DE4314749A1

DE4314749A1 - Verfahren zur Verdickung von Wasser

Info

Publication number: DE4314749A1
Application number: DE19934314749
Authority: DE
Inventors: Juergen Buil; Gernot Dr Loehnert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-05-05
Filing date: 1993-05-05
Publication date: 1994-11-10

Description

Die Verdickung von Wasser ist in der Technik erforderlich, um die vorteilhaften Eigenschaften des Wassers als flüssiges Medium, nämlich seine nicht gegebene Toxizität, seine gute Verfügbarkeit, seine breite Verträglichkeit oder Preiswürdig keit mit in der Technik häufig geforderten Eigenschaften, wie kontrolliertes Verlaufen, Haftung an Oberflächen, Aufnahme möglichkeit für lösliche oder nicht lösliche Stoffe (z. B. Schmutztragevermögen) zu verbinden.

Die dauerhafte, und zeitlich sowie der Stärke nach exakt kontrollierbare Verdickung von Wasser mit nur geringen Zusatzmengen an Hilfsmitteln ist jedoch problematisch, wie z. B. in der PCT/DE 92 00 070 näher erläutert. Organische Verdickungsmittel, wie Gums oder synthetische, wasserlösliche Hochpolymere haben Nachteile der schlechten Haltbarkeit in verdünnter Lösung in Wasser sowie teilweise schlechter Handhabbarkeit (z. B. klebende oder fädenziehende Eigen schaft), anorganische Gelbildner wie Bentonit oder Kiesel säure werden zumeist in höheren Konzentrationen benötigt, oder zeigen, wie insbesondere von der Kieselsäure bekannt, ein nur schwierig zeitlich kontrollierbares Verhalten. Durch Vergelung von unstabilisierten Kieselsolen hergestellte Kieselgele scheiden nach der Vergelung Wasser aus (Synärese) und schrumpfen in diesem Synäresewasser unter Verhärtung. Nach Trocknung sind die verhärteten Rückstände schwer von Flächen zu entfernen.

Wegen ihrer breiten Verträglichkeit findet z. B. die hochdi sperse amorphe, synthetische Kieselsäure als Verdickungsmit tel in organischen, hydrophoben Flüssigkeiten Verwendung, dagegen ist sie in niedriger Konzentration in Wasser als Verdickungsmittel nicht geeignet, da man wesentlich mehr als 10% zur Erzielung von nutzbaren Verdickungswirkungen benötigt, wobei sich die so verdickten Aufschlämmungen auch stark thixotrop verhalten, d. h. für bestimmte Verwendungen, in denen es auf Stabilität gegenüber Scherung ankommt, nicht einsetzbar sind.

R. K. Iler berichtet z. B. in "The Chemistry of Silica" Wiley, New York 1979, S. 336, daß Dispersionen von pyrogen eingestellter Kieselsäure in wäßriger Lösung Sole bilden, welche keine starken Gele bilden, und daher als anorganische Binder nur geringen Nutzen haben.

In der vorliegenden Erfindung wurde dagegen gefunden, daß niedrig konzentrierte Kieselsole, z. B. Aufschlämmungen von 2-5% an pyrogener Kieselsäure in Wasser, mit einem sehr geringen Zusatz von nur 0,1-0,5% an Poly(N-vinyl-2- pyrrolidon) (PVP) zur momentanen, haltbaren und gegen Schereinflüsse stabilen Verdickung gebracht werden können. Es ist sogar eine deutliche Rheopexie zu beobachten, wenn die Kieselsäure in Wasser dispergiert vorliegt, und durch Zugabe des PVP bei Rührverfahren ohne Schereinfluß (Glasstab) eine mäßige Verdickung, danach aber durch Anwendung eines höher tourigen elektrischen Rührstabs (800-1600 U/min) eine weitere deutliche Verdickungsverstärkung erzielt wird.

Wie die pyrogene Kieselsäure ist das PVP dabei eine sehr breit verträgliche organische Verbindung ohne manchmal unerwünschte Nebeneffekte (wie z. B. tensioaktiver, schaumbildender oder gewässertoxischer Wirkung), was in den Verwendungen bei Feuerlöschmitteln, Bohrflüssigkeiten, oder als Träger von Reinigungsmitteln von nicht unerheblichem Vorteil ist.

Die so hergestellte verdickte Aufschlämmung synthetischer, amorpher Kieselsäure von niedriger Konzentration in Wasser ("verdicktes Wasser") kann z. B. mit sehr gutem Erfolg als Löschmittel für Brände der Klasse A (insbesondere bei schwer löschbaren Bränden von Reifen oder anderen Kunststoffen) verwendet werden, da sie auch an hydrophoben oder heißen Flächen gut haftet und somit die Vorhaltung von ungewöhnlich großen Wassermengen an horizontalen, vertikalen oder sogar nach unten weisenden Flächen dieser Art ermöglicht, sie eignet sich zum Beispiel als Bohrspülflüssigkeit, weil sie bei hohen Druck- und Temperaturbedingungen Scherstabilität zeigt und sie hat einen Nutzen als Träger für Reinigungsmit tel, wie z. B. Entkalkungsmittel, in die sich z. B. organi sche Säuren wie Zitronen- oder Äpfelsäure einformulieren lassen.

Des weiteren ist ihre Verwendung als hydrostatisches Medium für Wasserbett-Matratzen, Füllung von Sitzkissen mit dem Vorteil der Ausschaltung der Wellenreflexion, oder aufgrund der guten Verträglichkeit mit Kältemischungskomponenten sogar in höheren Konzentrationen (Zucker, Glykole, Glycerin, oder organische und anorganische Salze) als flüssiger Speicher für Kühlkissen, Kühlakkus oder Kühlbeutel verwendbar. Durch die haltbare Verdickung ist weiterhin die Aufnahme und das in der Schwebe halten von sedimentierbaren mineralischen, oder organischen Stoffen, auch Proteinen möglich, für analytische, aber auch synthetisch-präparative Zwecke, wie die Stofftren nung.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung näher, ohne sie einzuschränken:

Beispiel 1

Eine Aufschlämmung von 150 g pyrogener Kieselsäure (Aerosil 200, reg. Wz. Fa. Degussa) in 4850 ml Wasser wird mit 10 g an Poly(N-vinyl-2-pyrrolidon) (Sokalan HP 50 oder HP 53, reg. Wz. Fa. BASF), versetzt, und mit einem Glasstab umgerührt. Dabei tritt eine leichte Viskositätssteigerung ein, welche sich in einer Auslaufzeit im Becher nach DIN 53 211 von 9 sec. (ohne Sokalan) auf 20 sec. (mit Sokalan) ausdrückt. Schert man die Mischung anschließend nur kurz (1 sec.) mit einem Rührstab (Philips Elektroquirl, 800/1600 U/min, Durchmesser des Schermessers 4 cm), so erhöht sich die Viskosität auf einen Wert, bei dem eine pastenförmige, an Wänden stark schichtbildende Konsistenz entsteht, welche im Konus des Auslaufbechers hängen bleibt und somit eine Bestim mung der Viskosität im Becher nicht mehr möglich macht. Die Mischung zeigt eine sehr gute Haltbarkeit der Homogenität, Haftung an Oberflächen, wie an Polyethylen, Glas, Metall sowie andauernde Stabilität gegenüber Scherung selbst bei 95°C. Sie ist dennoch sehr gut mit gebräuchlichen Feuerlösch geräten, Pflanzenschutzmitteldruckspritzen oder auch durch Sprühdüsen verspritzbar. Die Mischung zeigt eine sehr stark verzögerte Abgabe von Wasser bei direktem Kontakt mit saugenden Substraten wie z. B. Erdreich.

Dies ist von Vorteil bei Verwendung des so verdickten Wassers zum Löschen von Bränden in Mülldeponien, da eine gezielte Plazierung durch Injektion des Löschmittels ohne wesentliche unkontrollierte Penetration möglich ist. Unverdicktes Wasser penetriert dagegen rasch und nicht kontrollierbar und geht als Löschmittel so schnell aus den brandgefährdeten Zonen verloren.

Beispiel 2

Eine Menge von 30 g pyrogener Kieselsäure wird mit 500 ml Wasser und 470 g einer Lösung von Sorbitsirup (70% in Wasser) vermischt. Durch Zugabe von 2 g an Poly(N-vinyl-2- pyrrolidon) und Mischung mit einem Elektroquirl bei 800 U/min erhält man eine gießfähige Paste, welche als Füllung für Kühlbeutel verwendet wird. Die Masse ist bei -20°C noch ausreichend duktil. Sie kann häufigen Einfrier- und Auftauzy klen unterworfen und somit mehrfach wiederverwendet werden. Sie läßt sich leicht bei Bedarf in andere Behälter umfüllen.

Beispiel 3

Bei einer wie in Beispiel 1 beschriebenen Aufschlämmung von 180 g an pyrogener Kieselsäure werden 3180 ml Wasser und 2640 g einer 70%ige Kaliumlactatlösung verwendet. Durch Zugabe von 12 g an Poly(N-vinyl-2-pyrrolidon) und Mischung mit einem Elektroquirl bei 800 U/min wird eine gieß- und spritzfähige Paste erhalten, welche ihre Gießfähigkeit und Verspritzbar keit mit Handfeuerlöschern (6 l Gerät nach EN) auch bei -30°C behält. Diese Mischung eignet sich zur Feuerbekämpfung bei tiefen Temperaturen.

Beispiel 4

Eine verdickte Aufschlämmung von pyrogener Kieselsäure wie in Beispiel 1 wird mit 2% an Citronen- oder Wein- oder Apfelsäure versetzt und 500 ml dieses Gemisches zur Reinigung verkalkter Stein- und Kunststoff-Flächen eingesetzt. Durch die anhaftende Wirkung wird eine gründliche, materialsparende Reinigung der verkalkten Flächen erreicht.

Claims

Verfahren zur raschen und dauerhaften Verdickung von Wasser und Verwendung solch verdickten Wassers, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Aufschlämmung von 1-9%, vorzugsweise 2-5% an amorpher, synthetischer Kieselsäure in Wasser mit 0,1-1,5% an Poly(N-vinyl-2-pyrrolidon) unter Umrühren versetzt.