0 bis 40.
Bisher hat man die erfindungsgemäß für die Behandlung der Füllstoffe angewandten alkylarr>inosubstituierten Organosilicium-Verbindungen mit härtbaren Organopolysiloxanen umgesetzt zu Elastomeren, also zu Produkten, die als Antischaummittel nicht brauchbar sind.
Bei den für die Antischaummittel angewandten flüssigen Otganopolysiloxane handelt es sich im allgemeinen um Polymere, die nur Kohlcnwasserstoffgruppen enthalten und deren Verhältnis gegenüber Silicium etwa 1,8 bis etwa 2,2 einwertige Kohlenwasserstoffgruppen ohne aliphatisch ungesättigte Bindungen betragen. Bevorzugt wird als Kohlenwasserstoffgruppe
1 7
44
die Mclhylgruppe. Die Grundeinheit des Polymeren si demnach Dimethylsiloxan.das zumindest 65 MuI-11Ai und vorzugsweise 97,9 Mol-% oder auch darüber des Organopolysiloxans ausmachen soll. Hs können auL-Ii andere Einheiten, wie Trimethylsiloxan, in M - bis 12 Mol-%, insbesondere 0,5 bis 3 Mol-%, .,egen. Darüber hinaus können auch noch Monometh·, isiloxaneinheiten und unsubstituierle Siloxaneinheiten enthalten sein. Bevorzugt werden flüssige Organopoiysiloxane mil endständigen Trimethylsiloxy-Gruppen an Dimethylpoiysiloxanen der Formel
McSiO(MCjSiO)nSiMe1,
worin Me die Methylgruppe bezeichnet und η eine ganze Zahl ist. Die Viskosität dieser Organopoiysiloxane liegt vorzugsweise zwischen 5 und 1000 eSt.
Diese obigen Organopoiysiloxane können teilweise oder vollständig durch andere nichtwäßrige Flüssigkeiten, wie Kohlenwasserstofföle, Polyalkylenglykolöle. Polyalkylenglykolmonoätheröle, Polyalkylenglykoldiätheröle und andere nichtwäßrige öle ersetzt sein. Im wesentlichen kann jedes nichtwäßrige Öl, das nicht wesentlich bei der Umsetzung der hydroxylgruppcnhaltigen Siliciumdioxide mit den erfindungsgemäß angewandten Diaikylaminoorganosilicium- Verbindungen stören, angewandt werden, anderenfalls müßte man den Füllstoff vorher mit der erfindungsgemäßen Verbindung behandeln und dann erst in die Ölkomponente einbringen.
Bei den Füllstoffen handelt es sich — wie erwähnt — um Oxide des Aluminiums, Siliciums oder Titan, insbesondere mit einer Teilchengröße von etwa 7 bis 25 nm, insbesondere etwa 7 bis 12 nm. Ein solches Siliciumdioxid soll wasserfrei 98% SiO2, eine spezifische Oberfläche von zumindest 300 m-/g, einen pH-Wert von 8,5 und eine Teilchengröße von 13 nm besitzen. Brauchbar ist auch ein pyrogenes Siliciumdioxid mit 99,8% SiO2, spezifische Oberfläche 325 m'/g, pH-Wert 3,9, Teilchengröße etwa 7 nm. Bei derartigen Füllstoffen sind die Hydroxylgruppen entweder chemisch gebunden oder liegen in Form von Wasser adsorbiert an der Oberfläche des Füllstoffs vor.
Bei den erfindungsgemäß für die Behandlung der Füllstoffe angewandten Organosiliciumverbindungen soll der Anteil der an Si-Atome gebundenen Dimethylamino-Gruppen R2N 0,6 bis 29 Gew.-% ausmachen. Beispiele solcher Verbindungen sind
(Me2N)2(SiMe2O)11SiMe2,
(Me2N)2SiMe2,
(Me2N)SiMeJ,
(Me2NXSiMe2O)2(,SiMei,
(Me2N)2(SiMe2O)15SiMe2,
oder
(Me2NXSiMe2O)2SSiMe1.
Wird der Füllstoff bereits in Gegenwart de·. Organopoiysiloxane mit der Dialkylaminoorganosiliciumverbindung behandelt, wo rechnet man zweckmäßigerweise etwa 70 bis 99 Gew.-% Organopolysiloxan oder andere nichtwäßrige Flüssigkeit und vorzugsweise etwa 0,5 bis 29,5% flüssige Dialkylamiuoorganosilieiumverbinduiig.
Es ist relativ einfach, den Hydroxylgruppengehah des Füllstoffs zu bestimmen. So läßt man die flüssige Dialkylaminoorganosiliciumverbindung in großem Überschuß mit einer bestimmten Menge Füllstoff reagieren, welcher in einer flüssigen nichiwäßrigen Organopolysiloxanverbindung oder einem Ol dispergiert im, und /war in inerter Atmosphäre bei Raumtemperatur '.5 min bis 5 oder b h, damit sicherge-. steilt ist, daß im wesentlichen alle Hydroxylgruppen des Füllstoffs reagiert haben. Die sich bildende Menge an Dialkylamin wird quantitativ bestimmt und daraus der Hydroxylgriippengehalt des Füllstoffs ermittelt.
Bei der erfindungsgemäßen Umsetzung der Füllstofle mit der Organosiliciumverbindung. gegebenenfalls in Gegenwart eines Organopolysiloxans, braucht nicht erwärmt werden. Es kann jedoch manchmal vorteilhaft sein, insbesondere wenn R' eine Äthyl- oder Propylgruppe ist. Nach dem Mischen kann — wenn schon nichtwäßrige Flüssigkeil anwesend ist — das fertige Antischaummittel Zur Anwendung gelangen. Wurde jedoch zuerst der Füllstoff ohne Gegenwart einer nichtwäßrigen Flüssigkeit mit der Dialkylaminoverbindung behandelt, so kann man diese dann einfach .'n untermischen.
Man kann das entstandene Dialkylamin sowie überschüssige Dialkylaminogruppen vor der Anwendung entfernen, z. B. durch Spülen mit Stickstoff, Dünnschichtverdampfung od. dgl.
Wird zuerst der Füllstoff erfindungsgemäß mit der Dialkylüminoorganosiliciumverbindung umgesetzt und dann erst Organopolysiloxan zugeführt, so gelten die obigen Mengenverhältnisse und Bedingungen.
Die Antischaummittel gemäß der Erfindung sind in besonders wegen ihrer Dauerwirkung in wäßrigen schäumenden Systemen bei alkalischen pH-Werten für viele Anwendungen brauchbar, z. B. zur Herstellung und Verwendung wäßriger Anstrichmittel, l.atexsysieme. Reinigungs- und Waschmittel, bei denen ein Schäumen r> unerwünscht ist. Die genaue Menge an Antischaummittel hängt von der gewünschten Schaumverhütungswirkung ab und von den bestimmten Komponenten des wäßrigen Systems und dem Schaumverhütungsmittel selbst. Mengen im allgemeine:! Bereich von 100 bis 5 κι Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Systems, können verwendet werden. Die Schaumverhütungsmittel können zu trockenen Stoffen, wie Waschpulver, in der Form von Dispersionen \n organischen Lösungsmitteln oder Wasser unter anschließendem Trocknen zu schaumge- ;> bremsten Pulvern zugesetzt werden.
Die Erfindung wird an folgenden Beispielen weiter erläutert.
Beispiel 1
,η Die Zugabe einer erheblichen Menge Dimethylaminoorganosiliciumverbindung zu einer Suspension von feinem Siliciumdioxid-Füllstoff in einem flüssigen Organosiloxanpolymeren verbessert die Dauerhaftigkeit der Schaumverhütung in wäßrigalkalisehen Medien.
-■, Die optimale Dauerwirkung wird erreicht, wenn das Molverhältnis der Dimethylaminoverbindung zu reaktiven Hydroxylgruppen des Füllstoffs mehr als 1 : 1 beträgt.
Dies wird gezeigt unter Verwendung einer Dimelhyl-
iio aminoorganosiliciumverbindung der Formel
(Me2N)1(SiMe2O)^-SiMc2(Me): ,
wobei a = 2, m etwa 5 und die gesamte Me2-N-Konzentration 18Gew.-% — bezogen auf die Flüssigkeit — ist. h-'i Diese Flüssigkeil wird in verschiedenen Mengen gemäß Tabelle I mit 103 Teilen eines Gemisches vermischt, das aus 3 Teilen Siliciumdioxid-Füllstoff mit einer durch schnittlichen Teilchengröße von 7 nm und einer
spezifischen Oberfläche von 325 m-Vg und H)O (ie\v.-Teilen
Me1SiO(Me^SiO)11SiMe1
mit einer Viskosität von 500 cSt besteht.
Jede Zubereitung wurde nach folgendem Verlaliren geprüft. In einen Meßkolbe.n von 100 cm wurden 49,9 g eines wäßrigen carboxylierieii Styrol-Butadien-Kautschuklatex mit einem pH-Wert von 10,5, einem Fcststoffgehalt von 48%, einer Dichte von 1,005, einer Viskosität von 11 cP bei 25 C und einer Oberflächenspannung von 37,5 Dyn/cm bei 25"C eingefüllt und 0,1 g einer Suspension von 1 g einer der genannten Schaumverhütungsmittel in 9 g Polypropylenglykol als Verdünnungsmittel mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 1950 bis 2100 und einer Dichte von 1,0048 g/cmJ zugegeben. Das Gesamtvolumen an Flüssigkeit wurde aufgezeichnet, der Meßkoiben verschlossen und heftig 25mal auf- und niedergeschüttelt (jeder Richtungswechsel ist eine Schüttelbewegung). Nach 1 min Stehen wird das Gesamtvolumen (Flüssigkeit plus Schaum) aufgezeichnet. Das Volumen des gebildeten Schaums wurde dadurch bestimmt, daß das ursprüngliche Flüssigkeitsvolumen vom Volumen nach dem Schütteln abgezogen wurde (anfängliche Schaumbildung). Der verschlossene Meßkolben wurde bei Raumtemperatur 1 Woche gelagert und erneut geschüttelt, um die Schaumbildung nach dem Altern zu bestimmen. Es wurden folgende Ergebnisse erhalten:
Tabelle
Molverhältnis Schaumvolumen (ecm)
-NMC2:-OH
im Füllstoff anfangs nach d. Altern
0 4 32
0,2 3 11
0,4 4 10
0,6 6 12
1,2 4 8
2,4 3 7
3,6 3 7
Die Konzentration reaktiver Hydroxylgruppen im Füllstoff wurde dadurch bestimmt, daß ein großer Überschuß der flüssigen Dimethylaminoorganosiliciumverbindung mit einer abgemessenen Menge Füllstoff umgesetzt wurde, der in Dimethylpolysiloxan dispergiert war in einer Inertgasatmosphärc durch Spülen bei Raumtemperatur, bis keine weitere Dimethylaminbildung beobachtet wurde. Die Gesamtmenge HNMe2 wurde quantitativ bestimmt. Es wurde gefunden, daß der Füllstoff 6,2 mÄq aktive —OH/g-Gruppen oder etwa 10 Gew.-% reaktiver Hydroxylgruppen, bezogen auf den Füllstoff, enthielt. Es wurde keine Unterscheidung zwischen aktiven Hydroxylgruppen in Form von = SiOH oder von Wasser, das fest an die Siliciumdioxidobcrfläche gebunden war, getroffen. Theoretisch würde
1 Mol freies Wasser, das an dem Füllstoff absorbiert ist,
2 Mol Dimethylamin freisetzen.
Der I .atex, der kein Schaumverhütungsmitte! enthielt, ergab 35 —40 ecm Schaum am Anfang und nach dem Altern. Die Zugabe von 0,1 g Polypropylenglykol als Verdünnungsmittel zum Latex ergab anfangs 15 ecm Schaum und 27 ecm nach dem Altern von nur 2 Tagen.
B e ι s ρ ι c I 2
In 87.7 Teilen Polypropylenglykol wurden geinäl.l Beispiel I 0,3 Teile amorphes Siliciumdioxid (7 um, spezifischer Oberfläche 325 ni-Vg) zu Dispersion Λ dispergiert. Dieser wurden ! 2 Gew.-Teile einer flüssigen Dimethyliiminoorganosiliciuni-Verbindung gemäß Bei spiel 1 zugefügt (Dispersion B).
100 mg Dispersion A wurden zu 49.9 g des Latex gemäß Beispiel I zugefügt und das erhaltene Gemisch wie in Beispiel 1 untersucht. Fs wurde der gleiche Tesi durchgeführt unter Verwendung von 100 mg der Dispersion B.
Tabelle Il
Dispersion Schaum volumen (ecm)
Anfangs
13
3
40 nach 2 Tagen
8 nach 1 Woche
B c i s ρ i c I 3
3 Teile gefälltes Siliciumdioxid — 13 nm, pl I-Wert 8,5, spezifische Oberfläche 300 m-7g, SiOrGehalt 98% wasserfrei — wurden in 100 Teilen Dimethylpolysiloxan mit einer Viskosität von 50OcSt (25°C) dispergiert (Dispersion C) und 12 Teile einer Dimethylaminoorganosiiicium-Verbindung gemäß Beispiel 1 zugefügt (Dispersion D).
1 g Dispersion C wurde mit 9,0 g Polypropylenglykol gemäß Beispiel 1 verdünnt und 0,1 g dieses verdünnten Schaumverhütungsmiltels zu 49,9 g des in Beispiel 1 genannten Latex zugefügt. Das Verfahren wurde unter Verwendung von Dispersion D wiederholt.
Tabelle HI
Dispersion Schaumvolumen (ecm)
anfangs nach 1 Woche Altern
Beispiel 4
2 Gew.-Teile eines amorphen Siliciumdioxids — 7 nm, spezifische Oberfläche 350 m2/g — wurden in 20 Teilen eines Kohlenwasserstofföl (Siedebeginn 243°C, Siedepunkt 50% 299"C, Siedeende 333°C, Flammpunkt 107°C, Dichte 0,817 g/cmJ) dispergiert (Dispersion E).
Eine ähnliche Dispersion (F) wurde hergestellt und dazu (unter Abzug von Kohlenwasserstofföl) 1 Teil einer flüssigen Dimethylaminoorganosilicium-Verbindung gemäß Beispiel 1 zugefügt. 1 g wurde in 9 g Polypropylenglykol als Verdünnungsmittel dispergiert und 0,1 g der erhaltenen verdünnten Suspension zu 49,9 g des in Beispiel 1 genannten Latex zugefügt. Dies wurde mit der Dispersion F wiederholt.
Tabelle IV Schaumvniumen (ecm)
anfangs nach 3 Tagen Altern
30
10
Dispersion 13
3
E
F
Beispiel 5
Unter Verwendung derselben Verfahrensweise wie gemäß Beispiel 1 wurde eine flüssige Dimcthylaminoorganosiliciumverbindung der Formel
(Me2N)2(SiMe2O)111-SiMe2(Me)
in der m etwa 41,2 und die Gesamtkonzentration Me2N- etwa 2,8 Gew.-% der Flüssigkeit betrug, in unterschiedlichen Mengen gemäß Tabelle V mit einem Dimethylpolysiloxan vermischt, das eine Viskosität von 50OcSl bei 25°C hatte und 3% eines Siliciumdioxids (7 nm, spezifische Oberfläche 325 m2/g) enthielt.
Tabelle V
Moiverhältriis
-NMcj :-OH
im Füllstoff
0,043
0,108
0,215
Schaumvolumen (ecm)
anfangs nach 1 Woche Altern
32
11
10
12
14
Der Gesamtgehcilt an aktiven Hydroxylgruppen (5%) des Siliciumdioxids 'n der Dispersion wurde dadurch bestimmt, daß ein großer Überschuß der Dimethylaminoorganosilicium-Vernindung mit der Dispersion umgesetzt wurde.
Beispiel 6
In diesem Beispiel wird die Vorbehandlung eines Siliciumdioxid-Füllstoffs mit einem flüssigen Dimethylaminopoly(dinicthylsiloxan) vor Zugabe des Siliconöls erläutert.
A. 20 g Siliciumdioxid (7 nm, spczilische Oberfläche 325 m'/g) wurde mit 6 g einer flüssigen Dimcthylaminoorganosilicium-Vcrbindungder Formel
Mc2N(Me2SiO)111Me2SiNMe2
(Viskosität 5 cSt bei 25°C) vermischt, das Gemisch mit Stickstoff gespült. Ein Teil (0,6 g) des so behandelten in Silieiumdioxids wurde mit 20 g eines Dimethylpolysiloxanöls der Formel
Me3SiO(Me2SiO)11SiMe!
(Viskosität 50OcS bei 25°C) vermischt und ein Teil Γι davon (Ig) mit 9 g Polypropylenglykol als Verdünnungsmittel (MG 1950 bis 2100, Dichte 1,0048) versetzt.
B. Der Ansatz A wurde wiederholt unter Verwendung von 1,5 g der flüssigen Dimethylaminoorganosilicium-Verbindung.
C. Der Ansatz A wurde wiederholt unter Verwendung von 3 g der flüssigen Dimethylaminoorganosilicium Verbindung.
Die verwendete flüssige Dimelhylaminoorganosili
cium-Verbindung enthielt etwa 18Gew.-% Dimethyl 2) aminogruppen; das Siliciumdioxid hatte etwa 5 bi 10 Gew.-% reaktive Hydroxylgruppen.
Tabelle Vl
Suspension Schaumvolumen (ecm) nach 3 Wochen Altern
anfangs 13
A 4 16
B 5 14
C 5 32
Vergleich 4
709 M

Claims (2)

I 7 69 94 1 Patentanspruch':::
1. Verfahren zur Herstellung von Füllstoffen für Antischaummittel mit Langzeitwirkung auf der Basis von mit Organosilicmm-Verbindungen oberflächlich behandeltem Siliciumdioxid, Aluminiumoxid oder Titandioxid, dadurch ge ken η zeich η ei, daß man die Oxide mit einer Teilchengröße von etwa 7 — 25 nm mit einer flüssigen Dialkylaminoorganosiliciumverbindurig der allgemeinen Formel
(RVN)1(SiR2O)111SiR2(R)2-,
in der χ 1 oder 2, m eine ganze Zahl von O bis 200, R eine Alkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen und R' eine Alkylgruppe mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen bedeutet, umsetzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Organosilicium-Verbindung in einer solchen Menge anwendet, daß auf je eine Hydroxylgruppe des Füllstoffs 0,01 —10 Mol Dialkylaminogruppen kommen.
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