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Verfahren zur Verhinderung des Verdunstens flüchtiger Flüssigkeiten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verhinderung des Verdunstens flüchtiger
Flüssigkeiten durch Bedecken ihrer Oberfläche mit einer schwimmenden Schaumschicht,
die aus einer nicht flüchtigenDeck-undAbschlußflüssigkeit und kleinen lochfreien,
mit Gas gefüllten Hohlkörperchen besteht, wobei die einzelnen Hohlkörperchen einen
durchschnittlichen Durchmesser von weniger als 500 p und ein spezifisches Gewicht
von 0,05 bis 0,6cm3 aufweisen.
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Man hat sich schon seit längerer Zeit darum bemüht, durch die verschiedensten
Maßnahmen die Verflüchtigungsverluste flüchtiger Flüssigkeiten herabzusetzen, aber
keine dieser Maßnahmen hat befriedigt.
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Erst die Verwendung eines Schwimmschaumes, wie er im vorangegangenen
kurz charakterisiert ist, brachte einen befriedigenden Erfolg.
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Ein solcher Schwimmschaum neigt nun beim längeren Stehen dazu, seine
Beweglichkeit zu verlieren. Hierdurch werden die Hohlkörperchen leicht aus der Deckflüssigkeit
herausgehoben und treten aus der Oberschicht des Gemisches, in welchem sie schwimmen
sollen, heraus.
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Die Oberschicht eines solchen Schaumes neigt dann auch dazu, eine
nicht schwimmfähige Kruste zu bilden.
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Es wurde nun gefunden, daß diese nachteiligen Erscheinungen dann
nicht auftreten, wenn man eine Abschluß- und Deckflüssigkeit verwendet, die ein
Geliermittel in einer Menge von ungefähr 0,5 bis 5 Gewichtsprozent enthält, so daß
die Schaumschicht einen Fließpunkt aufweist, bei dem die Neigung der Hohlkörperchen,
an die Oberfläche zu steigen, zwar vermindert, der Schaum aber dabei noch fließfähig
ist. Die Flüssigkeit hält unter diesen Verhältnissen die Hohlkörperchen in dem Gemisch
fest und schützt sie gegen eine Bewegung nach aufwärts. Der Fließpunkt der Flüssigkeit
soll dabei so niedrig sein, daß die Schaumschicht in einen Spalt, welcher sich während
der normalen Lebensdauer eines solchen Schwimmschaumes bilden kann, einfließt und
den Spalt auf diese Weise schließt. Der Schaum darf, um seine Fließfähigkeit zu
behalten, nicht zu dick, also auch nicht zu kalt sein, denn bei einem zu steifen
Schaum wird die Deckfähigkeit zu langsam oder geht vollständig verloren. Schon bei
normaler Lagerung und beim Abziehen der flüchtigen Flüssigkeiten, wie z. B. Benzin,
kommt nämlich die Schaumschicht in Kontakt mit Widerständen, z. B. mit Kämmen und
Bändern innerhalb des Tanks, welche die Schaumschicht brechen.
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Letztere muß daher in einem genügend flüssigen Zustand gehalten werden,
um sich beim Auftreten von Spalten von selbst wieder zu schließen. Dieses Erfordernis
bestimmt das Maximum des Fließpunktes der Deckflüssigkeit. Das Minimum wird durch
die Schwimmkraft der Hohlkörperchen bestimmt. Dieses hängt bis zu einem gewissen
Grade von der Größe der Hohlkörperchen ab.
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Die größeren haben eine stärkere Schwimmkraft und
erfordern eine Deckflüssigkeit
von höherem Fließpunkt, um ihre Aufwärtsbewegung zu verhindern. Der Fließpunkt hängt
auch von der stofflichen Beschaffenheit der Hohlkörperchen und der Natur der Deckflüssigkeit,
ihrer Temperatur und anderer physikalischer Eigenschaften derselben ab; auch sollen
durch die Bestandteile des Schaumes keine chemischen Reaktionen ausgelöst werden.
Im allgemeinen ist ein Fließpunkt anzustreben, der nicht niedriger als 0,5 Dynlcm2
und nicht höher als 100 bis 125 Dynlcm2 ist.
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Man verwendet zur Schaumbildung vorteilhaft 40 bis 80, insbesondere
55 bis 70 Volumprozent Deck- und Abschlußflüssigkeit und 20 bis 60, insbesondere
30 bis 45 Volumprozent Hohlkörperchen aus einem sowohl gegenüber der flüchtigen
Flüssigkeit als auch gegenüber der Deckflüssigkeit inerten Material.
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Die Wahl der Deck- und Abschlußflüssigkeit richtet sich nach der
Natur der flüchtigen Flüssigkeit. Für flüchtige Kohlenwasserstoffe sind besonders
geeignet Glykole, z. B. Hexylenglykol für Rohöl oder Dipropylenglykol für Benzin
und andere leichtsiedende Flüssigkeiten. Andere geeignete Deckflüssigkeiten sind:
Äthylen-, Propylen-, Polypropylen- und höhere Glykole, Polymere hiervon, Polymere
von Olefinoxyden wie von Äthylen- und Propylenoxyden, Rizinusöl, Diäthylenglykol,
Methoxyäthanol, Hexylenglykol (2-Methyl-2, 4-pentandiol), Dimethylphthalat, Triäthylentetramin,
Tetraäthylenpentamin und Polyvinylmethyläther.
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Zum Schutz von Alkoholen, wäßrigen und ähnlichen Flüssigkeiten verwendet
man mit Vorteil ein reines inertes Kohlenwasserstofföl, zum Schutz von Aceton, Äther
und
verflüssigten Gasen ein Perfluoröl von der allgemeinen Formel.C,F2n+2,
wobei n die ganze Zahl 12 oder eine höhere bedeutet.
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Die Menge der Deckflüssigkeit hängt natürlich auch von der Natur
und Menge der Hohlkörperchen oder der Natur der spezifisch angewandten Deckflüssigkeit
selbst ab. Sie muß groß genug sein, um die Zwischenräume zwischen den Hohlkörperchen
auszufüllen, aber nicht größer als für die Füllung der Zwischenräume erforderlich
ist. Das spezifische Gewicht des Gemisches aus Deckflüssigkeit und Hohlkörperchen
soll geringer sein als das des zu schützenden Produkts, damit das Gemisch auf letzterem
schwimmen kann; Das spezifische Gewicht der gasgefüllten Hohlkörperchen beträgt
vorteilhaft 0,2 bis 0,5 g/cm³. Man stellt solche Hohlkörperchen beispielsweise durch
Versprühen einer flüchtigen Flüssigkeit her, die ein filmbildendes Material, welches
die Bildung einer zähen, gasundurchlässigen Haut ermöglicht, und eine gasförmige
oder gasentwickelnde Substanz enthält. Das Versprühen findet zweckmäßigerweise mittels
eines Heißluftstromes statt, wodurch der Träger verflüchtigt und das filmbiIdende
Material in Form von Hohlkörperchen, welche das entwickelte Gas einschließen, verfestigt
wird. Die hierbei anzuwendenden filmbildenden Materialien können organischer oder
anorganischer Natur sein.
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Als Gelierungsmittel eignet sich besonders Aktivkohle, insbesondere
Ruß, ferner Bentonite, feinverteilte Silika wie Silikagel oder Silikaaerogel, gefälltes
Hydrogel u. dgl. Geeignete organische Geliermittel sind: hochschmelzende Wachse,
Seifen u. dgl. Die anzuwendende Menge des Geliermittels hängt von verschiedenen
Faktoren ab, wie von der Art, Größe und Menge der Hohlkörperchen, von der Art und
Menge der Deck- und Abschlußflüssigkeit und auch von der Natur des Gelier-
mittels
selbst. Man muß zwischen dem Geliervermögen einer Flüssigkeit und der Erhöhung ihrer
Viskosität unterscheiden. Die letztere verlangsamt, aber verhindert nicht das Aufsteigen
der Hohlkörperchen. Ist die Deckflüssigkeit aber in einem leichtgelierten Zustand,
so können die Hohlkörperchen nicht mehr bis auf die Oberfläche der Deckflüssigkeit
steigen.
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Die einfachste Methode zur Herstellung des erfindungsgemäßen Schaumes
besteht darin, daß man durch Verrühren der Deckflüssigkeit mit den Hohlkörperchen
eine Suspension letzterer in ersterer herstellt und sodann das Geliermittel unter
weiterem Verrühren hinzugibt, so daß eine vollständige Dispersion der Hohlkörperchen
in der Flüssigkeit und eine gleichmäßige Verdickung des Schaumes erzielt wird. Man
kann aber auch das Geliermittel vor den Hohlkörperchen der Deckflüssigkeit zugeben.
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Die Dicke des Schaumes beträgt vorteilhaft 1,2 bis 2,5 cm, aber auch
schon eine Dicke von 0,3 cm zeigt eine Wirkung. Eine Dicke über 2,5 cm bringt keine
wesentlich bessere Wirkung mehr hervor und ist daher unwirtschaftlich.
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Gemäß vorliegender Erfindung lassen sich zahlreiche flüchtige Flüssigkeiten
gegen Verdunstung schützen, so insbesondere flüchtige Kohlenwasserstoffe, wie Gasolin
(Benzin), Naphtha und andere Leichtölfraktionen, einschließlich verflüssigter Kohlenwasserstoffe
wie z. B. flüssiges Butan, Alkohole wie Methyl-, Äthyl- oder Isopropylalkohol, Aceton
und andere niedrigsiedende Ketone und Ester, ferner gechlorte Kohlenwasserstoffe
wie Trichloräthylen, niedrigsiedende verflüssigte Gase wie Chlor, flüssiger Sauerstoff,
flüssiger Stickstoff, aber auch wäßrige Lösungen wie Zuckerlösungen, Lösungen für
Überzüge, die auf elektrochemischem Wege hergestellt werden sollen, u. dgl.
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Im folgenden werden beispielsweise Zusammensetzungen erfindungsgemäßer
Schäume für besondere Verwendungszwecke angegeben: 1. Hohlkörperchen aus Phenolformaldehydharz,
spezifisches Gewicht: 0,070 g/cm3 ......... 37,66 Volumprozent Deckflüssigkeit und
Gelierungsmittel, nämlich:
| Dipropylenglykol (900/o wasserhaltig)........ 97 Gewichtsprozent
#....... 62,34 Volumprozent |
| Ruß ........................................ 3 Gewichtsprozent |
Der Schaum wird auf Benzin aufgetragen; nach Stehenlassen wird kein Benzingeruch
festgestellt. Der Schaum bildet keine Kruste.
| 2. Ricinusöl ................... ................... .... 98
Gewichtsprozent |
| Aluminium-Stearat 2 Gewichtsprozent J 78,8 Volumprozent |
Hohlkörperchen aus Polyvinylalkohol, spezifisches Gewicht: 0,19 g/cm3 ........................................
21,2 Volumprozent Diese Zusammensetzung ist besonders geeignet für die Verwendung
auf Rohöl. Das Ricinusöl soll in sehr leicht siedenden Destillaten löslich sein,
um seine Verwendung für diese zu ermöglichen.
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3. Hohlkörperchen aus Phenolformaldehydharz, spezifisches Gewicht:
0,32 g/cm3 ......... 37,1 Volumprozent
| Tetraäthylenpentamin ....................... 97 Gewichtsprozent
l zuzuzuzuzuzuzuzu62,9 Volumprozent |
| Ruß ........................................ 3 Gewichtsprozent |
Diese Zusammensetzung eignet sich zur Verwendung auf Benzin und schwereren Fraktionen.
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4. Hohlkörperchen aus Phenolformaldehydharz, spezifisches Gewicht:
0,2 g/cm3 ........... 40 Volumprozent Schwerflüssiges Medicinal-Paraffln-Öl 96,3%;
Silicaaerogel 3,70%................... 60 Volumprozent Dieser Schaum ist besonders
zur Verwendung auf Alkoholen und wäßrigen Lösungen geeignet.
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5. Hohlkörperchen aus Harnstofformaldehydharz, spezifisches Gewicht:
0,15 g/cm3 ......... 35 Volumprozent Perfluoröl (C18 F38, Viskosität ungefähr 6
cP und merklich unlöslich bei 100°C) 97%; Ruß 3% 65 Volumprozent Dieser Schaum ist
auf chlorierten Kohlenwasserstoffen und Chemikalien wie Ketonen und Äthern, in welchen
die Hohlkörperchen unlöslich sind, zu verwenden.
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Man kann natürlich auch andere Zusammenstellungen der genannten Substanzen
anwenden.
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Um dem Schaum noch bestimmte andere Eigenschaften zu verleihen, kann
man ihm auch noch andere Zusätze
geben, sofern sie nur nicht die erfindungsgemäße
Wirkung des Schaumes behindern, so z. B. Rostschutzmittel, Feuerschutzmittel, Mittel
gegen das Austropfen der Deckflüssigkeit aus der Schwimmschicht od. dgl.