DE2839578A1

DE2839578A1 - Verfahren und komposition zur neutralisierung statischer elektrizitaet

Info

Publication number: DE2839578A1
Application number: DE19782839578
Authority: DE
Inventors: James Douglas Faulkner; Jun Lester Allan Friedman; Jun Allen Dupree King
Original assignee: Lester Laboratories Inc
Current assignee: Lester Laboratories Inc
Priority date: 1977-09-13
Filing date: 1978-09-12
Publication date: 1979-03-22
Also published as: US4152288A; GB2007525A; NL172611C; FR2402881B1; NL172611B; JPS5456084A; CH647119GA3; IT7851063A0; PT68541A; ES473023A1; JPS5856555B2; NL7809170A; BR7805943A; SE7809595L; DE2839578C2; FR2402881A1; MX149683A; GB2007525B; IT1115984B; CA1093419A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Komposition, um elektrische Ladungen gasförmigen Atmosphären, zum Beispiel Luftströmen zu erteilen. Insbesondere werden elektrische Ladungen einer gasförmigen Atmosphäre dadurch erteilt, daß eine wässrige Lösung in den Strom versprüht wird, die eine quaternäre Ammoniumverbindung und einen oberflächenaktiven Stoff enthält.

Reibung zwischen Objekten verschiedener molekularer Strukturen schafft statische elektrische Ladungen. Dieses Problem ist besonders in der Textilindustrie akut, wo bestimmte Textilverarbeitungsverfahren einen Reibungskontakt zwischen einem Garn und verschiedenen mechanischen Vorrichtungen erfordern. Je nach der Natur des Garns bilden sich positive oder negative Ladungen, die oft zu schädlichen Folgen führen. Eine sichere, ökonomische Vorrichtung zur Kontrolle sowohl der positiven als auch der negativen statischen Elektrizität ist daher von besonderem Interesse für die Textilindustrie.

Viele Versuche wurden in der Vergangenheit schon unternommen, um die statische Elektrizität zu neutralisieren. In der Textilindustrie werden grundsätzlich zwei verschiedene Verfahren angewandt. Ein Verfahren beruht auf elektrostatischen Vor richtungen zur Koronaentladung und das andere Verfahren verwendet chemische Zusätze, die in Luftwaschsysteme eingeführt werden, die in Textilanlagen existieren. Unabhängig von der besonderen Vorrichtung, die verwendet wird, hängt die Wirksamkeit dieser Verfahren von ihrer Fähigkeit ab, submikroskopische" geladene Teilchen in die unmittelbare Nachbarschaft einzuführen, wo sich statische Elektrizität hinderlich

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aufbaut.

Vorrichtungen zur Koronaentladung haben den Nachteil, daß sie keine langlebigen Ladungen auf den Teilchen erzeugen können, von denen sie abhängen. Die kurzlebigen Ladungen helfen zwar, aber nicht genügend, um diese Bedürfnisse in einer Textilanlage zu befriedigen.

Die meisten antistatischen Formulierungen, welche für die Verwendung in Luftwäschern angeboten werden, sind insofern unflexibel, als sie nur die Hälfte des Problems lösen können, das bezüglich der Kontrolle der statischen Elektrizität besteht, das heißt, sie können positive statische Ladungen neutralisieren, und zwar unter Ausschluß negativer statischer Ladungen. Sie können nicht positive und negative statische Ladungen gleichzeitig neutralisieren.

Eine Komposition und ein Verfahren zum elektrischen Aufladen einer gasförmigen Atmosphäre wird in dem US-Patent 3 924 157 beschrieben. In diesem Patent wird offenbart, daß eine wässrige Lösung von Borax und einem oberflächenaktiven Stoff in einen Gasstrom gesprüht werden kann,, um diesem Strom eine positive elektrische Ladung zu verleihen. In anderen Worten, eine positive/ .^a wird diesem Gasstrom verliehen, wenn diese Komposition verwendet wird. Die Komposition und das Verfahren waren bis zu einem gewissen Ausmaß ein geschäftlicher Erfolg, da aber die Komposition eine relativ große Boraxmenge enthält, ist es nötig, die Komposition in Form einer Paste oder • eines Pulvers anzubieten. Sie als Lösung anzubieten, würde eine so große Wassermenge erfordern, daß es unökonomisch wäre, sie zu verladen und zu handhaben. F.s wäre ideal, wenn eine Komposition entwickelt werden könnte, die sowohl die positiven als auch die negativen statischen Ladungen neutralisieren könnte. Es wäre auch ideal, wenn eine derartige Komposition

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in flüssiger Form angeboten werden könnte.

In den US-Patenten 3 939 080 und 3 984 731 wird eine Komposition und ein Verfahren zum Neutralisieren statischer Elektrizität beschrieben. Diese Patente lehren, daß Dodecyl benzyltriäthylammoniumchlorid einein Luftwäscher zugefügt werden kann, der einen Luftstrom in einen Raum abgibt, in dem statische Elektrizität vorhanden ist. Die Komposition weist dieselben Nachteile auf wie die anderen antistatischen Formulierungen, welche für Luftwäscher verwendet werden, daß nämlich nur ein Typ statischer Ladung in größerem Ausmaße neutralisiert wird, und das sind in diesem Falle die negativen statischen Ladungen. Dodecylbenzyltriäthylammonium chlorid wirkt also insofern ähnlich wie eine Mischung von Borax und einem oberflächenaktiven Stoff, als eine vorwiegend positive Ladung einem Luftstrom verliehen wird.

Es sind auch andere Verfahren bekannt, um eine Ladung einer gasförmigen Atmosphäre zu verleihen, aber jedes hat seine Einschränkungen. Beispielsweise wurde gefunden, daß es genügt, einen gasförmigen Strom mit einem Wasserstrahl in Kontakt zu bringen, um dem Strom eine elektrische Ladung zu verleihen.

In anderen Fällen wird ein hohes elektrisches Potential an einen Wasserspray gelegt, bevor dieser mit dem gasförmigen Strom in Kontakt gebracht wird. Diese Verfahren erwiesen sich wegen des Verbrauchs elektrischer Energie nicht vollständig als zufriedenstellend, aber auch wegen der Sicherheitsgefährdungen und der periodisch fälligen Reparaturen.

Andere Verfahren beruhen auf der Verwendung von radioaktiven Substanzen. Diese Verfahren erwiesen sich wegen der Kosten der radioaktiven Materialien als nicht zufriedenstellend, aber auch wegen der Gefahren bei der Handhabung derartiger

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Materialien. Zudem sind Systeme, "bei denen radioaktive Materialien verwendet werden, ziemlich kostspielig wegen der Sicherheitsmaßnahmen, die getroffen werden müssen.

Es "besteht ein Bedarf für ein Verfahren und für eine Komposition, um sowohl positive als auch negative statische Ladungen zu entladen. Das Verfahren und die Komposition sollte relativ preiswert sein, einfach und sicher zu verwenden, ohne daß eine kostspielige Ausrüstung erforderlich ist. Das Verfahren und die Komposition sollte für die Verwendung mit bereits existierenden Luftwaschsysteraen in Textilanlagen geeignet sein. Die Komposition sollte vorzugsii/eise in flüssiger Form wegen der leichteren Handhabung angeboten werden können und auch wegen der leichteren Zuführung in Spraysysteme. Die Komposition sollte auch eine lange Lagerzeit überstehen.

Demgemäß hilft die vorliegende Erfindung bei der Erfüllung dieser Bedürfnisse, indem ein Verfahren bereitgestellt wird, um einem gasförmigen Strom eine elektrische Ladung zu erteilen, indem der Strom mit einer wässrigen Komposition in Kontakt gebracht wird. Der daraus resultierende Strom, der auf diese Art und Weise behandelt wurde, kann simultan sowohl positive als auch negative statische Ladungen auf Gbjek-.ten neutralisieren, mit denen der Strom in Kontakt kommt.

Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung besteht insbesondere darin, daß eine gasförmige Atmosphäre mit einer wässrigen Lösung in Kontakt gebracht wird, die im wesentlichen aus ungefähr 0,5 bis ungefähr 20 ppm wenigstens einer quaternären Ammoniumverbindung der Formel besteht :

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N R

(D

Jede der R-Gruppen in der quaternären Ammoniuiaverbindung kann dieselbe sein: In diesem Falle wird jede Gruppe ausgewählt aus der Gruppe, die aus substituierten oder unsubstituierten aliphatischen Gruppen mit 3 bis 8 Kohlenstoffatomen besteht oder aus substituierten oder unsubstituierten zyklischen Gruppen mit 3 bis 8 Kohlenstoffatomen, Alternativ müssen die R-Gruppen nicht die gleichen sein: In diesem Falle kann eine oder können zwei der R-Gruppen unabhängig ausgewählt werden aus substituierten oder unsubstituierten aliphatischen oder zyklischen Gruppen mit 8 bis 18 Kohlenstoffatomen, und die verbleibenden R-Gruppen werden unabhängig ausgewählt aus substituierten oder unsubstituierten Methyl- oder Äthylgruppen.

Das Anion X ist ein anorganisches Anion. Die quaternäre Amoniumverbindung ist in Wasser bei ungefähr 20⁰C wenigstens bis zu ungefähr 0,5 ppm löslich. Die wässrige Lösung enthält auch ungefähr 0,5 bis ungefähr 50 ppm wenigstens eines oberflächenaktiven Stoffes, der in Wasser aufgelöst werden kann, und der eine Oberflächenspannung von ungefähr 72,75 Dyn/cm bei 20⁰C hat, um dadurch die Lösung eines oberflächenaktiven Stoffes herzustellen, die eine Oberflächenspannung von ungefähr 38 bis ungefähr 60 Dyn/cm bei 20⁰C hat, wenn die Lösung des oberflächenaktiven Stoffes ungefähr 0,00005 bis ungefähr 0,1 Gew.-% des oberflächenaktiven Stoffes enthält. Der oberflächenaktive Stoff und die quaternäre Ammoniumverbindung

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sind im folgenden Gewichtsverhältnis vorhanden : Oberflächenaktiver Stoff : Quaternäre AmmoniumverMndung ungefähr 1 : 1 Ms ungefähr 10 : 1. Nach der Behandlung mit der wässrigen Lösung ist die daraus resultierende Atmosphäre fähig, simultan sowohl positive als auch negative statische Ladungen auf Gegenständen zu neutralisieren, mit denen die behandelte Atmosphäre in Kontakt kommt.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Komposition, um das Verfahren gemäß der Erfindung durchzuführen. Die Komposition gemäß dieser Erfindung besteht insbesondere aus einer wässrigen Lösung, die im wesentlichen ungefähr 0,5 bis ungefähr 20 ppm, wenigstens eine der vorhin erwähnten quaternären Ammoniumverbindungen enthält und ungefähr 0,5 bis ungefähr 50 ppm wenigstens einen der vorhin erwähnten oberflächenaktiven Stoffe. Der oberflächenaktive Stoff und die quaternäre Ammoniumverbindung sind im folgenden Gewichtsverhältnis vorhanden: Oberflächenaktiver Stoff zu quaternärer Ammoniumverbindung : ungefähr 1 : 1 bis ungefähr 10 : 1. Die wässrige Lösung kann in eine erste Atmosphäre gesprüht werden, um eine zweite Atmosphäre zu schaffen, die simultan positive und negative statische elektrische Ladungen auf Objekten neutralisieren kann, die mit der zweiten Atmosphäre in Kontakt kommen.

Die Figur ist eine schematische Darstellung des Ai>parates, der in den später beschriebenen Beispielen verwendet wird.

Die Komposition gemäß der Erfindung besteht im wesentlichen aus einer wässrigen Lösung wenigstens einer quaternären Ammoniumverbindung und wenigstens eines oberflächenaktiven Stoffes, der nicht identisch mit der quaternären Ammoniumverbindung; ¹D⁵Ie in dieser Erfindung verwendete quaternäre Ammoniumverbindung hat die folgende allgemeine Formel :

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R N R

(D

Die R-Gruppen in Formel (I) können miteinander identisch sein oder sie können auch voneinander verschieden sein.

In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat jede R-Gruppe dieselbe Anzahl von Kohlenstoffatomen und wird aus der Gruppe ausgewählt, die aus substituierten oder nichtsub~ stituierten aliphatischen Gruppen mit 3 bis 8 Kohlenstoffatomen besteht. Wenn die R-Gruppen zu viele Kohlenstoffatome enthalten, kann die Wasserlöslichkeit der quaternären Ammoniumverbindung nachteilig beeinflußt werden. Dies kann die Verwendung von mit Wasser mischbaren Hilfslösungsmitteln erforderlich machen, und zwar bei der Herstellung von einer wässrigen Lösung der quaternären Ainmoniumverbindung, indem die quaternäre Ammoniumverbindung zuerst in dem mit Wasser mischbaren Lösungsmittel aufgelöst wird und dann die daraus resultierende Lösung in Wasser aufgelöst wird. Die aliphatischen Gruppen können eine verzweigte Kette sein oder eine gerade Kette. Es versteht sich, daß die aliphatischen Gruppen Stereoisomere sein könnai. Vorzugsweise sind die aliphatischen Gruppen Alkylgruppen, weil quaternäre Ammoniumverbindungen, die derartige Gruppen enthalten, leicht zugänglich sind. " Typische Verbindungen sind Tetrabutylammoniumchlorid und Tetrabutylammoniumbromid, die zuletzt genannte Verbindung ist besonders bevorzugt für die vorliegende Erfindung. Die ali-X'phatischen Gruppen können auch ungesättigt sein, z.B. -

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Äthylen ist ungesättigt? in diesem Fall würde man erwarten_? daß die Löslichkeit der quaternären Ammoniumverbindung in Wasser verbessert würde.

In einer anderen Ausführungsforrn dieser Erfindung hat jede der R-Gruppen dieselbe Zahl der Kohlenstoffatome und wird ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus substituierten oder unsubstituierten zyklischen Gruppen mit ? bis 8 Kohlenstoffatomen« Typische Vertreter dieser Gruppe sind zykloaliphatische Gruppen, z.B. Zyklobutyl- und Zyklohexylgruppen_g Zykloalkenylgruppen, z.B. Zyklohexen- oder Zyklohexadiengruppen und aromatische Gruppen, z.B„ Phenyl oder Benzylgruppen_o

In einer weiteren Ausführungsform sind die R-Gruppen verschieden» Insbesondere kann eine oder können zwei der R-Gruppen unabhängig ausgewählt v/erden aus substituierten oder unsubstituierten aliphatischen oder zyklischen Gruppen mit 8 bis 18 Kohlenstoffatomen und die übrigen R-Gruppen werden unabhängig ausgewählt aus substituierten oder unsubstituierten Gruppen mit ein oder zwei Kohlenstoffatomen. Auch hier bestehen große Auswahlmöglichkeiten bezüglich einer geraden oder verzweigten Kette, gesättigt^ oder ungesättigte! aliphatische Gruppen, Vorzugsweise ist die aliphatische Gruppe eine Alkylgruppe_f aber die aliphatische Gruppe kann auch unge sättigt sein, z.B. äthylenisch ungesättigt. Wenn eine oder wenn mehrere der R-Gruppen zyklisch sind_s so handelt es sich typischerweise um Zykloalkyl-, Zykloalkenyl- oder aromatische ..Gruppen. Typische Vertreter dieser Klasse sind n-Alkylbenzylammoniumhalogenide, z.B. die Chloride und Bromide. Bevor zugte Verbindungen innerhalb dieser Gruppe sind Mischungen ■- von n-Alkyldimethylbenzylammoniumchloriden und n-Alkyl dimethyläthylbenzylammoniumchloriden, bei denen die n-Alkylgruppen Mischungen sind von Alkylgruppen mit 12 bis 18 Kohlenstoffatomen. Besonders bevorzugt sind Verbindungen bei

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denen die n-Alkylgruppe des Dimenthylbenzylammoniumchlorids eine Mischung ist, die 60 Gew.-?ö C^_z-Gruppen enthält, ungefähr 30 Gew.-?a Cjg-Gruppen, ungefähr 5 Gew„-$ Cj ,,-Gruppen und ungefähr 5 Ge\-i,-% C. «-Gruppen; die n-Alkylgruppe des Dime thyläthylbenzylammoniumchlorids ist eine Mischung, die ungefähr 50 Gew„-?6 Cj ,,-Gruppen enthält, ungefähr 30 Gew_e-?o C, ^-Gruppen, ungefähr 17 Gew*-5o C^g~Gruppen und ungefähr 3 Gev/e-5'o C^g-Gruppen. Diese Verbindungen v/erden unter dem Handelsname!! BARQUAT 4200Z von der Firma Lonsa auf den Markt gebracht.

η in der Formel (I) kann 1, 2 oder 3 sein₀ Dieser Wert ist im allgemeinen bestimmt durch die Valenz des .Anion X₁, das ein anorganisches Anion sein kann, vorausgesetzt, daß die quaternäre Ammoniumverbindung bis zu wenigstens ungefähr 0»5 PPHi bei 20⁰C in Wasser löslich ist«. Typisch für geignete anorganische Anionen sind Halogenide^ S₀B₀ P, Cl_p Br und J_s Sulfate ρ' Nitrate und Phosphate. Chloride und Bromide werden bevorzugt.

Ss versteht sich, daß die R-Gruppen durch Kohlenwasserstoffe ersetzt werden können. Beispielsweise können die R-Gruppen Aralkyl- oder Alkarylgruppen sein₀ Bevorzugt ist die Ausfüh» rungsforin, bei der die R-Gruppen in der Formel (I) Kohlenwasserstoffe sind, eine oder mehrere der R-Gruppen können

/können aber substituiert sein. Beispielweise kann eine oder mehrere der R-Gruppen substituiert werden durch wenigstens ein Glied_£ das ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Cl₈ F_D Br _g J, OH, NO₂, HSO-J, NH₂-, NI-I=, oder einer organischen funktlo-

0 0 Il j] nellen Gruppe, z.B. COOH-, CHO-, -C-_f -0-, -C-NH₂, -C=N und

CNH₂. Wenn die R-Gruppen substituiert sind, dann wird die Form bevorzugt, bei der die Substituenten vorwiegend hydrophob sind.

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Die Menge der quaternären Ammoniumverbindung der Formel (I) in wässriger Lösung gemäß der Erfindung beträgt ungefähr 0,5 bis ungefähr 20 ppm. Aus kommerziellen Gründen ist es wünschenswert, die wässrige Lösung gemäß der Erfindung in konzentrierter Form bereitzustellen, und zwar in einer für die Verdünnung mit Wasser geeigneten Form, bevor sie in ein Sprühsystem eingeführt wird. Geeignete Lösungen, die sich für diesen Zweck eignen, enthalten ungefähr 0,005 bis ungefähr 5 Gew.-Ji, vorzugsweise ungefähr· 1 bis ungefähr 2 Ge\-i.-% der quaternären Ammoniumverbindung der Formel' (i). Bei der tatsächlichen Verwendung in einem Sprühsystem jedoch beträgt die Menge der Verbindung der Formel (I) ungefähr 0,5 bis ungefähr 20. ppm, denn derartige wässrige Lösungen eignen sich für das Sprühen in eine Atmosphäre, ohne daß vorher mit Wasser verdünnt werden müsste.

Die wässrige Lösung gemäß der Erfindung enthält auch wenigstens einen oberflächenaktiven Stoff, der sich von der quaternären Ammoniumverbindung der Formel (l) unterscheidet. Die Oberflächenspannung des Wassers gegenüber Luft bei 20⁰C beträgt 72,75 Dyn/cm; der oberflächenaktive Stoff, der für diese Erfindung verwendet wird, kann in Wasser aufgelöst werden, wobei sich eine Lösung des oberflächenaktiven Stoffes bildet, die eine Oberflächenspannung gegenüber Luft von ungefähr 38 bis ungefähr 60 Dyn/cm bei ungefähr 20⁰C aufweist, wenn die Lösung des oberflächenaktiven Stoffes ungefähr 0,0005 bis ungefähr 0,1 Gew.-^ des oberflächenaktiven Stoffes enthält.

Typische Vertreter der oberflächenaktiven Stoffe, die für die vorliegende Erfindung verwendet werden können, sind PoIyoxyäthylenverbindungen, die an jedem Molekülende hydrophile Polyoxyäthylengruppen aufweisen. Sie können durch folgende vereinfachte Struktur wiedergegeben werden :

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Ein spezifisches Beispiel eines derartigen oberflächenaktiven Stoffes Pluronic L-62-LF, das ein Kondensationsprodukt

/ist

von Äthylenoxid mit einer hydrophoben Base, die durch Kondensation von Propjrlenoxid mit Propylenglykoi gebildet wird. Es
handelt sich um einen nichtionischen oberflächenaktiven Stoff mit einem HLB-Wert von 6,6; er ist flüssig und unverdünnt erhältlich.

Ein weiterer oberflächenaktiver Stoff, der sich für diese Erfindung eignet, ist ein nichtionischer oberflächenaktiver
Stoff mit einem HLB-Wert von 3,0. Ein Beispiel für einen derartigen käuflich erhältlichen oberflächenaktiven Stoff dieses Typs ist Pluronic L-6I, dessen chemische Struktur der des
Pluronic L-62-LF gleicht. Pluronic L-61 ist eine Flüssigkeit, deren, durchschnittliches Gesamtmolekulargewicht ungefähr 1950 beträgt; das durchschnittliche Molekulargewicht der Polyoxypropylenbase beträgt ungefähr 1750. Pluronic L-62-LF ist eine Flüssigkeit mit einem durchschnittlichen Molekular gev/icht von ungefähr 2200, von denen 1750 Molekulargewichtseinheiten der
Polyoxypropylenbase gehören. Pluronic L-61 und Pluronic
L-62-LF werden von der Wyandotte Chemical Corporation geliefert.

Die HLB-Zahl wird hier im üblichen Sinne verwendet, und zwar
als Ausdruck des Gleichgewichts zwischen hydrophilen und
lipophilen Gruppen im oberflächenaktiven Stoff. Die HLB-Zahl ist ein Maß für die Größe und Stärke der, hydrophilen
und lipophilen Gruppen des oberflächenaktiven Stoffes.

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Ein anderer oberflächenaktiver Stoff -, der für die vorliegende Erfindimg geeignet ist, ist ein anionisches Sulfonat. Ein Beispiel eines käuflich erhältlichen oberflächenaktiven Stoffes dieses Typs ist Petro 22, Petro 22 ist ein Natriummethylnaphtalinsulfonat, das von der Petro Chemical Company geliefert -wird.

Andere geeignete oberflächenaktiven Stoffe sind Capryldicarboxylatimidazolderivate. Typische Vertreter dieser oberflächenaktiven Stoffe ist Cycloteric MV-SF, bei dem es sich um einen amphoteren oberflachenaktiven Stoff handelt, der von der Firma Cyclo Chemicals Corp. geliefert v/ird.

. Andere geeignete oberflächenaktive Stoffe sind modifizierte geradkettige oxyäthylierte Alkohole, z.B. Plurafac RA-10, bei dem es sich um einen nichtionisehen oberflächenaktiven Stoff handelt, der von der Firma BASF Wyandotte Industries Chemicals Group geliefert v/ird.

Ein besonders bevorzugter oberflächenaktiver Stoff, die für ■ diese Erfindung verwendet wird, besteht aus einer Mischung von Cycloteric MV-SF und Plurafac RA-10, und zwar im Gewichtsverhältnis 3:2.

Die Menge des oberflächenaktiven Stoffes, die verwendet wird, beträgt ungefähr 0,5 bis ungefähr 50 ppm. Die wässrigen Lösungen, die geeignet sind, in eine Atmosphäre gesprüht zu werden, enthalten ungefähr 0,5 bis ungefähr 50 ppm des oberflächenaktiven Stoffes, aber die vorhin erwähnten kommerziellen ... Lösungen, die durch Wasser verdünnt werden können, enthalten im allgemeinen 0,05 bis 10 Gew.-^ des oberflächenaktiven Stoffes. Eine für kommerzielle Zwecke besonders, bevorzugte Lösung enthält ungefähr 5 Gew.-% einer Mischung der oberflächenaktiven Stoffe, die aus ungefähr 3 Gev,-% Cycloteric MV-SF

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besteht und ungefähr 2 Gew.-?6 Plurafac RA-10. Diese Lösung kann auf die erforderliche Konzentration verdünnt werden_s bevor sie in einem Sprühsystem verwendet wird.

Die wässrige Lösung gemäß der Erfindung, die in eine Atmosphäre gesprüht werden kann, enthält den oberflächenaktiven Stoff und die quaternäre Ammoniumverbindung im Gewichtsverhältnis : Oberflächenaktiver Stoff zu quaternärer Ammoniumverbindung ungefähr 1 : 1 bis ungefähr 10 : 1. Eine bevorzugte Lösung enthält den oberflächenaktiven Stoff und die quaternäre Ammoniumverbindung im Gewichtsverhältnis von ungefähr 5:1.

Der Ausdruck "im wesentlichen bestehend aus" hat die im allgemeinen akzeptierte Bedeutung, daß spezifizierte Komponenten anwesend sind, aber nichtspezifizierte Komponenten nicht ausgeschlossen sind, die nicht wesentlich von den grundlegenden und'neuartigen Merkmalen der Erfindung ablenken.

Unter dem Ausdruck "sprühen" wird ein Verfahren verstanden, und zwar des Dispergierens einer Flüssigkeit in einem Gas, und zu den Produkten, die durch ein derartiges Verfahren erhalten werden können, gehören Sprays, Dunstarten und Nebelarten. Im wesentlichen beinhaltet der Sprühvorgang, der in dieser Erfindung verwendet wird, die Bildung einer Suspension oder Dispersion von kleinen Teilchen oder CTustern von kleinen Teilchen in einem Gas.

Das Verfahren gemäß der Erfindung besteht darin, daß eine Atmosphäre mit einer erfindungsgemäßen Lösung behandelt wird, wobei die daraus resultierende behandelte Atmosphäre gleichzeitig positive und negative statische elektrische Ladungen auf Objekten neutralisieren kann, mit denen die behandelte Atmosphäre in Kontakt kommt. Im allgemeinen besteht die'Atmo-

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Sphäre aus Luft. Andere Atmosphären können verwendet v/erden, vorausgesetzt, daß die Bestandteile der Atmosphäre mit der Komposition gemäß der Erfindung im wesentlichen nicht chemisch reagieren. Eine Inertgasatmosphäre kann also verwendet v/erden. Typische Bestandteile einer derartigen Inertgasatmosphäre sind Stickstoff und die Edelgase, z.B. Helium, Neon, Argon, Krypton und Xenon. Die Atmosphäre kann aus einem einzigen Element bestehen oder aus einer Verbindung oder aus einer Mischung von einigen Elementen und Verbindungen. Unter dem Ausdruck "Atmosphäre" sollen sowohl Gase als auch Dämpfe verstanden werden. Die Atmosphäre kann aus einem Gasstrom bestehen, in den die Komposition gemäß der Erfindung gesprüht wird.

Der Sprühvorgang, der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann in Sprühsystemen durchgeführt werden, die dem Stande der Technik entsprechen. Eine Anzahl von Sprühsystemen sind in Gebrauch. Typische Vertreter dieser Sprühsysteme sind Sprühtürme, Zyklonsprayer, Venturiluftwäsclier und Strahlscrubber (jet scrubbers) oder Wäscher. Das Sprühsystem besteht im allgemeinen aus einer Sprühdüse oder aus einer Serie von Sprühdüsen, die beispielsweise eine ,Vielfachsprüheinrichtung bilden können. Diese Erfindung ist besonders nützlich in Luftwäsehern, die in Textilanlagen verwendet werden.

In der vorliegenden Anmeldung betrifft der Ausdruck "Sprühdüse" eine Vorrichtung, um die Tröpfchen einer wässrigen Lösung gemäß der Erfindung zu zerreissen. Im allgemeinen kann die Sprühdüse eine Druckdüse sein, eine rotierende Düse (rotierender Zerstäuber) oder eine GasZerstäuberdüse (gasatomizing nozzle), Zweistoffdüse. Sprühdüsen, welche für die Befeuchtung von Luft, für das Waschen von Luft, für die Befeuchtung, für das Scrubben und Waschen von Gasen verwendet werden, sind gut bekannt. Zu den typischen Beispielen für Düsen gehören Weitwinkeldüsen mit einem Massivkegel

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(solid-cone wide-angle sprayers), Kleinwinkeldüsen (narrowangle sprayers), Düsen mit einem Hohlkegel (hollow-cone sprayers), Düsen zur Druckzerstäubung·,: Luft- oder Gas Zerstäuberdüsen (gas-atomizing sprayers·) und Düsen mit Sprühscheibe (rotating-disk sprayers)·«,

Es wurde gefunden, daß die Temperatur eine Wirkung auf die Durchführung de.= erfindungsgemäßen Verfahrens hat. Insbesondere wurde gefunden, daß das Einsprühen der wässrigen Lösung gemäß der Erfindung in eine Atmosphäre bei niedrigen Temperaturen zu einer schnelleren Entladung der statischen Ladungen auf Objekten führt, mit denen die Atmosphäre in Kontakt kommt. Die Temperatur von Wasser beträgt normalerweise ungefähr 21,1⁰C bis 23,9°C, die Erniedrigung der Temperatur einer wässrigen Lösung gemäß der Erfindung auf ungefähr 14,4°C erhöht die Geschwindigkeit der Entladung sowohl der positiven als auch der negativen statischen Ladungen um ungefähr 15 °/L

Wenn■eine wässrige Lösung gemäß der Erfindung in eine Atmosphäre gesprüht wird, dann ist es möglich, sowohl die positiven als auch die negativen statischen elektrischen Ladungen zu neutralisieren. Wenn beispielsweise eine Atmosphäre, die gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung behandelt wurde, mit einem Objekt in Kontakt kommt, das eine positive oder negative statische elektrische Ladung aufweist, dann wird die Größe der statischen Ladung wesentlich verringert, und sie kann sogar vollständig neutralisiert werden. Es ist auch möglich, gleichzeitig positive und negative statische Ladungen auf Objekten zu neutralisieren. Dies ist besonders vorteilhaft in der Textilindustrie, in der Arbeitsgänge Anlaß sowohl zu positiven und negativen statischen elektrischen Ladungen geben können. Wenn die Komposition gemäß der Erfindung in konventionellen Luftwäschern in einer

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Textilanlage verwendet -wird, können psitive und negative statische elektrische Ladungen auf verschiedenen Objekten gleichzeitig neutralisiert werden.

Ein andere Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Möglichkeit, die Komposition gemäß der Erfindung so zu gestalten, daß es möglich ist, statische Ladungen verschiedener Größe zu neutralisieren. Dies ist durch die Verwendung sowohl der quaternären Ammoniumverbindung und des früher beschriebenen oberflächenaktiven Stoffes möglich. Die Verwendung der quaternären Ammoniumverbindung ermöglicht es, negative Ladungen auf Objekten zu neutralisieren, während die Verwendung des oberflächenaktiven Stoffes die Neutralisierung positiver Ladungen auf Objekten ermöglicht. ¥enn also eine Umgebung vorliegt, in der mehr negative statische Ladungen vorliegen als positive statische Ladungen, dann kann eine entsprechend größere Menge der quaternären Ammoniumverbindung verwendet werden. Umgekehrt, wenn mehr positive statische Ladungen vorhanden sind, kann eine kleinere Menge der quaternären Ammoniumverbindung verwendet werden oder ein anionischer oberflächenaktiver Stoff oder beide zusammen. Die Größe und die Art der Ladungen können für viele Systeme vorausgesagt werden, und zwar unter Verwendung der triboelektrischen Serie, zu der folgende Substanzen gehören :

Asbest

Glas

menschliches Haar

Nylon

Wolle

Pelz

Blei

Seide

Aluminium

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Papier

Baumwolle

Stahl

Siegelwachs

Hartgummi

Acetatrayon

Nickel-Kupfer

Messing-Silber Synthetischer Gummi Polyester
Orion
S ar an

Polyäthylen
Teflon
Silicongummi.

Die erste Regel bei der Anwendung der triboelektrischen Serie lautet: Oe weiter entfernt zwei Materialien in der Serie sind, desto leichter wird statische elektrische Elektrizität erzeugt. Die zweite Regel lautet: Ein Material am oberen Ende der Reihe ist bezüglich der Materialien, die darunter angeordnet sind, positiv. Beispiel : Ein Nylongarn, das sich in Kontakt mit einer Stahlwinde bewegt, wird positiv geladen und die Stahlwinde negativ. Es ist möglich, sowohl die positiven als auch die negativen statischen elektrischen Ladungen zu neutralisieren, indem diese Materialien mit einer Atmosphäre, die gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung behandelt wurde, in Kontakt gebracht werden.

Dieses Resultat ist in der Tat erstaunlich, denn man würde erwarten, daß die quaternäre Ammoniumverbindung und der oberflächenaktive Stoff einander entgegenwirken,* so daß eine Atmosphäre, in die sie gesprüht werden, selbst neutral wäre. In anderen Worten, man würde erwarten, daß die Gesamtladung

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einer behandelten Atmosphäre 0 ist. Aus unbekannten Gründen ist dies nicht der Fall. Eine Atmosphäre, die gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung behandelt -wurde, kann gleichzeitig sowohl positive als auch negative statische elektrische Ladungen neutralisieren.

Weiterhin wurde überraschenderweise beobachtet, daß die quaternäre Ammoniumverbindung und der oberfΠächenaktive Stoff schon in sehr kleinen Konzentrationen äußerst wirksam sind. Konzentrationen beispielsweise so niedrig wie 0,5 ppm für jeden Bestandteil erzeugen bereits bedeutende Wirkungen bezüglich der Neutralisierung der statischen elektrischen Ladungen.

Die Resultate, die gemäß dem Verfahren und der Kompositon gemäß der Erfindung erzielt wurden, werden aus den folgenden Beispielen noch deutlicher. Alle Mengenangaben beziehen sich auf Gewichtsangaben, wenn es nicht anders angedeutet wird.

Die Figur ist eine Darstellung des Luftwäschers, der in den folgenden Beispielen verwendet wird. Eine Kammer 1 zum Luftwaschen wird durch ein Glasrohr 2 gebildet, das einen Durchmesser 3 aufweist, 15 cm, und eine Gesamtlänge von ungefähr 105 cm. Das Glasrohr 2 hat eine Einlaßöffnung 4 am oberen Ende und ein Auslaßrohr 5 in der Nähe des Bodens 6 des Rohres 2. Die Luft strömt am Einlaß 4 ein, der sich ungefähr 52,5 cm von dem Zentrum der Röhre 5 entfernt befindet.

Ein Sammelbehälter 7 ist vorhanden und besteht aus einer fünf Gallonen fassenden Plastikpfanne, die eine wässrige Lösung 8 der Komposition gemäß der Erfindung enthält oder ein anderes Material, das in die Glasrohre 2 gesprüht werden soll.

Eine Plastikröhre 9 (Tygon), Innendurchmesser 1,3 cm, taucht in die Lösung 8 ein und erstreckt sich zu einer Pumpe 10,

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v/eiche die Lösung von dem Sammelbehälter 7 durch die Plastikröhre 11 zur Sprühdüse 12 hinaufpumpt. Bei der Pumpe handelt es sich um ein Modell 4 MD, das von der Firma Little Giant Co. hergestellt wird« Die Röhre 11 besteht aus demselben Material wie die Röhre 9.

Die Röhre 5 ist mit einer Prallwand 14 (anti-earry-aver baffle) aus Plastikmaterial versehen, welche Flüssigkeit entfernt, die von dem Spray 25 in die Röhre 2 gebracht wurde. Nahe dem offenen Ende 15 der Röhre 5 befindet sich eine Platte

16 aus rostfreiem Stahl, die 15 cm groß ist und ungefähr 0,025 mm dick. Die Platte 16 aus rostfreiem Stahl viird von einem Block 17 aus Styroschaum getragen, der von einer nicht gezeigten Vorrichtung an seinem Platze gehalten wird. Ein Elektrometer 18 (Keithley Modell 600B) wird verwendet, um die Ladung auf der Platte 16 mit Hilfe der statischen Probe 19 zu messen, welche sich ungefähr 2 bis 3 mm von der Plattenoberfläche befindet. Das Elektrometer 18. ist auch von der Umgebung durch Styroschaumblöcke 17' isoliert. Eine elektrische Ladung wird auf die Platte 16 aus rostfreiem Stahl gebracht, und zwar mit Hilfe einer 1000 Volt-Energiequelle{ welche positive und negative Anschlüsse aufweist. Dies wird dadurch erreicht, daß die Platte 16 aus rostfreiem Stahl mit der Probe 21 in Kontakt gebracht wird, welche mit Hilfe des Drahtes 22 mit der Energiequelle 20 verbunden ist. Auch die Energiequelle 20 ist von der Umgebung durch Styroschaumblöcke 17^!f isoliert. Der elektrische Apparat ist über eine Wasserröhre geerdet, um die Wirkungen von Streuströmen möglichst gering zu halten.

Während des Betriebes wird das System durch die Startpumpe 10 aktiviert, welche die wässrige Lösung 8 im Sammelbehälter 7 zur Sprühdüse 12 zurückführt. Dies führt zu einem sanften Luftstrom durch den Eingang 4. Es wurde gefunden, daß ein

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laminarer Fluß der Atmosphäre, in welche die Lösung gesprüht wird, bevorzugt wird. Ein turbulenter Fluß scheint die Geschwindigkeit zu erniedrigen, mit der die Ladung auf der Platte 16 neutralisiert mrd, Die Ursache für dieses Verhalten ist zwar nicht klar., aber es kann durch die Ladungsträger verursacht sein, welche mit den Wänden des Apparates in Kontakt kommen. Da der Auslaß 6 der Rohre 2 in die wässrige Lösung 8 ein taucht, muß die Luft, welche durch den Einlaß 4 der Röhre 2 einströmt, durch die Röhre 5 ausströmen. Der Luftstrom durch die Röhren 1 und 5 wird durch den Venturieffekt hervorgerufen, der an der Düse 12 entsteht.

Eine positive oder negative Ladung wird dann auf die Platte aus rostfreiem Stahl aufgebracht, und zwar mit Hilfe der Energiequelle 20 und der Probe 21. Wie der Figur zu entnehmen ist, wurde eine positive Ladung auf die Platte 16 aufgebracht. Wenn Leitungswasser in dem Luftwäscher zirkuliert, der in der Figur dargestellt ist, dann bewegt sich die Nadel des Elektrometers 1.8 zurück zu seinem Zentrum oder auf. die Nullstellung, wie dies strichpunktiert in der Figur dargestellt ist. Dies bedeutet, daß die positive Ladung, die auf die Platte 16 aus rostfreiem Stahl aufgebracht wurde, durch die Atmosphäre neutralisiert wurde, die aus der Röhre f> ausströmte. Die Platte behält ihre Ladung im wesentlichen für immer bei, wenn der Luftstrom aus der Röhre 5 unterbrochen wird, z.B. durch eine Folie aus Pappkarton.

Diese Anordnung erwies sich als günstig, um verschiedene wässrige Lösungen zu prüfen und um ihre Wirkung auf positive und negative elektrische Ladungen zu bestimmen. Die Wirkungen, welche durch verschiedene wässrige Lösungen hervorgerufen werden, ergeben sich deutlicher aus den folgenden Beispielen.

In den folgenden Beispielen wurde eine wässrige Lösung entsprechend dem gerade in Rede stehenden Beispiel in den

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Sammelbehälter 7 gebracht, und die Pumpe 10 wurde in Betrieb gesetzt. Die Platte 16 wurde anfangs durch Berühren geerdet, während das Elektrometer 18 in die Nullstellung gebracht wurde. Dann wurde die Energiequelle 20 verwendet, um die Platte 16 entweder positiv oder negativ zu laden, je nach Wunsch (bis zu 1000 Volt). Die Ablesung zeigt eine volle Ablenkung über die ganze Skala. Die Änderung in der Anzeige auf dem Elektrometer 18 wurde dann für eine Periode von 60 Sekunden beobachtet, wobei die Ablesungen alle 10 Sekunden vorgenommen wurden« Diese Messungen gaben einen Hinweis auf die Geschwindigkeit der Entladung der elektrischen Ladung auf der Platte 16. Am Ende des 60 Sekunden dauernden Versuches wurde die Platte 16 geerdet, so daß ein möglicher Gerätedrift beobachtet werden konnte. Dieser wird als Grundwert angegeben.

Die Temperatur der Lösung, welche in den Luftstrom gesprüht wurde, betrug in jedem Fall ungefähr 21⁰C, wenn nicht anders angegeben ist. In allen Beispielen wurde Leitungswasser der Stadt East Point verwendet (Georgia).

Beispiel 1 - Vergleichsbeispiel unter Verwendung von Leitungswasser

Wenn Leitungswasser allein in den Sammelbehälter 7 gebracht wurde und die Platte 16 abwechselnd positiv und negativ geladen wurde, wurden folgende Ablesungen am Elektrometer gemacht.

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negativ	positiv
4,6	4,4
4,6	3,1
4,55	2,0
4,55	1,2
4,55	0,6
4,55	0,2
4,2	0,0

Zeit Ladung auf der Platte

Sekunden

0 10 20 30 40 50 60 .

Grundwert 0,2 0,1

Diese Resultate zeigen, daß versprühtes Leitungswasser eine positive Ladung auf der Platte 16 sehr viel schneller zerstreut als eine negative Ladung. Man bemerkt, daß versprühtes Leitungswasser allein relativ unwirksam ist, um eine negative elektrische Ladung in einer kurzen Zeit zu neutralisieren.

Beispiel 2 - Vergleichsbeispiel unter Verwendung von Wasser und der quaternären Ammoniumverbindung

Beispiel 1 wird wiederholt, mit der Ausnahme allerdings, daß eine wässrige Lösung verwendet wird, die 1 ppm Tetrabutylammoniumbromid enthält; diese Lösung wird in den Sammelbehälter gebracht.
Die folgenden Resultate wurden beobachtet:

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Zeit (Sekunden) Ladung auf der Platte

O 4,4 4,4

10 3,4 4,2

20 2,7 4,1

30 2,0 4,0

40 1,5 3,8

50 0,9 3,7

60 0,5 3*6

Grundwert 0,0 -f- 0_r1

Tetrabutylammoniumbromid kehrt das Verhalten eines Systems um,

das nur auf Wasser basiert. Tetrabutylammoniumbromid in. Wasser

neutralisiert eine negative Ladung auf der Platte schneller als eine positive Ladung.

Beispiel .3 - Vergleichsbeispiel unter Verwendung von Wasser und des oberflächenaktiven Stoffes

Beispiel 1 wird wiederholt, mit der Ausnahme allerdings, daß

eine wässrige Lösung, die 1 ppm Pluronic L-62-LF enthält, in

den Sammelbehälter gebracht wird. Die folgenden Resultate wurden beobachtet.

Zeit (Sekunden) Ladung auf der Platte

O 5,0 5,0

10 4,9 2,8

20 4,7 1,3

30 4,5 0,5

40 . 4,3 ' 0,1

50 4,2 -0,2

60 4,0 -0,3

Grundwert +0,2 0,0

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Dieses Beispiel zeigt, daß ein oberflächenaktiver Stoff die Geschwindigkeit der Entladung von positiven Ladungen beschleunigen kann, und zwar schneller als Wasser allein. In Wirklichkeit wird die Platte während des 60 Sekunden dauernden Versuches leicht negativ; dies ist möglicherweise darauf zurückzuführen, daß die Platte eine Überschußladung aus dem Luftstrom aufnimmt. Die vorhin erahnten Wirkungen verbleiben bis zu einer Konzentration des oberflächenaktiven Stoffes von ungefähr 6 bis ungefähr 8 ppm; an diesem Punkt verhält sich die Lösung sehr ähnlich wie Wasser allein. Das bedeutet, daß es noch immer möglich ist, die positiven Ladungen zu neutralisieren, aber die Geschwindigkeit der Entladung ist nicht so groß wie mit den sehr niedrigen Konzentrationen des oberflächenaktiven Stoffes«

In dem Maße, wie die Menge des oberflächenaktiven Stoffes gesteigert wird, verbleibt das Verhalten des behandelten Luftstroms gegenüber einer negativ geladenen Platte im wesentlichen unverändert, während die Fähigkeit des·behandelten Luftstroms, eine positiv geladene Platte zu entladen, vermindert ist. Versuche mit 40 und 80 ppm L-62-LP verdeutlichen diesen Trend.

Zeit (Sekunden) 40 ppm 80 ppm

0 5,0 5,0 4,8 5,0

10 4,0 4,9 4,0 4,9

20 3,1 4,7 3,7 4,7

30 2,2 4,6 3,1 4,6

40 1,6 4,5 2,6 4,4

50 1»2 4,3 2,1 4,2

60 0,8 4,2 1.,8 4,0

Grundwert 0,0 0,0 0,0 0,0

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Beispiel 4 - Wasser und oberflächenaktiver Stoff und quaternäre Ammoniumverbindung

Die folgende Komposition v/urde hergestellt.

Gewichtsteile

Tetrabutylammoniumbromid 1

Natriummethylnaphthalinsulfonat (Petro 22) .. 5

Korrosionsinhibitoren und kesselsteinverhütende Mittel ... 14

Wasser . 80

Wenn diese Lösung in den Sammelbehälter gegeben wurde, und zwar mit den im folgenden bezeichneten Konzentrationen, dann wurden die in der folgenden Tabelle aufgezeichneten Resultate erhalten :

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in CM

P.

ο ο

to

^ 35".

	■	O	VD	CM	Ch VO <f v-	CM
ppm	I	in			to to to to	C
LO
ΛΙ	+	Ch	VO	to	Ch VO tO V-	O
\				to to to to

ppm	1	CTt	in ν	CM	2,8	in * CM
in
CM	1	Ch	to c	ν-	ro	in
	+	<£'	<T t<	ΙΟ	cm"	CM
- VD 1" to

h in
* to

oinv-o-tnor*- cm

in <!· <j- to to to cm ο

Pi

in

to o\ <f ο co in cm

<f- IO tO tO CM CM O

OVOCMOO-Ci-V-Ch CM

m-tf-cj-ioiOfOCM ο

co

OVOlOChVOtOO CM

in <l· <Γ to to to ro ο

Ch	ro	O	VO	to	CM
		♦.		•
ro	to	CM	CM	O

Crt to co ro co ro ο cm <f<J-tOtOCMCMCM O

■P U

O O O O O O O
ν cm to <f in να

-P •H

Φ Μ

CjJ

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. - 36 - 28S9578

Es ist ersichtlich, daß die Resultate, die mit der Komposition des Beispiels 4 erhalten wurden, weniger konzentrat!onsabhängig sind. Das bedeutet, daß die Geschwindigkeit der Entladung der positiven und negativen Ladungen weniger von der Konzentration der Komposition dieses Beispiels abhängt.

Die Komposition gemäß der Erfindung kann andere Zusätze enthalten, die nicht wesentlich ihre Fähigkeit beeinflussen, positive und negative statische elektrische Ladungen zu neutralisieren. Zu den typischen Zusätzen, die fakultativ verwendet v/erden können, gehören : Antischaummittel; Korrosionsinhibitoren; Antioxidantien, chelatbildende Agentien; Färbemittel, z.B. Farbstoffe und Pigmente; Buffermittel; Schmiermittel; antibakterielle und antifungizide Agentien; Geruchneutraiisatoren; u.s.w..

Die Anwendungen der Komposition und des Verfahrens gemäß der Erfindung ergeben sich sofort für Fachleute auf dem Gebiet der Kontrolle statischee elektrischer Ladungen. Relativ große und störende Mengen statischer Elektrizität entstehen häufig in Textilbetrieben und Papierbetrieben. Die Komposition und ■ das Verfahren gemäß der Erfindung können verwendet werden, um positive und negative statische elektrische Ladungen in derartigen Umgebungen wesentlich zu reduzieren oder voll ständig zu neutralisieren. Die Komposition und das Verfahren gemäß der Erfindung eignen sich für die Verwendung in Luftwäschern, die typischerweise in derartigen Installationen verwendet werden. Die Erfindung ist also besonders vorteilhaft, da häufig eine zusätzliche kostspielige Ausrüstung nicht erforderlich ist.

Es bestehen aber noch andere Vorteile der Erfindung. Die Komposition der vorliegenden Erfindung besteht hauptsächlich aus Wasser und ist deshalb relativ preisgünstig. Zudem sind die Bestandteile, die für die Komposition verwendet v/erden,

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leicht zugänglich. Die Kompositionen gemäß der Erfindung können sehrleicht hergestellt werden, indem die Bestandteile miteinander vermischt werden. Zusätzlich können sie in konzentrierter Form verkauft werden, die sich für die Verdünnung zum Zeitpunkt der Verwendung eignet. Da die Komposition gemäß der Erfindung eine Flüssigkeit ist, eignet sie sich besonders für die automatische Zuführung zu konventionellen Luftwäschersystewien. Zudem sind die Kompositionen sicher und leicht zu handhaben, und sie haben eine relativ lange Lagerzeit. Die Komposition gemäß der Erfindung kann so verändert werden, daß sie für Umgebungen geeignet ist, die sowohl negative als auch positive statische elektrische Ladungen verschiedener Größe enthalten. Diese Erfindung ermöglicht es, statische Ladungen vollständig zu neutralisieren, und zwar in einer vorhersagbaren, kontrollierbaren und reproduzierbaren Art.

Eine Komposition, die aus einer wässrigen Lösung einer quaternären Ammoniumverbindung und eines oberflächenaktiven Stoffes besteht, kann in eine Atmosphäre gesprüht werden und die daraus resultierende behandelte Atmosphäre kann sowohl positive als auch negative statische Ladungen auf Objekten neutralisieren, die mit der behandelten Atmosphäre in Kontakt kommen.

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Leerseite

Claims

PATENTANWALT. DlPUNG. HELMUT GÖRTZ Frankfurt am Main 70 Sclmeckenhoistr. 27 - Tel. 617Q79 "i Q "3 Q C η ft 11. September 1978 Gzm/Osg Lester Laboratories, Inc. Verfahren und Komposition zur Neutralisierung statischer Elektrizität Patentansprüche Verfahren, um einer Atmosphäre eine elektrische Ladung zu erteilen, dadurch gekennzeichnet, daß die Atmo Sphäre mit einer wässrigen Lösung in Kontakt gebracht wird, indem die wässrige Lösung in die Atmosphäre gesprüht wird, wobei die wässrige Lösung aus folgenden Bestandteilen besteht: (A) ungefähr 0,5 bis ungefähr 20 ppm wenigstens einer quaternären Ammoniumverbindung der Formel R I Rl— N R R. in der

1) jede der R-Gruppen dieselbe ist und ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus substituierten oder unsubstituierten aliphatischen oder zyklischen Gruppen mit 3-8 Kohlenstoffatomen, oder

2) eine oder zwei der R-Gruppen unabhängig ausgewählt werden aus substituierten oder unsubstituierten aliphatischen oder zyklischen Gruppen mit S - 18 Kohlenstoffatomen, und die übrigen R-Gruppen unabhängig ausgewählt werden

aus substituier-

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ten oder unsubstituierten Gruppen mit 1-2 Kohlenstoffatomen ;

X ist ein anorganisches Anion; η kann die Werte 1, 2 oder 3 annehmen; die quaternäre Ammoniumverbindung ist in Wasser löslich, und zwar bis zu einem Ausmass von wenigstens ungefähr o,5 ppm bei 2o° C, und
(B) ungefähr o,5 bis ungefähr 5o ppm wenigstens eines oberflächenaktiven Stoffes, der in Wasser aufgelöst werden kann, das eine Oberflächenspannung gegen Luft von ungefähr 72,75 Dyn/cm bei 2o⁰· C aufweist, um die Lösung eines oberflächenaktiven Stoffes herzustellen, deren Oberflächenspannung gegen Luft ungefähr 38 bis ungefähr 6o Dyn/cm bei 2o° C beträgt, wenn die Lösung des oberflächenaktiven Stoffes ungefähr o,ooo5 bis ungefähr o,1 Gewichtsprozent des oberflächenaktiven Stoffes enthält; der oberflächenaktive Stoff und die quaternäre Ammoniumverbindung sind im Gewichtsverhältnis oberflächenaktiver Stoff : quaternärer Ammoniumverbindung ungefähr 1:1 bis ungefähr 1o:1 vorhanden, und die daraus resultierende behandelte Atmosphäre kann gleichzeitig sowohl positive als auch negative statische elektrische Ladungen auf Objekten neutralisieren, mit denen die behandelte Atmosphäre in Kontakt kommt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der R-Gruppen eine verzweigte oder gerade aliphatische Gruppe ist.

_t 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der R-Gruppen eine unsubstituierte aliphatische Gruppe ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der R-Gruppen eine ungesättigte Alkylgruppe ^iSt' 909812/0973

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass •wenigstens eine der R-Gruppen substituiert ist durch wenigstens eine Gruppe, die ausgewählt wird aus der Reihe bestehend aus Cl, F, Br, I, OH, NO₂,HSO^ NH₂-, NH<" . , -0 0

COOH-, CHO-, -C-, -0-, -C-NH₂, -CsN, -CNH₂, wodurch die quaternäre Ammoniumverbihdung MicelLe in wässriger Lösung bilden kann.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der R-Gruppen eine substituierte oder unsubstituierte Arylgruppe ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

/und jede der R-Gruppen eine C^Hg-Gruppe ist'X ein Bromid ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die R-Gruppen identisch sind.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet* dass X ein Chlorid-, Fluoride Bromid-j Iodid-, Sulfat-, Nitratoder Phosphat-Ion ist.

1o. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der oberflächenaktive Stoff ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus

a) einem nichtionischen oberflächenaktiven Stoff mit einem HLB-Wert von 6,6,

b) einem nichtionischen oberflächenaktiven Stoff mit einem HLB-Wert von 3,o,

c) einem amphoteren Capryl-Dicarboxylat-Imidazol-Derivat als oberflächenaktiver Stoff,

d) einem nichtionischen modifizierten oxyäthylierten geradkettigen Alkohol als oberflächenaktiver Stoff, und

e) einem anionischen Natriumsulfonat.

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11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass de.r oberflächenaktive Stoff eine Mischung ist aus

a) einem amphoteren Capryl-Dicarboxylat-Imidazol-Derivat als oberflächenaktiver Stoff, und

b) einem nichtionisehen modifizierten oxyäthylierten geradkettigen Alkohol als oberflächenaktiver Stoff.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis von oberflächenaktivem Stoff zu quaternärer Ammoniumverbindung ungefähr 5:1 beträgt.

13. Eine Komposition, die aus einer wässrigen Lösung besteht, dadurch gekennzeichnet, dass sie im wesentlichen besteht aus

(A) ungefähr o,5 bis ungefähr 2o ppm wenigstens einer quaternären Ammoniumverbindung der Formel

in der

1) 3ede der R-Gruppen dieselbe ist und ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus substituierten oder unsubstituierten aliphatischen oder zyklischen Gruppen mit 3-8 Kohlenstoffatomen,

°^der (wählt

2) eine oder zwei der R-Gruppen unabhängig ausge^-

werden aus substituierten oder unsubstituierten aliphatischen oder zyklischen Gruppen mit 8-18 Kohlenstoffatomen, und die übrigen R-Gruppen unabhängig ausgewählt werden aus substituierten oder unsubstituierten Gruppen mit 1 bis 2 Grundstoffatomenj

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X ist ein anorganisches Anionj η hat die Werte 1, 2 oder 3» die quaternäre Ammoniumverbindung ist in Wasser löslich, und zwar bis zu wenigstens ungefähr o,5 ppm bei ungefähr 2o° C; und

(B) ungefähr o,5 bis ungefähr 5o ppm wenigstens eines oberflächenaktiven Stoffes, der in Wasser aufgelöst werden kann, das eine Oberflächenspannung gegen Luft von ungefähr 72,75 Dyn/cm bei 2o° C hat, um die Lösung eines oberflächenaktiven Stoffes zu bilden, deren Oberflächenspannung gegen Luft ungefähr 38 bis ungefähr 6o Dyn/cm bei 2o° C beträgt, wenn die Lösung des oberflächenaktiven Stoffes ungefähr o_fooo5 bis ungefähr o,T Gewichtsprozent des oberflächenaktiven Stoffes enthält; der oberflächenaktive Stoff und die quaternäre Ammoniumverbindung stehen im Gewichtsverhältnis oberflächenaktiver Stoff:quateraärer Ammoniumverbindung = ungefähr 1:1 bis ungefähr 1o:1, und die wässrige Lösung kann in eine erste Atmosphäre gesprüht werden, um eine zweite Atmosphäre zu bilden, die gleichzeitig positiv und negative statische elektrische Ladungen auf Objekten neutralisieren kann, die in Kontakt mit der zweiten Atmosphäre kommen.

14. Komposition nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass jede der R-Gruppen eine verzweigte oder geradkettige aliphatische Gruppe ist.

15. Komposition nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass jede der R-Gruppen eine unsubstituierte aliphatische Gruppe ist.

16. Komposition nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der R-Gruppen eine ungesättigte Alkylgruppe ist.

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17. Komposition nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,' dass wenigstens eine der R-Gruppen substituiert ist durch eine Gruppe, die ausgewählt wird aus der R.eihe bestehend aus Cl, F, Br, I, OH, NO₂, HSO₇,,

0 0

Il It NHcC , COOH-, CHO-, -C- , -0-, -C-NH₂ , -C=N, -₂ wodurch die quaternäre Ammoniumverbindung MizeTLe in wässriger Lösung bilden kann.

18. Komposition nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der R-Gruppen eine substituierte oder unsubstituierte Arylgruppe ist.

19. Komposition nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass jede der R-Gruppen eine C^Hg-Gruppe ist und X ein Br-omid ist.

20. Komposition nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, das jede der R-Gruppen identisch ist.

21. Ein Verfahren zur gleichzeitigen Neutralisierung positiver und negativer statischer elektrischer Ladungen auf Objekten, dadurch gekennzeichnet, dass

I) eine Atmosphäre mit einer wässrigen Lösung in Kontakt gebracht wird, indem die wässrige Lösung in die Atmosphäre gesprüht wird, wobei die wässrige Lösung im wesentlichen aus folgenden Bestandteilen besteht:

(A) Ungefähr o,5 bis ungefähr 2o ppm Tetrabutylammoniumliromid und

(B) ungefähr o,5 bis ungefähr 5o ppm wenigstens eines oberflächenaktiven Stoffes, der in Wasser aufgelöst werden kann, das eine Oberflächenspannung gegen Luft von ungefähr 72,75 Dyn/ cm bei 2o° C hat, um eine Lösung des oberflä-

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' chenaktiven Stoffes zu bilden, die eine Oberflächenspannung gegen Luft von ungefähr 38 bis ungefähr 6o Dyn/cm bei 2o° C hat, wenn die Lösung des oberflächenaktiven Stoffes ungefähr ο,οοοί? bis ungefähr o,1 Gewichtsprozent des oberflächenaktiven Stoffes enthält;

der oberflächenaktive Stoff und die quaternäre Ammoniumverbindung sind im Gewichtsverhältnis: oberflächenaktiver Stoff: quaternärer Ammoniumverbindung ungefähr 1:1 bis ungefähr 1o:1 und

II) Objekte, welche positive und negative statische elektrische Ladungen tragen, mit der aus dem Verfahrensschritt I) resultierenden Atmosphäre behandelt werden, wobei die behandelte Atmosphäre gleichzeitig die positiven und negativen statischen elektrischen Ladungen auf den Objekten neutralisieren kann.

22. Ein Verfahren, um eine elektrische Ladung einer Atmosphä-. re zu erteilen, dadurch gekennzeichnet, dass die Atmosphäre mit einer wässrigen Lösung in Kontakt gebracht wird, indem die wässrige Lösung in&Le Atmosphäre gesprüht wird, wobei die wässrige Lösung im wesentlichen aus folgenden Bestandteilen besteht:

(A) ungefähr o,5 bis ungefähr 2o ppm Tetrabutylammoniumbromid, und

(B) ungefähr o,5 bis ungefähr 5o ppm wenigstens eines oberflächenaktiven Stoffes, der in Wasser aufgelöst werden kann, das eine Oberflächenspannung gegen Luft von ungefähr 72,75 Dyn/cm bei 2o° C hat, um eine Lösung des oberflächenaktiven Stoffes zu schaffen,

. die eine Oberflächenspannung gegen Luft von ungefähr 38 bis ungefähr 6o Dyn/cm bei 2o° C hat, wenn die Lösung des oberflächenaktiven Stoffes ungefähr

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o,ooo5 "bis ungefähr o,1 Gewichtsprozent des oberflächenaktiven Stoffes enthält; der oberflächenaktive Stoff und die quaternäre Ammoniumvervindung sind im folgenden Gewichtsverhältnis: Oberflächen aktiver Stoff: quaternärer Ammoniumverbindung ungefähr 1:1 bis ungefähr 1 ο:1; der oberflächenaktive Stoff wird ausgewählt aus folgender Gruppe:

1)., ridtriummpthylnaphthalinsulfonat als oberflächenaktiver Stoff und

2) eine. Polyoxyäthylenverbindung, die an jedem Ende des Moleküls hydrophile Polyoxyäthylengruppen aufweist, die Polyoxyäthylenverbindung hat einen HLB-Wert von 6,6 und besteht aus einem Reaktionsprodukt, das bei der Kondensation von Propylenoxid mit Propylenglykol entsteht; die resultierende behandelte Atmosphäre kann gleichzeitig positive und negative statische elektrische Ladungen auf Objekten neutralisieren, mit denen die behandelte Atmosphäre in Kontakt kommt.

23. Eine Komposition, gekennzeichnet durch eine wässrige Lösung, die im wesentlichen aus folgenden Bestandteilen besteht:

(A) Ungefähr o,5 bis ungefähr 2o ppm Tetrabutylammoniumbromid, und

(B) ungefähr o,5 bis ungefähr 5o ppm wenigstens eines Oberflächenaktiven Stoffes, der in Wasser gelöst werden kann, das eine Oberflächenspannung gegen Luft von ungefähr 72,75 Dyn/cm bei 2o° C aufweist, um eine Lösung des oberflächenaktiven Stoffes zu bilden, die eine Oberflächenspannung gegen Luft von ungefähr 38 bis ungefähr 6o Dyn/cm bei ?,o° C aufweist, wenn die Lösung des oberflächenaktiven Stoffes ungefähr o,ooo5 bis ungefähr o,1 Gewichtsprozent des oberflächenaktiven Stoffes enthält; der oberflächenaktive

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«. Q —

Stoff und die quaternäre Ammoniumverbindung sind im folgenden Gewichtsverhältnis: oberflächenaktiver Stoff : quaternäre. Ammoniumverbindung ungefähr 1:1 Ms -ungefähr 1o:1, der oberflächenaktive Stoff wird ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Gliedern

1) Natriuinmethylnaphthalinsulfonat als oberflächenaktiver Stoff und

2) eine Polyoxyäthylenverbindung, die an jedem Ende des Moleküls hydrophile Polyoxyäthylengruppen aufweist, wobei die Polyoxyäthylenverbindung einen HLB-Wert von 6,6 aufweist, und aus einem Reaktionsprodukt , besteht, das liner Kondensation von Propylenoxid mit Propylenglykol entsteht; die wässrige Lösung kann in eine, erste Atmosphäre gesprüht werden, um eine zweite Atmosphäre zu bilden, die gleichzeitig positive und negative statische elektrische Ladungen auf Objekten neutralisieren kann, die mit der zweiten Atmosphäre in Kontakt kommen.

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