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Schutzüberzüge gegen Eisbildung Die Verhütung der Eisbildung auf Windschutzscheiben,
Kühlschrankbauteilen, Glas und anderen silicathaltigen Oberflächen, Flugzeugen,
Schiffen Metallen, mit Anstrichen versehenen Oberflächen und polaren Schichtträgern
ist seit langem ein besonderes Problem.
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Zu dessen Lösung wurden bereits zahlreiche Versuche unternommen,
jedoch ohne oder nur mit geringem Erfolg. Ein Versuch dieser Art bestand darin,
daß den entsprechenden Artikeln Substanzen zugefügt wurden, um sie dadurch eisabweisend
zu machen. Diesen Versuchen war aber nur geringer Erfolg beschieden. Etwas mehr
Erfolg hatte das Aufbringen von Schutzschichten oder Filmen mit geringer Adhäsionskraft
für Eis. Derartige Schutzschichten müssen natürlich einen zusammenhängenden Film
bilden, abriebfest sein und auf den Schichtträgern gut haften.
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Es wurde nun gefunden, daß die Verwendung der Polysiloxane der Formel
die durch die angegebenen Substitutionen als modifiziert zu betrachten sind und
im folgenden kurz als Polysiloxane bezeichnet werden und worin x einen Gesamtwert
von 10 bis 400 hat, ti 0, 1 oder 2 ist, R Alkylreste mit 1 bis 7 C-Atomen und Q
ein Wasserstoffatom, eine Methylgruppe oder eine i Athylenaminogruppe bedeutet,
oder deren Salze mit aliphatischen Monocarbonsäuren, die 1 bis 3 C-Atome enthalten,
oder der Gemische aus denselben und deren Salzen in Lösung, als Schutzüberzug gegen
Eisbildung besonders vorteilhaft ist.
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Der Gesamtwert von x bedeutet die gesamte, in dem Polysiloxan vorhandene
Anzahl von Dimethylsiloxaneinheiten (Molekulargewicht einer Einheit = 74) d. h.,
wenn mehr als ein Dimethylsiloxaneinheiten enthaltender Abschnitt in dem Polymeren
vorhanden ist (12 = 0 oder 1), können die einzelnen Abschnitte dieselbe oder eine
verschiedene Anzahl von Dimethylsiloxaneinheiten aufweisen. Vorzugsweise kommt n
der Wert von O zu.
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Beispiele für Salze dieser Polysiloxane sind Formiate, Acetate und
Propionate; Acetatsalze sind jedoch bevorzugt.
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Beispiel für Alkylreste R sind Methyl-, Athyl-Propyl-, Butyl- Amyl-.
Hexyl-, Heptyl- und lsoplopylreste. Weml mehr als ein Rest R vorhanden ist (n =
2) könnten die Alkylreste gleich oder ver-
schieden sein. Vorzugsweise bedeutet R
einen Methylrest, wenn n einen Wert von 1 hat und Q eine Äthylenaminogruppe ist.
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Die genannten Verbindungen können nach den Angaben der britischen
Patentschrift 942 587 hergestellt werden.
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Die Polysiloxane werden auf die zu behandelnden Oberflächen in Form
von Lösungen aufgetragen.
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Beispiele für Lösungsmittel sind Methanol, Athanol, Isopropylalkohol,
Wasser, Isopropylalkohol-Wasser-Gemische, aliphatische Kohlenwasserstoffe, Glycole,
Petroläther, flüssige Dimethylpolysiloxane und Gemische dieser Lösungsmittel. Die.Konzentration
des Polymeren im Lösungsmittel kann über einen weiten Bereich schwanken, so können
Lösungen mit einem Gehalt zwischen 0,025 und 50 Gewichtsprozent des Polysiloxans
mit befriedigenden Ergebnissen hinsichtlich der eisabweisenden Wirkung eingesetzt
werden.
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Das Aufbringen der Lösungen auf die zu behandelnden Oberflächen kann
in beliebiger Weise, z. B. durch Aufsprühen, Aufstreichen oder Eintauchen unter
Verwendung beliebiger üblicher Aufbringungsvorrichtungen erfolgen.
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Die Wirksamkeit der eisabweisenden Formulierungen ist aus den Beispielen
zu entnehmen. Für die Messungen wurde eine Apparatur verwendet.
die
in einem Artikel »Ice Adhesion and Test Method« von L a c k s und Mitarbeitern,
abgedruckt in ASTM Bulletin Nr. 224, S. 48 bis 50 (1957), beschrieben ist.
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Diese Apparatur registriert keine Werte, die kleiner als 0,21 kg/cm2
sind. Die obere Grenze dieser Prüfung liegt bei etwa 2,31 kg/cm2 und bedeutet praktisch
keine Eisablösung. Den gemessenen Werten kommt eine Genauigkeit von +0,14 bis +0,21
kgfcm2 zu, da die differierenden Werte nach scheinbar gleichen Testen erhalten wurden.
Alle Ergebnisse liegen jedoch innerhalb eines annehmbaren Bereiches.
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Ein Wert von 1,05 kg/cm2 oder weniger bedeutet einen guten Trenneffekt.
Je kleiner die gemessenen Trennwerte sind, um so besser ist die Eisablösung.
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Die beschichteten Platten aus allen Beispielen wurden der beschriebenen
Prüfung zur Bestimmung ihres Eistrenneffektes unterworfen. Alle Konzentrationsangaben
beziehen sich auf das Gewicht, sofern nicht anderes angegeben ist.
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Beispiel 1 a) Durch Vermischen von 20g eines Hydroxylgruppen enthaltenden
Dimethylpolysiloxans, das 3,5 bis 4,5 Gewichtsprozent OH-Gruppen enthielt und eine
Viskosität von 35 bis 50cSt./25°C hatte, 1,6 g des Silans der Formel (CH3O)3Si(CH2)2NH2,
1,2 g Essigsäure und 20,8 g Isopropylalkohol wurde das Acetatsalz des Polysiloxans
der Formel
(worin x einen Gesamtwert von etwa 12 hat) in Form einer Lösung in Isopropylalkohol
hergestellt.
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Dieses Produkt ist als Schutzüberzug gegen Eisbildung bevorzugt. b)
Die nach a) hergestellte Lösung wurde auf Platten aus verschiedenem Material in
unterschiedlichen Konzentrationen in Isopropylalkohol aufgetragen und anschließend
mit einem Tuch bis zur Trockene eingerieben. Dann wurden die Platten nach dem obenerwähnten
Test (ASTM Bulletin Nr. 224, S. 48 bis 50) auf ihre eisabweisende Wirkung geprüft.
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Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:
| Polysiloxan- Trcnnwcrt |
| Polysiloxan- Trennwert |
| Plattenmaterial Acetatsalz |
| % kfcm2 |
| Stahl 2;5 0,42 |
| Stahl 2,5 0,21 |
| Glas 0,5 0,91 |
| Glas 2,5 0,21 |
| Stahl 50 0,84 |
| Aluminium 2.5 0,21 |
| Aluminium 5,0 >0,21 |
| übliches Anstrichs- 25 0,42 |
| verfahren bei der |
| Flotte für Stahl |
| Glas 0,05 0,21 |
| Glas 0,25 0,21 |
| Glas 0,025 0,21 |
| Plattenmatenal Polysiloxan Trennwert |
| Acetatsalz |
| 0 n {} kg'cm2 |
| Glas 10 0,21 |
| Glas 2 0,21 |
| Glas 1 0,84 |
| Glas 2 0,21 |
| Glas 0,5 0,91 |
| Glas 1 0,21 |
Beispiel 2 Eine 1 IOloige Aerosolmischung des Polysiloxansalzes aus Beispiel 1 wurde
unter Verwendung einer Sprühvorrichtung mit mäßigem Druck auf eine Glasplatte gesprüht.
Die Prüfung dieser Platte ergab einen Trennwert von weniger als 0,21 kg/cm2.
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Beispiel 3 Zwei Aluminiumplatten wurden jeweils mit einer 0,5°lOigen
Lösung des Polymeren aus Beispiel 1 in Isopropylalkohol, jedoch ohne Essigsäurezusatz
behandelt. Zwei weitere Aluminiumplatten wurden in gleicher Weise. jedoch unter
Verwendung einer 0,50/obigen Lösung des Acetatsalzes des Polymeren aus Beispiel
1 behandelt. Anschließend wurden die vier Platten geprüft. Die nur mit Polysiloxan
behandelten Platten hatten Trenuwerte von 0,7 kg/cm2 bzw. 0,84 kg/cm2, während die
mit dem Salz des Polymeren aus Beispiel 1 behandelten Platten Trennwerte von 0,84
kg/cm2 und 0,98 kg/cm2 aufwiesen.
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Diese Ergebnisse zeigen, daß die Trennwerte bei Verwendung der Polymeren
per se und dessen Salze keine signifikanten Unterschiede aufweisen.
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Beispiel 4 Zur Nachahmung von mit Kautschuk bedeckten Flugzeugoberflächen
oder Enteisungsvorrichtungen wurden drei Aluminiumplatten von je 6,35 mm Stärke
mit dünnen Folien aus Butylkautschuk beklebt und mit einer 7%igen Aerosolmischung
des Salzes des Polymeren aus Beispiel 1 besprüht. Die Prüfung ergab einen durchschnittlichen
Trennwert für die drei Platten von 0,7 kg/cm2.
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Beispiel 5 Eine 2,5°foige Lösung des Polysiloxansalzes aus Beispiel
1 in einer Mischung aus Isopropylalkohol und Wasser wurde auf zwei Glasplatten aufgetragen
und mit einem Tuch trockengerieben. Die Prüfung der beiden Platten ergab Trennwerte,
die kleiner als 0,21 kg/cm2 waren.
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Beispiel 6 Durch Vermischen der im Beispiel 1 genannten Bestandteile
in den angegebenen Mengen, jedoch unter Verwendung des Silans der Formel (CH30)S(CH3)Si(CH2krNH(CH
>2NH wurde eine 500/obige Lösung in Isopropylalkohol hergestellt, die nach einem
bei der Flotte üblichen
Anstrichverfahren auf eine Stahlplatte aufgetragen
wurde. Die Prüfung der Platte ergab einen Trennwert von 0,28 kg/cm .
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Beispiel 7 Durch Vermischen der im Beispiel 1 genannten Bestandteile
in den angegebenen Mengen, jedoch unter Verwendung des Silans der Formel (CH3O)3Si(CH2)3NH(CH3)
wurde eine 0,5"/,ige Lösung des Salzes des Polymeren in Isopropylalkohol hergestellt,
die auf eine Glasplatte aufgetragen wurde. Die Platte wurde dann drei aufeinanderfolgenden
Prüfungen unterworfen.
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Die erhaltenen Trennwerte waren 0,49 kg / cm2, 0,77 kg/cm2 bzw. 0,91
kg/cm°.
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Beispiel 8 Durch Vermischen von 1°/(, des Salzes des Polymeren aus
Beispiel 1, 10"/(, eines Dimethylpolysiloxans einer Viskosität von 1000 cSt./25C
und 890/0 eines Kohlenwasserstoffe enthaltenden Lösung mittels, das im wesentlichen
aus gemischten Octanen mit einem Siedebereich von 107 bis 138'C C bestand, wurde
eine Mischung hergestellt, die auf eine Glasplatte aufgetragen wurde. Die Prüfung
ergab einen Trennwert der Platte, der kleiner als 0,21 kg/cm2 war.
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Zum Vergleich Die Beispiele 9 bis 11 zeigen, daß die einzelnen Komponenten
des Polymeren aus Beispiel 1 und des Dimethylpolysiloxans aus Beispiel 8 wesentlich
schlechtere Trennwerte haben und daher den Ansprüchen eines eisabweisenden Mittels
nicht genügen.
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Beispiel 9 1-, 5- und 10%ige Lösungen des Hydroxylgruppen enthaltenden
Dimethylpolysiloxans aus Beispiel 1 in Isopropylalkohol wurden auf Glasplatten aufgetragen.
Die Prüfung ergab Trennwerte von größer als 3,15 kg/cm2, größer als 2,31 kg/cm2
bzw. 2,31 kg/ cm.
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Beispiel 10 Eine 50/oige Lösung des Silans der Formel (CH3O)3Si(CH2)3NH(CH2)2NH2
aus Beispiel 1 in Isopropylalkohol wurde auf eine Glasplatte aufgetragen. Die Prüfung
ergab einen Trennwert von größer als 9,31 kg/cm2.
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Beispiel 11 Eine 5%ige Lösung des Acetatsalzes des Silans der Formel
(CEJ30)3Si(CH ) NH(CH2)sNH2 aus Beispiel 1 in Isopropylalkohol wurde auf eine Glasplatte
aufgetragen. Die Prüfung ergab einen Trennwert von größer als 2,31 kg/cm-.
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Die Beispiele 12 und 13 zeigen, daß modifizierte Polysiloxane in
Gegenwart eines Silanübersch usses oder eines Uberschusses an Hydroxylgruppen enthaltenden
Dimethylpolysiloxanen gute Trennwerte lieferten.
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Beispiel 12 Durch Vermischen von 20 g eines Hydroxylgruppen enthaltenden
Dimethylpolysiloxans, das etwa 3,5 bis 4,5 Gewichtsprozent Hydroxylgruppen enthielt
und eine Viskosität von 35 bis 50 cSt./25°C hatte, 5 g des Silans der Formel (CH30hSi(CH2)3NH(CH2)2NH2
4 g Essigsäure und 25 g Isopropylalkohol wurde eine Lösung hergestellt, die das
Acetatsalz des Polysiloxans der Formel
(worin x einen Gesamtwert von etwa 12 hat) und das überschüssige Silan in Isopropylalkohol
enthielt.
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Eine 50k,ige Lösung des Polysiloxansalzes in Isopropylalkohol wurde
auf eine Glasplatte aufgetragen.
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Die Prüfung ergab einen Trennwert von 0,42 kg/cm2.
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Beispiel 13 Durch Vermischen von 22,5 g eines Hydroxylgruppen enthaltenden
Dimethylpolysiloxans, das etwa 3,5 bis 4,5 Gewichtsprozent Hydroxylgruppen enthielt
und eine Viskosität von 35 bis 50 cSt./25°C hatte, 1,1 g des Silans der Formel (CH30hSi(CH2hN
H(CH2kN H2 0,8 g Essigsäure und 22g Isopropylalkohol wurde eine Lösung hergestellt,
die das Acetatsalz des Polysiloxans der Formel
(worin x einen Gesamtwert von etwa 12 hat) und das überschüssige Hydroxylgruppen
aufweisende Dimethylpolysiloxan in Isopropylalkohol enthielt. Eine 20/oige Lösung
des Polysiloxansalzes in Isopropylalkohol wurde auf eine Glasplatte aufgetragen.
Die Prüfung ergab einen Trennwert, der kleiner war als 0,21 kg/cm2.
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Beispiel 14 Durch Vermischen der im Beispiel 1 genannten Bestandteile
in den angegebenen Mengen, jedoch unter Verwendung des Silans der Formel (CH30hSi(CH2)3NH2
wurde eine 20/oige Lösung des Polysiloxansalzes in Isopropylalkohol hergestellt,
die auf eine Glasplatte aufgetragen wurde. Die Prüfung ergab einen Trennwert, der
kleiner war als 0,21 kg/cm2.