DE2144256C3 - Verwendung von wäßrigen Emulsionen zum Aufbringen einer Beschlagschutz-Schicht auf durchsichtige oder reflektierende Oberflächen - Google Patents
Verwendung von wäßrigen Emulsionen zum Aufbringen einer Beschlagschutz-Schicht auf durchsichtige oder reflektierende OberflächenInfo
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Description
als Mittel zum Aufbringen einer Beschlagschutz-Schicht auf durchsichtige oder reflektierende Oberflächen.
20
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 so
geschützten Flächen auch unter maximalen Belastungsbedingungen während zusätzlicher Bewegungsabläufe
öder 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 beschlagfrei hält μ
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß eine wäßrige Emulsion aus einem Organopolysiloxan
der Formel (RjSiO^-jo, worin R einen Methyl-, Ethyl-
oder Phenyl-Rest bedeutet, oder einem Organophosphatester der Formel R3PO4, worin R einen Methyl-, tr>
Ethyl-, Phenyl- oder Kresolsäure-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 bzw. 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 ampbotere Tenside vorhanden sein.
Beispiele für derartige Tenside sind: Natrium-, Kalium- und Aminalkylsulfate mit 8 bis 22 Kohlenstoffatomen in
der Alkylkette, wie beispielsweise
Kaliumhexadexylsulfat und Natriumeicosylsulfat; die Natrium-, Kalium- und Aminalkylarylsulfonate mit 8
bis 22 Kohlenstoffatomen in der Alkylkette, wie beispielsweise das
und das Triethanolaminsalz von
die Natrium-, Kalium· und Aminsalze von Alkyl- oder Alkylarylpolyalkylenoxidsulfaten mit 8 bis 22 Kohlenstoffatomen
in der Alkylkette und 1 bis 6 Alkylenoxidgruppen, wie beispielsweise
oxidsulfat;
die Polyalkylenoxidkondensate aus I bis 6 Alkylenoxideinheiten
mit 8 bis 22 Kohlenstoffatome aufweisenden geradkettigen Alkoholen, mit Phenolen oder mit
Alkylphenolen, deren Alkylreste 8 bis 22 Kohlenstoffatome aufweisen, wie beispielsweise
Polyoxyethylendodecylphenyläther;
die Kondensationsprodukte aus 8 bis 22 Kohlenstoffatome in dem Alkylfest aufweisenden Alkylaminen mit 1 bis 6 Molen eines Alkylenoxide, wie beispielsweise
die Kondensationsprodukte aus 8 bis 22 Kohlenstoffatome in dem Alkylfest aufweisenden Alkylaminen mit 1 bis 6 Molen eines Alkylenoxide, wie beispielsweise
Polyethylenoxidilearylamin;
tertiäre Aminoxide, wie beispielsweise die Trialkylamin· oxide mit einem S bis 22 Kohlenstoffatome aufweisenden; Alkylrest und zwei 1 bis 4 Kohlenstoffatome aufweisenden Alkylresten, wie
tertiäre Aminoxide, wie beispielsweise die Trialkylamin· oxide mit einem S bis 22 Kohlenstoffatome aufweisenden; Alkylrest und zwei 1 bis 4 Kohlenstoffatome aufweisenden Alkylresten, wie
die quartären 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
Dimethyl-di-cocossalkylammoniumchlorid;
Fettsäureamide von Fettsäuren mit 8 bis 22 Kohlenstoffatomen und deren Ci- Q-Substituenten am N-Atom aufweisende Derivate, wie beispielsweise
Fettsäureamide von Fettsäuren mit 8 bis 22 Kohlenstoffatomen und deren Ci- Q-Substituenten am N-Atom aufweisende Derivate, wie beispielsweise
die Natrium-, Kalium, Ammonium- und Alkylolsubstituierten Ammonium-Salze der Alkylglycerinäthersulfonate
der Formel
-CH
RO— CHO- —H
H —C—H
in welcher R ein Alkylrest mit 8 bis 22 Kohlenstoffatomen ist, π eine ganze Zahl von 1 bis 4 e jdeutet und X für
ein Chlor-Atom, eine Hydroxylgruppe oder einen Sulfonsäurerest steht, wobei zuminc at ein X ein
Sulfonsäurerest ist, wie beispielsweise
Natriumcocosalkylglycerinäthersulfonatund
Kaliumcetylglycerinäthersulfonat;
sowie die Sulfobetaine, wie beispielsweise
Dimethyldodecylammoniopropylsulfat
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 Alkyiglycerinäthersulfate
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 erfindungsgemäD
angewendeten wäßrigen Emulsionen in Anteils' mengen von insbesondere 5 bis 10 Voh-Teilen vorhanden.
Man kann auch Emulsionen mit höheren oder geringeren Anteilmengen erfindungsgemäO verwenden,
lauft jedoch Gefahr, daß dadurch die Dauer eines wirksamen Beschlagschuttes unter Umstanden 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 öder entiöfiisiertem Wasser gefertigt;
dadurch ist sicher verhindert, daß durch eventuelle Kristallisation von im Emulsionswasser vorhandenen
Mineralien die Durchsicht durch die beschlaggeschütze Fläche vermindert wird.
Der Wasseranteil in der erfindungsgemäß verwendeten Emulsion beträgt insbesondere 3 bis IO 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 »sauerstoffverträgliche« 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 erforder-
IQ lieh ist
Die für die erfindungsgemäß verwendeten Emulsionen benötigten Organopoiysiloxane der Formel
(R2SiO)2-H), worin R einen Methyl-, Ethyl- oder
Phenylrest bedeutet, sind bekannte und im Handel erhältliche Produkte. Ebenso handelt es sich bei den für
die ftrfindungsgemäß verwendeten Emulsionen brauchbaren
Organophosphatester der Formel R3PO4, worin R
einen Methyl-, Ethyl-, Phenyl- oder Kresolsäure-Rest
bedeutet, um bestens bekannte Stoffe, die käuflich erhältlich 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 »Kresoisäure« werden Mischung von
phenolischen Materialien verstanden, die im wesentlichen oberhalb des Kresolbereichs sieden und bei der
Erdöl- oder Kohlenteerdestillation anfallen. Eine typische im Handel erhältliche Kresolsäure-Fraktion weist
einen Siedebereich von 220 bis 250° C und folgende Zusammensetzung auf:
Meta-, Para-Kresole | Obis 1% |
2,4- und 2,5-Xylenole | Obis 30/0 |
2^und3,5-XyIenole | 10 bis 20% |
3,4-XyIenol | 20 bis 30% |
Ce-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 Phoiphatester in erfindungsgemäß
verwendeten Emulsionen eingesetzt, die eine Viskosität von 200 bis 230 SUS bei 37,80C, gemessen nach der
ASTM-Methode D 445-54 T, aufweisen. Die von der
so 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 Oberflachen aufgesprüht sind. Sie werden in der erfindungsgemäß verwendeten wäßrigen
μ Emulsion zweckmäßig mit einem Anteil von 04 bis
15 Vol/Teilen, vorzugsweise 2 bis 6 VoL-Teilen, eingesetzt
Die erfindungsgemäß verwendeten wäßrigen Emulsionen werden, wie allgemein bei der Herstellung von
fi5 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.
Aus folgenden Bestandteilen wurde durch Vermi- ι ο
sehen und Schütteln bis zur vollständigen Emulgierung eine wäßrige Emulsion hergestellt:
Tensid
(mit 25 Gew.-% Ammoniumsalz von
3 Ethylenoxideinheiten,
4% Natriumsalz von
5% Dimethyldodecylaminoxid,
9% Ethylalkohol, Rest Wasser) 35 Vol.-Teile
(von Kresolsäure, mit einer
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 eu 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 Helmfläcne 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 I
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
Triethanolaminsalz von Hexadodecylbenzolsulfonsäure,
TriethanolamindodecylphenylpolyethylenoxidsulfaC,
Dimethyldodecylammoniumpropylsulfat
enthielten, konnten Antibeschlag^hutz-Schichten erzielt werden, die entsprechende Eigenschaften für die Verhinderung des Beschlagens aufwiesen.
enthielten, konnten Antibeschlag^hutz-Schichten erzielt werden, die entsprechende Eigenschaften für die Verhinderung des Beschlagens aufwiesen.
Es wurde wie in Beispiel 1 beschrieben gearbeitet jedoch wurde eine wäßrige Emulsion folgender
Zusammensetzung verwendet:
Tensid
(wie in Beispiel 1 angegeben) 35 Vol.-Teile
Wasser
(wie in Beispiel 1 angegeben) 5 Vol.-Teile
(wie in Beispiel 1 angegeben) 10 Vol.-Teile
Wurden unter sonst gleichen Bedingungen Emulsionen verwendet in denen anstelle des angegebenen
Organophosphatesters von Kresolsäure Trimethylphosphat
Triethylphosphat Triphenylphosphat oder PoIypiienylsiloxan
vorhanden war, konnten Antibeschlag-Schutzschichten mit entsprechenden Eigenschaften zum Verhindern von Beschlagbildung
erhalten werden.
Unter den in Beispiel 1 angegebenen Bedingungen wurde ein Emulsion folgender Zusammensetzung
verwendet:
Tensid
(wie hi Beispiel 1 angegeben) 35 Vol.-Teile
Wesssr
(wie in Beispiel 1 angegeben) 5 Vol.-Teile
(wie in Beispiel 1 angegeben) 4 Vol.-Teile
Das Helmvisier blieb bis zu 5 Stunden beschlagfrei.
Aus den vorstehenden Beispielen ist ersichtlich, daß bei der erfindungsgemäßen Verwendung der angegebenen wäßrigen Emulsionen Antibeschlag-Schutzschichten aufgebracht werden konnten, die ä jßerst 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-
Aus den vorstehenden Beispielen ist ersichtlich, daß bei der erfindungsgemäßen Verwendung der angegebenen wäßrigen Emulsionen Antibeschlag-Schutzschichten aufgebracht werden konnten, die ä jßerst 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 untersuchten Emulsionen vorhandenen Organo
phosphatester. 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
Beschlagschulz 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 (1)
- Patentanspruch:Verwendung von wäßrigen Emulsionen, bestehend ausa) einem Organopolysiloxan der allgemeinen Formel (R3SiO)2-Zo, 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 undc) Wasser
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