DE2941584A1 - Verfahren zur verbesserung der eigenschaften von schaeumen und diese schaeume - Google Patents

Verfahren zur verbesserung der eigenschaften von schaeumen und diese schaeume

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DE2941584A1 DE19792941584 DE2941584A DE2941584A1 DE 2941584 A1 DE2941584 A1 DE 2941584A1 DE 19792941584 DE19792941584 DE 19792941584 DE 2941584 A DE2941584 A DE 2941584A DE 2941584 A1 DE2941584 A1 DE 2941584A1
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Description

Verfahren zur Verbesserung der Eigenschaften von Schäumen und diese Schäume
Die Erfindung betrifft die Verwendung gewisser Zusatzstoffe für Lösungen von oberflächenaktiven Mitteln. Diese Zusatzstoffe verleihen den aus diesen Lösungen hergestellten Schäumen eine ungewöhnliche Stabilität und Steifheit und ungewöhnliche Eigenschaften. Diese Zusatzstoffe basieren auf Fettaminen.
Oberflächenaktive Verbindungen haben bekanntlich in Lösung besondere sog. grenzflächenaktive Eigenschaften, Eine dieser Eigenschaften ist das Schäumvermögen. Die Lösungen dieser Produkte bilden durch Einführung von Luft in das Medium leicht Schäume, die eine Gesamtheit von Gaszellen darstellen, die durch dünne Flüssigkeitslamellen getrennt sind und durch Nebeneinanderlagerung von Blasen, die ein in einer Flüssigkeit dispergiertes Gas bildet, gebildet werden.
Alle oberflächenaktiven Verbindungen besitzen diese Eigenschaft, gleichgültig, ob sie anionaktiv, nichtionogen, kationaktiv oder ampholytisch sind. Dagegen sind die Eigenschaften dieser Schäume in Abhängigkeit von den Produkten sehr unterschiedlich.
Die schaumbildenden Eigenschaften der oberflächenaktiven Mittel werden bei zahlreichen Anwendungen ausgenutzt, von denen die folgenden als Beispiele genannt seien:
Herstellung von Schaumlöschmitteln, Verwendung der Schäume für die Herstellung von Leichtbaustoffen wie Zement, Gips und Keramikmaterialien,
Verwendung der Schäume als Transportmittel des Bohrkleins bei Bohrungen,
Herstellung von Latexschaum und
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Verwendung der Schäume als Schutzmittel gegen Frühjahrsfrostschäden an Bäumen und Kulturen.
Bei diesen verschiedenen Anwendungen sind die mechanischen Eigenschaften des Schaums, insbesondere seine Stabilität, sehr wichtig. Die mechanischen Eigenschaften des Schaums sind bekanntlich an die Struktur der sie bildenden dünnen Flüssigkeitslamellen, nämlich den physikalischen Zustand, die Oberflächenviskosität usw., gebunden.
Es ist bekannt, daß gewisse Produkte, die den ober-, flächenaktiven Mitteln zugesetzt werden, die Struktur dieser dünnen Lamellen tiefgreifend verändern und in dieser Weise auf die Stabilität der Schäume einwirken. Dies ist bei den meisten Antischaummitteln der Fall, die den Aufbau dieser dünnen Lamellen zerstören und das Zusammenfallen des Schaums bewirken.
Es ist ferner bekannt, daß gewisse Zusatzstoffe, z.B. Feilalkohole und Fettalkylolamide, eine günstige Wirkung auf die Struktur der dünnen Lamellen haben. Durch Zusatz sehr geringer Mengen Laurinalkohols zu einer Lösung von Natriumlaurat wird die Stabilität der Schäume aus dieser Lösung gesteigert.
Die Fettalkylolamide werden z.Zt. in der Kosmetik und in Reinigungsmitteln zur Verbesserung des Schäumvermögens und der Stabilität der Schäume von Shampoos, Schaumbädern, verschiedenen Waschmitteln usw. verwendet, Diese Fettalkylolamide werden durch Kondensation einer Fettsäure, ihres Methylesters oder ihres Glycerids mit einem Alkylolamin (Mono- oder Diethanolamin oder Isopropanolamin) hergestellt. Die hierbei erhaltenen Amide sind Produkte, deren Eigenschaften, insbesondere deren Wasserlöslichkeit mit der verwendeten Fettsäure, dem verwendeten Alkylolamin und vor allem mit dem Mengenverhältnis zueinander variieren. Die besten Er-
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gebnisse werden mit Amiden von Laurinsäure erhalten, die Alkylsulfaten oder Alkyläthersulfaten zugesetzt werden. Die üblichen Mengenanteile schwanken zwischen 25 und 30% Amid, bezogen auf das anionaktive Tensid.
Die durch Oxidation von tertiären Aminen erhaltenen tertiären Aminoxide führen zu Ergebnissen, die den mit diesen Amiden erhaltenen Ergebnissen nahekommen.
Es ist ferner bekannt, daß der Zusatz von löslichen Polymerisaten durch Steigerung der Viskosität der Oberflächenfilme die mechanischen Eigenschaften der Schäume verbessert, die aus Lösungen von oberflächenaktiven Mitteln erhalten werden. Diese Polymerisate sind von sehr unterschiedlichem, natürlichem oder synthetischem Ursprung: Leime, Gelatine, Polysaccharide, Bentonit, Polyacrylverbindungen, Kasein, Cellulosederivate und Proteine.
Die Erfindung beruht auf dem besonders günstigen Einfluß gewisser Fettamine nicht nur auf die Stabilität, sondern auch auf das Aussehen, die Form und die Steifheit der wässrigen Schäume.
Gemäß der Erfindung wurde gefunden, daß eine wesentliche Veränderung der Struktur der den Schaum bildenden Filme und dünnen Lamellen unter Verbesserung der Steifheit, der Stabilität und der Elastizität und Plastizitat (pouvoir pateux) von wässrigen Schäumen von oberflächenaktiven Mitteln des anionaktiven oder amphoteren Typs erreicht wird, wenn diese Schäume in Gegenwart eines Fettamins gebildet werden.
Als oberflächenaktive Mittel werden für die Herstellung des Schaums anionaktive oder amphotere oberflächenaktive Verbindungen, d.h. oberflächenaktive Verbindungen, die eine gewisse Anzahl von anionischen Funktionen, z.B. Carboxylat-, Sulfat-, Sulfonat- oder Phosphatfunk-
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tionen enthalten, verwendet.
Gemäß der Erfindung wurde gefunden, daß durch Zusatz von Fettaminen zu den wässrigen Lösungen von oberflächenaktiven Verbindungen die Struktur der OberflMchenfilme und der dünnen Lamellen der Schäume vollständig verändert wird, wobei den Schäumen Steifheit und Stabilität verliehen und ihre Elastizität und Plastizität erhöht werden.
Die erfindungsgemäß verwendeten Fettamine haben die allgemeine Formel
^■Rl
η - Nr
in der R.. ein Wasserstoffatom oder ein linearer oder verzweigter gesättigter Alkylrest mit 4 bis 18 C-Atomen und Rp ein linearer oder verzweigter gesättigter Alkylrest mit 4 bis 18 C-Atomen ist.
Die zur Zeit für die Zwecke der Erfindung vorgesehenen hauptsächlichen Amine sind die Stearylamine, Cetylamine, Myristylamine, Laurylamine, Decylamine, Octylamine, 2-Äthylhexylamine oder ihre Gemische, wie sie beispielsweise durch Aminierung von aus Kokosöl oder Palmöl erhaltenen Fettsäuren insgesamt oder nach Fraktionierung anfallen.
Es wurde gefunden, daß durch Zusatz von Fettaminen zu oberflächenaktiven Verbindungen in einer Menge von 2 bis 50 Gew.-%, bezogen auf die oberf]ächenaktive Verbindung, die Eigenschaften der aus wässrigen Lösungen dieser oberflächenaktiven Verbindungen erhaltenen Schäume verbessert werden. Diese Verbesserung ist besonders deutlich bei Verwendung eines Amins mit Laurinkette, gleichgültig, ob es sich um Laurylamin oder Amine, die aus Fettsäuren von Kokosöl erhalten
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werden, handelt. Durch Verwendung von ungesättigten Fettaminen oder Ätheraminen werden keine interessanten Ergebnisse erhalten.
Diese Verbesserung der Schaumeigenschaften durch Zusatz von Fettaminen tritt nicht nur bei den Grundtensiden, sondern auch bei komplexeren Formulierungen ein, die mehrere oberflächenaktive Verbindungen oder oberflächenaktive Verbindungen und Polymerisate enthalten, die zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Schäume bestimmt sind.
Es scheint, obwohl eine Festlegung auf diese Erklärung nicht beabsichtigt ist, daß eine Reaktion zwischen dem oberflächenaktiven Mittel, das anionische Funktionen enthält, und dem verwendeten Fettamin stattfindet.
Die gemäß der Erfindung erhaltenen Schäume weisen eine verbesserte Halbwertzeit, eine verbesserte Konsistenz und überlegene mechanische Eigenschaften auf.
Die Halbwertzeit ist die Zeit, nach der der aus einem bestimmten Volumen der schaumbildenden Lösung erhaltene Schaum eine Lösungsmenge, die der Hälfte des ursprünglichen Volumens der Lösung entspricht, abgeschieden hat.
Die Konsistenz des Schaums wird durch einen relativen Wert ausgedrückt, der durch Messen der rheologischen Eigenschaften des Schaums mit Hilfe eines mit Drehscheibe versehenen Viskosimeters erhalten worden ist. Unter diesen Bedingungen ergibt eine wässrige 0,2%ige Lösung eines üblicherweise für diesen Zweck verwendeten Mittels, beispielsweise eines Alkylsulfats oder Betains, einen Konsistenzwert in der Größenordnung von 1000 bis 2000. Die festeren und "tragfähigeren" Schäume entsprechen einem Wert in der Größenordnung von 5000 bis 8000.
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Die Steigerung der Stabilität der Schäume durch Zusatz des Amins ermöglicht eine Verlängerung der Halbwertzeit von 5 bis 6 Minuten (im Falle der Grundtenside) auf Halbwertzeiten, die mehrere Stunden erreichen können. Diese Steigerung der Stabilität wird sowohl bei hartem Stadtwasser als auch bei destilliertem oder gereinigtem Wasser festgestellt.
Die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Schäume als Folge des Zusatzes der Amine erfolgt sowohl bei destilliertem Wasser als auch bei Stadtwasser oder bei Wässern, die mit Elektrolyten (150 g NaCl/1) oder zweiwertigen Ionen (35 g/l MgCl2.6 H3O und 5 g/l CaCl3) stark beladen sind, wie sie bei Anwendungen für Bohrungen auftreten können.
Die verbesserten Schäume gemäß der Erfindung sind für alle bekannten Anwendungen von Schäumen, jedoch insbesondere für die Herstellung von Leichtbaustoffen (Tonprodukte, feuerfeste Materialien) oder bei Bohrverfahren, bei denen Schäume verwendet werden, verwendbar.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele weiter erläutert.
Beispiel 1
Ein Alkylbetain, das aus einer Fettsäure aus Kokosöl hergestellt worden ist, ergibt in 0,2%iger Lösung in Stadtwasser mit 37,6° französischer Härte einen Schaum mit folgenden Eigenschaften:
Halbwertzeit 4,5 Minuten
Konsistenz nach 4,5 Minuten 1080
Diese Konsistenz des Schaums entspricht Schäumen, die üblicherweise aus Lösungen von klassischen oberflächenaktiven Verbindungen ohne Zusatz von Leim, Gelatine, Casein oder anderen Verdickungsmitteln gebildet worden sind.
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Eine 0,2%ige Lösung eines Gemisches, das aus 75 Teilen dieses Alkylbetains und 25 Teilen eines primären Fettamins, dessen hydrophobe Kette derjenigen der Gesamtsäuren von Kokosöl entspricht, hergestellt worden ist, ergibt unter den gleichen Bedingungen einen Schaum, dessen Halbwertzeit auf 12 Minuten steigt und dessen Konsistenz nach 12 Minuten 5320 beträgt. Diese Konsistenz entspricht einem sehr steifen und tragfähigen Schaum.
Beispiel 2
Ein Alkylamidobetain, das aus einer Fettsäure aus Kokosöl hergestellt worden ist, ergibt in 0,2%iger Lösung in Stadtwasser mit 37,6° französischer Härte einen Schaum mit folgenden Eigenschaften:
Halbwertzeit 6 Minuten
Konsistenz nach 6 Minuten 1240
Ein Gemisch, das aus 87,5 Teilen dieses Alkylamidobetains und 12,5 Teilen eines primären Fettamins, dessen hydrophobe Kette derjenigen der Gesamtsäuren von Kokosöl entspricht, hergestellt worden ist, ergibt unter den gleichen Bedingungen einen Schaum, dessen Halbwertzeit auf 20 Minuten steigt und dessen Konsistenz nach 20 Minuten 6640 beträgt.
Beispiel 3
Ein Alkylamidobetain, das aus einer Fettsäure aus Kokosöl hergestellt worden ist, ergibt in 0,2%iger Lösung in Stadtwasser mit 37,6° französischer Härte einen Schaum mit folgenden Eigenschaften:
Halbwertzeit 6 Minuten
Konsistenz nach 6 Minuten 1240
Ein Gemisch, das aus 87,5 Teilen dieses Alkylamidobetains ur.d 12,5 Teilen primärem Laurylamin hergestellt worden i : t , »τ ur-!: cnt^r <!<·,ι gleichen EvH i nqunqtM! ei. nc-η ':.(<:.:< ί
; Γ; '! ■; / Q 7 7 9
mit folgenden Eigenschaften:
Halbwertzeit 16 Minuten
Konsistenz nach 16 Minuten 4240
Beispiel 4
Ein Ammoniumalkylsulfat, hergestellt aus natürlichem Laurinalkohol, der durch Destillation von Kokosölalkoholen erhalten worden ist und etwa 70% Laurinalkohol und 30% Myristinalkohol enthalt, ergibt in 0,2%iger Lösung in Stadtwasser von 37,6° französischer Härte einen Schaum mit folgenden Eigenschaften:
Anfangshöhe 145 mm
Anfangskonsistenz 2240
Halbwertzeit 13 Minuten
Ein Gemisch, das aus 97,5 Teilen dieses Ammoniumalkylsulfats und 2,5 Teilen eines primären Fettamins, dessen hydrophobe Kette derjenigen der Gesamtsäuren von Kokosöl entspricht, hergestellt worden ist, ergibt unter den gleichen Bedingungen einen Schaum, dessen Anfangshöhe auf 170 mm, dessen Anfangskonsistenz auf 3200 und dessen Halbwertzeit auf 17 Minuten steigt.
Das gleiche Ammoniumalkylsulfat ergibt in 0,2%iger Lösung in entsalztem Wasser in Abhängigkeit von den ihm zugesetzten Kokosölaminmengen die in der folgenden Tabelle genannten Ergebnisse.
Ammoniumaikylsulfat lüO 95 90 85
Kokosölamin 0 5 10 15
Anfangskonsistenz 3200 3360 3320 3680
Halbwertzeit, Min. 13,5 21 21 24
Konsistenz nach der
Halbwertzeit 4400 4560 4400 5040
29A158A
Beispiel 5
Ein Gemisch, das aus 97,5 Teilen des in Beispiel 4 genannten Ammoniumalkylsulfats und 2,5 Teilen Stearylamin hergestellt worden ist, ergibt Schäume, die die gleichen Eigenschaften wie die gemäß Beispiel 4 gebildeten Schäume haben.
Beispiel 6
Ein aus synthetischem C^2-C■i4-Alkono1 hergestelltes Monoisopropanolaminalkylsulfat ergibt in 0,2%iger Lösung in Stadtwasser von 37,6° französischer Härte einen Schaum mit folgenden Eigenschaften:
Anfangskonsistenz Halbwertzeit
2560
12 Minuten
Ein Gemisch aus 95 Teilen dieses Monoisopropanolaminalkylsulfats und 5 Teilen eines primären Fettamins, dessen hydrophobe Gruppe derjenigen der Gesamtsäuren von Kokosöl entspricht, ergibt unter den gleichen Bedingungen einen Schaum, dessen Anfangskonsistenz auf 3040 und dessen Halbwertzeit auf 19 Minuten steigt.
Das gleiche Monoisopropanolaminalkylsulfat ergibt in 0,2%iger Lösung in permutiertem Wasser in Abhängigkeit von steigenden Zusätzen des gleichen Fettamins die in der folgenden Tabelle genannten Ergebnisse.
Monoisopropanolaminalkylsulf at Kokosölamin Anfangskonsistenz Halbwertzeit, Min.
Konsistenz nach der Halbwertzeit
100 95 90 85
0 5 10 15
2720 3360 3840 3600
7 19 20 24
3600 4640 5200 5040
0300 18/0779
10
15
Beispiel 7
Ein Natriumalkyläthersulfat, das aus einem aus 70%
C„_ und 30% C1 „ bestehenden Schnitt von natürlichem xd 14
Laurinalkohol hergestellt und mit 2 Molekülen Äthylenoxid kondensiert worden ist, ergibt in 0,2%iger Lösung in Stadtwasser von 37,6° französischer Härte einen Schaum mit folgenden Eigenschaften:
Anfangskonsistenz 1400
Halbwertzeit 6,5 Minuten
Konsistenz nach 6,5 Minuten 1200
Wenn dieses Alkyläthersulfat durch Gemische dieser oberflächenaktiven Verbindung mit steigenden Mengen eines aus den Gesamtfettsäuren von Kokosöl erhaltenen primären ^ettamins ersetzt wird, werden die in der folgenden Tabelle genannten Ergebnisse erhalten.
Lauryläthersulfat Beispiel 8 100 95 90 85
Kokosölamin 0 5 10 15
Anfangskonsistenz 1400 2160 2720 3600
Halbwertzeit, Minuten 6,5 8 18,5 24
Konsistenz nach der HaIb-
wertzei t 1200 3600 5280 6000
Ein Gemisch aus 50 Teilen des in Beispiel 2 beschriebenen Alkylamidobetains und 50 Teilen eines Natriumalkylsulfosuccinamats, dessen Fettsäuregruppe aus Kokosöl stammt, ergibt in 0,2%iger Lösung in Stadtwasser von 37,6° französischer Härte einen Schaum mit folgenden Eigenschaften:
Anfangshöhe
Halbwertzeit
Anfangskonsistenz
150 mm
27 Minuten 2080
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Wenn in diesem Gemisch 50 Teile des Alkylsulfosuccinamats durch 45 Teile dieses Produkts und 5 Teile eines primären Fettamins, dessen hydrophobe Gruppe derjenigen der Gesamtsäuren von Kokosöl entspricht, ersetzt werden, wird unter den gleichen Bedingungen ein Schaum mit.folgenden Eigenschaften erhalten:
Anfangshöhe 140 mm
Halbwertzeit 2 , 5 Stunden
Anfangskonsistenz 4800
Beispiel 9
Ein Gemisch aus 75 Teilen des in Beispiel 2 beschriebenen Alkylamidobetains und 25 Teilen des in Beispiel 7 beschriebenen Natriumalkylsulfosuccinamats ergibt in 0,2%iger Lösung in Stadtwasser von 37,6° französischer Härte einen Schaum mit folgenden Eigenschaften:
Anfangshöhe 140 mm
Halbwertzeit 15 Minuten
Anfangskonsistenz 2960
Wenn in diesem Gemisch die 75 Teile des Alkylamidobetains durch 66 Teile dieses Betains und 9 Teile des gleichen primären Fettamins wie in Beispiel 7 ersetzt werden, wird unter den gleichen Bedingungen ein Schaum mit folgenden Eigenschaften erhalten:
Anfangshöhe 140 mm
Halbwertzeit 35 Minuten
Anfangskonsistenz über 8000
Wichtig ist die Feststellung, daß es durch Änderung der Anteile der drei Bestandteile der in den Beispielen 8 und 9 beschriebenen Gemische möglich ist, Schäume zu erhalten, deren Eigenschaften innerhalb der in diesen Beispielen genannten Grenzen, nämlich
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Halbwertzeit zwischen 27 Minuten und 2,5 Stunden und Anfangskonsistenz zwischen 4800 und 8000, eingestellt werden können, um die Qualität des Schaums an den vorgesehenen Verwendungszweck anzupassen.
_ Beispiel 10
Für gewisse technische Anwendungen sind Schäume erforderlich, die stabil und tragfähig sind. Ein Gemisch, das aus dem in Beispiel 2 beschriebenen Alkylamidobetain und, bezogen auf sein Gewicht, 5% eines Homopolysaccharids der Handslbezeichnung "Acfrigum CS6" erhalten worden ist, ergibt Schäume mit folgenden Eigenschaften:
Halbwertzeit 19 Minuten
Konsistenz 2320 (nach der HaIb-
wertzeit).
Wenn in diesem Gemisch das Alkylamidobetain durch ein Gemisch von 87 Teilen dieses Betains mit 13 Teilen Gesamtfettamin von Kokosöl ersetzt wird, werden Schäume mit folgenden Eigenschaften erhalten:
Halbwertzeit 2 Stunden
Konsistenz 5600 (nach der Halbwertzeit).
Die Erfindung umfaßt somit die Gemische, die aus oberflächenaktiven Verbindungen und Fettaminen mit dem Ziel gebildet werden, die Stabilität und die mechanischen Eigenschaften ihrer Schäume, wie sie vorstehend definiert wurden, zu verbessern, sowie den Zusatz der Fettamine zu den Lösungen der oberflächenaktiven Verbindungen mit dem gleichen Ziel.

Claims (5)

VON KREISLER SCHÖNWALD EISHOLD FUES voNKREiSLER keller selting werner29A158A PATENTANWÄLTE Dr.-lng. von Kreisler t 1973 Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln Dr.-lng. K. W. Eishold, Bad Soden Dr. J. F. Fues, Köln Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln Dipl.-Chem. Carola Keller, Köln Dipl.-Ing. G. Selting, Köln Dr. H.-K. Werner, Köln AvK/Ax DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF D-5000 KÖLN 1 12.Okt. 1979 SEPPIC S.A. Ίο, Avenue des Champs Elysees, Paris Patentansprüche
1) Verfahren zur Verbesserung der Eigenschaften von Schäumen, die durch Schäumen einer wässrigen Lösung eines anionaktiven oder amphoteren Tensids erhalten werden, dadurch gekennzeichnet, daß man die Gemische in Gegenwart von 2 bis 50 Gew.-% (bezogen auf das Gewicht des Tensids) eines Fettamins der Formel
R2
in der R.. ein Wasserstoff atom oder ein linearer oder verzweigter gesättigter C .-C.g-Alkylrest und R- ein linearer oder verzweigtet gesättigter C4-C1R-Alkylrest ist, schäumt.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Fettamine Stearylamine, Cetylamine, Myristylamine, Laurylamine, Decylamine, Octylamine, 2-Äthylhexylamine oder ihre Gemische verwendet, wie sie durch Aminierung der aus Kokosöl oder Palmöl erhaltenen Fettsäuren insgesamt oder nach Fraktionierunq erhalten werden.
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3) Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Fettamin aus Laurylamin und den Fettaminen auswählt, die aus Kokosölfettsäuren erhalten werden.
4) Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das Schäumen in Gegenwart eines Polymerisats, z.B. eines Polysaccharids, das für die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von wässrigen Schäumen von oberflächenaktiven Verbindungen bekannt ist, durchführt.
5) Schaummittel, die die Bildung von wässrigen Schäumen mit verbesserten Eigenschaften ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein anionaktives oder amphoteres Tensid und, bezogen auf das Tensid, 2 bis 50 Gew.-% eines Fettamids der Formel
^ Ri
in der R. ein Wasserstoffatom oder ein linearer oder verzweigter gesättigter C4-C. n-Alkylrest und R? ein linearer oder verzweigter gesättigter C.-C.g-Alkylrest ist, enthalten.
0 1f) f 1 0 / η 7 '? 9
DE19792941584 1978-10-17 1979-10-13 Verfahren zur verbesserung der eigenschaften von schaeumen und diese schaeume Granted DE2941584A1 (de)

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