DE69609462T2

DE69609462T2 - Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Organopolysiloxanemulsionen

Info

Publication number: DE69609462T2
Application number: DE69609462T
Authority: DE
Inventors: Hidehiko Hosokawa; Junichi Maeshima; Fumitaka Suto
Original assignee: Dow Corning Toray Silicone Co Ltd
Current assignee: DuPont Toray Specialty Materials KK
Priority date: 1995-08-30
Filing date: 1996-08-30
Publication date: 2001-03-29
Anticipated expiration: 2016-08-31
Also published as: EP0761724A2; ES2150638T3; EP0761724B1; DE69609462D1; EP0761724A3; MX9603738A; US5741850A; CA2184341A1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Organopolysiloxanemulsionen. Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf ein hoch produktives Verfahren zur Herstellung sehr lagerungsstabiler und einheitlicher Emulsionen.
Organopolysiloxanemulsionen werden in der Industrie fast überall als Gleitmittel, Trennmittel, Faserbehandlungsmittel, Glasfaserbehandlungsmittel, Kosmetische Grundstoffe und als Zusatzstoffe für Farben eingesetzt.
Bekannte Verfahren zur Herstellung von Organopolysiloxanemulsionen werden durch (a) Mischen einer Ausgangsorganopolysiloxanflüssigkeit, eines Emulgators und Wasser unter Anwendung eines Mischers, der eine Rührwirkung ausübt, zum Beispiel ein HenschelTM Mischer oder ein Mischer mit Knetwerk und (b) Mischen dieser Ausgangsstoffe durch Anwenden einer Scherwirkung unter Verwendung einer Kolloidmühle oder eines Homogenmischers veranschaulicht. Zu dem lehrt das JP-B-59-51565 ein Verfahren, das einen zylindrischen Behälter einsetzt und in dem ein Rührelement mit wenigstens drei Scheiben eingebaut ist, die mit einem feststehenden Abstand an einer rotierenden Achse befestigt sind, welches die Merkmale der Präambel des unabhängigen Anspruchs offenbart und das als der nächste Stand der Technik anzusehen ist. Das Diorganopolysiloxanöl, der Emulgator und das Wasser werden dem zylindrischen Behälter kontinuierlich zugeführt und werden durch das Rührelement einer Scherung ausgesetzt und gerührt.
Wenn jedoch über eine Massenproduktion an Organopolysiloxan über die kontinuierliche Herstellung nachgedacht wird, sind die Verfahren des Stands der Technik nur gering auf die Herstellung einheitlicher, hoch dispergierter Organopolysiloxanemulsionen anpaßbar und leiden unter dem Problem von zu geringer Produktivität. In dem JP-B-59-51565 muß das Scheren und das Rühren zusammen mit dem Anwenden von Druck durchgeführt werden, um eine einheitliche Emulsion zu erzeugen. Dies zieht automatisch solche Nachteile, wie beispielsweise hoher Betriebskosten, aufgrund eines erhöhten Energiebedarfs, genauso wie Kosten, die mit der Verstärkung der Apparatestruktur verbunden sind, mit sich. Zudem ist das nach dieser Druckschrift erhaltene Material eine fettähnliche siliconhaltige, auf Wasser basierende Flüssigkeit. Die Anwendung dieser Flüssigkeit in den oben erwähnten Applikationen macht es notwendig sie in einem Batchverfahren, unter Anwendung eines Schüttlers in Wasser zu lösen und mit Wasser zu verdünnen.
Um diese Probleme zu lösen, haben wir bereits in 08/498,963 der japanischen Patentanmeldung 7-9248 ein Verfahren offenbart, das zu der kontinuierlichen Massenproduktion einer einheitlichen und hoch dispergierbaren Organopolysiloxanemulsion in der Lage ist. Dieses Verfahren setzt eine geringe Antriebskraft ein und wird nicht unter erhöhtem Druck durchgeführt. Als Ergebnis zusätzlicher Untersuchungen haben wir ein kontinuierliches Verfahren gefunden, das zur direkten Herstellung von Organopolysiloxanemulsionen in der Lage ist, die bereits mit Wasser auf Konzentrationen verdünnt sind, die für die oben erwähnten Anwendungen geeignet sind.
Genauer gesagt, stellt sich die vorliegende Erfindung die Einführung eines hoch produktiven, kontinuierlichen Verfahrens für die Herstellung von Organopolysiloxanemulsionen zur Aufgabe, das durch die Anwendung spezieller SSMs, (Scher- und Rührmechanismen) ohne Druck und mit geringer Antriebskraft die kontinuierliche Massenproduktion von hoch homogenen und sehr lagerstabilen Organopolysiloxanemulsionen, die bereits mit Wasser auf geeignete Konzentrationen für einen sofortigen Einsatz verdünnt sind, ermöglicht.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch ein Verfahren zur Herstellung von Organopolysiloxanemulsionen entsprechend der in Anspruch 1 beschriebenen Verfahrensschritte, gelöst.
Nach einem weiteren Aspekt unserer Erfindung kann ein Gas den Ausgangsstoffen während des Mischens und Emulgierens injiziert werden.
Das Verfahren unserer Erfindung für die Herstellung von Organopolysiloxanemulsionen erfüllt diese Aufgaben und ist ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Organopolysiloxanemulsionen durch die unten beschriebenen Verfahren (I) und (II).
Verfahren (I) umfaßt das kontinuierliche Zuführen einer (a) Organopolysiloxanflüssigkeit oder eines Harzes, (b) eines Emulgators und (c) Wasser als Ausgangsstoffe in den Einlaß eines Mischers. Der Mischer weist ein zylindrisches Gehäuse auf, wobei zwischen dem Einlaß des zylindrischen Gehäuses mindestens ein SSM einer ersten Stufe (SSM) und ein SSM einer zweiten Stufe eingebaut ist. Der SSM der ersten Stufe ist ein Turbinenrotor mit Rührblättern, die in axialer Richtung betrachtet schräg aus der radialen Richtung ausgelenkt sind und einen Stator rings um den Umfang des Rotors aufweist. Der SSM der zweiten Stufe ist ein Turbinenrotor mit Rührblättern, die spiralförmige Kurven bezüglich der axialen Richtung beschreiben und einen Stator rings um den Umfang seines Rotors aufweist.
Diese Mechanismen sind in Reihe, entlang der Richtung der Ausgangsstoffzufuhr angeordnet und sind durch eine Relaxationszone voneinander getrennt. Das Verfahren umfaßt hauptsächlich das Unterziehen der Ausgangsstoffe einer Einsaug- und Scherwirkung in dem SSM der ersten Stufe bei einer Schergeschwindigkeit von wenigstens 100/Sekunde und anschließend nach Durchlaufen der Relaxationszone in der zweiten Stufe hauptsächlich das Unterziehen einer Phasenumkehr und Drehwirkung und einer Scherwirkung bei einer Schergeschwindigkeit von wenigstens 100/Sekunde und anschließend dem Austragen einer Organopolysiloxan-in- Wasser-Emulsion mit einem Gehalt an Organopolysiloxan von 10 bis 99 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Emulsion, aus dem Auslaß.
Das daran anschließende Verfahren (II) ist das kontinuierliche Zuführen von Verdünnungswasser und der in Verfahren (I) erzeugten Organopolysiloxan-in-Wasser-Emulsion in den Einlaß des zylindrischen Gehäuses eines Mischers, der ein zylindrisches Gehäuse aufweist, in dem zwischen dem Einlaß und dem Auslaß des zylindrischen Gehäuses wenigstens ein SSM einer ersten Stufe und ein SSM einer zweiten Stufe angeordnet sind.
Der SSM der ersten Stufe ist ein Turbinenrotor mit Rührblättern, die in axialer Richtung betrachtet schräg aus der radialen Richtung ausgelenkt sind und einem Stator, der rings um den Umfang des Rotors angebracht ist. Der SSM der zweiten Stufe ist ein Turbinenrotor mit Rührblättern, die spiralförmige Kurven bezüglich der axialen Richtung beschreiben und einem Stator, der rings um den Umfang des Rotors angebracht ist.
Die Mechanismen sind in Reihe, entlang der Richtung der Zuführung der Ausgangsstoffe angeordnet und sind durch eine Relaxationszone voneinander getrennt. Das Verfahren umfaßt hauptsächlich das Unterziehen der Ausgangsstoffe einer Einsaug- und Scherwirkung in dem SSM der ersten Stufe bei einer Schergeschwindigkeit von wenigstens 100/Sekunde und anschließend nach Durchlaufen der Relaxationszone hauptsächlich dem Unterziehen einer Phasenumkehr und Drehwirkungen und einer Scherwirkung in dem SSM der zweiten Stufe bei einer Schergeschwindigkeit von wenigstens 100/Sekunde und anschließend dem Austragen einer mit Wasser verdünnten Organopolysiloxan-in-Wasser-Emulsion aus dem Auslaß des zylindrischen Gehäuses.
In dem Verfahren (I) werden die Ausgangsstoffe einer Einsaug- und Scherwirkung bei einer Schergeschwindigkeit von wenigstens 100/Sekunde, aufgrund der besonderen Struktur des SSM der ersten Stufe, das ein Turbinenrotor ist, der Rührblätter aufweist, die in axialer Richtung betrachtet schräg aus der radialen Richtung ausgelenkt sind und einen Stator rings um den Umfang des Rotors aufweist, unterzogen. Aufgrund der besonderen Struktur des SSM der zweiten Stufe, der ein Turbinenrotor ist, der mit spiralförmigen Rührblättern ausgerüstet ist und ein Stator ist, unterzieht diese Stufe die Mischung einer starken Scherwirkung bei einer Schergeschwindigkeit von wenigstens 100/Sekunde zwischen dem Stator und den spiralförmigen Rührblättern des Turbinenrotors. Zur selben Zeit wird die Mischung aber auch gegen die Seitenflächen der spiralförmigen Rührblätter, die bezüglich der Drehachse schräg angeordnet sind, gedrückt. Dies führt zu starken Umkehrungs- und Dreheffekten, die die Phase heftig in Phase in radialer Richtung und in Richtung des Umfangs umkehrt. Das Emulgieren des Organopolysiloxans erfolgt über eine synergetische Wechselwirkung zwischen diesen Wirkungen und Effekten.
Das Emulgieren wird des weiteren sogar noch durch das Wiederholen der oben beschriebenen emulgierenden Effekte über wenigstens zwei Stufen gefördert, wobei zwischen die in Reihe aufeinanderfolgend mit einander verbundenen SSMs eine Relaxationszone zwischengeschaltet ist. Das Gesamtergebnis ist die Herstellung einer einheitlichen, hoch dispergierten Emulsion eines Organopolysiloxans.
In dem folgenden Verfahren (II) werden das Verdünnungswasser und die in Verfahren (I) hergestellte hoch konzentrierte Organopolysiloxanemulsion getrennt und kontinuierlich dem Einlaß eines Mischers zugeführt, der ein zylindrisches Gehäuse aufweist, in dem zwischen dem Einlaß und dem Auslaß des zylindrischen Gehäuses wenigstens ein SSM einer ersten Stufe und ein SSM einer zweiten Stufe installiert ist. Der SSM der ersten Stufe ist ein Turbinenrotor mit Rührblättern, die in axialer Richtung betrachtet schräg aus der radialen Richtung ausgelenkt sind und einem Stator rings um den Umfang des Rotors. Dieser SSM der zweiten Stufe ist ein Turbinenrotor mit Rührblättern, die spiralförmige Kurven bezüglich der axialen Richtung beschreiben und einem Stator rings um den Umfang des Rotors.
Die Mechanismen sind in Reihe entlang der Richtung der Zuführung der Ausgangsstoffe angeordnet und sind durch eine Relaxationszone voneinander getrennt. Die Emulsion und das Verdünnungswasser werden einer Einsaug- und Scherwirkung in dem SSM der ersten Stufe bei einer Schergeschwindigkeit von wenigstens 100/Sekunde unterzogen und werden anschließend einer Phasenumkehr, Rotationswirkungen und einer Scherwirkung in dem SSM der zweiten Stufe bei einer Schergeschwindigkeit von wenigstens 100/Sekunde unterzogen. Dies führt direkt und kontinuierlich zu einer Emulsion, die gleichmäßig mit Wasser auf eine anwendungsbezogene Konzentration verdünnt ist, die frei von nicht gelöster, hoch konzentrier ter Organopolysiloxanemulsion ist. Die hier angegebene "Schergeschwindigkeit" VS (1/Sekunde) ist der durch die Gleichung
(I) VS (1/s) = V/C
gegebenen Wert, wobei U die periphere Geschwindigkeit des Turbinenrotors in cm/Sekunde ist und C die Lücke in Zentimetern zwischen der inneren Oberfläche des Stators und der peripheren Oberfläche, die sich mit der peripheren Geschwindigkeit U bewegt.
Der in dem Verfahren (II) verwendete Mischer kann mit dem in dem Verfahren (I) verwendeten Mischer identisch oder auch nicht sein.
Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm, teilweise im Querschnitt eines Mischers, der eingesetzt wurde, um das Verfahren unserer Erfindung für die kontinuierliche Herstellung von Organopolysiloxanemulsionen durchzuführen.
Fig. 2 ist die Querschnittsansicht in Richtung der Pfeile betrachtet, entlang der Linie 2 - 2 in Fig. 1.
Fig. 3 ist die Querschnittsansicht in Richtung der Pfeile betrachtet, entlang der Linie 3 - 3 in Fig. 1.
Fig. 4 ist die Querschnittsansicht in Richtung der Pfeile betrachtet, entlang der Linie 4 - 4 in Fig. 1.
Fig. 5 ist die perspektivische Ansicht des Rotors des SSMs der ersten Stufe in der Mischapparatur aus Fig. 1.
Um das Verständnis für die Erfindung und der Mischapparatur von Fig. 1 bis 5 zu erleichtern wurden den Figuren, zusätzlich zu deren Referenznummern, die Namen der verschiedenen Teile hinzugefügt. Somit ist 1 das zylindrische Gehäuse, 2 der Einlaß, 3 ist der Auslaß, 4 die rotierende Achse, 5 und 7 sind die Turbinenrotoren, 5a und 7a die Rührblätter, 6 und 8 sind die Statoren, 8b sind die geraden Rillen, 9 und 10 sind die SSMs, 11 die Relaxationszone oder -raum, 12 sind die sägezahnartigen Vorsprünge, 13 das Statorteil oder -element, 13a sind die sägezahnartigen Vorsprünge und 14 ist der Flußdurchgang. Der Einlaß 2 kann mit einem getrennten Einlaß (nicht gezeigt) für das Injizieren und Zuführen eines Gases in den Einlaß 2 bereitgestellt werden. Vorzugsweise wird das Gas getrennt von den durch Einlaß 2 eingebrachten Ausgangsstoffe zugeführt.
In Fig. 1 bezeichnet 1 ein zylindrisches Gehäuse, dessen axiale Richtung in der Horizontalen ist. Eine Stirnfläche dieses Gehäuses ist mit einem Einlaß für die Ausgangsstoffe 2 ausgerüstet, während die andere Stirnfläche mit einem Auslaß 3 für die emulgierte Mischung ausgerüstet ist. Eine rotierende Achse 4 ist in die Mitte des zylindrischen Gehäuses 1 eingesetzt. Die rotierende Achse 4 wird vom der linken Stirnseite des zylindrischen Gehäuses aus eingebaut und erstreckt sich bis hin in die Nähe des Auslaß 2 an der rechten Stirnseite. Sie wird durch einen Motor (nicht gezeigt), der außerhalb des Gehäuses steht angetrieben.
Die rotierende Achse 4 ist an der Stirnseite am Auslaß 2 mit einem Rotor 5 und in der Mitte mit einem Rotor 7 ausgerüstet. Die Statoren 6 und 8, die an der inneren peripheren Wand des zylindrischen Gehäuses fest angeordnet sind, sind rings um den Umfang der Rotoren 5 bzw. 7 angebracht und in jedem Fall durch eine kleine Lücke davon getrennt. Der Rotor 5 und der Stator 6 machen das SSM 9 der ersten Stufe aus, während der Rotor 7 und der Stator 8 den SSM 10 der zweiten Stufe ausmacht. Zusätzlich ist ein Relaxationsraum 11 mit einem relativ großen Volumen zwischen dem SSM 9 der ersten Stufe und dem SSM 10 der zweiten Stufe eingeführt.
Der Rotor 5 des SSM 9 der ersten Stufe ist ein Turbinenrotor von dem aus sich kegelähnlich eine Vielzahl von Rührblättern 5a zum Einlaß 2 hin radial erstrecken, wie in den Fig. 2 und 5 ersichtlich. Diese Rührblätter 5a sind im wesentlichen parallel zur axialen Richtung bei Aufsicht, jedoch abgeschrägt, relativ zur axialen Richtung bei Seitenansicht und schräg aus der axialen Richtung betrachtet bezüglich der radialen Richtung angeordnet.
Der Stator 6 des SSM 9 bildet eine nahezu konische innere periphe re Oberfläche aus, die Vertiefungen 6b enthalten, die sich in axialer Richtung erstrecken. Der Rotor 5 ist unter Ausbildung einer engen Lücke, mit den peripheren Kanten der Rührblätter 5a in den konischen Stator 6 eingebaut. Die minimale Lückengröße liegt bei 2 mm oder weniger und liegt vorzugsweise bei ungefähr 1 mm wie in Fig. 2 ersichtlich.
Der Rotor 7 des SSMs der zweiten Stufe 10 ist ebenfalls ein Turbinenrotor, aber dem SSM 9 unähnlich, die Rührblätter 7a beschreiben bezüglich der axialen Richtung eine Spirale. Die Rührblätter 7a sind in radialer Richtung auch kürzer als die Rührblätter 5a des Rotors 5 des SSM 9 wie in Fig. 3 ersichtlich.
Der Stator 8 des SSM 10 weist eine nahezu konische Form auf und seine innere periphere Oberfläche enthält eine Vielzahl von geraden Nuten 8b, die sich in axialer Richtung ausdehnen. Der Rotor 7 ist unter Ausbildung einer schmalen Lücke mit den äußeren Oberflächen der spiralförmigen Rührblätter 7a in den Stator eingebaut. Diese Lücke wird von stromaufwärts nach stromabwärts keilförmig schrittweise enger, wie in Fig. 1 zu sehen. Die minimale Lückengröße ist 2 mm oder weniger und ist vorzugsweise ungefähr 1 mm.
Eine Vielzahl rückwärtig vorspringende sägezahnartige Vorsprünge 12 sind auf der rückwärtigen Stirnfläche (d. h. die Oberfläche senkrecht zur axialen Richtung) des Rotors 7 des SSM 10 der zweiten Stufe vorhanden. Diese Vorsprünge 12 bewegen sich alternierend, kreisförmig zu einer Anzahl am Statorelement 13 befestigter sägezahnartiger Vorsprünge. Es verbleibt zwischen den Vorsprüngen 12 und den Vorsprüngen 13a eine schmale Lücke. Diese Vorsprünge werden, wie in den Fig. 1 und 4 gezeigt, spiralförmig nach außen rotierend entlang der Drehrichtung ausgeformt.
Um das Verfahren unserer Erfindung für die kontinuierliche Herstellung von Organopolysiloxanemulsionen durchzuführen, werden die drei Ausgangsstoffe, d. h. (a) die Organopolysiloxanflüssigkeit oder -harz, (b) der Emulgator und (c) das Wasser in dem Verfahren (I) dem Ausgangsstoffeinlaß 2 des Mischgerätes zugeführt, in dem in Reihe angeord net, wenigstens der oben beschriebene SSM 9 der ersten Stufe und der SSM 10 der oben beschriebenen zweiten Stufe eingebaut ist. Diese Ausgangsstoffe können getrennt oder in Form einer vorab hergestellten Mischung zugeführt werden.
Der SSM 9 der ersten Stufe führt eine Einsaugwirkung und ebenfalls eine anfängliche Emulgationswirkung auf die Ausgangsstoffe aus. Die Einsaugwirkung wird vornämlich über die nach außen strahlende Form der Rührblätter 5a des Rotors 5, die in axialer Richtung betrachtet schräg aus der radialen Richtung ausgelenkt sind, erzeugt. Die anfängliche Emulgierwirkung wird über Mikropartikulation und Emulgation der Organopolysiloxanflüssigkeit oder -harz erreicht, die von der Scher- und Schnittwirkung, der sich die drei Ausgangsstoffe zwischen der äußeren peripheren Oberfläche der Rührblätter 5a und der inneren Wand des Stators 6 unterziehen, herrührt. Diese Scherwirkung sollte eine Scherung bei einer Schergeschwindigkeit von wenigstens 100/s ausüben.
Nach der anfänglichen Emulgation durch den SSM 9 der ersten Stufe, wird die Mischung in die dazwischen liegende Flußpassage 14 gedrückt, anschließend in den Relaxationsraum 11, in dem es aus seinem komprimierten Zustand entspannt wird und danach dem SSM 10 der zweiten Stufe zugeführt wird.
In dem SSM 10 der zweiten Stufe wird eine Grobzerkleinerungswirkung durch den Stator 8 und den spiralförmigen Rührblättern 7a des Rotors 7 durchgeführt, wobei eine Feinzerkleinerungswirkung durch die Scherwirkung, die durch das Ineinandergreifen der sägezahnartigen Vorsprüngen 12 am flußabwärtigen Stirnfläche des Rotors 7 und den sägezahnartigen Vorsprüngen 13a am Statorelement 13 erzeugt wird, entwickelt wird.
Nach dem Einführen in den die Rührblätter 7a des Rotors 7 und der inneren Wand des Stators 8 umgrenzenden Raum, wird die Mischung einer Phasenumkehr und Rotationswirkungen, aufgrund der Wirkung der Rührblätter 7a, die sich diagonal in axialer Richtung krümmen, unterzogen. Dies führt zur Umkehr der Phase in radialer Richtung und in Richtung des Um fangs. Eine noch feinere und einheitlichere Emulgation wird erreicht, wenn die Mischung während sie diesen Umkehrungs- und Rotationswirkungen ausgesetzt ist zur selben Zeit auch einer Scher- oder Schnittwirkung zwischen den peripheren Oberflächen der Rührblätter 7a und der inneren Wand des Stators 8, der mit einer Anzahl von geraden Nuten 8b ausgerüstet ist, unterworfen wird. Diese Scherwirkung sollte eine Scherung bei einer Schergeschwindigkeit von wenigstens 100/s ausüben.
Die resultierende emulgierte Mischung wird noch feiner in der stromabwärts befindlichen Feinzerkleinerungsregion zwischen den sägezahnartigen Vorsprüngen 12 und 13a emulgiert, was zu einer hoch dispergierten und einheitlichen Organopolysiloxanemulsion führt, die aus dem Auslaß 3 des zylindrischen Gehäuses 1 als Organopolysiloxan-in-Wasser- Emulsion, die vorzugsweise 10 bis 99 Gew.-% und besonders bevorzugt 20 bis 99 Gew.-% Organopolysiloxan enthält, ausgetragen. Die entnommene Organopolysiloxanemulsion wird im allgemeinen (a) 10 bis 99 Gew.-% Organopolysiloxanflüssigkeit oder -harz, (b) 0,1 bis 89 Gew.-% Emulgator und (c) 1,0 bis 89 Gew.-% Wasser enthalten.
In dem folgenden Verfahren (II) werden das Verdünnungswasser und die durch das Verfahren (I) hergestellte hoch konzentrierte Organopolysiloxanemulsion getrennt und kontinuierlich dem Ausgangsstoffeinlaß 2 eines weiteren Mischers, in dem die oben beschriebenen SSM 9 und SSM 10 in Reihe angeordnet sind, zugeführt.
Der SSM 9 der ersten Stufe führt hauptsächlich, neben ebenfalls einem anfänglichen Mischen und Lösen, durch Unterziehen der zugeführten Stoffe einer Scher- und Schnittwirkung, eine Einsaugwirkung auf die Ausgangsstoffe aus. Diese Scherwirkung sollte eine Scherung bei einer Schergeschwindigkeit von wenigstens 100/s ausüben.
Nach diesem anfänglichen Mischen und Lösen durch den SSM 9 der ersten Stufe, wird die Mischung in die dazwischen liegende Flußpassage 14 gedrückt, anschließend in den Relaxationsraum 11, in dem es aus seinem komprimierten Zustand entspannt wird und danach dem SSM 10 der zweiten Stufe zugeführt wird.
Der SSM 10 der zweiten Stufe führt sowohl eine Grobzerkleinerungswirkung als auch eine Feinzerkleinerungswirkung aus. Nach dem Einführen in den, die Rührblätter 7a des Rotors 7 und der inneren Wand des Stators 8 umgrenzenden Raum, wird die Mischung einer Phasenumkehr und Rotationswirkungen, aufgrund der Wirkung der Rührblätter 7a, die sich diagonal in axialer Richtung krümmen, unterzogen. Dies führt zur Umkehr der Phase in radialer Richtung und in Richtung des Umfangs. Eine noch feinere und einheitlichere Emulgation wird erhalten, da die Mischung während sie diesen Umkehrungs- und Rotationswirkungen ausgesetzt ist zur selben Zeit auch einer Scher- oder Schnittwirkung zwischen den peripheren Oberflächen der Rührblätter 7a und der inneren Wand des Stators 8, der mit einer Anzahl von geraden Nuten 8b ausgerüstet ist, unterworfen wird. Diese Scherwirkung sollte eine Scherung bei einer Schergeschwindigkeit von wenigstens 100/s ausüben.
Die Mischung aus Wasser und Organopolysiloxanemulsion wird wie oben beschrieben noch feiner in der stromabwärts befindlichen Feinzerkleinerungsregion zwischen den sägezahnartigen Vorsprüngen 12 und 13a emulgiert, was zu einer hoch dispergierten und einheitlichen Organopolysiloxanemulsion führt, die mit Wasser auf eine Konzentration verdünnt ist, die für eine spezielle Anwendung geeignet ist. Dieses Produkt wird dem Auslaß 3 in dem zylindrischen Gehäuse 1 entnommen.
Die kontinuierliche Herstellung von Organopolysiloxanemulsionen durch das Verfahren unserer Erfindung kann durch getrenntes Zuführen der anfänglichen Organopolysiloxanflüssigkeit oder -harz, dem Emulgator und dem Wasser zum Einlaß 2 im Verfahren (I) oder durch vorheriges Mischen dieser Ausgangsstoffe und Zuführen als Mischung zum Einlaß 2 für Verfahren (II) durchgeführt werden. Das, in Verfahren (II) eingesetzte Verdünnungswasser wird vorzugsweise getrennt von der in Verfahren (I) hergestellten relativ hoch konzentrierten Organopolysiloxanemulsion zugeführt.
Es ist in der vorliegenden Erfindung wichtig, dass wenigstens ein SSM einer ersten Stufe mit einem Stator und einem Turbinenrotor, dessen Rührblätter in axialer Richtung betrachtet schräg aus der radialen Richtung ausgelenkt sind und ein SSM einer zweiten Stufe mit einem Stator und einem Turbinenrotor, dessen Rührblätter spirale Kurven bezüglich der axialen Richtung beschreiben in Reihe angeordnet sind. Diese zweistufige serielle Anordnung kann, sich wiederholend in Reihe angeordnet, vielfach wiederholt werden, um eine noch feinere Emulgation, Auflösung und Homogenisierung, wie gewünscht sein kann, zu erhalten.
Eine außerordentlich feine Emulgation, Auflösung Homogenisierung wird wenigstens durch die oben beschriebene zweistufige Kombination erreicht. Jedoch macht eine Vorstufe mit einem SSM, der den Ausgangsstoff zuvor Einsaug- und Scherwirkungen unterzieht und einer hinteren Stufe mit einem zweiten SSM, der zunächst die Phasenumkehr- und Rotationswirkungen simultan mit einer Scherwirkung unterzieht, eine Emulgation, Auflösung und Homogenisierung der Mischung bei niedrigen Drücken zusammen mit einer geringen Antriebskraft möglich. Das Verfahren wird durch die Gegenwart einer ausreichend großen Relaxationszone zwischen den SSMs der ersten und zweiten Stufe erhöht.
Eine Schergeschwindigkeit von wenigstens 100/s, jedoch vorzugsweise von 10.000 bis 300.000/s sollte zwischen dem Stator und dem Turbinenrotor in dem SSM angewendet werden. Wenn eine Schergeschwindigkeit unter 100/s auf die Mischung angewendet wird, kann das Verfahren nicht zu einer, mit Wasser auf eine, für eine beabsichtigte Anwendung geeignete Konzentration verdünnte hoch dispergierte und einheitliche Emulsion führen.
Bezüglich der SSMs der zweiten Stufe wird bevorzugt als erste Scherwirkung eine Grobzerkleinerungszone zu machen, um eine Grobemulgation, -Auflösung und -Homogenisierung durchzuführen und als zweite Scherwirkung eine Feinzerkleinerungszone zu machen, um über den Feinabrieb eine Auflösung und Homogenisierung durchzuführen.
Zusätzlich zum Unterziehen der Mischung diesen hohen Schergeschwindigkeiten setzt das kontinuierliche Verfahren der Erfindung auch eine starke Umkehrwirkung über die Wirkung spiralförmiger Rührblätter des Turbinenrotors ein. Diese Umkehrwirkung verändert die Phase der Mischung in radialer Richtung und in Richtung des Umfangs und die Synergie zwischen dieser Wirkung und den vorangegangenen Scherwirkung ermöglicht eine sehr viel effizientere Umkehrung der Mischung in eine einheitliche Emulsion.
Das Organopolysiloxan (a) kann jedes Organopolysiloxan sein, das bei Umgebungstemperatur eine Flüssigkeit oder ein Harz ist. Verbindungen mit der folgenden mittleren Einheitenformel sind Beispiele des Organopolysiloxans (a):
RaSiO(4-a)/2
R stellt substituierte und nicht substituierte einbindige Kohlenwasserstoffgruppen dar, z. B. Alkylgruppen, wie beispielsweise Methyl, Ethyl und Propyl; Arylgruppen, wie beispielsweise Phenyl und Tolyl und solche Gruppen, in denen alle oder ein Teil der an Kohlenstoff gebundenen Wasserstoffatome durch ein Halogen, wie beispielsweise Chlormethyl und 3,3,3-Trifluorpropyl substituiert wurden. Der Index a in der Formel besitzt einen Wert von 1,9 bis 2,1.
Das Organopolysiloxan (a) wird durch Dimethylpolysiloxane mit endständigen Trimethylsiloxygruppen, Dimethylpolysiloxane mit endständigen Silanolgruppen, Dimethylsiloxan/methylphenylsiloxan-Copolymere mit endständigen Trimethylsiloxygruppen, Dimethylsiloxan/methylphenylsiloxan- Copolymere mit endständigen Silanolgruppen, Dimethylsiloxan/Diphenylsiloxan-Copolymere mit endständigen Trimethylsiloxygruppen, Dimethylsiloxan/Diphenylsiloxan-Copolymere mit endständigen Silanolgruppen, Dimethylsiloxan/Methyl(3,3,3-trifluorpropyl)siloxan-Copolymere mit endständigen Trimethylsiloxygruppen und Dimethylsiloxan/Methyl(3,3,3- trifluorpropyl)siloxan-Copolymere mit endständigen Silanolgruppen, veranschaulicht.
Die Molekülstruktur des Organopolysiloxans (a) kann geradkettig, teilweise verzweigt oder vernetzt sein. Geradkettige Organopolysiloxane werden bevorzugt.
Wenn das Organopolysiloxan eine Flüssigkeit ist, weist sie vorzugsweise eine Viskosität bei 25ºC von wenigstens 10.000 mm²/s (Centistokess) auf. Wenn das Organopolysiloxan eine hohe Viskosität aufweist, wie im Fall eines Harzes kann es durch Lösen in einem Lösemittel eingesetzt werden.
Das Organopolysiloxan kann gegebenenfalls Zusatzstoffe, wie beispielsweise Siliciumdioxid enthalten, solange unser Verfahren nicht ungünstig beeinflußt wird.
Nicht ionische Tenside, anionische Tenside und kationische Tenside können als Emulgatoren (b) eingesetzt werden. Die nicht ionischen Tenside werden durch Polyoxyalkylenalkylether, Polyoxyalkylenalkylphenolether, Polyoxyalkylenalkylester, Polyoxyalkylensorbitanalkylester, Polypropylenglykol und Diethylenglykol veranschaulicht. Die anionischen Tenside werden durch Fettsäuresalze, wie beispielsweise Natriumlaurat, Natriumstearat, Natriumoleat und Natriumlinolenat; Alkylbenzolsulfonsäuren, wie beispielsweise Hexylbenzolsulfonsäure, Octylbenzolsulfonsäure und Dodecylbenzolsulfonsäure und deren Salze und durch Alkylsulfonate und Natriumpolyoxyethylenalkylphenylether-sulfat veranschaulicht. Die kationischen Tenside werden durch Octyltrimethylammoniumhydroxid, Dodecyltrimethylammoniumhydroxid, Alkyltrimethylammoniumchloride und Benzylammoniumsalze veranschaulicht. Zwei oder mehrere Arten dieser Tenside können in Kombination eingesetzt werden.
Dieser Bestandteil (b) wird in ausreichender Menge hinzugefügt, um die Organopolysiloxanflüssigkeit oder das -harz (a) in Wasser (c) zu emulgieren. Der Bestandteil (b) wird vorzugsweise in einer Menge hinzugefügt, um 0,1 bis 89 Gew.-% des Emulgators in der, durch das Verfahren (I) erzeugten Organopolysiloxanemulsion bereitzustellen. Der Bestandteil (b) wird ebenfalls vorzugsweise im Bereich von 1,0 bis 100 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen der Organopolysiloxanflüssigkeit oder des harzes (a) hinzugefügt.
Das Wasser (c) kann Leitungswasser oder Ionenaustauscherwasser sein. Die Menge des im dem Verfahren (I) eingesetzten Wassers sollte in der in Verfahren (I) hergestellten Emulsion 1,0 bis 89 Gew.-% und vorzugsweise 1,0 bis 79 Gew.-% betragen. Die Menge des in Verfahren (I) eingesetzten Wassers liegt ebenfalls vorzugsweise bei 1 bis 400 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen des Organopolysiloxans (a). Die Menge an Wasser, die für die Verdünnung in Verfahren (II) eingesetzt wurde, liegt vorzugsweise bei 1 bis 2.000 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen des Organopolysiloxans (a).
Die durch das kontinuierliche Verfahren dieser Erfindung hergestellten Organopolysiloxanemulsionen sind Emulsionen, in denen die Organopolysiloxanflüssigkeit oder das -harz (a) in Wasser emulgiert und dispergiert ist und typischerweise einen mittleren Teilchendurchmesser im Bereich von 0,1 bis 50 um aufweist.
Organopolysiloxanemulsionen entsprechend unserer Erfindung können direkt für solche Anwendungen, wie beispielsweise Faserbehandlungsmittel, Schmiermittel, Trennmittel, Glasfaserbehandlungsmittel, Ölgrundbestandteile für Kosmetika, Glanzmittel, Antischaummittel und Farbzusatzstoffe verwendet werden.

Beispiel 1

Dieses Beispiel setzt zwei in Reihe angeordnete Mischer, wie in Fig. 1 veranschaulicht, ein. Es werden dem Ausgangsstoffeinlaß 2 des ersten Mischers kontinuierlich 100 Gewichtsteile Dimethylpolysiloxan mit endständigen Trimethylsiloxygruppen mit einer Viskosität bei 25ºC von 60.000 mm²/s (Centistokes), 9,0 Gewichtsteile Polyoxyethylenlaurylether, 3,4 Gewichtsteile Cetyltrimethylammoniumchlorid und 3,6 Gewichtsteile Ionenaustauscherwasser zugeführt. Diese Stoffe wurden durch Scherung und Rühren bis zur Homogenität gemischt und als eine durchsichtige pastenartige Emulsion mit einem Dimethylpolysiloxangehalt von 86,2 Gew.-% aus dem Auslaß 3 des ersten Mischers ausgetragen. 100 Gewichtsteile dieser pastenartigen Emulsion und 71 Gewichtsteile Verdünnungswasser wurden anschließend kontinuierlich dem Ausgangsstoffeinlaß 2 des zweiten Mischers zugeführt, wobei Scherung und Rühren bis zur Homogenität zu einer Dimethylpolysiloxanemulsion mit einem Gehalt an Dimethylpolysiloxan von 50,4 Gew.-% führte.
In dem ersten in diesem Verfahren eingesetzten Mischer betrug die Rotationsgeschwindigkeit der rotierenden Achse 4 4.200 rpm; die minimale Lücke betrug sowohl in dem SSM der ersten Stufe 9 als auch im SSM der zweiten Stufe 0,2 mm. Die Schergeschwindigkeit im SSM der ersten Stufe betrug 93.000/Sekunde und die Schergeschwindigkeit im SSM der zweiten Stufe 10 betrug 70.000/Sekunde. Der Druck am Ausgangsstoffeinlaß 2 betrug 1,37 bar (0,4 kg/cm² G) und der Druck am Auslaß 3 betrug 0,98 bar (0,0 kg/cm² G). Bei diesen Messungen ist G der Nanometerdruck, d. h. Atmosphärendruck = 0,0 kg/cm² G.
In dem zweiten in diesem Verfahren eingesetzten Mischer betrug die Rotationsgeschwindigkeit der rotierenden Achse 4 3.000 rpm, die minimale Lücke betrug sowohl im SSM der ersten Stufe 9 als auch im SSM der zweiten Stufe 10 0,2 mm; die Schergeschwindigkeit im SSM der ersten Stufe 9 betrug 66.000/Sekunde, die Schergeschwindigkeit im SSM der zweiten Stufe 10 betrug 50.000/Sekunde, der Druck am Ausgangsstoffeinlaß 2 betrug 0,0 kg/cm² G und der Druck am Auslaß 3 betrug 0,98 bar (0,0 kg/cm² G).
Die durch dieses Scher- und Rührverfahren resultierende Dimethylpolysiloxanemulsion war eine milchig weiße Emulsion, in der das Dimethylpolysiloxan gleichmäßig in dem Wasser emulgiert und dispergiert war. Dessen mittlere Teilchengröße betrug 0,4 um. Diese Emulsion besaß eine Viskosität bei 25ºC von 200 mPa·s (Centipoise). Auch wenn diese Emulsion 6 Monate lang bei Umgebungstemperatur gehalten wurde, trat keine Phasentrennung zwischen dem Dimethylpolysiloxan und dem Wasser auf, was darauf schließen läßt, dass die Emulsion außerordentlich stabil ist.

Beispiel 2

Dieses Beispiel setzt zwei der in Fig. 1 gezeigten, in Reihe angeordneten Mischer ein. Das folgende wurde kontinuierlich dem Ausgangsstoffeinlaß 2 des ersten Mischers zugeführt: 10 Gewichtsteile Poly oxyethylenlaurylether, 5.0 Gewichtsteile Ionaustauscherwasser und 100 Gewichtsteile einer Mischung mit einer Viskosität bei 25ºC von 100.000 mm²/s (Centistokes), die durch das Lösen von 42 Gewichtsteilen Dimethylpolysiloxanharz mit endständigen Trimethylsiloxygruppen mit einer Viskosität bei 25ºC von 10.500.000 mm²/s (Centistokes) in 58 Gewichtsteilen Isoparraffin mit einem spezifischen Gewicht von 0,79 und einer Viskosität bei 40ºC von 2,4 mm²/s (Centistokes) bis zur Homogenität, hergestellt wurde. Diese Inhaltsstoffe wurden durch Scherung und Rühren bis zur Homogenität gemischt und wurden als durchsichtige pastenartige Emulsion mit einem Dimethylpolysiloxangehalt von 36,5 Gew.-% aus dem Auslaß 3 des ersten Mischers ausgetragen. Diese pastenartige Emulsion und 82,4 Gewichtsteile Verdünnungswasser äquivalent zu 71 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen der aus dem ersten Mischer entnommenen pastenartigen Emulsion wurden anschließend kontinuierlich dem Ausgangsstoffeinlaß 2 des zweiten Mischers zugeführt, wobei die Scherung und das Rühren bis zur Homogenität zu einer Dimethylpolysiloxanharzemulsion mit einem Dimethylpolysiloxangehalt von 21,3 Gew.-% führte.
In dem ersten in diesem Verfahren eingesetzten Mischer betrug die Rotationsgeschwindigkeit der rotierenden Achse 4 4.200 rpm, die minimale Lücke betrug sowohl in dem SSM der ersten Stufe 9 als auch im SSM der zweiten Stufe 0,2 mm, die Schergeschwindigkeit im SSM der ersten Stufe betrug 93.000/Sekunde, die Schergeschwindigkeit im SSM der zweiten Stufe 10 betrug 70.000/Sekunde, der Druck am Ausgangsstoffeinlaß 2 betrug 1,37 bar (0,4 kg/cm² G) und der Druck am Auslaß 3 betrug 0,98 bar (0,0 kg/cm² G).
In dem zweiten in diesem Verfahren eingesetzten Mischer betrug die Rotationsgeschwindigkeit der rotierenden Achse 4 3.000 rpm, die minimale Lücke betrug sowohl im SSM der ersten Stufe 9 als auch im SSM der zweiten Stufe 10 0,2 mm, die Schergeschwindigkeit im SSM der ersten Stufe 9 betrug 66.000/Sekunde, die Schergeschwindigkeit im SSM der zweiten Stufe 10 betrug 50.000/Sekunde, der Druck am Ausgangsstoffeinlaß 2 betrug 0,98 bar (0,0 kg/cm² G) und der Druck am Auslaß 3 betrug 0,98 bar (0,0 kg/cm² G).
Die, durch dieses Scher- und Rührverfahren resultierende Dimethylpolysiloxanemulsion war eine milchig weiße Emulsion, in der das Dimethylpolysiloxanharz gleichmäßig in dem Wasser bis zur Homogenität emulgiert und dispergiert war. Dessen mittlere Teilchengröße betrug 0,4 um. Auch wenn diese Emulsion 6 Monate lang bei Umgebungstemperatur gehalten wurde, trat keine Phasentrennung zwischen dem Dimethylpolysiloxan und dem Wasser auf, was darauf schließen läßt, dass die Emulsion außerordentlich stabil ist.
Das oben veranschaulichte, kontinuierliche Herstellungsverfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung ist gekennzeichnet durch dessen Fähigkeit zur kontinuierlichen Massenproduktion von Organopolysiloxanemulsionen, die einheitlich, hoch dispergiert und sehr lagerstabil sind.
Die Scher- und Rührverfahren in der kontinuierlichen Herstellung unserer Organopolysiloxanemulsionen werden ebenfalls mit Durchblasen eines Gases, wie beispielsweise Luft, Stickstoff, Kohlendioxid oder einem inerten Gas, wie beispielsweise Argon durchgeführt. Dieser Vorteil unserer Erfindung macht die Herstellung noch gleichmäßigerer und stabilerer Organopolysiloxanemulsionen möglich und ermöglicht ebenfalls die Verringerung des Druckes innerhalb des Mischers. Begleitend führt dies zu einem Abfall der für das Rühren benötigten Antriebskraft. Das Gas wird vorzugsweise am Ausgangsstoffeinlaß 2 injiziert.
Das in dieser Aufgabe unserer Erfindung eingesetzte Gas begünstigt das Emulgieren der Organopolysiloxanemulsion und führt zu einer homogenen und sehr stabilen Emulsion. Obwohl das Gas im allgemeinen durch Luft, Stickstoff, Argon und Kohlendioxid veranschaulicht wird, werden Luft und Stickstoff aufgrund Ihrer Sicherheit und leichten Anschaffung bevorzugt. Das Organopolysiloxan sollte in einer Menge zugeführt werden, die einen Wert von 0,01 bis 100 (NL/h)/(kg/h) und vorzugsweise 0,1 bis 10 (NL/h)/(kg/h) gewährt, damit das Verhältnis der Menge an injiziertem Gas in NL/h zu der Menge an zugeführter Organopolysiloxanflüssigkeit oder -harz in kg/h 0,01 bis 100 (NL/h)/(kg/h) beträgt. NL ist Normalliter bei 0ºC und 1 Atmosphäre. Eine einheitliche und hoch stabile Emulsion ist schwer zu erhalten, wenn das Verhältnis unter 0,01 (NL/h)/(kg/h) beträgt. Wenn das Verhältnis 100 (NL/h)/(kg/h) überschreitet kann ein nicht emulgiertes Organopolysiloxan in der Emulsion zurückbleiben, da die zugeführten Mengen den SSM ohne dem Unterziehen einer gründlichen Scherung und Rühren passieren würden.
Es ist noch nicht gänzlich verstanden, wie das Gas das Emulgieren unterstützt und die Emulsion stabilisiert. Somit wurde für die Herstellung der Emulsion im allgemeinen angenommen, dass das Zufügen von Blasen einen negativen Einfluß auf die Stabilität der Emulsion ausübt. Dies ergibt sich, da zugefügte Blasen an ihrer Oberfläche Emulsion adsorbieren, wobei sie diese vernichten und da sie zur selben Zeit emulgierte Tröpfchen adsorbieren und diese dazu veranlassen nach oben zu treiben. Daraus resultierend wurde die Vermeidung der Zuführung von Blasen als wesentlich für die Herstellung von Emulsionen angesehen. Jedoch in unserer Erfindung unterstützt die kontinuierliche Injektion von Gas das Rühren und Mischen der Organopolysiloxan- und der Wassereinsatzmengen während deren Passage durch die SSM-Zone und unterstützt damit eine vollständige Adsorption des Emulgators an die Oberfläche der in dem Wasser dispergierten Organopolysiloxantröpfchen.

Beispiel 3

Unter Verwendung des in Fig. 1 gezeigten Mischers 1 wurden 100 Gewichtsteile Dimethylpolysiloxan mit endständigen Trimethylsiloxygruppen mit einer Viskosität bei 25ºC von 300.000 mPa·s (Centipoise), 9,0 Gewichtsteile Polyoxyethylenlaurylether, 3, 4 Gewichtsteile Cetyltrimethylammoniumchlorid und 3,6 Gewichtsteilen Ionenaustauscherwasser kontinuierlich über den Ausgangsstoffeinlaß 2 zugeführt. Es wurde ebenfalls Druckluft über einen Gaseinlaß, der mit Einlaß 2 verbunden ist, injiziert, um ein Verhältnis von 1,0 (NL/h)/(kg/h) zwischen dessen Zufuhr und der Siloxanzufuhr bereitzustellen. Die Scherung und das Rühren bis zur Homogenität wurde durchgeführt, um eine Dimethylpolysiloxanemulsion zu erzeugen.
Mit Hinblick auf den in diesem Beispiel eingesetzten Mischer betrug die Rotationsgeschwindigkeit der rotierenden Achse 4 4.200 rpm, die minimale Lücke in den SSMs 9 und 10 betrug 0,2 mm, der Druck am Ausgangsstoffeinlaß 2 betrug 1,37 bar (0,4 kg/cm² G) und der Emulsionsausgabedruck am Auslaß 3 betrug 0,98 bar (0,0 kg/cm² G).
Die entsprechend des Scher- und Rührverfahrens dieses Beispiels hergestellte Dimethylpolysiloxanemulsion war eine durchsichtige pastenartige Emulsion, in der das Dimethylpolysiloxan einheitlich in Wasser dispergiert und emulgiert war. Die mittlere Teilchengröße des Dimethylpolysiloxans in der Emulsion wurde auf 0,3 um ausgemessen. Es wurde ebenfalls eine zweite Emulsion durch die Zugabe von 71 Gewichtsteilen Wasser je 100 Gewichtsteilen dieser pastenartigen Emulsion hergestellt. Diese zweite Emulsion wurde 6 Monate lang bei Umgebungstemperatur ohne Auftreten einer Phasentrennung zwischen dem Dimethylpolysiloxan und dem Wasser gehalten, was darauf hinwies, daß diese außerordentlich stabil war.

Beispiel 4

Dieses Beispiel setzte, wie in Fig. 1 gezeigt zwei Mischer ein, die in Reihe angeordnet waren. Das folgende wurde kontinuierlich dem Ausgangsstoffeinlaß 2 des ersten Mischers hinzugefügt: 10 Gewichtsteile Polyoxyethylenlaurylether, 5,0 Gewichtsteile Ionenaustauscherwasser und 100 Gewichtsteile einer Mischung mit einer Viskosität bei 25ºC von 100.000 mm²/s (Centistokes), die durch Lösen von 42 Gewichtsteilen Dimethylpolysiloxanharz mit endständigen Trimethylsiloxygruppen mit einer Viskosität bei 25ºC von 10.500.000 mm²/s (Centistokes) in 58 Gewichtsteilen Isoparaffin mit einem spezifischen Gewicht von 0,79 und einer Viskosität bei 40ºC von 2,4 mm²/s (Centistokes) bis zur Homogenität, hergestellt wurde. Druckluft wurde ebenfalls über einen Gaseinlaß, der an den Stoffeinlaß 2 angebracht war injiziert, um ein Verhältnis von 1,0 (NL/h)/(kg/h) zwischen dessen Zufuhr und der Dimethylpolysiloxanzufuhr bereitzustellen. Diese Inhaltsstoffe wurden durch Scherung und Rühren bis zur Homogenität miteinander gemischt und wurde als durchsichtige pastenartige Emulsion mit einem Dimethylpolysiloxangehalt von 36,5 Gew.- % aus dem Auslaß 3 des ersten Mischers ausgetragen. Diese pastenartige Emulsion und 82,4 Gewichtsteile Verdünnungswasser (d. h. äquivalent zu 71 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen der aus dem Auslaß des ersten Mischers ausgegebenen pastenartige Emulsion) wurden anschließend kontinuierlich dem Ausgangsstoffeinlaß 2 eines zweiten Mischers zugeführt, wobei das Scheren und Rühren bis zur Homogenität zu einer Dimethylpolysiloxanharzemulsion mit einem Dimethylpolysiloxangehalt von 21,3 Gew.-% führte.
Die Bedingungen in den in diesem Beispiel durchgeführten Verfahren, eingesetzten ersten und zweiten Mischer, waren dieselben, wie die in dem Beispiel 1 eingesetzten Bedingungen, d. h. die Rotationsgeschwindigkeit der drehbaren Achse 4, die minimale Lücke, die Schergeschwindigkeiten und Drücke am Einlaß 2 und am Auslaß 3.
Die in diesem Scher- und Rührverfahren hergestellte Dimethylpolysiloxanemulsion war eine milchig weiße Emulsion, in der das Dimethylpolysiloxanharz mit Wasser bis zur Homogenität emulgiert und dispergiert war. Dessen mittlere Teilchengröße betrug 0,4 um. Auch dann, wenn die Dimethylpolysiloxanemulsion 10 Monate lang bei Umgebungstemperatur gehal ten wurde, wurden das Dimethyl polysiloxan und das Wasser nicht getrennt, was darauf hinwies, dass die Emulsion außerordentlich stabil war.

Vergleichendes Beispiel

Dimethylpolysiloxan, Emulgator und Wasser wurden wie in Beispiel 3 beschrieben miteinander gemischt, jedoch in diesem vergleichenden Beispiel ohne die Injektion von Druckluft. Es wurde eine pastenartige Emulsion erhalten. Die mittlere Teilchengröße des Dimethylpolysiloxans in dieser Emulsion wurde auf 0,4 um ausgemessen. Im Falle der zweiten, durch die Zugabe von 71 Gewichtsteilen Wasser je 100 Gewichtsteilen pas tenartiger Emulsion, hergestellten Emulsion trat bereits nach einem Tag bei Umgebungstemperatur eine Phasentrennung zwischen dem Dimethylpolysiloxan und dem Wasser auf.
Es sollte daher augenscheinlich sein, dass beim Vergleich unseres Beispiels 3 mit diesem vergleichenden Beispiel, dass dort, wo das Emulgieren während der kontinuierlichen Injektion eines Gases in den Ausgangsstoff durchgeführt wird, eine Organopolysiloxanemulsion entsprechend dieser Aufgabe unserer Erfindung hergestellt wird, die hoch homogen und sehr lagerstabil ist.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Organopolysiloxanemulsionen, umfassend den Schritt:

kontinuierlich Zuführen und Einspeisen von einer Organopolysiloxanflüssigkeit oder eines -harzes, Wasser und einem Emulgator als Stoffe in den Einlaß (2) eines ersten Mischers mit einem zylindrischen Gehäuse (I), wobei in dem zylindrischen Gehäuse zwischen seinem Einlaß und seinem Auslaß ein Scher- und Rührmechanismus einer ersten Stufe (9) und ein Scher- und Rührmechanismus (10) einer zweiten Stufe angeordnet sind,

dadurch gekennzeichnet, daß der Scher- und Rührmechanismus der ersten Stufe einen Turbinenrotor (5) mit Rührblättern (5a), die in axialer Richtung betrachtet schräg aus der radialen Richtung ausgelenkt sind, und einen Stator (6) ringsum den Umfang des Rotors aufweist, der Scher- und Rührmechanismus der zweiten Stufe einen Turbinenrotor (7) mit Rührblättern (7a), die spirale Kurven bezüglich der axialen Richtung beschreiben, und einen Stator (8) ringsum den Umfang seines Rotors aufweist und die Mechanismen der ersten und zweiten Stufe in Reihe entlang der Richtung des Flusses der zugeführten Stoffe angeordnet sind und voneinander durch eine Relaxationszone (11) getrennt sind, wobei das Verfahren die weiteren Schritte umfaßt:

Unterziehen der zugeführten Stoffe einer Einsaug- und Scherwirkung in dem Scher- und Rührmechanismus der ersten Stufe bei einer Schergeschwindigkeit von wenigstens 100 reziproken Sekunden und nach Durchlaufen durch die Relaxationszone (11) Unterziehen der Stoffe einer Phasenumkehr, Rotationswirkung und Scherwirkung in dem Scher- und Rührmechanismus der zweiten Stufe bei einer Schergeschwindigkeit von wenigstens 100 reziproken Sekunden und Austragen einer Organopolysiloxan-in-Wasser-Emulsion mit einem Gehalt an Organopolysiloxanen in der Emulsion von 10-99 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Emulsion, aus dem Auslaß des zylindrischen Gehäuses, und

kontinuierlich Zuführen und Einspeisen von Verdünnungswasser und der Organopolysiloxan-in-Wasser-Emulsion, die in dem ersten Mischer durch die erste Prozedur hergestellt wurde, in einen zweiten Mischer und Wiederholen der Stufen, die in der ersten Prozedur in dem ersten Mischer durchgeführt wurden, in dem zweiten Mischer und Austragen einer wasserverdünnten Organopolysiloxan-in- Wasser-Emulsion aus dem Auslaß des zylindrischen Gehäuses des zweiten Mischers.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die rückwärtige Oberfläche des Turbinenrotors (7) in dem Scher- und Rührmechanismus der zweiten Stufe sägezahnartige Vorsprünge (12) aufweist, der Scher- und Rührmechanismus der zweiten Stufe eine dazwischenliegende Lücke, gefolgt von sägezahnartigen Vorsprüngen (13a) auf einer Oberfläche des Stators (13) des Scher- und Rührmechanismus der zweiten Stufe aufweist, wobei die beiden Sets an sägezahnartigen Vorsprüngen auf den Oberflächen des Rotors und des Stators des Mechanismus der zweiten Stufe ineinander eingreifen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Organopolysiloxanflüssigkeit oder das -harz eine Viskosität bei 25ºC von wenigstens 10.000 mm²/s (Centistokes) aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Organopolysiloxan-in- Wasser-Emulsion, die in dem ersten Mischer durch die erste Prozedur hergestellt wird, 10-99 Gew.-% der Organopolysiloxanflüssigkeit oder des - harzes, 0,1-89 Gew.-% des Emulgators und 1.0-89 Gew.-% Wasser enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Menge an Verdünnungswasser, die in der zweiten Prozedur zugeführt und eingespeist wird, 1-2.000 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile der Organopolysiloxanin-Wasser-Emulsion, die in dem ersten Mischer durch die erste Prozedur hergestellt wird, beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zwischen den Turbinenrotoren und -statoren der Mechanismen eine minimale Lücke zwischen 1-2 mm vorhanden ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Gas in den Einlaß des ersten Mischers injiziert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Verhältnis der Menge an injiziertem Gas in NL/h zu der Menge an zugeführter Organopolysiloxanflüssigkeit oder -harz in kg/h 0,01 bis 100 (NL/h)/(kg/h) beträgt, wobei NL als Normalliter bei 0ºC und 1 Atmosphäre definiert ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das Gas ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Luft, Stickstoff, Kohlendioxid und Argon.