DE2233941B2 - Verwendung von perfluoralkylphosphorverbindungen als schaumdaempfende mittel - Google Patents
Verwendung von perfluoralkylphosphorverbindungen als schaumdaempfende mittelInfo
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-
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Description
Bei der Durchführung von chemischen und technischen Prozessen, bei denen Lösungen von Stoffen :,
verarbeitet werden, die eine bestimmte Grenzflächenaktivität entfalten, kommt es häufig zu einer sehr
störenden und unerwünschten Schaumbildung, die sogar den gesamten Prozeß in Frage stellen kann. Solche
unerwünschten Schaumbildungen treten z. B. bei der Verarbeitung eiweißhaltiger Lösungen und bei Netz-,
Klotz- und Färbevorgängen von Textilien störend in Erscheinung.
Die Schaumentwicklung hängt unter anderem ab von der Konzentration, der Grenzflächenaktivitäi, der
Temperatur und der Bewegung der Lösung.
Verschiedene technische und chemische Prozesse, die Schaumbildner, wie z. B. gewisse Proteine, Paraffinkettensalze,
Saponine enthalten, können nur dann durchgeführt werden, wenn bestimmte Stoffe zugesetzt werden,
die das Schäumen vermindern oder verhindern. Solche Stoffe werden z. B. als Antischaummittel, Entschäumer,
Schaumverhütungsmittel oder schaumdämpfende Mittel bezeichnet. Gute schaumdämpfende Mittel sollen
den Schaum bereits bei Zusatz von kleinen Mengen rasch und dauerhaft niederschlagen, keine unerwünschten
Nebenwirkungen verursachen und universell einsetzbar sein. Als schaumdämpfende Mittel werden z. B.
natürliche Fette und öle (wie z. B. Sperm-, Schmalz-,
Tranöl), langkettige Alkohole (n-Octylalkohol, Cetylalkohol),
hochmolekulare Glykole, Silikonöle, fluorhaltige, nicht perfluorierte Verbindungen, Tri-isobutylphosphat,
Aluminiumseifen der Stearin- oder ölsäure, verwendet. Auch Mischungen verschiedener schaumdämpfender
Mittel werden angewandt, so z. B. in der Färberei und Druckerei Gemische aus höheren
aliphatischen Alkoholen, Estern und Ketonen oder emulgierfähige Mischungen von Neutral- und Mineralölen.
Die bisher bekannten schaumdämpfenden Mittel besitzen, insbesondere bei ihrem Einsatz in der Färberei
und Druckerei eine Reihe von Nachteilen. Sie erfordern entweder relativ hohe, d. h. unwirtschaftliche Einsatzmengen,
oder erzeugen die Gefahr von Fleckenbildungen auf dem behandelten Material oder sie sind bei f>5
Einwirkungen von Hitze oder Säuren oder gegenüber Oxydationseinflüssen nicht beständig. Zum Teil treten
bei den bekannten schaumdämpfenden Mitteln auch Schwierigkeiten dadurch auf, daß sie in wäßrigen
Medien nicht oder nicht ausreichend löslich sind.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung werden nun Verbindungen der allgemeinen Formel I
nF2n + 1]„-.tlPO(OH).v
x die Zahll oder 2,
η eine ganze Zahl von 4 bis 24
bedeutet, und deren Salze als schaumdämpfende Mittel verwendet, wodurch die Nachteile der bisherigen
schaumdämpfenden Mittel vermieden werden.
Die erfindungsgemäß als schaumdämpfende Mittel zu verwendenden Verbindungen der allgemeinen Formel 1
besitzen eine hohe Beständigkeit, vor allem gegenüber Hitze-, Säure- und Oxydationseinflüssen und können im
pH-Bereich von 1 bis 12 bei ionogenen und nichtionogenen schaumbildenden Verbindungen, wie z. B. bei
Alkansulfonaten, Olefinsulfonaten, Alkoholsulfaten und Alkoholäthersulfaten, Oxäthylierungsprodukten von
Alkoholen, Säuren und/oder Aminen, quaternären Ammoniumverbindungen usw. angewandt werden. Sie
eignen sich zur Verhinderung der Schaumbildung bzw. zur Zerstörung von Schäumen beispielsweise bei
Verfahren der Textilveredelung, in der Papierindustrie, Lederindustrie, kosmetischen und pharmazeutischen
Industrie, Metallindustrie usw. Vorzugsweise erfolgt die Verwendung der Verbindungen der allgemeinen Formel
1 als schaumdämpfende Mittel in Flotten oder Lösungen, die in der Textilindustrie Anwendung finden oder in
Lösungen von anionaktiven oder nichtionogenen Tensiden.
Die erfindungsgemäß zu verwendenden Verbindungen werden einzeln oder in Mischung, gelöst oder
ungelöst den Lösungen bzw. Flotten der schäumenden Substanzen zugesetzt oder auch in feste Mischungen
anderer Substanzen, wie Tenside, Farbstoffe, Druckpasten usw. eingearbeitet.
Die für den Einsatz als Schaumdämpfer erforderlichen Konzentrationen der Verbindungen der allgemeinen
Formel 1 liegen etwa im Bereich zwischen 0,001 g/l und 0,1 g/l. Bei diesen Konzentrationen wirken die
Verbindungen zwar stark schaumdämpfend, erhöhen jedoch nicht die Netzkraft und die Flottenaufnahmewerte
z. B. bei Netz- und Klotzvorgängen an Textilien.
Die Verbindungen der allgemeinen Formel I sind für ,v = 1 Phosphin-Säuren der allgemeinen Formel
[CnF2n + 1I2PO(OH)
und für χ = 2 Phosphonsäuren der allgemeinen Formel [CnF2n + 1]PO(OH)2
bzw. Salze dieser P'hosphin- oder Phosphon-Säuren, wobei die Natrium·, Calcium- und Magnesiumsalze
bevorzugt werden. Die perfluorierten Reste C„F2n + i
sind vorzugsweise unverzweigt und besitzen vorzugsweise 6 bis 12 C-Atome.
Diese Verbindungen der allgemeinen Formel I und ihre Herstellung sind Gegenstand einer älteren
Anmeldung gemäß der DT-OS 21 10 767.
Nach dieser älteren Anmeldung dienen zur Herstellung der erfindungsgemäß anzuwendenden Verbindungen
der allgemeinen Formel ! als Ausgangsmaterial Per'luoralkylphosphordijodide und Bis-(Perfluoralkyl)-
phosphorjodide der allgemeinen Formeln
[CnF2n + 1]PJ2
[CnF2n + 1]PJ2
[CnF2n + 1I2PJ.
Durch Hydrolyse dieser Perfluoralkyl-Phosphorjodide gelangt man zunächst zu den Perfluoralkyl-phosphonigsäuren
der allgemeinen Formel Il und den Pei fluoralkyl-phosphinigsäuren
der allgemeinen Formel III
[CnF2n + 1]P(OH)2
[CnF2n + 1
[CnF2n + 1
(11)
(III)
(III)
die sich ihrerseits mit Oxydationsmitteln in die entsprechenden Perfluoralkylphosphonsäuren und Perfluoralkylphosphinsäuren
der allgemeinen Formel I überführen lassen. Als Oxydationsmittel können Jod, Sauerstoff, Salpetersäure, Chlor, Wasserstoffperoxid
verwendet werden. Die Hydrolyse und die Oxydation können bei normaler Temperatur vorgenommen werden.
Normalerweise wird das Perfluoralkylphosphordijodid ([CnF2n+I]PJ2) oder ein Bis-(Perfluoralkyl)-phosphorjodid
([CnF2n+ O2PJ) oder ein Gemisch von beiden
bis zur vollständigen Auflösung in Wasser gerührt, dann Oxydationsmittel zugegeben, von eventuell abgeschie- 2S
denem Jod abfiltriert und die Lösung eingedampft. Die Verbindungen der allgemeinen Formel 1 sind meist
farblose feste Verbindungen. Die Überführung der Perfluoralkyl-phosphin- bzw. -phosphonsäuren in die
entsprechenden Salze kann in an sich bekannter Weise ^o
erfolgen.
Die Verbindungen der allgemeinen Formel I erfordern bei ihrer Verwendung als schaumdämpfende Mittel
sehr geringe Einsatzmengen und erzeugen, z. B. bei der Färberei und Druckerei, keine Fleckenbildung auf dem
gefärbten oder bedruckten Material. Sie sind in Wasser und wäßrigen Medien gut löslich und chemisch wegen
der vollfluorierten Alkylkette schwer angreifbar. Durch Verwendung von Verbindungen der allgemeinen Formel
I werden Schäume insbesondere bei anionischen und nichtionischen schaumbildenden Substanzen sehr
rasch vermindert und meistens sehr rasch vollständig zerstört.
Zur Prüfung der schaumdämpfenden Wirkung der zur Anmeldung gelangenden Substanzen wurden die Hs
Schaumschlagmethode nach DIN 53902/1 und die Schaumbestimmungsmethode nach Ross-Miles
(DIN 53902/2) angewendet.
Als Vergleichssubstanz wurde u. a. folgende, den erfindungsgemäß einsetzbaren Verbindungen chemisch
am nächsten stehende Verbindung gemäß der DT-OS 19 36 843 verwendet:
(CFnCH2CH2O)2POO NH4'
Die Versuchsergebnisse sind in den nachfolgenden Tabellen angegeben.
In den Tabellen sind die zugesetzten bzw. geprüften Substanzen mit 1 bis 21 beziffert. Bei den Substanzen 1
bis 12 handelt es sich um Verbindungen bzw. Gemische
von Verbindungen gemäß der Formel I. Die Substanz 13 (m
ist die genannte bekannte schaumdämpfende Verbindung. Die Substanzen 14 bis 21 sind bekannte Netzmittel
und andere Tenside, Komplexbildner sowie vorwiegend in der Textilfärberei eingesetzte Hilfsmittel.
Zusammensetzung der eingesetzten Verbindungen:
Zusammensetzung der eingesetzten Verbindungen:
!.C4F4PO3H2 + (C4F9J2PO2H (äquimolekulares
Gemisch)
Gemisch)
2. C6F15POjH2 + (C6F1-O2PO2H (äquimolekulares
Gemisch)
3.C6F1-1PO3H2
4.(C6F13I2PO2H
4.(C6F13I2PO2H
5. C8FnPO3H2 + (CaF17J2PO2H (äquimolekulares
Gemisch)
6.C8F17PO3H2
7.(C8F17I2PO2H
8. C10F21PO3H2
9.(C10F21J2PO2H
7.(C8F17I2PO2H
8. C10F21PO3H2
9.(C10F21J2PO2H
10. Gemisch von Verbindungen der Formeln C2F5(C2F4JnPO3H, + [C2F5(C2F4)J2PO2H .
wobei im Gemisch Verbindungen mi! n = 2, 3
und 4 vorhanden sind.
11. Gemisch von Verbindungen der Formeln
C2F5(C2F4JnPO3H2 + [C2Fj(C2F4U2PO2H .
wobei im Gemisch Verbindungen mil » = 4 bis S
vorhanden sind.
12. Gemisch von Verbindungen der Formeln
C2F5(C2F4J11PO1H2 + [C2F5(C2F4)J2PO2H.
wobei im Gemisch Verbindungen mit 11 = 1 bis 11
vorhanden sind.
I 3. [C6F13CH2CH2O]2PO2NH4
14. Cl2-sek.-Alkansulfonat
15. Älhylendiamintetraessigsüure
(CHj)2
16. Cocosalkyl —N'
CH2COO
17. Cocosalkyl —NH2-CH2COO-
18. C12. iK-Alkyldimethylbenzylarnmoniumchlond
19. Umsetzungsprodukt aus 1 Mol Cocosalkylamin
+ IO Mol Äthylenoxid
20. Umsetzungsprodukt aus 1 Mol Isotridecylalkohol + 8 Mol Äthylenoxid
21. Cocosalkyldimethylaniinoxid.
Schaumhöhe und -beständigkeit nach der Schaumschlagmethode
von Ci;./i(i-sek. Alkansull'onat (0,75 g/l)
unter Zusatz von FluoraUylphosphorverbindungen
/usal/ | (g/l) | Γ | Schaumhöhe (mm) | bis /um | nach |
Substanz | _ | (In Klammern: see | Zerfall des Schaumesi | .100 see | |
Nr. | 0.02 | sofort nach | |||
120 see | 170 | ||||
- | |||||
( O | 1 75 175 | ||||
Ohne | 25 | 100 0(1) | |||
5 | 25 | ||||
Fortsetzung
/USilt/
SubsUin/
Nr.
Nr.
Schaumhöhe (n.m)
(In Klammern: see bis /um
/erfüll des Sehaumcsi
sofort nach nach
120 sec 300 see
(g/l)
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,005
0,005
0,005
0,005
0,005
0,005
0,005
0,005
0,005
0,005
0,005
0,005
0,005
0,005
0,005
0,005
0,005
0,005
0,005
0,005
0,005
0,005
0,005
0,005
0,005
25 25 25 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70
120 140 140 215 190 200 205 205 140
190 200 205 180 180 205 190 180
0(1) 0(20)
110
210 0(10) 0(10) 0(10) 0 (SO) 0(1) 0 (50) 0(40) 0
0(90) 0(1) 0 0(30)
180 Einsatzkonzentratiop.en keine Änderung gegenüber den in Tabelle 1 aufgeführten Daten.
Schaumhöhe und -beständigkeit nach der Schaumschlagmethode von Cu/Cix-sek. Alkansullonat
(0,75g/l) unter Zusatz von Fluoralkylphosphorvcrbindungen.
20
25
175
Zusatz | (g/l) | T | Schaumhöhe (ml) | bis /um | nach |
Substanz | (In Klammern: see | des Sehuumcsi | 300 see | ||
Nr. | 0.02 | Zerfall | nach | ||
0,02 | sofort | 120 see | 340 | ||
0,02 | - | ||||
0,02 | (O | 360 | - | ||
Ohne | 0,02 | 20 | 370 | 0 | - |
4 | 0,005 | 20 | 340 | 0(60) | - |
5 | 0,005 | 20 | 180 | 0(50) | 190 |
7 | 0.005 | 20 | 300 | 0(70) | 270 |
10 | 0,005 | 20 | 190 | 280 | — |
13 | 0.005 | 20 | 330 | 360 | - |
Ohne | 0.005 | 70 | 410 | 0 | - |
4 | 70 | 250 | 0 | - | |
5 | 70 | 190 | 0(100) | 80 | |
7 | 70 | 170 | 0 (90) | ||
10 | 70 | 200 | 140 | ||
13 | 70 | 180 | |||
Die Schaumwerte bei Prüfung der Substanz Nr. 3 als Zusatz zu Ci2/i8-Alkansulfonat bei den pH-Werten 3, 5,
7, 9, 11 ergaben bei allen Temperaturen (bis 80° C) und
Schaumhöhe und -bestiindigkeit nach Ross-Miles von C,:/|«-sek. Alkansulfonat (1 g/l) in Abhängigkeil der
zugesetzten Menge an Fluoralkylphosphorverbindungen.
Zusatz Substanz
Nr. Schaumhöhe (mm)
(In Klammern: see bis zum
Zerfall des Schaumes)
(g/l) | bei 25 C | nach | bei 70 | C | nach | |
_ | sofort | 30 see | sofort | 300 see | ||
0,0001 | ||||||
0,0005 | 170 | 25 | ||||
Ohne | 0,001 | 175 | 165 | 215 | 0(200) | |
5 | 0,002 | 170 | 160 | 200 | 0(110) | |
5 | 0,005 | 165 | 155 | 190 | 0(70) | |
5 | 0,02 | 160 | 50 | 190 | 0(20) | |
5 | 0,05 | 160 | 0 | 190 | 0(12) | |
5 | 0,05 | 160 | 0(1) | 135 | 0(1) | |
5 | 0,002 | 90 | 0(1) | 25 | 0(1) | |
5 | 20 | 120 | 25 | 175 | ||
13 | 165 | 165 | 180 | 170 | ||
13 | 170 | 175 | ||||
Schaumfolie und -beständigkeit nach R oss-M iles verschiedencrwaschaktiver Substanzen bei Zusatz von Fluoralkylphosphorverbindungen.
Wasch aktive Substanz Nr. |
Zusatz Nr. |
Substanz | (g/l) |
(lg/1) | |||
14 | - | 0.02 | |
14 | 5 |
Schaumhöhe (mm) (In Klammern: see bis zum Zerfall des Schaumes)
bei 25 C be: 70 t.
sofort nach 3(K) see sofort nach 120 see: nach 300 see
175 90 170
0(1)
0(1)
215
215
0(1)
0(1)
Fortsetzung
Wasch- | Zusal/ | Subslan/ | (g/l) | Schaiimhöhe | (mm) (In Klammern: see | bis /um /crl'a | C | nach | Il ties Sc | liauniesl |
aklivc | Ni-. | bei 25 C | bei 70 | |||||||
Substanz | ||||||||||
Nr. | solorl | nach .MK) sec solorl | 120 sec | nach MIO sec | ||||||
Ug/I) | ....... |
14 14 17 17 19 19 19
15 15/5
5 13
0,1 | 175 |
0,1/0,02 | 50 |
- | 120 |
0,05 | 70 |
- | 120 |
0,01 | no |
0.01 | 90 |
In weiteren Versuchen wurde die Wirksamkeit der vollfluorierten Fluoralkylphosphorverbindungen der
allgemeinen Formel I bei direkter Zugabe zum Schaum geprüft. Hierzu wurden 100 ml-Schüttelzylinder mit
jeweils 50 ml Lösung verschiedener waschaktiver Substanzen (WAS) (5 g/l) 10 mal schnell um 180°
gedreht und die Schaumhöhe abgelesen. Im Wiederholungsversuch wurden sofort nach dem letzten Umdrehen auf den gebildeten Schaum 0,001 g Festsubstanz Nr.
5 (= 0,02 g/l) gegeben. Bei allen geprüften Substanzen fiel der Schaum spontan zusammen. Die Ergebnisse sind
in der Tabelle 5 angegeben.
175 | (1) | 215 |
O | 85 | |
120 | 200 | |
70 | 90 | |
0 | (190) | 140 |
0 | no | |
25 | Tabelle 6 | 100 |
215 | (100) | 50 |
25 | (24) | 0 |
200 | 195 | |
90 | 90 | |
0 | - | |
0 | - | |
35 | 20 | |
100
95
100
100
95
80
85
70
100
80 75
5 10
0 10
Beispiel Zusammensetzung der NeU-Nr. mittel- oder l'arbslolT-l-lolte
3° 2) 3)
WAS | Schaumhöhe (mm) | Nach Zugabe | 45 | 5) |
Ohne Zusatz | von 0,001 g Substanz Nr. 5 4° |
|||
auf den frisch | ||||
gebildeten | ||||
Schaum | 6) | |||
(5 g/l) | solorl nach 300 see. | sofort | ||
7) |
55
In der folgenden Tabelle 6 sind die Ergebnisse von to
Schaumprüfungen nach der Schlagmethode bei 20" C an Netzmittel- und Farbstoff-Flotten ohne und mit Zusatz
der Substanz Nr. 5 [äquimolares Gemisch aus 10)
C.F17PO3H2 und (C8Fi7)JPO2H] zusammengefaßt:
Schaumhöhe (ml)
solo rl nach
300 see
Netzmittelflotte enthaltend 1 g/l Aralkylsufonat
(Phcnylsulfonat HSR konz.)
(Phcnylsulfonat HSR konz.)
400
310
Wie unter 1), und zusätzlich 0,01 g/l Substanz Nr. 5 NetzmiUcirioUe enthaltend 380
1 g/l sulfierten Polyglykoläther (Genapol LRO) Wie unter 3) und zusätzlich 350
0,01 g/1 Substanz Nr. 5 Dispersionsfarbstoff-Flottc 290 enthaltend
2 g/l Disperse Orange 29
2 g/l Ammoniumsulfat mit Essigsäure auf pH 5 eingestellt Wie unter 5) und zusätzlich 110
0.01 g/l Substanz Nr. 5 KüpenfarbstolT-Klotzflotte 370
enthaltend
30 g/l des Farbstoffs CI. 71025
30 g/l des Farbstoffs CI. 71025
8 g/I anionaktives Klotzhilfsmittel (Casservol RW konz.)
Wie unter 7) und zusätzlich 330 0,01 g/l Substanz Nr. 5
Schwefelfarbstoff-Klotzflotte 360 enthaltend
40 g/l des Farbstoffs CI. 53 271
15 g/l Soda kalz.
15 g/l Natriumsulfhydrat 95 %ig
5 g/l anionaktives Klotzhilfsmittel (Casservol AH)
Wie unter 9) und zusätzlich 350
0,01 g/l Substanz Nr. 5
350
360
250
350
330
Claims (2)
1. Verwendung von Verbindungen der allgemeinen Formel I
[CnF2n + 1],, .,,PO(OH),
(D
worin
χ die Zahll oder 2, η eine ganze Zahl von 4 bis 24
bedeutet und deren Salzen als schaumdämpfende Mittel.
2. Verwendung von Verbindungen der allgemeinen Formel 1 gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß η eine ganze Zahl von 6 bis 12 bedeutet.
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