DE2247647A1 - Verdickungsmittel - Google Patents
VerdickungsmittelInfo
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- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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- B01J19/06—Solidifying liquids
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- C06—EXPLOSIVES; MATCHES
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- C06B47/00—Compositions in which the components are separately stored until the moment of burning or explosion, e.g. "Sprengel"-type explosives; Suspensions of solid component in a normally non-explosive liquid phase, including a thickened aqueous phase
- C06B47/14—Compositions in which the components are separately stored until the moment of burning or explosion, e.g. "Sprengel"-type explosives; Suspensions of solid component in a normally non-explosive liquid phase, including a thickened aqueous phase comprising a solid component and an aqueous phase
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Description
Ce ,^anstand der L'lrl'indung sind Jianthomonasgummi und Hydroxyalkylätliar
von Guargummi enthaltende Verdickungsmittel und unter Verwendung dieser Verdickungsmittel hergestellte
Druckpasten und -Sprengstoffaufschlämmungen.
natürliche und synthetische Gummi haben als Verdickungsmittel
für Nahrungsmittel, Überzüge, Anstriche, Farben, iJprengstoffaufschlämmungen, Bohrflüssigkeiten und viele
andere Anvendungszwecke Verwendung gefunden. Verdickungs™
nittol verleihen den Solen, denen sie einverleibt werden,.
Viskosität. Wenn durch Rühren Scherkraft auf das Sol angewandt
wird und dabei keine Viskositätsänderung eintritt, vorhalt sich Jas Verdickungsmittel nach der Newtonschen
Gleichung, ',in Verdickungsmittel wird als plastisch bezeichnet,
v/erm die Viskosität des Sols in ruhendem Zustand größer
ist als wenn durch Rühren Scherkraft angewandt wird,
fliu Vi8koF.it >t nit zunehmender Scherkraft abni.imt und dLo
7i;"j!:o.7.it*.''t nol'ort zunimmt, wenn die ' Jclierkraft verringert
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BAD ORIGINAL
■■J ■ _
wird. Im allgemeinen richten sich Ioiekülo eines. i:t ii
zustand befindlichen .JoLs in eine 1,10hr oder weniger beständige Foru aus. Um diese beständige; iio'Lckülanor'lnuni'. zu
brechen, ist die Anwendung" einer 'cherkraft notwendig.
Die Scherkraft, die erforderlich ist, um das JoJL ::um /ließen
zu bringen, wird als Gelstärke bezeichnet, Uenn die
Gelstärke eines plastischen Sole erst überwunden ist, nimmt
die Viskosität dea üols.ab, wenn größere ,Jchsrkraft angewandt
wird. Eine andere Eigenschaft plastischer Sole ist
ihr Viskositätsdifferential. Hierunter vorsieht nan den
Viskositätsabfall zwischen Viskositäten bei niederer jCht:rkraft
und bei hoher Scherkraft. iis ist ein Laß für die Geschwindigkeit und das Ausmaß des Verdünnens durch Ilühren·
Eine weitere Eigenschaft plastischer Sole ist die Beziehung zwischen Viskosität und Konzentration des Verdickungsmittels.
Sole, deren Viskosität mit geringer werdender Konzentration des Verdickungsmittel stark abnimmt,
können durch Verdünnung mit einem Lösungsmittel leicht
verdünnt v/erden. Schließlich ist die Fließ geschwindigkeit
des Sols bei beliebiger Viskosität für viele Anwendungszwecke von Bedeutung.
Es ist leicht ersichtlich, daß hohe Gelstärken erwünscht
sind, wenn andere Materialien in dem Sol suspendiert werden sollen, wie es bei Anstrichen und Sprengstoffaufschlämmungen
der Fall ist. Ebenso ist einleuchtend, daß plastische Eigenschaften, d.h. eine Verringerung der Viskosität
beim Rühren wichtig ist, wenn das suspendierte fcaterial bewegt oder aus dem Sol abgelagert werden soll. Im Falle
von Anstrichen ist es z.B. erwünscht, im .JoI so viel Pigment
wie möglich zu suspendieren, ohne daß es sich während dor
Lagerung abs atzt. Jeim Gebrauch ist es da;;ereri <
riPi;a icht,
daß dor anstrich beim idihren, .λλιbürsten oder Aufwalzen
dilnni'liicsig v.'ird und sich auf der Übcrri.'lc'· ■ verteilt.-.
,.!3 ist auch klar, daß hohe Vislzosititsdifiereiihials zweck-
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mäßig sind, um. Im Ruhezustand des Sols die größte Gelstärke
und Viskosität zu haben, und beim Rühren des Sols die größte
Verteilmi^sfäliigkeit. Schließlich leuchtet ein, daß, wenn
das Sol nach der Ablagerung des suspendierten Materials entfernt v/erden soll, eine rasche Verringerung der Viskö*-
sität beim Verdünnen des Sols erwünscht ist«
Wässrige Sole von Xanthömonasgummi sind plastisch und besitzen größere Gelstärken als Sole anderer Gummiarten*
Wässrige Sole von HydröxyalkyTäthern von Guargummi verhalten
sich fast nach der Hewtonschen Lehre und zeigen wenig ;
oder keine Gelstärke* Wässrige Sole der erfindungsgemäßen
Verdickungsmittel sind plastisch. Bei bestimmten Konzentrationen der Verdickungsmittel haben die wässrigen Sole höhere
CrBlstärken als sie mit Xanthomonasgummi allein erreicht
werden ,können. Ebenso sind bei bestimmten Konzentrationen
der Verdickungsmittel in den wässrigen Solen die Viskositätsdifferentiale
größer als bei. Solen, die Xanthöinonasgummi allein enthalten. Außerdem weisen die wässrigen Sole
bei Verringerung der Konzentration der Verdickungsmittel
einen größeren Viskositätsabfall auf als wässrige Sole,
die nur Xanthomonasgummi enthalten,
Xanthomonasgummi stellt eine Komponente der erfindungsgemäßen Verdickungsmittel dar.'Xanthomonasgummi kann durch
Fermentation von Kohlehydraten mit Bakterien der Gattung
Xanthouonas hergestellt werden. Beispiele für diese Bak^
terien sind Xanthornonas campestris, Xanthomonas phaseoli,
Xanthoiaoiias jnulvacearn, Xanthomonas carotae, Xanthomonas
translucens, Xanthomonas hederae und Xanthomonas papavericoli.
Mir die erfindungsgeraäßen trecke wird der von Xanthomonas campestris Bakterien erzeugte Gunni bevorzugt.
Die Fermentation besteht gev/öhnlich im Beimpf en einer Fer- '
mentations brühe,, die Kohlehydraie, verschiedene Mineralstoffe
und eine uticlle für Stickstoff enthalt. Bei der technischen
HerstelUunr kommt eine Reilic n;odifixierter Fermentations-
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und Aufarbeitungsverfahren zur .urwendung, so daß der hergestellte
Xanthomonangummi ,je nach Produktionsart etwas
unterschiedliche Löslichkeits- und /iskositätseigenschaften
hat. Der für die erfindungs^emä.Oen Zwecke brauchbare
Xanthomonasgummi ist ein verhältnismäßig hydratisierbarer
Xanthoraonasgummi. Im allgemeinen werden Xanthomonasgumni
verwendet, die bei einer Konzentration von 1 (le\t,';'>
eine Iiydratisierbarkeit von etwa 1 CuO bis 3 500 Centipoise in
Wasser und in einer wässrigen, 3 Gew.'o Kaliumhydroxid enthaltenden
Lösung haben. Vorzugsweise werden Xanthomonasgurami verwendet, die in den obigen iiedien eine Hydratislerbarkeit
von etwa 2 000 bis 3 000 Centipoise haben. Die Hydratisieruarkeit wird bei einer Temperatur von etwa 25° C
gemessen.
Der in den nachfolgend näher erliuterten Gemischen aus
Xanthomonasgummi und Hydroxypropylguargumini verwendete
Xanthomonasgummi wurde in folgender Weise hergestellt:
In der ersten Stufe wurden die Bakterien auf einem Agar-Schrägnährboden
gezüchtet. In der zweiten Stufe wurden die Bakterien des Cchrägnährbodens zum Beimpfen von 2 1
Ansätzen einer Brühe verwendet, die je 1 folgende Bestandteile
enthielt: 20 g Saccharose; 8 £ Ua2HPO^.12H2O; 1g
,IaIIpPGz1; O,2.r3 g iIgSO^.7H2O und 90 g gekochte Sojamehldispersion.
Die gekochte Sojamehl.suspension wurde in der Weise
hergestellt, daß man 90 g Sojamehl in 600 ml Wasser bei 90° C 30 Limiten mit einer Geschwindigkeit von 180 U.p«M.
rührte, dann zentrifugierte und den Rückstand verwarf· Die obige Brühe wurde 31 Stunden bei einer Temperatur von
etwa 28 bis 30° C bebrütet. In der dritten Stufe wurde
die so hergestellte Brühe zum Beimpfen eines 15 1 Ansatzes aus der gleichen Brühe wie oben verwendet. Die Brühe
der dritten Stufe wurde 29 Stunden bei etwa 28 biß 30° C bebrütet und. dann zum Beimpfen eines 13 ÜOO 1 Ansatzes
verwendet, eier je 1 die folgende ' :',u ramme nc etzung hatte!
20 c Saccharose; 6 g gekoc!:fe Sojainehldispersion; 0,65 g
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Rapsöl; 0,53 g Schwefelsäure; 0,25 g MgJO^.7H?0; 15 g
HPO^. 12IL, 0 und Leitungswasser. Der letzte Ansatz wurde
etwa 72 Stunden bei etwa 28 bis 30° C bebrütet. IJach Ablauf
dieser Zeit wurde die Fermentationsbrühe mit Wasserdampf sterilisiert, um alle lebenden l'iikroorganismeii abzutöten.
Der pH-Wert der Brühe wurde· durch Zugabe von Kaliumhydroxid
auf 7,9 eingestellt und der Gummi durch Zugabe von Isopropylalkohol aus der Brühe gewonnen.
Der in den erfindungsgemäßen Verdickungsmitteln verv/ondete
liydroxyalkyläther von Guargumrni kann durch Umsetzung von Guargummi mit Alkylenoxiden in Gegenwart eines alkalischen
Katalysators hergestellt werden. Das Alkylenoxid bildet
mit einer Hydroxylgruppe des Guargummis eine iitherbindung.
Im Guargummi weist jeder Saccharidring durchschnittlich
Kann · 3 Hydroxylgruppen auf, mit denen das Alkylenoxid-reagieren/
Der Substitutionsgrad an Hydroxyalkyläthergruppen wird als Oxiranäquivalente Alkylenozcid ,je Anhydrohexose-Iiinheit
des Guargummis definiert. Der bei der praktischen Durchführung der Erfindung im allgemeinen brauchbare Substitutipnsgrad
beträgt etwa 0,2 bis 1,2 und vorzugsweise etwa 0,8 bis 0,9. Die für die erfindungsgemäßen Zwecke brauchbaren
liydroxyalkyläther des Guargummis leiten sich von solchen ab, die durch Umsetzung mit 2 bis 4 Kohlenstoffatome
enthaltenden Alkylenoxiden erhalten werden, nämlich mit Äthylenoxid, Propylenoxid und Butylenoxid. 1,2-.6utylenoxid
ist eine gebräuchliche im Handel erhältliche chemische Verbindung, 2,3-Butylenoxid ist im allgemeinen in
rohen Gemischen mit 1,2-Butylenoxid enthalten.
Für die Umsetzung zwischen dem Guargummi und dem Alkylenoxid ist die Gegenwart eines alkalischen Katalysators notwendig.
Jiei diesen Katalysatoren handelt es sich im allgemeinen um Alkalimetall- oder ürdalkalimetallhydroxide,
wie; Hatrium-, Kalium- oder Calciumhydroxid. Ammoniak kann ebenfalls verwendet werden, ebenso komplexere basische
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Katalysatoren, wio Benzyltrimethylanmoniumhydroxid. Die
Verwendung der komplizierteren alkalischen Katalysatoren bringt jedoch gegenüber der Verwendung von üatriumhydroxid,
das allgemein zugänglich ist, keine besonderen Vorteile.
Es können sehr geringe Ilengen Katalysator von mir ),0f>
.J1 bezogen auf das Gewicht des Guarguramis, ven/endet werden.
Im allgemeinen ist es nicht notwendig, mehr als 10 ;.j des
Gewichts des Guargunmis zu verwenden, obgleich auch größere
iiengen eingesetzt v/erden könnten. Im allgemeinen werden
etwa 2 bis 3 >' Katalysator, bezogen auf das Gewicht des
Guar gummi s, angev/andt.
Die Umsetzung kann bei Raumtemperatur oder bei erhöhten
Temperaturen durchgeführt werden. Im allgemeinenwird sie im Temperaturbereich von etwa 17 bis etwa 100 C bewirkt.
Obgleich höhere Temperaturen, wie bis zu 125° C» angewandt werden können, wird hierdurch im allgemeinen kein Vorteil
erreicht.
Die Umsetzung kann bei Raumtemperatur, unter Rückfluß oder bei erhöhten Drücken in einem geschlossenen Reaktionsgefäi3
durchgeführt werden. Der genaue Druck ist nicht kritisch und, obzwar höhere Drücke angewandt werden können, wird
die Umsetzung normalerweise bei dem Druck durchgeführt, der wahrend der Reaktion entsteht. Im allgemeinen betragen
solche autogenen Drücke etwa 2,1 bis 8r8 atü.
Die Reaktion kann im wesentlichen in Abwesenheit von Wasser
oder Lösungsmittel (kein zugefügtes Wasser) durchgeführt werden, obgleich die Wirksamkeit der Umsetzung ohne
Zugabe von Wasser shyör gering ist. Dementsprechend wird
die Reaktion im allgemeinen in Gegenwart von i/asser durchgeführt,
um den Wirkungsgrad der Umsetzung zu erhöhen.
In Abwesenheit anderer Lösungsmittel werden katalytische
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"...engen Wasser von etwa 3 bis 8 Gew.;;o, bezogen auf den Guargummi,
verwendet. Diese kleinen !!engen werden, im allgemeinen
dann angewandt, wenn höhere Temperaturen und Drücke zur Anwendung kommen, während größere Mengen Wasser angewandt
i/erden, wenn die Umsetzung bei niedrigeren Temperaturen uüd Ätmosphärendruck bewirkt wird. Ferner können andere
organische Lösungsmittel, die mit Wasser mischbar oder nicht mischbar sind, verwendet werden, Beispiele für
solche organischen Lösungsmittel sind Isopropanol (mit Wasser mischbar) und Heptan (mit Wasser nicht mischbar).
Ils können auch andere nicht reaktionsfähige organische Lösungsmittel verwendet werden, obgleich die beiden vorstehenden
bevorzugt werden. Solche anderen organischen . Lösungsmittel sind die gebräuchlichen aliphatischen Kohlenwasserstoffe
mit '3 bis 10 Kohlenstoffatomen, die im Handel erhältlich sind, wie Heptan und Hexan. Höhere Alkohole
als Methanol mit 2 bis 6 ICohlenstoffatomen können auch verwendet werden, z.B. tert.-.eutanöl, unter der einzigen
Voraussetzung, daß das Lösungsmittel im wesentlichen
nicht reaktionsfähig ist. Wenn größere Mengen Wasser verwendet werden, sollte das Wasser ausreichen, um den Guargunmi
leicht zu quellen, wodurch der Gummi reaktionsfähiger wird. Bei Mitverwendung eines Lösungsmittels, wie Isopropanol
oder Heptan, werden etwa 10 bis 80 'i Wasser, bezogen
auf das Gewicht des Guargumnis, verwendet.'Die bevorzugte'
Menge Wasser beträgt etwa 30 bis 70 Yo bei mit
Wasser mischbaren Lösungsmitteln und etwa 20 bis 30 >ä bei
mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmitteln.
Wenn organische Lösungsmittel verwendet werden, sind sie im allgemeinen in einer Menge von bis zur achtfachen Gewichtsmenge
des Gummis vorhanden, obgleich, falls gewünscht, auch größere Mengen verwendet werden können. Im allgemeinen
wird bei mit Wasser mischbaren Lösungsmitteln die gleiche bis dreifache Ge\ficlitsmenge des Gummis verwendet» Die
mit ,/asser nicht mischbaren Lösungsmittel komraen im all-
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gemeinen in der drei- bis fünffachen Guwiclitsmenge des
Gummis zur Anwendung, Bei den organischen Lösungsmitteln beträgt das Gewichtsverhältnis Wasser zu organischem Lösungsmittel
vorzugsweise etwa 0,05 ois 0,5. ßei den mit
Viässer mischbaren organischen Lösungsmitteln wird der ßereich
0,2 bis 0,45 bevorzugt und bei den mit Wasser nicht
r.iißchbaren organischen Lösungsmitteln der bereich etwa 0,1
bis 0,2, Im allgemeinen 3rann jedes ?,ic>it reaktionsfähige
organische Lösungsmittel verwendet v/erden. Bei den niedrigeren
Verhältnissen »fässer zu organischem Lösungsmittel
verläuft die Reaktion langsamer«. Bei den höheren Verhältnissen
wird die Gewinnung den Iroäuktn durch filtrieren
verlangsamt.
Die erf indungsr;einäßen Verdickungsmittel können dadurch
hergestellt werden, daß man ^anthomonasguumi und iiydro::yalkylilther
von Guai-guinmi trocken mischt. Die Gemische enthalten
etwa ;; V;ic 9'5 ::'>
Xanthonionasgummi, bezogen auf das
Gewicht des Genisches, und etwa 5 bis etwa 95 .6 liydrojcyalkyläther
von Guargummi, iiiin Sol eines Gernischö kc-nn dadurch
hergestellt werden, daß wan das Gemisch in 'fässer
oder eine andere inlssrige Flüssigkeit einrührt und dann
das Sol stehen läßt, bis die Hydratisierung der Komponenten
vollständig ist. Die Hydratisierung bei Raumtemperatur ißt gewöhnlich nach wenigen 3tund.cn beendet.
Die rhcolojr;!schon .iigenäschaften wässriger GoIe aus Geuißchen
von ...mir. 11.omonasgummi und ]iydroxypropylßuargummi und
aus XanthoMoncjEgummi und HydrQicyproj^ylguargumiai allein
geiien aus dci Lamellen 1 und TI hervor. Die in den Tabellen
1 und II zuoanmengestellten ;· .cßergebnisse \7urden mit
.Jolen erhalten, die nach folgendem Verfahren hergestellt
wurden, W:5 g Wannor v/urden in ciiim .raring-Iliacher mit
solcher Geschwindigkeit gerührt, daß sich ein Trichter bildete, der rJcli biß in die l!.:i].ftr
<]c r Entfernung von der iiasserobei.\ liehe bip zu den .Lährhi. Ittcrn erstreckte.
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Zu dem gerührton Wasser warden 5,0 g einer vorgegebenen
nischung bzw. einer Gummikomponente gegeben. ?dt dieser
Menge wurden Sole gebildet, die 1 Gew.y£ der Mischung bzw.
der GuifliaikOmponenten enthielten. Es wurde noch 30 Sekunden
gerührt, dann wurde das Gemisch in einen GOO ml Becher,
übergeführt, nach 4 Stunden hatten alle Hole ihre maximale
Viskosität erreicht. Die Sole ließ man dann zur Stabilisierung
noch weitere 16 Stunden stehen.
Die Viskositltsmessungen wurden in folgender »/eise durchgeführt:
'lach insgesamt 20 Stunden wurden die Viskositäten der Sole, die 1 Gew.>j der Mischung bzw. einer Gummikomponente
enthielten, mit einem Lrookfield LVl1 Viskosimeter
gemessen, das mit einer Spindel iir. 3 ausgestattet war. Die Temperatur aller Proben betrug 25° C. Nach der
Bestimmung äsr Viskosität der 1 ,'iigen Sole wurde ein" Teil
,"leder Probe verdünnt, um Proben mit 0,5, 0,1 und 0,05 Gew./o
der Mischung bzw. der Gummikomponenteei zu erhalten. Die
Viskositäten der Sole mit 0,5 und 0,1 Gew.-'j der Mischung
bzw. der Gummikomponente wurden mit einem Brookfield LVT Viskosimeter mit der Spindel Hr. 3 gemessen. Die Viskosit'ltc-i
der Sole, die 0,05 Gew.% der Mischung bzw. einer GuMt.iikonponente enthielten, wurden "mit einem Brookfield
LVT Viskosimeter gemessen, das mit einem UL Adaptor ausgestattet war, der mit einer Geschwindigkeit von 6 U.p.I'l.
rotierte. .
Die Golsfirken der 1 /oigen Sole wurden mit einem Fann VG
Viskosimeter Modell 35 nach dem folgenden Verfahren gemessen:
Die jeweiligen Sole wurden 1 Minute lang mit einer Geschwindigkeit von 600 TJ.p.TI. gerührt. Dann wurde das
ο ihrerL unterbrochen und das Sol 3 Minuten in ruhigem Zustand
gehalten. Anschließend wurde nochmals mit 3 U.p.M/ gerührt und die maximale Ablenkung, die auf der Anzeigevorrichtung
in kg/m"" angezeigt wurde, notiert.
BAD0RK31NAL
Die Fliefigeschwindigkeit der Sole wurde nach folgendem
Verfahren gemessen: Is -./urde ein : ara-i-Trichter mit eir-eia
Durchmesser von 1^,2 cm an oberen .,nde und einer Ling3
von 30,5 cm verwendet, der sich zu einem 3 cm langen Rohr
mit einem Innendurchmesser von 4,0 mn verjüngte. Das Fassungsvermögen
des Trichters betrug 1 500 ml. Das Austrittsende des Trichters war mit einer Gummikappe verschlossen.
Das Sol wurde in den Trichter gegeben. Die zu Anfang in
den Trichter gegebene Menge Sol betrug 450 g. Der Trie lter
wurde über einem Becherglas angeordnet, das sich auf der Schale einer Waage.befand. Die Kappe am Austrittsende des
Trichters wurde entfernt, 'line stoppuhr .wurde in Gang gesetzt
und die Zeit gemessen, die für den Austritt von 300*g
bis 350 g des Jots erforderlich war. Die Anzahl der Sekunden,
die für den jmstritt der 50 g zwischen den 300 g und
den 350 g des »:.Jols benötigt wurde, wurde erreclinet und
als Gramm pro Sekunde aufgezeichnet.
Unter Verwendung der zuvor beschriebenen Methoden zur Messung
der Gelstärke und der Pließgeschwindigkeit wurde die
Gelstärke und die FlieOgeschwindigkeit von 8 ('remischen,
die unterschiedliche Anteile an Xanthomonasgummi und Hydroxypropylguargummi
enthielten, sowie von 2 Kontrollproben, die Xanthomonasgummi bzw. Hydroxypropylguargummi enthielten,
gemessen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle I zusammengestellt.
BAD ORIGINAL 309815/1078
I'abelle I . " ..
uelsfirl:e und Fließgeschwindigkeit von Verdickungsnittelii
bei einer Konzentration von 1 Gew.:,o
^dickungsmittel, G-evr.'-'i
/.anxj oinonas- uydroxypropy±- | guargummi | genessen | Geist;lrke,. | Fließ ges chwln- |
gümai | 0 | kg/100 raf | digkeit, g/Sek. | |
100 | 10 | 1,22 | -■ 2,34 | |
90 | 20 | 1,37 | 2,94 | |
00 | 30 | 1,56 | 2,00 | |
YO | 40 | 1,5-1 | 1,84 | |
oO | 50 | 1,61 | 1,00 | |
50 | 60 | 1,65 | 0,71 | |
4o | 70 | 1,70 | 0,62 | |
30 | bü | 1,61 | 0,55 | |
20 | 100 | 1,61 | ||
0 | . keine | 0,62 | ||
■ nicr-ΐ |
Aus den obigen Daten ist ersichtlich., da.6 die Gelstärke
der cc-i.d-sc'i" auc ..Canthomonasgurnrai und iiydi-Oxypropylguarr"i:.i:ii
~rö;T:er ist aln di- von Xaiithoirionasgunimi allein. Xantho],ionasgu:":ini
selbst zeichnet sich unter den anderen Gum-•iiarten
dxirc.~ seine v^rh:iltnismäi3iq große Ge!stärke aus.
, ; 'oc-i vrerden durc-:a Vernischen von Xanthomonasgummi mit
^ydror^propy^Tuar^u^ni, der ira iiese:rblic]ien keine Gelst;ir3ce
au:./.,r3.iGt, 3o;;ar noch höhere Gelßt;3rlt.en erreicht. Höhere
..-:..!'.πJ'/".:..\.-:.c"i sind ooi ,jf^der i-mvcndun von Vorteil, bei der
i'este .at-prialicn in einsu vcrdicltt-~n 3ol suspendiert und
■3larrert -,-. rd:n sollen. Zu diesem Anvrendungen gehören die
":".:-rdiciaViTf· vom .aistrichen, 3pren?:sto:::;ce"' und Johrschlaram,
laCEOiv-'iFrs '"irdc mit einen Genicc"; aus 90 ^i Xantliomonas-'ariiii
und 10 ,■ jiydroxypropylc-aarrunni eine verbesserte ,
u-2lstäri-:e cl:ixi irgendeinen V-ii-IuüT. in der Flie^i-TiiGlceit
erhielt. ; "it Yeruickun/-;s:".iittel:i, iic ■ ;tva'?'O bis .;) Gew. [·>
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BAD ORIGINAL
Xanthomonasgummi und etwa 10 bis 30 Qe-w,% Hy&roxypropylguargummi
enthalten, werden Sole gebildet, bei denen die Gelstärke und die Fließfähigkeit in solcher Weise kombiniert sind, daß sie für Anwendungszwecke, bei denen das
suspendierte Material In einem verdickten Sol aulbewahrt und evtl. verteilt oder gepumpt werden soll, besondere
geeignet sind.
Unter Anwendung der oben beschriebenen Methode zur Viskositätsmessung
wurden die Viskositäten von 8 Gemischen festgestellt, die unterschiedliche Anteile an Xanthomonaegummi
und Hydroxypropylguargummi enthielten, sowie von zwei Kontrollproben, die Xanthomonasgummi bzw. Hydroxypropylguargummi
allein enthielten. Die Proben enthielten die Gemische bzw. die Einzelkomponenten in Konzentrationen von
1, 0,5, 0,1 bzw. 0,05 Gew.%. Die auf die Sole angewandte Scherkraft wurde durch Viskosimetergeschwindlgkelten von
12, 30 bzw. 60 U,p.M. erzeugt. Die Temperatur betrug 25° C,
Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle II zusammengestellt.
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Gew.% der Komponenten in der Mischung |
Tabelle | II | 90 | 80 | 70 | die Verdickungsmittel enthaltenden 'Sole | 50 | 40 | 30 | 20 | 0 | |
Xanthamonasgummi | Viskositätsprofile der | 10 | 20 | 30 | 50 | 60 | 70 | 80 | 100 | |||
Hydroacypropylguar gummi | 60 | |||||||||||
Viskosität der 1 %igen Sole, Centipoise |
100 | 4250 | 4400 | 4450 | 40 | 5300 | 5750 | 5550 | 5400 | 4450 | ||
Rotationsgeschwindigkeit 12 ϋ,ρ.Μ. |
0 | 1860 | 1960 | 2000 | 2480 | 2800 | 2800 | 2800 | 2600 | |||
30 Uep,M. | 1030 | 1090 | 1120 | 4850 | 1400 | 1640 | 1680 | 1680 | 1680 | |||
60 U,peM. | 3900 | 2240 | ||||||||||
CaJ
O |
1760 | 1250 | ||||||||||
CO
CD |
980 | |||||||||||
Viskosität der ÖS5 %igen Sole,
tii
ta
60 U«p*M»
Viskosität der 0,1
1700 1550 1500 1350 1150 1050 850
760 720 720 700 · 66Ο 640 560
420 420 410 410 390 380 350
760 720 720 700 · 66Ο 640 560
420 420 410 410 390 380 350
650 350 460 300 310 260
12 po« 30 .U.p.Ii.
60 üapo14#
Viskosität der 0,05 JÜLgen Sole, Centipoise t Rptationsgesolarindigkeit?
UL Adaptor? 6 U*p*M.
102 | 87 | 72 | 60 | 50 | 37 | 30 | 22 | 15 | 5 |
65 | 56 | 49 | 44 | 34 | 27 | 22 | 15 | 11 | 5 |
42 | 38 | 33 | 29 | 24 | 20 | 17 | 14 | 11 | 6 |
21
17
16
14
12
Wie aus der Tabelle II hervorgeht, erzeugen Gemische aus Xanthomonasgummi und Hydroxypropylguargummi bei einer Konzentration
von 1 % in einem Sol Viskositäten, die größer sind als die Viskositäten, die von Xanthomonasgummi allein
entwickelt werden. Gemische aus etwa 60 % Xanthomonasgummi und 40 % Hydroxypropylguargummi bis 10 % Xanthomonasgummi
und 90 % Hydroxypropylguargummi haben hifere Viskositäten
als Hydroxypropylguargummi allein, wenn sie verhältnismäßig niedrige! Schergeschwindigkeiten unterworfen werden.
Bei höheren Schergeschwindigkeiten werden die Viskositäten der die Gemische enthaltenden Sole auf etwa oder unter
die Viskositäten von Hydroxypropylguargummi verringert. Über den gesamten Mischungsbereich zeigen die in einer
Konzentration von 1 Gew.% Um Soli verwendeten Gemische/Xanthomonaagummi
und Hydroxypropylguargummi stärker ausgeprägte plastische Eigenschaften und höhere Viskositätsdifferentiale
als Xanthomonaagummi oder Hydroxypropylguargummi allein.
Aus den Daten der Tabelle II geht auch hervor, daß die
von den Gemischen aus Xanthomonasgummi und Hydroxypropylguargummi bei einer Konzentration von 0,5, 0,1 bzw.
0,05 Gew.# des Sols erzeugten Viskositäten zwischen den von Xanthomonasgummi allein erzeugten hohen Viskositäten
und dan von Hydroxypropylguargummi allein erzeugten niedrigen Viskositäten liegen. Die höheren Viskositäten, die
mit den Gemischen bei Konzentrationen van 1 Gew.% des
901· erzielt werden, und die niedrigeren Viskositäten,
die bei Konzentrationen der Gemische von 0,5 Gew.?6 de·
Sol· und darunter erreicht werden, machen die Gemische au· Xanthomonasgummi und Hydroxypropylguargummi für solche
Vorgänge sehr wertvoll, bei denen gelöstes Material in Suspension gehalten, das gelöste Material abgelagert
und dann das Sol weggewaschen wird· Diese Verfahrensweise wird beim Färben von Garn für Teppiohe angewandt, wie
nachstehend näher erläutert ist.
, 309815/1078
Einer der industriellen Anwendungszwecke, für die sich
die erfindungsgemäßen Verdickungsmittel besonders gut eignen, ist das Färben von Garn für Teppiche. Beim Färben
von Garn für Teppiche werden grundsätzlich zwei Techniken angewandt. Nach der einen Technik werden aufeinanderfolgend
Farben auf kurze vorbestimmte Längen des Garns aufgebracht. Nach der zweiten wird ein -Schlauch aus Garn gewirkt,
dann werden Farben auf das Garn aufgedruckt, der Schlauch wird aufgezogen, und das Garn wird wieder aufgespult.
Der Kontakt des Garns mit der Farbe ist so programmiert, daß die Farbaufbringung in vorbestimmter Reihenfolge
vor sich geht. Nach jeder Methode der Garnbehandlung wird unter Verwendung einer Druckpaste Farbe auf das Garn gedruckt,
die Farbe durch Behandlung mit Dampf fixiert, die Paste weggewaschen, so daß der auf dem Garn fixierte Farbstoff
zurückbleibt, das Garn getrocknet, aufgespult und verpackt.
Das Drucken wird dadurch bewirkt, daß man eine Walze über Stränge des Garns oder den gewirkten Schlauch führt. Die
Walze kann entweder selbst die Druckpaßte mit sich führen
oder das Garn gegen eine die Druckpaste tragende Oberfläche
drücken. Wenn einzelne Garnstränge gefärbt werden, können die Stränge über eine eingekerbte Walze geführt
werden, die in den Einkerbungen die Druckpaste enthält. Eine andere Walze, die in Verbindung mit der eingekerbten
Walze arbeitet, drückt die Garnstränge periodisch in die
Einkerbungen, so daß sie mit der Druckpaste in Berührung kommen. Wenn ein gewirkter Schlauch aus Garn gefärbt wird,
wird die die Druckpaste tragende Walzenserie über den Schlauch geführt, so daß die Druckpaste auf dem Garn abgelagert
wird. Wenn sich die Druckpaste auf dem Garn befindet,
wird die Farbe durch Behandlung mit Dampf fixiert. Die Dampfbehandlung wird gewöhnlich bei Temperaturen zwischen
etwa 99 und 101° C durchgeführt. Nach der Fixierung
der Farbe -rfrd die die Farbe tragende Paste weggewaschen.
309815/1078
Natürliche und synthetische Gummi mirden in großem Umfang
als Verdickungsmittel für Druckpasten verwendet. Das Verdickungsmittel
hält während des Druckverfahrens die Farbe. Wenn die Paste auf dem Garn.aufgetragen ist, muß das Verdickungsmittel
die Durchdringung den Garns mit dem Farbstoff zulassen, Wenn der Farbstoff das Garn durchdrungen
hat» muß das Verdickungsmittel die Druckpaste halten, um eine Wanderung des Farbstoffs während der Dampfbehandlung
zu verhindern. Schließlich ist es notwendig, daß der Gummi aui dem Gewebe gewaschen werden kann und den auf dem Garn
fixierten Farbstoff zurückläßt. Kurz zusammengefaßt hat das ideale Verdickungeiiittel die folgenden Eigenschaften:
(a) Eine niedrige Viskosität während des Walz- oder Druckverfahrens,
um ein Eindringen der Farbe in das Gern zu
ermöglichen,
(b) eine hohe Viskosität während der Dampfbehandlung, um
ein© Wanderung der Farbe zu verhindern, und
(c) eine niedrige Viskosität .während der Verdünnung, so
daß es leicht weggewaeötien werden kann.
Ein Vergleich dieser Erfordernisse mit den Theologischen Eigenschaften von Gemischen aus lanthomonasgummi und Hydroxypropylguargummi,
die etwa 10 bis 60 Gew*% Xanthomonasgummi
und etwa 90 bis 40 Gew.# Hydroxypropylguargummi enthalten, zeigt folgendes:
1. Bei Konzentrationen von etwa 1 Gew.^o besitzen die obigen
Gemische deutliche plastische Eigenschaften\ unter
höher Scherkraft erzeugen sie niedrige Viskositäten und ■sorgen/Somit 'für Fließfähigkeit während der Farbauf walzung
■und -durchdrlngungj·
309818/10'?·
bei .Konzentrationen von etwa 1 Gew.'j entwickeln die obigen
Gemische unter niedriger Jeherkraft höhere Viskositäten als Xanthomonasgummi allein und halten somit den Farbstoff
während des Färbens und der Dampfbehandlung an seiner Stelle; und
3» bei Konzentrationen unter etwa 0,75 Gew.>o haben die
Gemische wesentlich geringere Viskositäten als Xanthomonasgummi, so daß sie eine leichtere Kntfernung beim Auswaschen
durch Verdünnung ermöglichen als Xanthomonasgummi.
Gemische^ aus Xanthomonasgummi und Hydroxypropylguargummi
erbringen, noch einen weiteren Vorteil beim Färben von Garn für Teppiche, da die Fließgeschwindigkeit der Druckpaste
durch die Zusammensetzung des Gemisches gesteuert werden kann. Das Eindringen eines Sols in das Garn kann nach Belieben
geändert werden, indem man in der Mischung das Verhältnis von Xanthomonasgummi zu liydroxypropylguar gummi
entsprechend einstellt. Die Sinstellbarkeit der Fließgescir./iiHli^keit
der Druckpaste ist auch beim Flachdruck von Teppichen wichtig. Bei dieser Art des Färbens ist das Garn
bereits an der Versteifung befestigt. Die Druckpaste wird über den Teppich gewalzt und durchdringt beim idealen Vorgang
die gesamte Garnlänge/zur Versteifung und nicht weitor. Wenn die Druckpaste das Garn nicht bis zur Versteifung
durchdringt, wird das Garn, das sich direkt an der Versteifung befindet, nicht gefärbt. Wenn die Druckpaste
über die gesamte Garnlange hinaus vordringt, bilden sich
aui" dor Versteifung Luppen. Die Möglichkeit, die FIiei-·geschwindigkeit
der Druckpaste beim Flachdruck von Teppichen
einzustellen, ist daher sehr erwünscht. Wenn Teppiche bedruckt werden, nachdcn das Garn mit der Versteifung vermmdon
w\irdo, wird das in der Druckpaste ver\/sndete Verdickun^finittcil
nicht wie beim Färben von Garn ausgewaschen. Daher sind Verdickungsmittel mit hohen Gelstrirkeu wichtig,
uri ein Jegstauben des Farbstoffs während der trockenem
3098 15/1078
- . BAD ORIGINAL
Handhabung oder dem Gebrauch zu verhindern. Da die erfindungsgemäßen
Verdickungsmittel ungewöhnlich hohe Gelstärken besitzen, sind sie zum Bedrucken von Teppichen besonders
geeignet.
Gemische aus Xanthomonasgummi und i Iy droxyprapylguar'gummi
sind mit anionischen und nicht ionischen Farbstoffen verträglich.
Typische Druckpasten enthalten den Farbstoff, Konservierungsmittel, Anti-Schaummittel, Verdickungsmittel
und Wasser. Die erfindungsgemäßen Gemische ·werden in
typischer Weise in Mengen von etwa 0,75 bis 1,25 Gew.'j
der Druckpaste verwendet.
Ein weiterer industrieller Anwendungszweck, für den sich die erfindungsgemäßen Gemische besonders eignen, ist die
Herstellung von oprengstoffaufschlämmungen. Sprengstoffaufschlämmungen
enthalten gewöhnlich etwa 15 bis 20 ;' Wasser,
etwa 50 bis 90 "Λ 'sprengstoff und ein Verdickungsmittel.
Gewöhnlich werden etwa 10 bis 20 Gew.; j der Auf schlämmung
an Aluminium als Sensibilisierungsmittel siigeifügt.
Die erfindungsgemäßen Gemische führen zu einer höheren
Gelstärke der Sole als sie mit natürlichen oder synthetischen Gummiarten erreicht werden kann, die bisher zur Verdickung
von Spr engst off auf schlämiiumgen verwendet wurden.
Wenn die Sole zur Bildung von Gelen vernetzt werden, sind die Gele wasserfest, nicht gießbar, nachgiebig und nicht
brüchig. Zu den Vernetzungsmitteln, die zur Uurrandlunc
der Sole in Gele verwendet vrerden können, gehören ..mtiruortoxid
und Ammoniakwasser, Chroni-IlI-iiitrat, Zirkonylnulfat
und Ammoniakwassar, Kaliunantiiiontartrat und Kaliumdiphromat.
Im allgemeinen werden di Gemische in Lengen von oJ;v:
0,7 bis 1,5 Gew. j der Aufschlämmung vervrendet.
nachstehend sind typische ^prongstoffaiu'sclsl'iMiiiUiv:-'η aufgeführt,
die unter Verwendung einer iüncaun*:: au π ,Canthoraonasgui.iiai
und IIydroxypropvl.Tuan.riunm.i sowio unter■ ^v.rvoti-
309815/1078 bad original
clung von Xanthomonasgummi und Hydroxypropylguargummi allein
hergestellt wurden. Die Zusammensetzung der Sprengstoff auf schlämmungen war wie folgt:
45 | I | Pro | b e η , | 45 | - | |
Komponenten | 15 | Teile | II | 15 | III | |
Annomiumiiitrat | 19 | Teile | 45 | Teile | 19 | Teile |
natriumnitrat | 1 | Teile | 15 | Teile | 0, | Teile |
Wasser | Teil | 19 | Teile | o, | Teile | |
Xanthomonasgummi | 5 | - | 5 | 3 Teile | ||
Hjrdroypropylguar- gummi |
• 15 | Teile | 1. | Teil | 15 | 7 Teile |
Ammoniumperchlorat | Teile | 5 | Teile | Teile | ||
Aluminiuraflocken | 15 | Teile | Teile | |||
Kalium-antimontartrat ,(trocken)
Kaliumdiehromat
(0,1 ml 10 &L Lösung)
0,02 Teile 0,02 Teile 0,02 Teile 0,01 Teil 0,01 Teil 0,01 Teil
Die obigen Sprengstoffaufschlänimungen wurden in folgender
vJeise gemischt. Das Natriumnitrat und das Wasser wurden
in Becher- gewogen. Die Gemiaäie wurden gerührt, bis das
Natriumnitrat im wesentlichem gelöst war. Zu den liitratlösungen
wurden das Ammoniumnitrat und die Verdickungsmittel gegeben, IJach etwa 5 Hiiiuteii langem Rühren wurde das
Ammoniumperchlorat zugefügt und dann das Aluminium und das Kalium-antimontartrat» 30 I'üiiuten später wurde in jedes
Gemisch 0,1 ml einer 10 gewichtsprozentigen Kaliumdiohromatlosung
eingerührt. Nach einer Stunde, während der eine "Vernetzung eintrat, wurde ein Teil jeder Aufschlämmung in Viasser eingetaucht, um den Grad der Tiasserfestiglceit
zu ermitteln.
309815/10,78
Die Probe I war unmittelbar nach der Herstellung sehr fest, starr und nicht gießbar. Der in das Wasser eingetauchte
Teil zeigte nach 20stündigem Eintauchen keinen Zerfall.
Der nicht eingetauchte Teil wurde trocken» brüchig und außerordentlich zäh.
Die Probe II war weich und hatte nach 20stündigem Eintauchen in Wasser an Volumen zugenommen· Diese Voränderung
zeigt an, daß sie Wasser absorbiert hat.
Die Probe III zeigte nach 20stündigem Eintauchen in Wasser keine Anzeichen von Zerfall. Der Teil, der nicht in
das Wasser eingetaucht worden war, war zäh, aber ausreichend weich, um sich formen zu lassen.
Die erfindungsgemäßen Verdickungsmittel besitzen viele
hervorragende Eigenschaften. Die Möglichkeit, ihre Zusammensetzung zu ändern, um gewünschte Eigenschaften zu verstärken,
macht sie in ihrer Anwendung außerordentlich flexibel.
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Claims (7)
1. Verdickungsmittel, enthaltend etwa 5 bis 95 Gew.?ä Xanthomonasgummi,
der bei einer Konzentration von 1 Gew.% in Wasser und in einer wässrigen, 3 Gew.% Kaliumhydroxid
enthaltenden Lösung eine Hydratisierbarkeit von etwa ι
1 800 bis 3 500 Centipoise hat, und etwa 5 bis 95 Gew.^
Hydroxyalkyläther von Guargümmi mit einem Substitutionsgrad von etwa 0,2 bis 1,2, dessen Alkylgruppen 2 bis
4 Kohlenstoffatome enthalten.
2. Verdickungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es etwa 90 bis 40 Gew.% Hydroxyalkyläther von
Guargümmi und etwa 10 bis 60 Geiti.% Xanthomonasgümmi
enthält. - . " ·
3. Verdickungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß es·' etwa 10 bis 30 Gew. % Hydroxyalkyläther von Guargümmi und etwa 90 bis 70 Gew,?6 Xanthomonasgummi
enthält,
4. Verdickungsmittel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Hydroxyalkyläther von Guargümmi Hydroxypropylguargummi
ist.
5. Verdickungsmittel nach Anspruch 1 bis 4, dadurch geknennzeichnet,
daß der Xanthamonasgummi in Wasser und in ; einer wässrigen 3 Gew.!& Kaliumhydroxid enthaltenden
Lösung eine Hydratisierbarkeit von etwa 2 000 bis
3 000 Centipoise hat.
6. Unter Verwendung von etwa 0,75 bis 1,25 Gew.96 des Verdickungsmittels
nach Anspruch 1 bis 5 und anipnisohen oder nicht ionischen Farbstoffen hergestellte Druckpaste,
BADORiGiMAL
7. Unter Verwendung dea Verdickungamittels neon Anspruch
bis !S hergestellte Sprengstoffaufschlämmung. '
Für
General Mills, Inc. Minneapolis, Minn., V.St.A,
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