DE102004040266A1 - Öl-in-Wasser Emulsionen von Aminosiloxanen - Google Patents

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Abstract

Gegenstand der Erfindung sind Öl-in-Wasser Emulsionen, die DOLLAR A (i) 100 Gew.-Teile eines Aminoalkylgruppen aufweisenden Polydimethylsiloxans (P) mit einer Aminzahl von mindestens 0,1 mequiv/g Polydimethylsiloxan (P), aufgebaut aus Einheiten der allgemeinen Formel I DOLLAR A R·1·¶a¶R·2·¶b¶SiO¶(4-a-b/2)¶ DOLLAR A in der R·2· Aminoalkylreste der allgemeinen Formel II DOLLAR A -R·3·-NR·4·R·5· DOLLAR A und R, R·1·, R·2·, R·3·, R·4·, R·5·, a und b die in Anspruch 1 angegebenen Bedeutungen aufweisen, DOLLAR A (ii) Protonierungsmittel DOLLAR A (iii) Wasser und DOLLAR A (iv) höchstens 5 Gew.-Teile Emulgator enthalten.

Description

  • Die Erfindung betrifft Öl-in-Wasser Emulsionen von Aminoalkylgruppen aufweisendem Polydimethylsiloxan und deren Verwendung.
  • Solvensbasierende Zusammensetzungen auf Basis aminofunktioneller Polydimethylsiloxane, die z. B. als wasserabweisende Pflegemittel eingesetzt werden, sind bekannt.
  • US 6596060 , Atofina, P. Michaud, beschreibt eine wasserabweisende Zusammensetzung, die im Wesentlichen aus mindestens einem Organopolysiloxan mit mindestens einer aminierten Gruppe und 85-99 Massen-% an Isopropanol besteht. Solvensbasierende Zusammensetzungen auf Basis von (aminofunktionellen) Organopolysiloxanen zeichnen sich im Allgemeinen durch eine sehr gute hydrophobierende Wirkung auf unterschiedlichsten Substraten aus, sind aber in Zeiten eines gestiegenen Umweltbewußtseins in Bezug auf flüchtige organische Verbindungen (VOCs) und aus gesundheitlicher Sicht nicht mehr zeitgemäß. Wässerige Zusammensetzungen werden deshalb in der Zukunft solvensbasierende Systeme generell mehr und mehr ablösen.
  • Wässerige Zusammensetzungen, die aminofunktionelle Organopolysiloxane enthalten, sind bekannt. Derartige Zusammensetzungen werden beispielsweise zur hydrophobierenden Behandlung von natürlichen und/oder synthetischen textilen Fasern, zur hydrophobierenden Behandlung von Baustoffen, als Bestandteil von Pflegemitteln und als Bestandteil von kosmetischen Zubereitungen eingesetzt. Herkömmliche wässerige Zusammensetzungen, die aminofunktionelle Organopolysiloxane enthalten, sind dem Fachmann in Form von sogenannten Öl-in-Wasser- oder Wasser-in-Öl-Emulsionen bekannt. Diese Emulsionen können in Form von sogenannten Makro- oder Mikroemulsionen vorliegen. Diese Emulsionen sind in der Regel durch herkömmliche nichtionogene, anionische, kationische oder amphotere Emulgatoren oder Silicon-Polyether-Copolymer-Emulgatoren stabilisiert. DE 4328917 , Wacker-Chemie GmbH, M. Geck, beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Microemulsionen auf Basis aminofunktioneller Organopolysiloxane, bei dem die Komponenten Organopolysiloxan, herkömmlicher Emulgator, Wasser, gegebenenfalls Cotensid und gegebenenfalls Säure in beliebiger Reihenfolge zusammengegeben und vermischt werden.
  • Die Anwesenheit von nichtionischen, anionischen, kationischen oder amphoteren Emulgatoren in diesen wässerigen Zusammensetzungen, die aminofunktionelle Organopolysiloxane enthalten, verschlechtert jedoch die hydrophobierenden Eigenschaften derartiger Emulsionen in der Applikation erheblich, mitunter sogar drastisch.
  • Wässerige Zusammensetzungen, die aminofunktionelle Organopolysiloxane enthalten und auf die Verwendung der o. g. herkömmlichen Emulgatoren verzichten, sind bekannt.
  • GB 1199501 beschreibt Hydrophobierungsmittel, insbesondere für Glasoberflächen, welche Isopropanol, Wasser und ein Umsetzungsprodukt eines hydroxiterminierten, basischen Stickstoff aufweisenden Organopolysiloxans mit organischen oder anorganischen Säuren enthalten. Die wässerigen Verdünnungen dieser Hydrophobierungsmittel weisen jedoch keine ausreichende Wirkstoffstabilität auf.
  • EP 1008616 A beschreibt w/o-Emulsionen, die aminofunktionelle Organopolysiloxane enthalten. Derartige Emulsionen weisen den Nachteil auf, daß sie eine vorgegebene Zusammensetzung aufweisen und mit Wasser nicht verdünnbar sind.
  • EP 1031593 A beschreibt eine Zusammensetzung, die aus einem Gemisch wasserlöslicher, aminofunktioneller und im Wesentlichen alkoxygruppenfreier Siliciumverbindungen, Wasser, gegebenenfalls Alkohol und gegebenenfalls Säure besteht. Aufgrund der verwendeten wasserlöslichen (Teil-)Kondensate von wasserlöslichen Aminosilanen ist die hydrophobierende Wirkung der Zusammensetzung stark eingeschränkt.
  • In EP 186265 A sowie EP 68671 A werden Zusammensetzungen beschrieben, die (1) eine Mischung eines (A) Salzes eines Organopolysiloxans mit mindestens einer Aminogruppe sowie mindestens einer reaktiven Gruppe -OX, wobei X Wasserstoffatom, Alkylrest oder Alkoxialkylrest bedeutet, mit einer (B) in (2) löslichen, mindestens zwei reaktive Gruppen -OX aufweisenden Organosiliciumverbindung und (2) ein wasserlösliches Lösungsmittel enthalten. Die wässerigen Verdünnungen dieser Zusammensetzungen weisen keine ausreichende Wirkstoffstabilität auf.
  • EP 242798 A beschreibt wässerige Emulsionen, die als Emulgiermittel das Salz von wasserlöslicher organischer oder anorganischer Säure und Polysiloxan, das zusätzlich zu anderen Silioxaneinheiten solche Siloxaneinheiten enthält, die einwertige, SiC-gebundene mit basischem Stickstoff in Mengen von mindestens 0.5 Gewichtsprozent basischem Stickstoff, bezogen auf das Gewicht des Polysiloxans, aufweisen, enthalten. Wie bekannt ist, sind derartige Emulsionen nicht über einen längeren Zeitraum verdünnungsstabil.
  • EP 556740 A beschreibt Organopolysiloxanzusammensetzungen, die ein Salz aus einer wasserlöslichen organischen oder anorganischen Säure und einem Organopolysiloxan, welches mindestens einen SiC-gebundenen organischen Rest mit basischem Stickstoff aufweist, enthalten. Derartige Zusammensetzungen sind in Verdünnung wirkstoffstabil, jedoch in ihrer hydrophobierenden Wirkung nicht ausreichend.
  • In US 2004/0029981 A ist die Behandlung von Fasern mit emulgatorfreien Emulsionen von aminofunktionellen Siliconölen beschrieben.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es wässrige Zusammensetzungen zu finden, die die oben genannten Nachteile nicht aufweisen.
  • Gegenstand der Erfindung sind Öl-in-Wasser Emulsionen, die
    • (i) 100 Gew.-Teile eines Aminoalkylgruppen aufweisenden Polydimethylsiloxans (P) mit einer Aminzahl von mindestens 0,1 mequiv/g Polydimethylsiloxan (P), aufgebaut aus Einheiten der allgemeinen Formel I R1 aR2 bSiO(4-a-b/2) (I),in der R1 gegebenenfalls mit Halogenen substituierte Alkylreste mit 1-40 Kohlenstoffatomen, Reste -OR oder -OH, R gegebenenfalls mit Halogenen substituierte Alkylreste mit 1-40 Kohlenstoffatomen, R2 Aminoalkylreste der allgemeinen Formel II -R3-NR4R5 (II),R3 zweiwertige Kohlenwasserstoffreste mit 1-40 Kohlenstoffatomen, R4 einwertige Kohlenwasserstoffreste mit 1-40 Kohlenstoffatomen oder H, R5 einen Rest der allgemeinen Formel III -(R6-NR4)xR4 (III),R6 einen zweiwertigen Rest der allgemeinen Formel IV -(CR4R4-)y (IV),x den Wert 0 oder einen Wert von 1 bis 40, y den Wert 1 oder 2, a den Wert 0, 1, 2 oder 3, b den Wert 0, 1, 2 oder 3 und a + b einen durchschnittlichen Wert von 1,5 bis 2,5 bedeuten, wobei höchstens 9 mol% der Reste R1 OH oder OR sind,
    • (ii) Protonierungsmittel
    • (iii) Wasser und
    • (iv) höchstens 5 Gew.-Teile Emulgator enthalten.
  • Die Emulsionen sind ohne weiteren Zusatz anderer stabilisierender Inhaltsstoffe, wie Emulgatoren oder Silicon-Polyether-Copolymer-Emulgatoren homogen, stabil und verdünnungsstabil. Sie enthalten vorzugsweise höchstens 3, besonders bevorzugt höchstens 1, insbesondere höchstens 0,1 Gew.-Teile Emulgator.
  • Die Alkylreste R1 und R können linear, zyklisch, verzweigt, gesättigt oder ungesättigt sein. Vorzugsweise weisen die Alkylreste R1 und R 1-18 Kohlenstoffatome, insbesondere 1 bis 6 Kohlenstoffatome auf, besonders bevorzugt sind Methylrest oder Ethylrest. Bevorzugte Halogensubstituenten sind Fluor und Chlor. Besonders bevorzugte Reste R1 sind Methylrest, Methoxirest, Ethoxirest oder -OH.
  • Die zweiwertigen Kohlenwasserstoffreste R3 können halogensubstituiert, linear, zyklisch, verzweigt, aromatisch, gesättigt oder ungesättigt sein. Vorzugsweise weisen die Reste R3 1 bis 6 Kohlenstoffatome auf, besonders bevorzugt sind Alkylenreste, insbesondere Propylen. Bevorzugte Halogensubstituenten sind Fluor und Chlor.
  • Die einwertigen Kohlenwasserstoffreste R4 können halogensubstituiert, linear, zyklisch, verzweigt, aromatisch, gesättigt oder ungesättigt sein. Vorzugsweise weisen die Reste R4 1 bis 6 Kohlenstoffatome auf, besonders bevorzugt sind Alkylreste. Bevorzugte Halogensubstituenten sind Fluor und Chlor. Besonders bevorzugte Substituenten R4 sind Methyl, Ethyl, Cyclohexyl und H.
  • Vorzugsweise beträgt b den Wert 0 oder 1. Vorzugsweise beträgt a + b einen durchschnittlichen Wert von 1,9 bis 2,2.
  • Vorzugsweise weist x den Wert 0 oder einen Wert von 1 bis 18, besonders bevorzugt 1 bis 6 auf.
  • Besonders bevorzugte Reste R2 sind -CH2N(R4)2, -(CH2)3N(R4)2, -(CH2)3N(R4)(CH2)2N(R4)2.
  • Vorzugsweise ist das Polydimethylsiloxan (P) aufgebaut aus mindestens 3, insbesondere mindestens 10 Einheiten der allgemeinen Formel I.
  • Das Verhältnis von a zu b ist so gewählt, daß das Polydimethylsiloxan (P) mindestens eine Aminzahl von 0,1 mequiv/g Polydimethylsiloxan (P), vorzugsweise mindestens 0,6 mequiv/g Polydimethylsiloxan (P) aufweist. Die Aminzahl des Polydimethylsiloxans (P) beträgt vorzugsweise höchstens 7 mequiv/g Polydimethylsiloxan (P).
  • Die Viskosität des Polydimethylsiloxans (P) beträgt vorzugsweise 1 bis 100000 mPa·s, insbesondere 10 bis 10000 mPa·s bei 25°C.
  • Vorzugsweise enthalten die Emulsionen Hilfsmittel, die ausgewählt werden aus Mono- oder Polyalkoholen und deren Ethern, welche einen Siedepunkt oder Siedebereich von höchstens 260 °C bei 0,10 MPa aufweisen.
  • Das Protonierungsmittel ist vorzugsweise eine einprotonige oder mehrprotonige, wasserlösliche oder wasserunlösliche, organische oder anorganische Säure, besonders bevorzugt Ameisensäure, Essigsäure, Schwefelsäure, Salzsäure oder Zitronensäure. Protonierungsmittel wird vorzugsweise in einer Menge von 0,05 bis 2 Mol Proton pro Mol basisches Stickstoffatom der Reste R2 zugesetzt.
  • Das Wasser ist vollentsalztes oder salzhaltiges Wasser, bevorzugt vollentsalztes Wasser.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die Emulsionen MQ-Siliconharz. Vorzugsweise enthält das MQ-Siliconharz mindestens 80 Mol-%, vorzugsweise mindestens 95 Mol-%, Einheiten der allgemeinen Formel V und VI R7 3SiO1/2 (V), SiO4/2 (VI),wobei
    R7 gegebenenfalls mit Halogenen substituierte Kohlenwasserstoffreste mit 1-40 Kohlenstoffatomen, Reste H, -OR oder -OH bedeuten,
    das Verhältnis der Einheiten der allgemeinen Formeln V und VI 0,5 bis 2,0, bevorzugt 0,5 bis 1,5 beträgt und höchstens 3 Gew.-% bevorzugt höchstens 2,5 Gew.-% der Reste R7 -OR und -OH sind.
  • Die restlichen Einheiten des MQ-Siliconharzes sind vorzugsweise Einheiten der allgemeinen Formel VII und VIII R7 2SiO2/2 (VII), R7SiO3/2 (VIII).
  • Die einwertigen Kohlenwasserstoffreste R7 können halogensubstituiert, linear, zyklisch, verzweigt, aromatisch, gesättigt oder ungesättigt sein. Vorzugsweise weisen die Reste R7 1 bis 6 Kohlenstoffatome auf, besonders bevorzugt sind Alkylreste und Phenylreste. Bevorzugte Halogensubstituenten sind Fluor und Chlor. Besonders bevorzugte Substituenten R7 sind Methyl, Ethyl, Phenyl und H.
  • Vorzugsweise enthalten die Emulsionen 1 bis 200 Gew.-Teile, besonders bevorzugt 5 bis 100 Gew.-Teile MQ-Siliconharz.
  • Die Emulsionen können leicht hergestellt werden, durch Zusammengegeben und Vermischen der einzelnen Komponenten in beliebiger Reihenfolge.
  • Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der Emulsionen zur Behandlung und bevorzugt zur hydrophobierenden Behandlung von porösen oder nicht porösen, saugfähigen oder nicht saugfähigen Substraten, bevorzugt von Zellulosen, Papier, natürlichen und/oder synthetischen Textilfasern, mineralischen Baumaterialien, Stein, Fliesen, Marmor, Metallen, lackierten Metallen, Glas, Keramiken, Glaskeramik, Kunststoffen, lackierten Kunststoffen, Holz, Laminat, Kork, Gummi, Lederimitat und Leder. Besonders bevorzugt sind die Verwendungen der Emulsionen für die Papierleimung und Gipskarton-Beschichtung und als Pflegemittel.
  • Alle vorstehenden Symbole der vorstehenden Formeln weisen ihre Bedeutungen jeweils unabhängig voneinander auf. In allen Formeln ist das Siliciumatom vierwertig.
  • In den folgenden Beispielen sind, falls jeweils nicht anders angegeben, alle Mengen- und Prozentangaben auf das Gewicht bezogen, alle Drücke 0,10 MPa (abs.) und alle Temperaturen 20°C.
    •
  • Teil A
  • 1. Um den Vorteil der erfindungsgemässen Emulsionen aufzuzeigen, wurden diese im Vergleich zu wässrigen, emulgatorhaltigen Zusammensetzungen und einer lösemittelbasierenden Zusammensetzung, jeweils auf Basis desselben Wirkstoffs, in Bezug auf ihre hydrophobierende Wirkung getestet.
  • Für poröse Substrate wurde auf Holz (Buche und Fichte) und unbehandeltem Leder die Imprägnierwirkung getestet.
  • Für nicht poröse Substrate wurde auf Autolack die Wasserabweisung mittels Kontaktwinkel getestet.
  • Das in den Testbeispielen, verwendete aminofunktionelle Organopolysiloxan mit den funktionellen Gruppen -(CH2)3NH(CH2)2NH2 weist eine Viskosität von ca. 1000 mm2/s bei 20 °C und eine Aminzahl von 0,6 mequiv/g Organopolysiloxan auf. Dieses Organopolysiloxan wird nachfolgend einfach als Aminöl bezeichnet.
  • Herstellen der verschiedenen Zusammensetzungen:
  • Erfindungsgemäße, wässrige Zusammensetzung A:
  • 17 g des Aminöls werden unter Rühren bei Raumtemperatur zu 6 g Wasser, 6 g Ethylenglykolmonobutylether und 0,16 g Essigsäure gegeben, anschließend werden noch 70,84 g Wasser eingerührt. Erhalten wird eine milchig-opake Emulsion. Zum Anwendungstest wird die Emulsion auf einen Wirkstoffanteil von 5 % mit vollentsalztem Wasser verdünnt.
  • Vergleichsbeispiel 1: Wässrige, emulgatorhaltige
  • Zusammensetzung B:
  • 17 g des Aminöls werden unter Rühren bei Raumtemperatur zu 6 g Wasser, 6 g Emulgator (Fettalkoholethoxilat mit ca. 6 EO) und 0,16 g Essigsäure gegeben, anschließend werden noch 70,84 g Wasser eingerührt. Erhalten wird eine milchig-opake Emulsion. Zum Anwendungstest wird die Emulsion auf einen Wirkstoffanteil von 5 % mit vollentsalztem Wasser verdünnt.
  • Vergleichsbeispiel 2: Benzinische Zusammensetzung C:
  • 5 g Aminöl werden unter Rühren bei Raumtemperatur in 95 g Benzin 100/140° gelöst. Erhalten wird eine klare Lösung.
  • Erfindungsgemäße, wässrige Zusammensetzung A1:
  • 17 g einer Mischung aus 13,6 g Aminöl und 3,4 g MQ-Siliconharz werden unter Rühren bei Raumtemperatur zu 7 g Wasser, 7 g Ethylenglykolmonobutylether und 0,13 g Essigsäure gegeben, anschließend werden noch 68,87 g Wasser eingerührt. Erhalten wird eine milchig-opake Emulsion. Zum Anwendungstest wird die Emulsion auf einen Wirkstoffanteil von 5% mit vollentsalztem Wasser verdünnt.
  • Vergleichsbeispiel 3: Wässrige, emulgatorhaltige
  • Zusammensetzung B1:
  • 17 g einer Mischung aus 13,6 g Aminöl und 3,4 g MQ-Siliconharz werden unter Rühren bei Raumtemperatur zu 7 g Wasser, 7 g Emulgator (Fettalkoholethoxilat mit ca. 5 EO) und 0,13 g Essigsäure gegeben, anschließend werden noch 68,87 g Wasser eingerührt. Erhalten wird eine milchig-opake Emulsion. Zum Anwendungstest wird die Emulsion auf einen Wirkstoffanteil von 5 % mit vollentsalztem Wasser verdünnt.
  • 1.1. Testung auf porösen Oberflächen
  • 1.1.1. Anwendung auf Holz (Buche, Fichte)
  • Zum Testen werden Holzwürfel mit einer Kantenlänge von 30 mm verwendet. Diese werden 1 min lang 5 mm tief mit der Stirnseite in die entsprechende Formulierung getaucht. Nach einer Trocknungszeit von 14 Tagen bei Raumtemperatur (22°C) werden die Prüfungen durchgeführt. Die wasserabweisende Wirkung wird auf zwei verschiedene Methoden bestimmt:
    Erstens durch Messung des Randwinkels eines Wassertropfens auf den behandelten Flächen (Buche und Fichte) und zweitens durch Wiegen der Gewichtsaufnahme (Buche) beim Eintauchen in Wasser.
  • 1.1.1.1. Bestimmung des Randwinkels eines Wassertropfens
  • Auf die Stirnseiten der behandelten Holzwürfel wird ein 0,04 ml großer Wassertropfen gesetzt und der Randwinkel [°] des Wassertropfens bestimmt. Aus drei Messungen wird jeweils der Mittelwert bestimmt. Ergebnisse siehe Tabelle 1:
    Figure 00130001
  • 1.1.1.2. Bestimmung der Gewichtsaufnahme
  • Nach einer Trocknungszeit von 14 Tagen bei Raumtemperatur (22°C) werden die Würfel aus Buche gewogen (g1), anschließend 30 min lang mit der behandelten Seite 3 mm tief in Wasser eingetaucht und das Gewicht (g2) erneut bestimmt. Je geringer die Gewichtszunahme ausfällt, desto besser ist das Holz imprägniert. Ergebnisse siehe Tabellen 2 und 3.
  • Berechnung der Gewichtszunahme in [%]: Δg = (g2 – g1)/g2 × 100
    Figure 00140001
  • Überraschend zeigt sich nach beiden Testmethoden, dass die erfindungsgemäße Zusammensetzung A der herkömmlichen Zusammensetzung B deutlich überlegen ist und der benzinischen Zusammensetzung C in Bezug auf die Impägnierwirkung gleichwertig ist.
  • Figure 00150001
  • Die erfindungsgemäße Zusammensetzung A1 ist der herkömmlichen Zusammensetzung B1 in Bezug auf die Hydrophobierwirkung deutlich überlegen.
  • 1.1.2. Anwendung auf Leder
  • Zur Testung der Imprägnierwirkung auf Leder wurde ein Lederfasermaterial verwendet, da dieses Material einheitlichere Oberflächen aufweist als Naturleder.
  • Die Testflüssigkeiten (5 %ig) läßt man mittels einer Pipette über die schräg gestellten Prüfmuster (ca. 45°) laufen, bis die Fläche benetzt ist. Anschließend läßt man die Proben über Nacht bei Raumtemperatur trocknen. Auf die flach ausgelegten Proben wird jeweils ein 0,04 ml großer Wassertropfen gesetzt und mit einem Glas abgedeckt, damit die Verdunstung des Wassertropfens die Messung nicht beeinflusst. Die Zeit bis zum vollständigen Einziehen des Tropfens wird gemessen. Es werden jeweils Doppelwerte bestimmt.
  • Als Ergebnis für das hydrophob ausgerüstete Leder wird die Eindringzeit des Tropfens angegeben, siehe Tabellen 4 und 5.
  • Figure 00160001
  • Die erfindungsgemäße Zusammensetzung A ist der herkömmlichen Zusammensetzung B deutlich überlegen, nur die benzinische Lösung (Zusammensetzung C) weist eine etwas höhere Wassereindringzeit auf.
  • Figure 00160002
  • Die erfindungsgemäße Zusammensetzung A1 ist der herkömmlichen Zusammensetzung B1 in Bezug auf die Wassereindringzeit deutlich überlegen.
  • 1.1.3. Anwendung auf Kork
  • Die Testlösungen (5 %ig) läßt man mittels einer Pipette über die schräg gestellten Prüfmuster (ca. 45°) laufen, bis die Fläche benetzt ist. Anschließend läßt man die Proben über Nacht bei Raumtemperatur trocknen. Die wasserabweisende Wirkung wird durch Messung des Randwinkels eines 0,04 ml großen Wassertropfens auf den behandelten Flächen bestimmt. Aus drei Messungen wird jeweils der Mittelwert bestimmt, siehe Tabelle 6.
  • Figure 00170001
  • Die erfindungsgemäße Zusammensetzung A ist in der wasserabweisenden Wirkung sogar der benzinischen Formulierung C überlegen, wohingegen die emulgatorhaltige Formulierung B nach 10 min praktisch das Niveau des unbehandelten Korks erreicht hat.
  • 1.2. Testung auf nicht porösen Oberflächen
  • Bestimmung der Hydrophobie mittels Randwinkelmessung:
  • Die Randwinkelmessungen werden wie folgt durchgeführt: Auf die zu testende Oberfläche wird aus einer Höhe von 15 mm ein Wassertropfen mit einem Volumen von 0,01 ml aufgebracht und mit Hilfe eines Goniometers (Typ 100-10 der Fa. Rame-Hart Inc., New Jersey, USA) der Randwinkel bestimmt. Die Messung wird 4 mal wiederholt und aus den 5 Messungen der Mittelwert gebildet. Als Blindwert wird im Folgenden die Randwinkelmessung auf dem nicht mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung behandelten Substrat bezeichnet.
  • Die Zusammensetzungen A, B und C werden mit einem Tuch auf ein lackiertes Blech mit einem Blindwert von 66° aufgetragen und verrieben. Nach 15 min Stehenlassen bei Raumtemperatur werden die Randwinkel (R1) gemessen. Anschließend wird das behandelte Substrat ebenfalls bei Raumtemperatur 4 mal 15 min mit jeweils 10 l pro 100 cm2 Substrat mit Leitungswasser einer Temperatur von ca. 10°C aus einem Abstand von 20 cm beregnet. Jeweils nach 15 min Beregnung wird erneut der Randwinkel (R2, R3, R4, R5) bestimmt. Das Ergebnis der Randwinkelmessungen findet sich in den Tabellen 7 und 8:
    Figure 00190001
  • Deutlich ist der wesentlich schlechtere Anfangsrandwinkel bei der Zusammensetzung B erkennbar, der durch den in der Formulierung enthaltenen Emulgator verursacht wird. Die erfindungsgemäße Zusammensetzung A und die benzinische Zusammensetzung C bewegen sich dagegen auf gleich hohem Niveau.
  • Figure 00190002
  • Die erfindungsgemäße Zusammensetzung A1 ist der emulgatorhaltigen Zusammensetzung B1 in Bezug auf den Kontaktwinkel gegen Wasser leicht überlegen.
  • Teil B
  • Beispiele zur Verwendung der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen in der Papierleimung und in der Beschichtung von Gipskarton:
    Um den Vorteil der beanspruchten, wässrigen Zusammensetzungen für die Papierleimung und die Gipskartonhydrophobierung aufzuzeigen, wurden diese im Vergleich zu wässerigen, emulgatorhaltigen Zusammensetzungen jeweils auf Basis desselben Wirkstoffs auf ihre Wirkung als Leimungs- bzw. Hydrophobiermittel getestet.
  • Lösemittelbasierende Zusammensetzungen wurden nicht zum Vergleich herangezogen, da deren Einsatz für die o. g. wässerigen Anwendungen nicht in Betracht kommen.
  • Verwendete aminofunktionelle Organopolysiloxane:
  • Aminöl 1:
  • Weist eine Viskosität von ca. 1000 mm2/s bei 25 °C, die funktionellen Reste -(CH2)3NH(CH2)2NH2 und eine Aminzahl von 0,6 mequiv./g Organopolysiloxan auf. Zudem enthält das Organopolysiloxan als Endgruppen ca. 0,75 Mol-% reaktive OMe/OH-Reste
  • Aminöl 2:
  • Weist eine Viskosität von ca. 1000 mm2/s bei 25 °C, die funktionellen Reste -(CH2)3NH(CH2)2NH2 und eine Aminzahl von 0,6 mequiv./g Organopolysiloxan auf.
  • Die Endgruppen sind in diesem Fall Me3SiO-Reste.
  • Aminöl 3:
  • Weist eine Viskosität von ca. 230 mm2/s bei 25 °C die funktionellen Reste -(CH2)3NH(CH2)2NH2 und eine Aminzahl von 2,6 mequiv./g Organopolysiloxan auf. Die Endgruppen sind bei diesem Aminöl ebenfalls Me3SiO-Reste.
  • Aminöl 4:
  • Wird gemäß Beispiel 5 in US 2004/0029981 A1 hergestellt.
  • Das danach hergestellte Aminöl weist eine Viskosität von ca. 1.000 mm2/s bei 25°C, die funktionellen Reste -(CH2)3NH(CH2)3NH2 und eine Aminzahl von 0,6 mequiv./g Organopolysiloxan auf.
  • Die Endgruppen sind in diesem Fall Me3SiO-Reste.
  • Herstellen der verschiedenen Zusammensetzungen:
  • Erfindungsgemäße, wässrige Zusammensetzung A1:
  • 16 g des Aminöls 1 werden unter Rühren bei Raumtemperatur zu 6 g Wasser, 6 g Ethylenglykolmonobutylether und 0,17 g Essigsäure gegeben, anschließend wird das auf 100 g Gesamtgewicht fehlende Restwasser noch eingearbeitet. Erhalten wird eine milchig-opake Emulsion. Je nach Anwendungen wird auf 4 % bzw. 0,2% Wirkstoffanteil mit voll entsalztem Wasser verdünnt.
  • Wässriges, emulgatorhaltiges Vergleichsbeispiel B1:
  • 16 g des Aminöls 1 werden unter Rühren bei Raumtemperatur zu 6 g Wasser, 6 g organischen Emulgator (Fettalkoholethoxyilat mit ca. 6 EO) und 0,17 g Essigsäure gegeben, anschließend wird noch das auf 100 g Gesamtgewicht fehlende Restwasser eingearbeitet. Erhalten wird eine milchig-opake Emulsion. Je nach Anwendung wird auf 4 % bzw. 0,2 % Wirkstoffanteil mit voll entsalztem Wasser verdünnt.
  • Erfindungsgemäße, wässrige Zusammensetzung A2:
  • 16 g einer Mischung aus 11,1 g Aminöl 1 und 4,9 g MQ-Harz werden unter Rühren bei Raumtemperatur zu 6 g Wasser, 6 g Ethylenglykolmonobutylether und 0,17 g Essigsäure gegeben, anschließend wird das auf ein Gesamtgewicht von 100 g noch fehlende Restwasser eingearbeitet. Erhalten wird eine milchigopake Emulsion. Je nach Anwendung wird auf 4 % bzw. 0,2% Wirkstoffanteil mit voll entsalztem Wasser verdünnt.
  • Wässriges, emulgatorhaltiges Vergleichsbeispiel B2:
  • 16 g einer Mischung aus 11,1 g Aminöl 1 und 4,9 g MQ-Harz werden unter Rühren bei Raumtemperatur zu 6 g Wasser, 6 g organischen Emulgator (Fettalkoholethoxyilat mit ca. 6 EO) und 0,17 g Essigsäure gegeben, anschließend wird noch das auf 100 g Gesamtgewicht fehlende Restwasser eingearbeitet. Erhalten wird eine milchig-opake Emulsion. Je nach Anwendung wird auf 4% bzw. 0,2 % Wirkstoffanteil mit voll entsalztem Wasser verdünnt.
  • Erfindungsgemäße, wässrige Zusammensetzung C1:
  • 16 g des Aminöls 2 werden unter Rühren bei Raumtemperatur zu 6 g Wasser und 6 g Ethylenglykolmonobutylether und 0,17 g Essigsäure gegeben, anschließend wird das auf 100 g Gesamtgewicht fehlende Restwasser noch eingearbeitet. Erhalten wird eine milchig-opake Emulsion. Je nach Anwendungen wird auf 4 % bzw. 0,2 % Wirkstoffanteil mit voll entsalztem Wasser verdünnt.
  • Emulgatorhaltiges, wässriges Vergleichsbeispiel D1:
  • 16 g des Aminöls 2 werden unter Rühren bei Raumtemperatur zu 6 g Wasser, 6 g organischen Emulgator (Fettalkoholethoxyilat mit ca. 6 EO) und 0,17 g Essigsäure gegeben, anschließend wird noch das auf 100 g Gesamtgewicht fehlende Restwasser eingearbeitet. Erhalten wird eine milchig-opake Emulsion. Je nach Anwendung wird auf 4 % bzw. 0,2 % Wirkstoffanteil mit voll entsalztem Wasser verdünnt.
  • Erfindungsgemäße, wässrige Zusammensetzung C2:
  • 16 g einer Mischung aus 11,1 g Aminöl 2 und 4,9 g MQ-Harz werden unter Rühren bei Raumtemperatur zu 6 g Wasser, 6 g Ethylenglykolmonobutylether und 0,17 g Essigsäure gegeben, anschließend wird das auf ein Gesamtgewicht von 100 g noch fehlende Restwasser eingearbeitet. Erhalten wird eine milchigopake Emulsion. Je nach Anwendung wird auf 4 % bzw. 0,2% Wirkstoffanteil mit voll entsalztem Wasser verdünnt.
  • Emulgatorhaltiges, wässriges Vergleichsbeispiel D2:
  • 16 g einer Mischung aus 11,1 g Aminöl 2 und 4,9 g MQ-Harz werden unter Rühren bei Raumtemperatur zu 6 g Wasser, 6 g organischen Emulgator (Fettalkoholethoxyilat mit ca. 6 EO) und 0,17 g Essigsäure gegeben, anschließend wird noch das auf 100 g Gesamtgewicht fehlende Restwasser eingearbeitet. Erhalten wird eine milchig-opake Emulsion. Je nach Anwendung wird auf 4% bzw. 0,2% Wirkstoffanteil mit voll entsalztem Wasser verdünnt.
  • Erfindungsgemäße, wässrige Zusammensetzung E1:
  • 16 g des Aminöls 3 werden unter Rühren bei Raumtemperatur zu 6 g Wasser und 0,17 g Essigsäure gegeben, anschließend wird das auf 100 g Gesamtgewicht fehlende Restwasser noch eingearbeitet. Erhalten wird eine milchig-opake Emulsion. Je nach Anwendungen wird auf 4 % bzw. 0,2 % Wirkstoffanteil mit voll entsalztem Wasser verdünnt.
  • Emulgatorhaltiges, wässriges Vergleichsbeispiel F1:
  • 16 g des Aminöls 3 werden unter Rühren bei Raumtemperatur zu 6 g Wasser, 6 g organischen Emulgator (Fettalkoholethoxyilat mit ca. 6 EO) und 0,17 g Essigsäure gegeben, anschließend wird noch das auf 100 g Gesamtgewicht fehlende Restwasser eingearbeitet. Erhalten wird eine milchig-opake Emulsion. Je nach Anwendung wird auf 4 % bzw. 0,2 % Wirkstoffanteil mit voll entsalztem Wasser verdünnt.
  • Erfindungsgemäße, wässrige Zusammensetzung E2:
  • 16 g einer Mischung aus 11,1 g Aminöl 3 und 4,9 g MQ-Harz werden unter Rühren bei Raumtemperatur zu 6 g Wasser und 0,17 g Essigsäure gegeben, anschließend wird das auf ein Gesamtgewicht von 100 g noch fehlende Restwasser eingearbeitet. Erhalten wird eine milchig-opake Emulsion. Je nach Anwendung wird auf 4% bzw. 0,2 % Wirkstoffanteil mit voll entsalztem Wasser verdünnt.
  • Emulgatorhaltiges, wässriges Vergleichsbeispiel F2:
  • 16 g einer Mischung aus 11,1 g Aminöl 3 und 4,9 g MQ-Harz werden unter Rühren bei Raumtemperatur zu 6 g Wasser, 6 g organischen Emulgator (Fettalkoholethoxyilat mit ca. 6 EO) und 0,17 g Essigsäure gegeben, anschließend wird noch das auf 100 g Gesamtgewicht fehlende Restwasser eingearbeitet. Erhalten wird eine milchig-opake Emulsion. Je nach Anwendung wird auf 4% bzw. 0,2 % Wirkstoffanteil mit voll entsalztem Wasser verdünnt.
  • Wässriges Vergleichsbeispiel G1:
  • 16 g des Aminöls 4 werden unter Rühren bei Raumtemperatur zu 6 g Wasser und 6 g Ethylenglykolmonobutylether und 0,17 g Essigsäure gegeben, anschließend wird noch das auf 100 g Gesamtgewicht fehlende Restwasser eingearbeitet. Erhalten wird eine milchig-opake Emulsion. Je nach Anwendung wird auf 4% bzw. 0,2 % Wirkstoffanteil mit voll entsalztem Wasser verdünnt.
  • Wässriges Vergleichsbeispiel G2:
  • 16 g einer Mischung aus 11,1 g Aminöl 4 und 4,9 g MQ-Harz werden unter Rühren bei Raumtemperatur zu 6 g Wasser, 6 g Ethylenglykolmonobutylether und 0,17 g Essigsäure gegeben, anschließend wird das auf 100 g Gesamtgewicht fehlende Restwasser noch eingearbeitet. Erhalten wird eine milchig-opake Emulsion. Je nach Anwendung wird auf 4 % bzw. 0,2% Wirkstoffanteil mit voll entsalztem Wasser verdünnt.
  • Prüfung der Leimungswirkung auf Papier
  • Behandlung des ungeleimten Papiers:
  • Im Labor gelagerte, ungeleimte Prüfpapiere werden zweimal je 5 s (Vorder- und Rückseite je 5 s) auf eine auf 0,2% Wirkstoffgehalt verdünnte Leimungsflotte gelegt, so dass das Prüfpapier vollständig mit Leimungsflotte getränkt ist.
  • Danach wird das mit Leimungsflotte getränkte Papier zwischen zwei Gummiwalzen geschoben, um überschüssige Leimungslösung abzuquetschen. Sofort danach wird das nasse abgequetschte Papier zurückgewogen und aus der Differenzmasse die Auftragsmenge an Leimungsflotte bzw. Wirkstoff berechnet. Es erfolgt Trocknung für 3 Minuten bei 150 °C im Umlufttrockenschrank, und zum Glätten des Papiers wird das Papier mit einem Bügeleisen der Marke Rowenta® bei Stufe 2,5 gebügelt.
  • Prüfung auf Leimung:
  • Nach dem Bügeln wird das Papier nach 2 Tagen Lagerung bei Raumtemperatur auf Leimung geprüft. Hierzu werden aus den geleimten Blättern Stücke von 8 × 8 cm2 herausgeschnitten, an den Enden hochgebogen und anschließend auf eine Tintenlösung (stark konzentrierte grüne Schreibertinte) gelegt. Nun misst man mit der Stoppuhr die Zeit, bis 5 % der Oberfläche des Prüfpapiers mit durchgeschlagener Prüftinte bedeckt ist. Je größer die Zeitdauer umso besser die Leimung des Papiers. Für die werte in der nachstehenden Tabelle wurden 0,22 Gew.-% an Wirkstoff (Aminöl plus gegebenenfalls MQ-Harz) bezogen auf Papiermasse aufgetragen.
  • Prüfung auf Gipskartonhydrophobierung
  • Behandlung des Gipskartons:
  • Gipskarton wird mittels eines Stabrakels gleichmäßig mit einer auf 4 % Wirkstoffgehalt verdünnten Emulsion beschichtet. Die Auftragsmenge kann über die Schichtdicke des Stabrakels gesteuert werden. Nach der Beschichtung wird der Kartonstreifen zurückgewogen und aus der Differenzmasse die Menge an Behandlungsemulsion bzw. Wirkstoff bestimmt. Anschließend erfolgt die Trocknung für 15 Min. bei 120 °C im Umlufttrockenschrank.
  • Prüfung auf Hydrophobierung:
  • Nach zwei Tagen Lagerung bei Raumtemperatur werden mit einer Schablone 12 × 12 cm2 Prüfstreifen ausgeschnitten und die Wasseraufnahme nach Cobb (DIN 20535) bestimmt. Bei der Bestimmung der Wasseraufnahme nach Cobb handelt es sich um eine Standardmethode in der Papierindustrie. Cobb 180 gibt die Masse an Wasser in g/m2 Karton an, die der Karton nach 180 s Wassereinwirkung aufgenommen hat.
  • Je niedriger der Cobb-Wert, desto besser die gewünschte Hydrophobierung (reduzierte Wasseraufnahme). Für die Werte in der nachstehenden Tabelle wurden immer 1 g Wirkstoff/m2 Gipskarton (Wirkstoff = Aminöl plus gegebenenfalls MQ-Harz) aufgetragen Ergebnisse siehe Tabelle 9.
  • Figure 00270001
  • Figure 00280001

Claims (9)

  1. Öl-in-Wasser Emulsionen, die (i) 100 Gew.-Teile eines Aminoalkylgruppen aufweisenden Polydimethylsiloxans (P) mit einer Aminzahl von mindestens 0,1 mequiv/g Polydimethylsiloxan (P), aufgebaut aus Einheiten der allgemeinen Formel I R1 aR2bSiO(4-a-b/2) (I),in der R1 gegebenenfalls mit Halogenen substituierte Alkylreste mit 1-40 Kohlenstoffatomen, Reste -OR oder -OH, R gegebenenfalls mit Halogenen substituierte Alkylreste mit 1-40 Kohlenstoffatomen, R2 Aminoalkylreste der allgemeinen Formel II -R3-NR4R5 (II),R3 zweiwertige Kohlenwasserstoffreste mit 1-40 Kohlenstoffatomen, R4 einwertige Kohlenwasserstoffreste mit 1-40 Kohlenstoffatomen oder H, R5 einen Rest der allgemeinen Formel III -(R6-NR4)xR4 (III),R6 einen zweiwertigen Rest der allgemeinen Formel IV -(CR4R4-)y (IV), x den Wert 0 oder einen Wert von 1 bis 40, y den Wert 1 oder 2, a den Wert 0, 1, 2 oder 3, b den Wert 0, 1, 2 oder 3 und a + b einen durchschnittlichen Wert von 1,5 bis 2,5 bedeuten, wobei höchstens 9 mol% der Reste R1 OH oder OR sind, (ii) Protonierungsmittel (iii) Wasser und (iv) höchstens 5 Gew.-Teile Emulgator enthalten.
  2. Emulsionen nach Anspruch 1, bei denen R4 Alkylreste mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen bedeutet.
  3. Emulsionen nach Anspruch 1 oder 2, bei denen die Reste R2 ausgewählt werden aus -CH2N(R4)2, -(CH2)3N(R4)2, und -(CH2)3N(R4)(CH2)2N(R4)2.
  4. Emulsionen nach Anspruch 1 bis 3, welche Hilfsmittel enthalten, die ausgewählt werden aus Mono- oder Polyalkoholen und deren Ethern, welche einen Siedepunkt oder Siedebereich von höchstens 260 °C bei 0,10 MPa aufweisen.
  5. Emulsionen nach Anspruch 1 bis 4, bei denen das Protonierungsmittel ausgewählt wird aus Ameisensäure, Essigsäure, Schwefelsäure, Salzsäure und Zitronensäure.
  6. Emulsionen nach Anspruch 1 bis 5, welche MQ-Siliconharz enthalten.
  7. Emulsionen nach Anspruch 6, welche 1 bis 200 Gew.-Teile, MQ-Siliconharz enthalten.
  8. Verwendung der Emulsionen nach Anspruch 1 bis 7 zur hydrophobierenden Behandlung von porösen oder nicht porösen, saugfähigen oder nicht saugfähigen Substraten.
  9. Verwendung nach Anspruch 8, für die Papierleimung, Gipskarton-Beschichtung und als Pflegemittel.
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