DE1925110A1

DE1925110A1 - Mit viskosen Stoffen behandelte Luftfilter

Info

Publication number: DE1925110A1
Application number: DE19691925110
Authority: DE
Inventors: Hamilton James Paul
Original assignee: FMC Corp
Current assignee: FMC Corp
Priority date: 1968-05-17
Filing date: 1969-05-16
Publication date: 1969-11-27
Also published as: FR2008742A1; NL6907517A; US3492139A; GB1222750A

Description

Die Erfindung betrifft neue, verdickte, thixotrope, triorganische Phosphatgelzusammensetzungen, die zum Überziehen des Filtermediums in Luftfiltern geeignet sind.

Mit viskosen Stoffen besprühte Luftfilter für die Industrie enthalten poröse Filtermedien, oder Matten, durch die Luft geleitet wird. Das Filtermedium wird mit einer stabilen, nicht flüchtigen Flüssigkeit wie einem triorganischen Phosphat überzogen, welches beim Durchleiten von Luft durch das Filter Staubpartikel einfängt und verhindert, daß die Staubpartikel wieder in den Luftstrom eintreten. Verlust dieses flüssigen Überzuges während der Benutzung führt jedoch zu einer Verringerung der Luftreinigungskapazität des Filters. Die Flüssigkeit kann durch hohe Luftgeschwindigkeit von dem Filtermedium weggeblasen werden, was beispielsweise bei Filtern für Dieselmotoren in Rechnung gestellt werden muß. Wenn ein Filtermedium eng um Spulen gewunden ist, wie in den kürzlich entwickelten automatischen Austauschfiltern, so besteht außerdem die Tendenz, daß die Flüssigkeit aus dem Filtermedium ausgequetscht wird.

Früher wurden diese Verluste vermindert, indem man die Flüssigkeit mit einem halblöslichen Harz oder anderen Gelierungsmitteln verdickte. Diese Hars-Flüssigkeitszusammensetzungen neigen jedoch zur ViBkositätsverringerung bei erhöhten !Temperaturen,

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insbesondere bei den Temperaturen, die mit den Filtern für Dieselmotoren erreicht werden. V/enn Gelierungsmittel wie feinzerteiltes Siliciumdioxyd verwendet werden, so werden normalerweise 7 i> oder mehr, bezogen auf die Mischung, für eine zufriedenstellende Eindickung einer brauchbaren Flüssigkeit wie eines triorganischen Phosphates benötigt. Diese Siliciumdioxydmenge in der Flüssigkeit kann Sprühdüsen und einbezogene Filter verstopfen, die im allgemeinen zum Überziehen der Matten verwendet werden. Außerdem wird die Mischung beim Altern aufgrund von Synärese dicker, was zu einer Verminderung der Fähigkeit Staubpartikel einzufangen führt. Synärese kann auch beim Lagern auftreten, was verursacht, daß die Flüssigkeit aus dem Gelgerü3t austritt. Das ausgetretene triorganische Phosphat fließt dann aus der Matte aus, wobei eine höhere Konzentration an Gelfeststoffen auf der Oberfläche der Matte zurückbleibt. Der Gesamteffekt ist eine Abnahme der Staubfilterkapazität.

Ausgezeichnete triorganische Phosphatgele mit niedrigeren SiIiciumdioxydgehalten zur Verwendung für stit vl^osen Stoffen besprühte Luftfilter, können hergestellt werdest, Indem man oberflächenaktive Mittel und niedrige Siliciumdioxydgehalte anwendet, wie es in der US-Patentschrift 3 297 460 beschrieben ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden verbesserte Überzugs. Zusammensetzungen für mit viskosen Stoffen behandelte Luftfilter geschaffen, die folgendes umfassen:

a) 100 Gewichtsteile eines triorganischen Phosphates der losaelg

If

(Alkyl- 0 ) P ( O -Aryl)

η 3-η

in der "n" 0 bis 1 bedeutet, der Alkylrest 1 Ms 10 Kohlenstoff« atome umfaßt und der Arylrest von einer Misclrang aue Phenolen und Alkylphenolen, die 6 bis 20 Kohl enst of fat öse enthalten, geleitet ist, wie sie von Teersäuren abgeleitet

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b) 1 "bis 4 Gewichtsteile von praktisch reinem, pyrogenem Siliciuradioxyd mit einer Teilchengröße nicht größer als 0,025 Mikron und

c) 0,1 bis 2 Gewichtsteile eines Tri-(alkoxyalkyl)-phosphates aus der Gruppe: Tris-(2-butoxyäthyl)-phosphat, Tris-(2-äthoxyäthyl)-phosphat und Tris[2-(2-äthoxyäthoxy)--äthyl]-phosphat.

Das pyrogene Siliciumdioxyd alleine, bei Gehalten von 1 bis 4 Teilen pro 100 Teile flüssiges triorganisches Phosphat verdickt das triorganische Phosphat nicht genügend, um eine zufriedenstellende Überzugszusammensetzung zu bilden. Überraschenderweise verursachen sehr geringe Mengen der ausgewählten Tri-(alkoxyalkyl)-phosphate mit nicht mehr als insgesamt 6 Kohlenstoffatomen in der Alkoxyalkylgruppe starke Yiskositätszunahmen der Zusammensetzungen. Diese verdickten triorganischen Phosphatzusammensetzungen fließen nicht bei Raumtemperatur vom Filter ab und behalten eine genügend hohe Viskosität bei erhöhten Temperaturen bei, so daß sie für die meisten Luftfilterapplikationen brauchbar sind. Luftfiltermedien, die mit den erfindungsgemäßen triorganischen Phosphat/Siliciumdioxyd-Ziisammensetzungen übersogen sind, besitzen überraschend geringe Synäreseverluste und sehr gute Hochtemperaturstabilität .

Triorganische Phosphate, die in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen brauchbar sind₉ sind flüssige Phosphatester der obigen Eormel, in denen die Arylreste von Teersätire abgeleitet sein können. Die Bezeichnung "Teersäure" soll diejenigen Säuren einschließen, die mit verdünntem Natriuiohydroxyd aus Teeren, wie Kohleteer, gewöhnlichem Holzteer, Petroleuinteer und Braunkohleteer extrahiert werden körnen,, Die rohen Teerextrakte enthalten gewöhnlich Phenol, ortho-Kresol, meta<=Kresol_s para-Kresol und isomere Xylenole und sie können fraktioniert werden, so daß verschiedene Qualitäten dieser Produkte erhalten werden. Diese flüssigen Phosphatester sind als Weichmacher für Yinylchlorid-Homopolymerioate und -mischpolymerisate weit verbreitet und dem Fachmann gut bekannt, Triorganische Phosphate von besonderer Brauchbarkeit in der Praxis der vorliegenden Erfindung v/erden als Trikresyl-

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BAD ORIGINAL

phosphate bezeichnet. Die Bezeichnung "Trikresylphosphat" soll Ester einschließen, die aus Phosphoroxychlorid und Alkylphenolgemischen hergestellt wurden, die als "Kresylsäuren" bekannt sind, die von Kohleteer, Holzteer oder Petroleumdestillat abgeleitet sein können. Zu geeigneten Alkylresten gehören sowohl der Methyl-, Äthyl-, Propyl-, Isopropyl-, Butyl-, Amyl-, Isohexyl- und Äthylhexylrest, als auch andere Reste, die dem Fachmann gut bekannt sind. Die Arylgruppen in diesen Estern können 6 bis 20 Kohlenstoffatome enthalten und in den Triarylphosphaten und den Alkyldiarylphosphaten können die Arylgruppen die gleichen oder verschieden sein, obgleich sie vorzugsweise die gleichen Arylgruppen sind und 6 bis 12 Kohlenstoffatome enthalten.

Das zur Herstellung der erfindungsgemäßen hochviskosen Zusammensetzungen verwendete Silieiumdioxyd ist von der Art, die als "pyrogenes Siliciumdioxyd" bekannt ist. Diese Art Siliciumdioxyd wird hergestellt, indem man nahezu reines Siliciumtetrachlorid und Wasser in der Dampfphase umsetzt, um Siliciumdioxyd und Chlorwasserstoff zu bilden. Das so hergestellte Siliciumdioxyd ist ein sehr reines Pulver von ungefähr 99$iger Reinheit mit einer Teilchengröße nicht größer als etwa 0,025 Mikron. Pyrogenes Siliciumdioxyd mit einer Teilchengröße bis herab zu etwa 0,007 Mikron ist heutzutage erhältlich und für die Durchführung der vorliegenden Erfindung brauchbar. Vorzugsweise besitzt das pyrogene Siliciumdioxyd eine Teilchengröße von etwa 0,015 bis 0,020 Mikron.

Die für die Durchführung der vorliegenden Erfindung brauchbaren Tri-(alkoxyalkyl)-phosphate sind diejenigen aus der Gruppe: Tris-(2-butoxyäthyl)-phosphat, Tris-£-&thoxyäthyl)-phosphat una Tris-[2-(2-äthoxyäthoxy)-äthyl]-phosphat. Die Bezeichnung "Tri-(alkoxyalkyl)-phosphat" soll Ester einschließen, die aus Phosphoroxyehlorid und Alkoxyalkylalkoholen und Alkoxyalkoxyalkylalkoholen, die nicht mehr als 6 Kohlenstoff atome enthalten, hergestellt wurden.

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Die erfindungsgemäßen Überzugszusammensetzungen werden hergestellt, indem man einfach, das pyrogene Siliciumdioxyd-Gelierungsmittel in Mischungen des Tri-arylphosphates oder des Alkyl-diarylphosphates und dem Tri-(alkoxyalkyl)-phosphat in einem Hochgeschwindigkeitslaboratoriumsmischer kurzzeitig, manchmal nur eine und eine halbe Minute lang dispergiert. Soweit bekannt, kann eine beliebige Methode zur Dispergierung von Feststoffen in Flüssigkeiten bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um Überzugszusammensetzungen dieses Tpys herzustellen.

Die folgenden Beispiele erläutern die neuen, erfindungsgemäßen Überzugszusammensetzungen für FiIteriaedien, ohne jedoch damit die Erfindung einzuschränken. Alle Teile und Prozentsätze stellen Gewichtsteile bzw. Gewichtsprozentsätze dar. Zum Vergleich seien für die nicht gelierten Trikresylphosphate, die in den Beispielen verwendet werden, die folgenden Viskositäten bei Raumtemperatur (2O⁰C) angegeben:

Kresyl-diphenylphosphat, 60 bis 70 Centipoise; Trikresylphosphat, 120 Oentipoise;

Gemischtes Kresyl-xylylphosphat, 220 bis 300 Centipoise } Trixylylphosphat, 250 bis 325 Centipoise .

Beispiel 1

Es wurde eine Reihe von Gelen hergestellt, indem man verschiedene Anteile Kresyl-diphenylphosphat, Tris-(2-butoxyäthyl)-phosphat und pyrogenes Siliciumdioxyd kurzzeitig unter Verwendung eines Hochgeschwindigkeitsmixers zusammen rührte. Es wurde ein Vergleichsbeispiel durchgeführt, das kein Tris-(2-butoxyäthyl)-phosphat enthielt. Die Zusammensetzungen der Formulierungen und die erhaltenen Testwerte sind in Tabelle I angegeben. Die Viskositäten wurden unter Verwendung eines Brookfield Model LVF-Viskosimeters mit einer Spindel der ITr. 4 bei 6 und 60 Upm. bestimmt. Synäreseverlnste wurden bestimmt, indem man eine gewogene Menge Gel in einen nicht überzogenen Papierbehälter legte

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und den Gewichtsverlust nach Ablauf verschiedener Zeiten bestimmte.

Beispiel 2

Es wurde eine zweite Probenreihe hergestellt und gemäß dem in Beispiel 1 angegebenen Verfahren getestet, mit der Ausnahme, daß Trikresylphosphat anstelle des Kresyl-diphenylphosphates des Beispieles 1 verwendet wurde. Die Einzelheiten der Zusammensetzung und die Viskosität3charakteristika der verschiedenen Gemische aus Trikresy!phosphat, Tris-(2-butoxyäthyl)-phosphat und pyrogenem Siliciumdioxyd sind in Tabelle II angegeben.

Beispiel 3

Es wurde eine Reihe von Proben hergestellt und gemäß dem Verfahren des Beispieles 1 getestet, wobei das Kresyl-diphenylphosphat des Beispieles 1 durch das gemischte Kresyl-xylylphosphat ersetzt wurde. Die Einzelheiten der Zusammensetzung und die Viskositätscharakteristika der verschiedenen Mischungen aus gemischtem Kresyl-dixylylphosphat, Tris-(2-butoxyäthyl)-phosphat und pyrogenem Siliciumdioxyd sind in Tabelle III angegeben.

Beispiel 4

Es wurde eine Reihe von Proben hergestellt, sie wurden gemäß dem Verfahren des Beispieles 1 getestet, mit der Ausnahme, daß Kresyl-diphenylphosphat des Beispieles 'durch Trixyljl-piiosphat ersetzt wurde. Die Einzelheiten der Zusammensetzung und die Viskositätscharakteristika der verschiedenen Mischungen szll Trixylylphosphat, Tris-(2-butoxyäthyl)-phosphat und pyrogenem Siliciumdioxyd sind in Tabelle IV angegeben.

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Beispiel 5

Man stellte eine Reihe von Proben her und testete sie nach dem Verfahren des Beispieles 1, mit der Ausnahme, daß das Tris-(2-butoxyäthyl)-phospliat des Beispieles 1 durch andere Tri-(alkoxyalkyl)—phosphate ersetzt wurde. Die Einzelheiten der Zusammensetzung und die Viskositätscliaralcteristika der verschiedenen
Mischungen aus gemischtem Kresyl-xylylphosphat und den gewählten Tri-(alkoxyalkyl)-phosphaten sind in Tabelle V angegeben.

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Tabelle I

Effekt des Tris-(2-butoxyäthyl)-phosphates .in Kresyl-diphenyl-phosphat/pyrogenes Siliciumdiozyd-

di3persionen

Eresyl-diphenyl-phosphat Pyrogenes Siliciumdioxyd Iris-(2-"butoxyäthyl)-phosphat

Viskosität (cps) 6 Upm.
(Brookfield IVS¹, // 4-Spindel) 60 Upm.

VergleichsTaeispiel 100 3 0

1000 350

100 100 100 100 100 100 100 3334.4444

1 2 3 0 0,5 1 2 3

1000 900 1100 3000 5500 4400 2000 380 350 480 950 1200 1050 710

Synäreseverlust nach einer Woche (#), Beispiel 5 : A-A

Tabelle II
Effekt des Tris-(2-butoxyäthyl)-phosphates in Trikresyl-phosphat/pyrogenes Siliciumdioxyd- Disper

sionen.

Trikresylphosphat
pyrogenes Siliciumdioxyd

Tris-(2-butoxyäthyl)-

phosphat O

Viskosität (cps) 6 Upm. 500 (Brookfield LVP, ff 4-Spindel) 60 Upm. 250

Vergleichsbeispiel £ 100 100 2,0 2 11 Vergleichsbeispiel 100 100

2 3

1 500

3 500

200 200 200

Trikresylphosphat

pyrogenes Siliciumdioxyd

Tris-(2-butoxyäthyl)-phosphat

Viskosität (cps) 6 Upm.
(Brookfield LVP, // 4-Spindel) 60 Upm

Vergleichsbeispiel 15 16 100 100 100

0 1200

550

0,5 1 4000 8000 12

100

2 3000

la

100

3 1000

1350 1800 800 460

0 1000.

360

1 1000

100 3

2 1000

100 3

3 900

500

Tabelle III

Effekt des Tris-(2-butoxyäthyl)-phosphates in Kresylxylyl-phosphat/pyrogenes Siliciumdioxyd-

Dispersionen.

Vergleichsbeis-piel-

Gemischtes Kresyl-dixylyl-phosphat 1OO

Pyrogenes Siliciumdioxyd 2

Eris-(2-butoxyäthyl)-
^j phosphat 0

° Viskosität (cps) 6 Upm 400

^ (Brookfield LVP, // 4-

^ Spindel) 60 üpm 330 1220212222242.526

100 100 100 100 100 100 100 2 2 2 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5

0,25 0,5 1,0 0,125 0,25 0,375 0,5 1,0 820 600 600 2900 2300 2500 1700

530 480 400 970 890

820

Vergleichsbeispiel

Gemischtes Kresyl-dixylyl-phosphat 100

Pyrogenes Siliciumdioxyd 3 Sris-(2-butoxyäthyl)-phosphat 0

Viskosität (cps) 6 Upm 420

(Brookfield LVP, // 4-

Spindel) 60 Upm 350

28

100

100
3

30

100 3

0,375 0,5 0,75 1,0 5300 2000 1500

31

100 3

2,0 600

1410 1120 840 426

Vergleichsbeispiel

100

0 500

420

100

0,5 0,75 17500 10000

4000

Tabelle III (PortSetzung)

CD -JT-

Gemischtes Kresyl-dixylyl-

^:phosphat '■' ■■·■■ Pyrogenes Siliciumdioxyd 'iris- (2-but oxyäthy1) -phosphat Viskosität (cps) 6 Upm (Broolcfield LVP, 4 //-Spindel) 60 Upm

Vislcosität bei T⁰C -

24	21	100	1500	22	38 VergleichsbeisDiel	100	22
100	100·	4	1100	100	100	5	100
4	4	J 2,0	1000	4	4	0	5
1,0	1,25	1200	3,0	4,0	580	2
9400	5200	870	680	680	500	3200
2100	1870	Beispiel 33	500	470		1320
e (Si),		Beispiel 32	: 1,2
		: 2,1		75°
0: 25°	-	55° -	1000	80° -
35°		65° -	900	85° -
45°	70° -	130






- 2000
- 3800
- 4700

Tabelle IT

Effekt des Tris-(2-"butoxyätliyl)-phosphates in Crixylyl-phospnat/pyrogenes Siliciumdiosyd-Disper-

sionen.

cd Trixylylphosphat

co Pyrogenes Siliciumdioxyd

J Tris-(2-butoxyäthyl)-phosphat

⁰³ Viskosität (cps) 6 Upm

^ (Brookfield IVP, // 4-

^ Spindel) 60 Upm 810 1750 1200 4940 3600

vergleicnsbeisOiel	10	11	12	100
100	100	100	100	4,0
2,5	2,5	2,5	4,0	1,0
O	0,5	1,0	'0,5	12000
900	4200	2000	19000

Tabelle T

Effekt des Tris-(alkoxyalkyl)-phosphates in .Dispersionen aus	VersleichsbeisTJiel 5-1	Gemischtes Kresyl-xylyl-phos-	CO	100	100	gemischtem	Kresyl-xylyl-phosphat	■
und pyrogenem Siliciumdioxid.	phat	O	4	4
	Pyrogenes Siliciumdioxid	CO CD		0.5	5-2	5-2
	Iris-(2-but oxyäthyl)-phosphat
Tris-(2-äthoxyäthyl)-phosphat			100	100
Tris-[2-(2-äthoxyäthoxy)-äthyl]-			4	4
phosphat	400	4000
Viskosität (cps) 60 üpm			0,25
(Brookfield IVP, // 4-Spindel)	1000	17500
6 Upm				Ot 25
		8000	8000

	50000	50000

OO

cn

CO

Claims

Überzugszusammensetzung mit einem triorganischen Phosphat für mit viskosen Stoffen besprühte Luftfilter, dadurch gekennzeichnet, daß sie
a) 100 Gew.-Teile eines tri organischen Phosphates der Formel:

Il

(Alkyl- 0—)_δ P C-O ~Aryl)₃__n

in der "n" O bis 1 bedeutet, der Alkylrest 1 bis 10 Kohlenstoffatome besitzt und der Arylrest von einer Mischung aus Phenolen und Alkylphenolen mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen abgeleitet ist;

b) 1 bis 4 Gew.-Teile praktisch reines pyrogenes SiIiciumdioxyd mit einer Teilchengröße nicht größer als 0,025 Mikron; und

c) 0,1 bis 2 Gew.-Teile eines Tri-(alkoxyalkyl)-phosphates aus der Gruppe: Tris-(2-butoxyäthyl)-phosphat, Tris-(2-äthoxyäthyl)-phosphat und Tris-[2-(2-äthoxyäthoxy)-äthyl]-pho3phat< enthält.
2. Überzugszusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das triorganische Phosphat aus der Gruppe: Trikresylphosphat, Kresyl-diphenylphosphat, gemischtes Kresyl-xylyl-phosphat und Trixylylphosphat ausgewählt wurde und das pyrogene Siliciumdioxyd eine Teilchengröße von 0,01 bis 0,020 Mikron besitzt,

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