DE2941584C2 - - Google Patents
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Description
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.
Oberflächenaktiven Verbindungen haben bekanntlich in
Lösung besondee 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
Verwendung der Schäume als Schutzmittel gegen Frühjahrsfrostschäden an Bäumen und Kulturen.
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
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 oberflächenaktiven
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.
Fettalkohole und Fettalkylolamide, eine günstige
Wirkung auf die Struktur der dünnen Lamellen haben.
Durch Zusatz 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 Diäthanolamin 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 Ergebnisse
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 Elatizität und Plastizität
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 Herstelllung
des Schaums anionaktive oder amphotere oberflächenaktive
Verbindungen, d. h. oberflächenaktive Verbindungen,
die eine gewisse Anzahl von anionischen Funktionen,
z. B. Carboxylat-, Sulfat-, Sulfonat- oder Phosphatfunktionen
enthalten, verwendet.
Gemäß der Erfindung wurde gefunden, daß durch Zusatz
von Fettaminen zu den wäßrigen Lösungen von oberflächenaktiven
Verbindungen die Struktur der Oberflächenfilme
und der dünnen Lamellen der Schäume vollständig
verändert wird, wobei den Schäumen Steifheit und Stabilität
verliehen und ihre Elastizität und Plastizität
erhöht werden.
Für die Zwecke der Erfindung vorgesehene
Amine sind Stearylamin, Cetylamin,
Myristylamin, Laurylamin
oder Gemische, die
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 oberflächenaktive
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
werden, handelt. Durch Verwendung von ungesättigten
Fettaminen oder Ätheraminen werden keine interressanten
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 rheeologischen
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.
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/l) oder
zweiwertigen Ionen (35 g/l MgCl₂ · 6 H₂O und 5 g/l CaCl₂)
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 folgende Beispiele weiter
erläutert.
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.
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.
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.
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 primärem Laurylamin hergestellt worden
ist, ergibt unter den gleichen Bedingungen einen Schaum
mit folgenden Eigenschaften:
Halbwertzeit | |
16 Minuten | |
Konsistenz nach 16 Minuten | 4240 |
Ein Ammoniumalkylsulfat, hergestellt aus natürlichem
Laurinalkohol, der durch Destillation von Kokosölalkoholen
erhalten worden ist und etwa 70% Laurinalkohol
und 30% Myristinalkohol enthält, 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.
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.
Ein aus synthetischem C₁₂-C₁₄-Alkohol hergestelltes
Monoisopropanolaminalkylsulfat ergibt in 0,2%iger
Lösung in Stadtwasser von 37,6° französischer Härte
einen Schaum mit folgenden Eigenschaften:
Anfangskonsistenz | |
2560 | |
Halbwertzeit | 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.
Ein Natriumalkyläthersulfat, das aus einem aus 70%
C₁₂ und 30% C₁₄ bestehenden Schnitt von natürlichem
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 Fettamins ersetzt wird, werden die in der
folgenden Tabelle genannten Ergebnisse erhalten.
Ein Gemisch aus 50 Teilen des in Beispiel 2 beschriebenen
Alkylamidobetains und 50 Teilen eines Natriumalkyl
sulfosuccinamats, dessen Fettsäuregruppe aus
Kokosöl stammt, ergibt in 0,2%iger Lösung in Stadtwasser
von 37,6° französischer Härte einen Schaum mit folgenden
Eigenschaften:
Anfangshöhe|150 mm | |
Halbwertzeit | 27 Minuten |
Anfangskonsistenz | 2080 |
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 |
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
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.
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
erhalten worden ist, ergibt Schäume mit folgenden Eigenschaften:
Halbwertzeit | |
19 Minuten | |
Konsistenz | 2320 (nach der Halbwertzeit). |
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 (2)
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
in Gegenwart von 2 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das
Gewicht des Tensids, Stearylamin, Cetylamin, Myristylamin,
Laurylamin, oder Gemische, die
durch Aminierung der aus Kokosöl oder Palmöl
erhaltenen Fettsäuren insgesamt oder nach Fraktionierung
erhalten werden, schäumt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man das Schäumen in Gegenwart
durchführt.
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