DE2144256B2

DE2144256B2 - Verwendung von wäßrigen Emulsionen zum Aufbringen einer Beschlagschutz-Schicht auf durchsichtige oder reflektierende Oberflächen

Info

Publication number: DE2144256B2
Application number: DE19712144256
Authority: DE
Inventors: Dorrie L. Carmin Jun.; Harry D. Morrison
Original assignee: National Aeronautics and Space Administration NASA
Current assignee: National Aeronautics and Space Administration NASA
Priority date: 1970-09-03
Filing date: 1971-09-03
Publication date: 1980-09-04
Also published as: NL168256B; BE772177A; CA975239A; AU3310171A; FR2107217A5; GB1356329A; DE2144256C3; SE384521B; CH578611A5; AU461456B2; NL7112182A; NL168256C; DE2144256A1; JPS5717032B1

Description

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Die Erfindung betrifft einen neuen Beschlagschutz für durchsichtige und reflektierende Flächen, der sich insbesondere für die Anwendung bei Visieren von Raumfahrthelmen, Sichtscheiben in Raumfahrtanzügen, Fenstern in Raumfahrzeugen und sonstigen Schutzscheiben eigent und ein Beschlagen derartiger Flächen und die daraus resultierende verminderte Durchsichtigkeit zu verhindern vermag.

Eines der Probleme bei Raumflügen besteht darin, die Sichtscheiben der Raumfahrtanzüge und die Fenster im Raumfahrzeug möglichst beschlagfrei zu halten, denn das. Beschlagen der Sichtfenster kann, falls es in starkem Maße auftritt, zu einem Fehlschlag des Unternehmens führen. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt gibt es keine Methode, die einen kostensparenden wirksamen Beschlagschutz solcher Oberflächen ermöglicht Insbesondere für die Anwendung in Raumflug-Systemen müssen verschiedene Kriterien beachtet werden. Da die Umgebung häufig reich an Sauerstoff ist und in verschiedenen Fällen sogar aus reiner Sauerstoff-Atmosphäre besteht, ist es unbedingt erforderlich, daß der Beschlagschutz sauerstoffverträglich und in reiner Sauerstoff-Atmosphäre nicht entzündbar ist. Des weiteren kommt hinzu, daß er keine Substanzen enthalten darf, die daraus in Form von für den Menschen toxisch wirkenden Dämpfen entweichen. Darüber hinaus ist es wichtig, daß der Beschlagschutz während längerer Zeitabschnitte klar durchsichtig bleibt, und die Bildung eines Beschlags auf den v> geschützten Flächen auch unter maximalen Belastungsbedingungen während zusätzlicher Bewegungsabläufe oder bei reduziertem Druck verhindert wird, um nicht die visuelle Beobachtung zu stören.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen « Beschlagschutz für Oberflächen in Vorschlag zu bringen, der sich in einer im wesentlichen reinen Sauerstoff-Atmosphäre nicht entzündet, nicht toxisch wirkt und die damit geschützten Flächen auch unter maxiamlen Bedingungen beschlagffei hält. Mi

Air Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß eine wäßrige Emulsion aus einem Organopolysiloxan der Formel (R₂SiO)_{2 20}, worin K einen Methyl-, Ethyl- oder Phenyl-Kest bedeutet, oder einem Organophosphatester der Formel R₁POi, worin R einen Methyl-. *■. Ethyl-, Phenyl- r-der Kresolsäurc-Rest bedeutet, und einem Tensid als Mittel zum Aufbringen einer Beschlagschutz-Schicht auf durchsichtige oder reflektie

rende Oberflächen verwendet.

Vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Verwendung einer solchen wäßrigen Emulsion, deren Wasser-Anteil etwa 1 bis 25 VoL-Teile ausmacht, während der Anteil an dem Organopolysiloxan bzw. Organophosphatester 0,5 bis 15 VoL-Teile und der Anteil an Tensid 5 bis 20 VoL-Teile betragen. Wenn man eine solche wäßrige Emulsion, sorgfältig vermischt, als Beschlagschutz-Schicht auf eine Durchsichtscheibe, wie beispielsweise ein Raumfahrzeugfenster oder ein Raumfahrtanzug-Visier aufbringt, läßt sich das Beschlagen der Scheiben für eine Zeit von 5 und mehr Stunden verhindern, auch dann, wenn unter Höchstbelastungen die Stoffwechselvorgänge sehr stark werden.

Die erfindungsgemäß verwendeten wäßrigen Emulsionen sind, wie gesagt, aus drei Hauptkomponenten hergestellt: Wasser, Organopolysiloxan br=./. Organophosphatester, der, falls Feuergefahr gegeben ist, in einer im wesentlichen reinen Sauerstoff-Atmosphäre feuerbeständig ist, und einem Tensid.

Als Tensid können anionaktive, nicht ionogene, kationaktive oder amphotere Tenside vorhanden sein. Beispiele für derartige Tenside sind- Natrium-, Kalium- und Aminalkylsulfate mit 8 bis 22 Kohlenstoffatomen in der Alkylkette, wie beispielsweise

Natriumlaurylsulfat, Kaliumlaurylsulfat, Triethanolaminlaurylsulfat, Natriumoctylsulfat, Ammoniumdodecylsulfat,

Kaliumhexadexylsulfat und Natriumeicosylsulfat; die Natrium-, Kalium- und Aminalkylarylsulfonate mit 8 bis 22 Kohlenstoffatomen in der Alkylkette, wie beispielsweise das

Trimethylaminsalz von Dodecylbenzolsulfonsäure, Kalium-n-dodecylbenzolsulfonat, Natriumdodecylnaphthylensulfonat

unddasTrietl inolaminsalz von

Hexadecylbenzolsulfonsäure;

die Natrium-, Kalium- und Aminsalze von Alkyl- oder Alkylarylpolyalkylenoxidsulfaten mit 8 bis 22 Kohlenstoffatomen in der Alkylkette und 1 bis 6 Alkylenoxidgruppen, wie beispielsweise

Natriumlaurylpolyethylenoxidsulfat, Kaliumlaurylpolyethinoxidsulfatund Triethanolamindodecylphenylpolyethylen-

oxidsulfat;

die Polyalkylenoxidkondensate aus 1 bis 6 Alkylenoxide einheiten mit 8 bis 22 Kohlenstoffatome aufweisenden geradkettigen Alkoholen, mit Phenolen oder mit Alkylphenolen, deren Alkylreste 8 bn 22 Kohlenstoffatome aufweisen, wie beispielsweise

Polyoxyethylenlauryläther, Polyoxyethylencetyläther, Polyoxyethylenoleyläther, Polyoxyethylennonylphenyläther, Polyoxyethylenoctylphenyläther,

Polyoxyethylendodecylphenyläther; die Kondensationsprodukte aus 8 bis 22 Kohlenstoffatome in dem Alkylrest aufweisenden Alkylaminen mit 1 bis 6 Molen eines Alkylenoxids, wie beispielsweise

Polyefhylenoxidstearylamin;

tertiäre Aminoxide, wie beispielsweise die Trialkylaminoxide mit einem 8 bis 22 Kohienstoffatome aufweisenden Alkylrest und zwei I bis 4 Kohienstoffatome aufweisenden Alkylresten, wie

Stearyldimethylaminoxid,

Dimethyllaurylaminoxid,

Diäthyltetradecylaminoxid und

Cetyldimethylaminoxid;

die quartär«! Ammoniumsalze, wie beispielsweise Trialkylammoniumsalze, die entweder zwei Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen und einen Alkylrest mit 8 bis 22 Kohlenstoffatomen, oder zwei Alkylreste mit 8 bis 22 Kohlenstoffatomen und einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen aufweisen, wie beispielsweise

Sebumdimethylbenzylammoniumchlorid, Trimethyloctadecylammoniumchlorid, Triethyldodecylammoniumbromid, Cetylpyridinammoniumchlorid, Cetyltrihydroxymethylammoniumbromid und

Dimetbyl-di-cocossalkylammoniumchlorid; Fettsäureamide von Fettsäuren mit 8 bis 22 Kohlenstoffatomen und deren Ci — C<-Substituenten am N-Atom aufweisende Derivate, wie beispielsweise

Cocosfettsäureethanolamid und Talgfettsäurediethanolamid;

die Natrium-, Kalium, Ammonium- und Alkylolsubstiiuierten Ammonium-Salze der Alkylglycerinäthersulfonate der Formel

-CH

RO— CHO- —H

H—C—H

in welcher R ein Alkylrest mi? 8 bis 22 Kohlenstoffatomen ist, η eine ganze Zahl von 1 bis 4 b deutet und X für ein Chlor-Atom, eine Hydroxylgruppe oder einen Sulfonsäurerest steht, wobei zumindest ein X ein Sulfonsäurerest ist, wie beispielsweise

Natriumcocosalkylglycerinäthersulfonat und Kaliumcetylglycerinäthersulfonat; sowie die Sulfobetaine, wie beispielsweise Dimethyldodecylammoniopropylsulfat

Die erwähnten Tenside sind bekannt und im Handel erhältlich. Mischungen der Tenside können je nach Bedarf angewandt werden. Bevorzugte Tenside sind die Alkylsulfate, die Alkyläthersulfate und die Alkylglycerinäthersulfate mit 10 bis 14 Kohlenstoffatomen in der Alkylkette, wobei als Kation in den Sulfonsäuresalzen bevorzugt entweder Natrium oder Kalium vorhanden ist

Vorteilhafterweise ist das Tensid in den erfindungsgemäß angewendeten wäßrigen Emulsionen in Anteilsmengen von insbesondere 5 bis 10 Vol.-Teilen vorhanden. Man kann auch Emulsionen mit höheren oder geringeren Anteilmengen erfindungsgemäß verwenden, läuft jedoch Gefahr, daß dadurch die Dauer eines wirksamen Beschlagschutzes unter Umständen geringer wird.

Das ebenfalls als Hauptkomponente in den erfindungsgemäß verwendeten Emulsionen vorhandene Wasser kann in Form von gewöhnlichem Leitungswasser vorhanden sein; bevorzugt wird die Emulsion jedoch mit destilliertem oder entionisiertem Wasser gefertigt: dadurch ist sicher verhindert, daß durch eventuelle Kristallisation von im Emulsionswasser vorhandenen Mineralien die Durchsicht durch die beschlaggeschiitze Fläche vermindert wird.

Der Wasseranteil in der erfindungspomüß verwendeten Emulsion beträgt insbesondere 3 bis 10 Vol.-Teile.

Die als dritte Hauptkomponente in der erfindungsgemäß verwendeten Emulsion vorhandenen Organopolysiloxane bzw, Organophosphatester sind Substanzen, die einen Siedepunkt von mehr als 150⁰C aufweisen. Es handelt sich zweckmäßig um »sauerEtoffverträgliche« Substanzen, das heißt solche, die in einer im wesentlichen reinen Sauerstoff-Atmosphäre nicht entzündbar sind, wenn Beschlagschutz in einer Umgebung benötigt wird, in welcher Feuerbeständigkeit erforderlieh ist.

Die für die erfindungsgemäß verwendeten Emulsionen benötigten Organopolysiloxane der Formel (R2SiO)2-2o, worin R einen Methyl-, Ethyl- oder Pijenylrest bedeutet, sind bekannte und im Handel

is erhältliche Produkte. Ebenso handelt es sich bei den für die erfindungsgemäß verwendeten Emulsionen brauchbaren Organophosphatester der Formel R3PO4, worin R einen Methyl-, Ethyl-, Phenyl- oder Kresolsäure-Rest bedeutet, um bestens bekannte Stoffe, die käuflich erhältlichι sind.

Als besonders brauchbar, insbesondere zur Verwendung als feuerbeständiger Beschlagschutz, haben sich solche erfindungsgemäße Emulsionen erwiesen, in den die angegebenen Organophosphatester der Kresolsäure vorhanden sind. Phosphatester dieses Typs können nach bekanntem Verfahren durch Umsetzung von Phosphoroxidchlorid mit Kresolsäure gewonnen werden. Unter der Bezeichnung »Kresolsäure« werden Mischung von phenolischen Materialien verstanden, die im wesentli chen oberhalb des Kresolbereichs sieden und bei der Erdöl- oder Kohlenteerdestillation anfallen. Eine typische im Handel erhältliche Kresolsäure-Fraktion weist einen Siedebereich von 220 bis 250⁰C und folgende Zusammensetzung auf:

Meta-, Para-Kresole	Obis 1%
2,4- und 24-Xylenole	Obis 3%
23- und 3,5-Xylenole	10 bis 20%
3,4-Xylenol	20 bis 30%
C₉-Phenole	50 bis 60%

Die Herstellung solcher Triarylphosphate mit Kresolsäure-Rest ergibt Phosphatester mit stark unterschiedlichen Viskositäten. Für die erfindungsgemäße Verwendung ist die Viskosität eines bestimmten Phosphatesters, der mit Kresolsäure erhalten nicht kritisch, bevorzugt werden jedoch Phosphaiester in erfindungsgemäß verwendeten Emulsionen eingesetzt, die eine Viskosität von 200 bis 230 SUS bei 373⁰C, gemessen nach der ASTM-Methode D 445-54 T, aufweisen. Die von der Kresolsäure abgeleiteten Organophosphatester haben extrem niedrige Dampfdrücke, so daß sie praktisch nicht eingeatmet werden und insofern ihre Toxizität vernachlässigbar ist; sie sind des weiteren extrem feuerbeständig, sogar in reiner Sauerstoff-Atmosphäre, und bleiben über lange Zeitperioden klar und stabil, wenn sie als Bestandteil der erfindungsgemäß verwendeten wäßrigen Emulsionen zur Herstellung des Beschlagschutzes auf durchsichtige Oberflächen aufgesprüht sind. Sie werden in der erfindungsgemäß verwendeten wäßrigen Emulsion zweckmäßig mit einem Anteil von 0,5 bis 15 Vol.-Teilen, vorzugsweise 2 bis 6 Vol.-Teilen, eingesetzt.

Die erfindungsgemäß verwendeten wäßrigen Emulsionen werden, wie allgemein bei der Herstellung von Emulsionen üblich, durch Vermischen der Komponenten und Rühren bis zur vollständigen Emulgierung gefertigt. Für die Verwendung als Beschlagschutz wird die Emulsion als dünne Schicht bzw. dünner Überzug auf

die zu schützende Oberfäche aufgebracht, und anschließend wird zweckmäßig mit einem faserfreien Tuch so lange poliert, bis die Beschichtung klar durchscheinend ist Mit derart aufgebrachten Antibeschlag-Schutzschichten versehene Oberflächen bleiben auch unter maximalen Arbeitsbelastungen und verstärkten Stoffwechselvorgängen beschlagfrei.

Beispiel 1

Aus folgenden Bestandteilen wurde durch Vermischen und Schütteln bis zur vollständigen Emulgierung eine wäßrige Emulsion hergestellt:

Tensid

(mit 25 Gew.-% Ammoniumsalz von

Kokosnußalkyläthersulfonat mit

3 Ethylenoxideinheiten,

4% Natriumsalz von

Kokosnußalkylglycerinäthersulfonat,

5% Dimethyidodecylaminoxid,

9% EthylalkohoL. Rest Wasser) 3^r VoL-T eile

Wasser (entionisiert) 5 Vol.-Teile

Organophosphatester

(von Kresolsäure, mit einer

Viskosität von 220 SUS bei 37,8° C) 7 Vol.-Teile

Diese wäßrige Emulsion wurde als Antibeschlag-Schutzschicht auf ein spezielles Gerät in Form eines Helms zum Testen des Beschlagschutzes aufgebracht.

Das Gerät bestand aus dem Helm eines Raumfahrtanzugs, der ein mechanisches System für die Simulierung des Stoffwechselvorgangs aufweist Zur Kontrolle der Taupunkt-Temperaturen innerhalb und außerhalb des Helm waren verschiedene Heiz- und Kühlspulen innen und außen am Helm angeordnet. Es war ein Luftzuführsystem zu dem Testhelm vorhanden, mit dem die Atemluft, die ein den Helm tragender Mensch benötigen würde, zugeführt werden konnte. Die Luftzufuhrbedingungen waren wie folgt eingestellt:

Die Temperatur im Raum außerhalb des Helms wurde anfangs auf 4,4° C gehalten und anschließend langsam abgesenkt, bis auf der inneren, unbehandelten Helmfläche Beschlagbildung einsetzte. Zur Vermeidung des Beschlagens der äußeren Fläche des Helmdurchsichtfensters wurde trockener Stickstoff als Spülung über die Visierfläche geblasen.

Unter den vorstehend beschriebenen Bedingungen blieb die Visierfläche, die wie im vorstehenden Beispiel 1 beschrieben beschlaggeschützt worden war, für ungefähr 2'/2 Stunden frei von merklicher Beschlagbildung.

Wenn, wie im vorstehenden Beispiel beschrieben, gearbeitet, jedoch solche Emulsionen eingesetzt wurden, die anstelle des angegebenen Tensids

Natriumlaurylsulfat, Kaliumlaurylsulfat,

Triethanolaminlaurylsulfat,

Natriumoctylsulfat,

Ammoniumdodecylsulfat,

Kaliumhexadecylsulfat,

Natriumeicosylsulfat,

Trimethylaminsalz von Dodecylbenzolsulfonsäiire, Kalium-n-dodecylbenzolsulfonat,

Natriumdodecylnaphtylensulfonat,

Triethanolaminsalz von Hexadodecylbenzolsulfonsäure,

Natriumiaurylpolyethylenoxidsulfat,

Kaliumcocosalkylethylenoxidsulfat,

Triethanolaminc^odecylphenylpolyethylenoxidsulfal,

Polyoxyethylenlnuryläther,

Pclyoxyethylencetyläther.

Polyoxyethylenoleyläther,

Polyoxyethylennonylphenyläther,

Polyoxyethylenoctylphenyläther,
Polyoxyethylendodecylphenyläther,

Polyethylenoxidstearylamin,

Stearyldimethylaminoxid,

Dimethylcocosalkylaminoxid,

Diethyltetradecylaminoxid,

Cetyldimethylaminoxid,

Talgdimethylbenzylammoniumchlorid,

Trimethyloctadecylammoniumchlorid,

Triethyldodecylammoniumbromid,

Cetylpyridinammoniumchlorid,

Cetyltrihydroxymethylammoniumbromid,

Dimethyldicocosalkylammoniumchlorid,

Cocosfettsäureethanolamid,

Tdgfettsäurediethanolamid,

Natriumcocosalkylglycerylryäersulfonat,

Kaiiumcetyigiyceryiäthersulfoa'-i oder

Dimethyldodecylammoniumpropylsulfat
enthielten, konnten Antibeschlagschutz-Schichten erzielt werden, die entsprechende Eigenschaften für die Verhinderung des Beschlagens aufwiesen.

Beispiel 2

Es wurde wie in Beispiel 1 beschrieben gearbeitet, jedoch wurde eine wäßrige Emulsion folgender Zusammensetzung verwendet:

Tensid

(wie in Beispiel 1 angegeben)
Wasser

(wie in Beispiel 1 angegeben)
Organophosphatester

(wie in Beispiel 1 angegeben)

35 VoL-Teile

5 VoL-Teile

ΊΟ VoL-Teile

Das Helmvisier blieb bis zu 5 Stunden beschlagfrei.
Wurden unter sonst gleichen Bedingungen Emulsio- Mi ,ien verwendet, in denen anstelle des angegebenen Organophosphatesters von Kresolsäure Trimethylphosphat, Triethylphosphat, Triphenylphosphat oder PoIyphenylsiloxan vorhanden war, konnten Antibeschlag-Schutzschichten mit entsprechenden Eigenschaften zum Verhindern von Beschlagbildung erhalten werden.

Beispiel 3

Unter den in Beispiel 1 angegebenen Bedingungen wurde ein Emulsion folgender Zusammensetzung verwendet:

Tensid

(wie in Beispiel i angegeben)

Wasser

(wie in Beispiel 1 angegeben)

Organophosphatester

(wie in Beispiel 1 angegeben)

35 VoL-Teile
5 VoL-Teile
4 VoL-Teile

Das Helmvisier blieb bis zu 5 Stunden besciilagfrei.

Aus den vorstehenden Beispielen ist ersichtlich, daß bei der erfindungsgemäßen Verwendung der angegebenen wäßrigen Emulsionen Antibeschlag-Schutzschichten aufgebracht werden konnten, die äußerst wirksam sind zur Verhinderung des Beschlagens von Raumfahrtanzug-Visieren unter maximalen Stoffwechsel-Bedingungen. Zusätzlich bewirkt die extrem niedrige Flüchtigkeit der in den gemäß den Ausführungsbeispie-

len uniersuchten Emulsionen vorhandenen Organophosphatester, daß der Beschlagschutz in bezug auf das Einatmen weitgehend nicht-toxisch ist. Da, wie gefunden wurde, das die Emulsion bildende organophosphatesterhaltige Gemisch faktisch nicht entflammbar ist, wenn es in einer im wesentlichen reinen Sauerstoff-Umgebung getestet wird, ist dessen Verwendung als Beschlagschutz in der Raumfahrt besonders geeignet. Die erfindungsgemäße Verwendung der angegebenen

wäßrigen Emulsionen ist jedoch darauf nicht begrenzt. Es können beispielsweise auch Windschutzscheiben von Autos, Motorrad-Sturzhelme, Feuerwehr-Schutzhelme und beliebige sonstige durchsichtige oder reflektierende Flächen, auch durchscheinendes Plastikmaterial der glänzende Aluminiumflächen und andere reflektierende Oberflächen erfindungsgemäß mit Antibeschlagschutz-Schichten beaufschlagt und mit beschlagschützenden Überzügen versehen werden.

Claims

Patentanspruch:

Verwendung von wäßrigen Emulsionen, bestehend aus

a) einem Organopolysiloxan der aligemeinen Formel (R₂SiO)₂-Jo, worin R ein Methyl-, Ethyl- oder Phenyl-Rest ist, oder einem Organophosphatester der allgemeinen Formel R3PO4, worin R ein Methyl-, Ethyl·, Phenyl- oder Kresolsäure-Restist,

b) einem Tensid und

c) Wasser

als Mittel zum Aufbringen einer Beschlagschutz-Schicht auf durchsichtige oder reflektierende Oberflächen.