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Verfahren zur Herstellung eines Kieselsäureorganosols und danach hergestelltes Kieselsäureorganosol
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Kieselsäureorganosols das beispielsweise zur Behandlung von Textilien geeignet ist. wie auch auf das so hergestellte Kieselsäu- reorganosol.
Flüssigkeiten, welche kolloiddisperse Kieselsäure enthalten, haben zahlreiche Verwendungsmöglichkeiten, beispielsweise bei Farben, bei Druckfarben, bei Schmiermittelmischungen und bei Textilölen.
Beispielsweise sind bei der Textilverarbeitung Öle, die kolloidale Kieselsaure enthalten, wertvoll, um den Schlupf zwischen den Fäden zu. vermindern.
Es wurde nun ein besonders wirksamer Weg gefunden, um eine flüssige Mischung (d. h. eine Mischung, welche gegossen werden kann), die dispergierte Kieselsäure enthält, herzustellen.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung eines Kieselsäureorganosols, dessen organische Komponente eine mit einem Kieselsäureaquasol nicht mischbare Flüssigkeit enthält, besteht nun darin, dass aus einem Kieselsäureaquasol und einer mit ihm nicht mischbaren organischen Flüssigkeit geringerer Flüchtigkeit als Wasser eine Emulsion hergestellt und aus ihr das Wasser durch Verdampfen entfernt wird.
Nachdem erfindungsgemässen Verfahren können flüssige Mischungen hergestellt werden, die, obwohl sie noch immer gegossen werden können. einen grösseren Prozentsatz an dispergierter Kieselsäure enthalten als die bisher giessfähigen Mischungen. Erfindungsgemäss kann sogar eine flüssige Mischung hergestellt werden, die aus einer organischen Flüssigkeit besteht, die 25 Gew.-% oder mehr an kolloidal dispergierter Kieselsäure enthält.
Als organische Flüssigkeit, die mit dem Kieselsäureaquasol nicht mischbar ist, wird eine Flüssigkeit verstanden, die beim Mischen mit dem Aquasol zwei Phasen bildet. und in der Praxis ist es natürlich auch eine Flüssigkeit, die sich zur Herstellung einer Kieselsäuredispersion eignet. Gewöhnlich ist es eine organische Flüssigkeit, die mit dem Aquasol zu einer stabilen Emulsion emulgiert werden kann, aus welcher das Wasser des Sols durch Einwirkung von Hitze verdampft werden kann, so dass die Kieselsäure in der organischen Flüssigkeit verbleibt.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren kann Kieselsäure in einer Vielzahl von organischen Flüssigkeiten dispergiert werden. Wenn die Produkte in der Textilindustrie verwendet werden sollen, wird man im allgemeinen die Textilöle verwenden, die dort verwendet werden, beispielsweise bei Spinnverfahren.
Es können demnach verwendet weiden : Mineralöle, z. B. Spindelöle ; vegetabilische Öle, z. B. Olein, Erdnussöl, Rizinusöl, Olivenöl und andere Glyzeride ; tierische Öle, Walratöl und Mischungen irgendwelcher dieser Öle, z. B. Mischungen von Walratöl und Rizinusöl oder von Olein und Mineralöl. Beim Verspinnen von Wolle sind z. B. Mischungen von Olein mit Mineralölen sowie Olein allein sehr nützlich, wogegen bei der Kammgarnspinnerei Olivenöl und Mischungen von Walratöl mit Rizinusöl günstig sind.
In manchen Fällen wird ein Textilöl in einer Form verkauft, in welcher es bereits ein im wesentlichen öllösliche Emulgiermittel enthält und ein derartiges Öl ist als ein selbstmischendes Textilöl bekannt ; das Emulgiermittel ist gewöhnlich ein nicht ionisches, aber manchmal ist zusätzlich auch eine geringe Menge eines anionischen Emulgiermittels vorhanden.
Es gibt auch zahlreiche andere organische Flüssigkeiten, in welchen nach dem erfindungsgemassen
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Dispersionenweise Ester, z. B. Butyl-oder Amylazetat ; aromatische Kohlenwasserstoffe, wie z. B. Toluol und Xylol ; aliphatische Kohlenwasserstoffe, wie z. B. Petroleum und Solventnaphtha ; Ketone, wie z. B. Methyliso- butylketon ; Trockenreinigungsmittel, wie z. B. Trichloräthylen und Perchloräthylen. Ebenso wie die entsprechenden Öle werden auch zahlreiche Lösungsmittel bei der Herstellung von Farben und Firnissen verwendet. bei welchen die Anwesenheit von Kieselsäure die Eigenschaften der Oberfläche modifiziert.
Flüssige Mischungen mit 1 - 10. vorzugsweise 2-8 Gew.-% Kieselsäure können leicht erhalten werden. Es ist jedoch auch möglich, flüssige Mischungen mit beträchtlich höheren Kieselsäuremengen herzustellen, wie mit einem Gehalt von 10 bis 25, vorzugsweise 15 - 20 Gew. -'10 und mehr. Stabile flüssige Mischungen mit mehr als 30 und sogar bis zu 40 Gen.-% Kieselsäure wurden beispielsweise nach dem er- findungsgemässen Verfahren hergestellt. Die konzentrierten Mischungen können natürlich vor ihrer letzten Verwendung verdünnt werden. Eine geeignete Teilchengrösse für die Kieselsäure liegt beispielsweise im Bereich von 10 bis 250 mli (Durchmesser) z. B. 10 - 100 mJl.
Geeignete Silikaaquasole können auf verschiedene Arten erhalten werden ; beispielsweise durch Behandeln einer Lösung von Natriumsilikat mit einem Ionenaustauschmaterial oder durch Ansäuern einer Natriumsilikatlösung und Behandeln des angesäuerten Silikats mit Alkoholen, um das Elektrolytmaterial zu
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;Kieselsäureteilchen kann je nach dem gewünschten Effekt stark schwanken. Sole mit Teilchen einer Grö- sse von beispielsweise 10 bis 250 my und insbesondere von 10 bis 100 mil geben gute Ergebnisse.
Die Konzentration und die Art des bei de m erfindungsgemässen Verfahren verwendeten Silikasols hängt in der Praxis von dem in der Endflüssigkeit gewünschten Prozentsatzes an Kieselsäure und der gewünschten
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o Kieselsäureten (obwohl auch Sole mit höherem Kieselsäuregehalt wie beispielsweise 50% erhalten werden können und ihre Verwendung in manchen Fällen Vorteile bietet) und durch Auswahl der geeigneten Menge zur Emulgierung mit der organischen Flüssigkeit können leicht flüssige Mischungen mit dem benötigten Kieselsäu- regehalt hergestellt weIden.
Im allgemeinen ist es vorzuziehen, ein Volumen des Silikasols zu verwenden. das kleiner ist als das der organischen Flüssigkeiten und, wenn konzentriertere flüssige Mischungen hergestellt werden, sollen, ist es günstig, ein Silikasol zu verwenden, welches wenigstens 20 Gew.-% Kie- selsäure enthält.
Die Emulsion des Silikaaquasols und der organischen Flüssigkeit wird vorzugsweise erhalten durch Mischen des Aquasols unter gutem Rühren mit der organischen Flüssigkeit, die ein Emulgiermittel enthält,
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geringer als das der organischen Flüssigkeit. Diese Bedingungen führen zur Bildung einer stabilen Wasser- - in-Öl-Emulsion, welche sehr oft die zunächst gebildete Emulsionsart ist. Jedenfalls ist eine Wasser-in- - Öl-Emulsion die Emulsionsart, die gewöhnlich im späteren Stadium der Verdampfung vorliegt. Im allgemeinen kann eine gröflere Stabilität erzielt werden, wenn die Emulsion zunächst beispielsweise in einem Homogenisator durchmischt wird.
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sulfonate verwendet werden. Nichtionische Mittel, die verwendet werden können, sind z.
B. organische Ester sowie die geeigneten Kondensationsprodukte von Äthylenoxyd mit z. B. einer Karbonsäure (Beispiele werden weiter unten angegeben), einem Alkohol (z. B. Cetyl- oder Laurylalkohol), einem Phenol (z. B.
Butyl-oder Octylphenol), einem Amin oder einem Merkaptan. Die Kondensationsprodukte der Äthylenoxyd/Karbonsäuretype werden oft nach andern Methoden hergestellt, z. B. durch Verestern. eines Poly- äthylenglykol mit einer Karbonsäure. Spezielle Emulgiermittel der organischen Esterart, die ausgezeichnete Resultate ergeben, sind Di- und Polyäthylenglykolester von langkettigen aliphatischen Karbonsäuren (die aliphatische Gruppe kann ungesättigt sein). Besonders geeignet sind Polyäthylenglykolmonoester und Diester von langkettigen Alkylkarbonsäuren und solche aus Polyäthylenglykolen mit einem Molgewicht von 150 bis 900 (d. h. mit 3-20 Äthylenoxydgruppen) sind besonders wertvoll.
Geeignete Veresterungsgruppen sind solche von Alkylkarbonsäuren mit 10 - 20 Kohlenstoffatomen im Molekül, z. B. Laurin-, Stearin-, Olein-und Palmitinsäure. Beispiele von Diestem, die ausgezeichnete Resultate ergeben, sind Dioleate von Polyäthylenglykol mit einem Molgewicht von 600, Distearate von Polyäthylenglykol mit einem Molgewicht von 400 und Dilaurate von Polyäthylenglykol mit einem Molgewicht von 300. Monoester, die in manchen Fällen nützlich sind, sind Monooleate von Polyäthylenglykolen mit einem Molge- wicht von 200, 3000 400 bzw. 600 und die Momolaurate und Monostearate von diesen Polyäthylenglyko-
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Propylenglykol- und Glyzerinester von langkettigen Alkylkarbonsäuren ; Kondensate von Sorbit mit Fettsäuren ; Lanolin (Mischung von Cholosterylpalmitat, Oleat und Stearat) können ebenfalls verwendet werden.
Es muss eine genügende Menge des Emulsionsmittels verwendet werden, dass eine stabile Emulsion gebildet wird ; eine entsprechende Menge ist gewöhnlich 1, 5-10% des Emulgiermittels, beispielsweise 2 - fP/o. bezogen auf das Gewicht der organischen Flüssigkeit. Es können auch grössere Mengen bis zu 20 oder auch 30 Gew.-% verwendet werden, wenn die herzustellende Mischung konzentriert ist und mehr als ungefähr 20 Gew.-% Kieselsäure enthält.
Das Wasser des Silikasols kann aus der Emulsion auf verschiedene Arten verdampft werden, es ist aber günstig, dies durch Erhitzen bei vermindertem Druck zu tun. Im allgemeinen wird es vorgezogen, die Temperatur unter ungefähr 80 - 850C zu halten, z. B. zwischen 40 und 75 C. Ausgezeichnete Resultate werden zwischen 50 und 600C erhalten. Natürlich kann auch eine Temperatur unter 400C angewendet werden, z. B. 30 C. Oft ist es günstig, die Emulsion zu rühren, während die Verdampfung durchgeführt wird, insbesondere dann, wenn eine Mischung mit hohem Kieselsäuregehalt hergestellt wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann zur Herstellung von flüssigen Mischungen auf Basis von Textil- ölen verwendet werden, die-sich zur Behandlung von verschiedenen Textilien eignen, bei welchen feinverteilte Kieselsäure entweder die Eigenschaften der Textilien verbessert oder ein Hilfsmittel zur Verarbeitung bildet. Insbesondere sind dies flüssige Mischungen zur Verwendung beim Verspinnen von Wolle
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Kammgarnspinnverfahren.fasern bzw. Zelluloseregeneratfasern. Die flüssigen Mischungen werden gewöhnlich vor dem Spinnen auf die Fasern aufgebracht.
Der Kieselsäuregehalt kann von etwa 2 bis 10 Gew. -"/0 des Textilöls schwan- ken und liegt vorzugsweise bei 3-8 Gew.-% z.B. ungefähr 6 Gew.-% Geeignete flüssige Mischun- gen können direkt hergestellt oder durch Verdünnen einer konzentrierten Mischpng mit textilöl erhal- ten werden.
Die geeignete konzentrierte Mischung kann, wenn sie zur Textilverarbeitung verwendet wird, ge- wünschtenfalls mit Wasser verdünnt und emulgiert werden, und unter diesen Umständen kann sie vorteil- hafterweise ein Emulgiermittel enthalten, welches die Bildung einer Öl-in-Wasser-Emulsion erleichtert (z. B. ein nichtionisches Mittel oder ein anionisches Mittel, wie Seife, das in einem gewissen Ausmass wasserlöslich ist) sowie auch das öllösliche und vorzugsweise nichtionische Emulgiermittel, welches wie oben beschrieben gewöhnlich anwesend ist.
Die folgenden Beispiele sollen die vorliegende Erfindung erläutern, ohne dass diese jedoch hierauf beschränkt werden soll.
Beispiel l : In diesem Beispiel wird die erfindungsgemässe Herstellung von flüssigen Mischungen auf Basis eines mineralischen Textilöls beschrieben.
1, 5 g eines Silikaaquasols mit einem Gehalt von. 30 Gew. Kieselsäure mit einer Teilchengrösse von ungefähr 25 mu wurden in 7 g eines leichten Mineralöls, welches 0, 21 g des Dioleats eines Poly- äthylenglykols mit einem Molgewicht von 600 enthielt, zu einer stabilen Emulsion eingerührt. Hierauf wurde das Wasser bei 400C unter vermindertem Druck abgedampft.
Die erhaltene flüssige Mischung war klar und leicht beweglich und bestand aus einer stabilen Dispersion von 6 Gew.-% Kieselsäure in Öl ; sie eignete sich zur Verwendung bei der Behandlung von Textilien.
Eine andere flüssige Mischung wurde auf ähnliche Weise aus 3 g Silikaaquasol und 7 g des leichten Mineralöls hergestellt. Das auf diese Art erhaltene Produkt enthielt 12 Gew.. I1fo Kieselsäure, war aber noch immer stabil und hinreichend flüssig, dass es leicht ausgegossen werden konnte. Seine Viskosität bei 200C betrug 195 cP, verglichen mit 74 cP für das leichte Mineralöl allein.
Bei s pie 1 2 : In diesem Beispiel wird die erfindungsgemässe Herstellung von flüssigen Mischungen auf Basis eines Oleins beschrieben.
1, 5 g des in Beispiel 1 verwendeten Silikaaquasols wurden in 7 g einer Mischung von 50 Gew.
Olein mit 50 Gew.-% eines leichten Mineralöls, die 0. 21 g des Dioleats eines Polyäthylenglykols. mit einem Molgewicht von 600 enthielt, zu einer stabilen Emulsion eingerührt. Hierauf wurde das Wasser bei 300C unter vermindertem Druck abdestilliert.
Die erhaltene flüssige Mischung war eine klare stabile Dispersion mit 6 Gew.-% Kieselsäure Inder Olein-Mineralölmischung und eignete sich sehr gut für die Verwendung bei der Behandlung von Textilien.
Das obige Verfahren wurde wiederholt unter Verwendung von Mischungen von 70 bzw. 98 Gew.-% Olein mit dem leichten Mineralöl an Stelle der erstgenannten Mischung. In diesen beiden Fällen wurden jedoch die gebildeten Emulsionen gerührt, während das Wasser bei 300C abdestilliert wurde. Die erhalte-
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neu flüssigen Mischungen waren in beiden Fällen relativ bewegliche Flüssigkeiten, die sich zur Behandlung von Textilien eigneten.
Beispiel 3 : In diesem Beispiel wird die Herstellung einer flüssigen Mischung auf Basis eines mine- talischen TexUlöls mit einem Gehalt von 21 Gew.-"o kolloidal dispergierter Kieselsäure beschrieben.
7 g eines Silikaaquasols mit einem Gehalt von 30 Gew.-% Kieselsäure wurden unter Rühren 7 g eines leichten Mineralöls mit einem Gehalt von 1,2g Distearat eines Polyäthylenglykols mit einem Molgewicht von 400 zugesetzt, wobei sich eine stabile Emulsion bildete. Hierauf wurde das Nasser von der Emulsion unter Rühren bei 50 C unter vermindertem Druck abdestilliert.
Die resultierende klare Mischung war noch immer relativ beweglich und enthielt 21 Gew.-% Kieselsäure. Sie eignete sich nach Verdünnen mit weiteren Mengen eines Textilöls zur Herstellung einer ge-
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von Olein beschrieben.
6 g eines Silikaaquasols mit 15 Gew. -% Kieselsäure wurden unter gutem Rühren 14 g Olein. welches 0, 35 g Lanolin enthielt, unter Bildung einer Emulsion zugesetzt. Diese wurde weiter durch einen Homogenisator stabilisiert und das Wasser wurde dann bei 600C unter vermindertem Druck abdestilliert. Die so erhaltene flüssige Mischung war eine klare stabile Dispersion von 6 Gew.-% Kieselsäure in Olein.
Beispiel 5 : In diesem Beispiel wird die erfindungsgemässe Herstellung einer flüssigen Mischung aus 30 Gew.-% Kieselsäure, dispergiert in einem selbstmischenden Textilöl, beschrieben.
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20 g eines selbstmischenden Textilöls (dies ist ein leichtes Mineralöl, welches 4 g eines Kondensations- produktes von 4 Molen Äthylenoxyd mit einem Mol Octylphenol sowie eine geringe Wassermenge enthält) zugesetzt. Es bildete sich eine stabile Emulsion, aus welcher unter Rühren bei einer Temperatur zwischen 40 und 70 C unter vermindertem Druck Wasser abdestilliert wurde.
Die erhaltene flüssige Mischung war eine klare stabile Dispersion von 30 Gew.-'%) Kieselsäure in Öl ; nach Verdünnen mit einem Textilöl gab sie eine gebrauchsfertige Mischung für die Anwendung an Textilien.
Beispiel 6 : In diesem Beispiel wird die erfindungsgemässe Herstellung eines mineralischen Textilöls, wobei ein nichtionisches Emulgiermittel mit einer geringen Menge eines anionischen Mittels verwendet wird, beschrieben.
Die in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren wurden wiederholt, jedoch wurden die dort angegebenen Mengen am Dioleat eines Polyäthylenglykols mit einem Molgewicht von 600 durch eine Mischung von 2 Teilen dieses Stoffes mit 1 Teil eines sulfonierten Petroleumöls ersetzt. In beiden Fällen wurde eine stabile Dispersion von Kieselsäure in Mineralölen erhalten.
Beispiel 7 : In diesem Beispiel wird die erfindungsgemässe Herstellung einer flüssigen Mischung auf Basis eines Leinsamenstandöls beschrieben.
83, 3 g eines Silikaaquasols mit einem Gehalt von 30 Gew.-% Kieselsäure und einer Teilchengrösse von 25 m wurden unter heftigem Rühren 96 g Leinsamenstandöl mit einer Viskosität von 60 cP bei 20 C welche 4g Polypropylenglykolmonooleat enthielten, zugesetzt; es bildete sich eine stabile Emulsion, aus welcher das Wasser bei 50 C unter vermindertem Druck abdestilliert wurde.
Die resultierende flüssige Mischung hatte eine ähnliche Viskosität wie das ursprüngliche Leinsamen- standöl und bestand aus einer klaren stabilen Dispersion von 20 Gew.-% Kieselsäure im Öl. Sie eignete sich zur Herstellung von Farben und Firnissen.
Beispiel 8 : In diesem Beispiel wird die erfindungsgemässe Herstellung einer flüssigen Mischung auf Basis von Sojabohnenöl beschrieben.
27 g eines Silikaaquasols mit einem Gehalt von 30 Gew.- Kieselsäure und einer Teilchengrösse von 100 m u : wurden unter heftigem Rühren 86 g Sojabohnenöl mit einem Gehalt von 10 g einer Mischung von Fettsäuren (hergestellt durch Hydrolyse des gleichen Sojabohnenöls) und 4 g des Dilaurats eines Polyäthy- lenglykols mit einem Molgewicht von 300 zugesetzt ; es bildete sich eine stabile Emulsion, aus welcher das Wasser bei 500C unter vermindertem Druck abdestilliert wurde.
Die erhaltene Mischung hatte eine Viskosität von ungefähr 50 cP bei 200C (ungefähr die gleiche wie das ursprüngliche Sojabohnenöl) und bestand aus einer klaren stabilen Dispersion von 7, 5 Gew.-% Kieselsäure in Öl.
Beispiel 9 : In diesem Beispiel wird die Herstellung einer flüssigen Mischung auf Basis von Petroleum mit einem Gehalt an dispergierter Kieselsäure beschrieben.
5, 4g eines Silikaaquasols mit einem Gehalt von 50 Gew. -%-K1eselsäure wurden unter heftigem Rüh-
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Die erhaltene flüssige Mischung bestand aus einer klaren stabilen Dispersion von ungefähr 6 Gel.-% Kieselsäure in Petroleum.
Beispiel 10 : Das Verfahren des vorhergehenden Beispiels wurde wiederholt, wobei an Stelle des Petroleums 37, 5 g Perchlorithylen verwendet wurden. Es wurde eine ähnliche Dispersion von Kieselsaure in Perchloräthylen erhalten.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung eines Kieselsäureorganosols, dessen organische Komponente eine mit einem Kieselsäureaquasol nicht mischbare Flüssigkeit darstellt, dadurch gekennzeichnet, dass aus einem
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FlüssigkeitWasser eine Emulsion hergestellt und aus ihr das Wasser durch Verdampfung entfernt wird.