DE4435954B4

DE4435954B4 - Antischaummittel für wässrige Systeme auf Basis von Isocarbonsäurealkylamiden

Info

Publication number: DE4435954B4
Application number: DE19944435954
Authority: DE
Inventors: Karl Heinz Dr. Jung; Wolfgang HÖHN; Gerhard Weich
Original assignee: Dr Th Boehme KG Chemie Fabrik GmbH and Co
Current assignee: Dystar Colours Distribution GmbH
Priority date: 1994-10-07
Filing date: 1994-10-07
Publication date: 2004-06-09
Anticipated expiration: 2014-10-08
Also published as: DE4435954A1

Abstract

Antischaummittel für wässrige Systeme zur Schaumdämpfung oder Schaumverhütung mit Isocarbonsäurealkylamiden der allgemeinen Formel

worin R ein verzweigter Alkylrest mit 6 bis 13 C-Atomen ist,
R' ein verzweigter oder linearer Alkylrest mit 8 bis 18 C-Atomen ist und
R'' entweder H oder R' sein kann,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Antischaummittel 10 bis 70 Gew.-% nichtionogene Emulgatoren enthält.

Description

Durch die vorliegende Erfindung werden Antischaummittel, die Isocarbonsäurealkylamide enthalten, bereitgestellt. Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung der Antischaummittel.
In vielen technologisch wichtigen Verfahren, die in wässrigem Medium ablaufen, werden grenzflächenaktive Substanzen (sogenannte Tenside) eingesetzt. Insbesondere zahlreiche Textilveredelungsschritte sind unabdingbar an den Einsatz grenzflächenaktiver Substanzen in Form ihrer wässrigen Lösung gebunden. Die Anwendungsbreite der den einzelnen Verfahren spezifisch angepaßten grenzflächenaktiven Stoffe umfaßt dabei die Vorbehandlung, Färbung, Avivierung, Ausrüstung und Hochveredelung natürlicher und synthetischer, textiler Fasern.
Diese technologisch vorteilhafte Wirkung von Tensiden weist jedoch auch einen nachteiligen Effekt auf: Die Verminderung der Oberflächenspannung des Wassers durch grenzflächenaktive Stoffe verleiht solchen Lösungen in den meisten Fällen ein enormes Schaumvermögen. Vor allem die heutzutage in der Textilveredelung eingesetzten schnellaufenden, teilweise nicht vollständig gefluteten Maschinen führen zu Schaumproblemen, die oftmals einen ungestörten Ablauf von Vorgängen empfindlich stören, teilweise sogar unmöglich machen.
Es hat daher nicht an Bemühungen gefehlt, der Entstehung von Schaumproblemen durch mehr oder weniger wirksame Schaumdämpfungs- oder Schaumverhütungsmittel entgegenzuwirken.
So finden z.B. Entschäumer auf Esterbasis, wie emulgierbare natürliche und synthetische Glyceride und Wachse, Verwendung. Infolge ihrer Anfälligkeit gegen Hydrolyse, insbesondere in heißen alkalischen Flotten, sind sie in der textilveredelnden Industrie aber nur bedingt einsetzbar.
Zu den effektivsten Antischaummitteln zählen dispergierbare Poly(dimethylsiloxane), kombiniert mit modifiziertem Siliciumdioxid, sowie Mineralöl-Amidwachs-Kombinationen. Neben der erwiesenen hohen Antischaumeffektivität zeigen derartige Entschäumer aber erhebliche anwendungstechnische bzw. abwasserökologische Nachteile: In den Arbeitsflotten kommt es infolge ungenügender Dispersionsstabilität der Poly(dimethylsiloxane) häufig zur Bildung gröberer Siliconöltröpfchen, die sich leicht auf dem in der Flotte befindlichen Textilgut ablagern und so zu qualitätsmindernden "Siliconflecken" führen. Darüberhinaus sind Silicone gegen den mikrobiologischen Abbau in Abwasserreinigungsanlagen praktisch resistent und werden bestenfalls durch Adsorption an die Belebtschlammflocke aus Abwässern eliminiert.
Mineralölentschäumer wiederum lassen sich leichter in stabile Emulsionsform bringen als Siliconöle, wodurch das Risiko einer Ölfleckenbildung auf dem Textilmaterial wesentlich geringer ist. Der Nachteil dieses Entschäumertyps ist darin zu sehen, daß durch sie nicht unerhebliche Mengen an Kohlenwasserstoffen in Abwässer eingebracht werden. Durch den Entwurf zum 38. Anhang der Abwasser-Rahmenverwaltungsschrift soll aber die Höchstgrenze für Direkteinleiter in Zukunft auf 10 mg/l und für Indirekteinleiter auf 20 mg/l Kohlenwasserstoffe festgesetzt werden.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, nach alternativen Antischaummitteln zu suchen, die bei hoher Entschäumeraktivität nicht die genannten Nachteile von Antischaummitteln auf Silicon-, Mineralöl- oder Ester-Basis aufweisen.
Überraschenderweise wurden nun in einer Kombination von Isocarbonsäurealkylamiden und nichtionogenen Emulgatoren wertvolle und überaus wirksame Antischaummittel gefunden. Das Isocarbonsäurealkylamid weist die folgende allgemeine Formel auf:
worin R einen verzweigten Alkylrest mit 6 – 13 C-Atomen bedeutet,
R' einen verzweigten oder linearen Alkylrest mit 8 – 18
C-Atomen bedeutet und
R'' entweder N oder R' sein kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann
R einen verzweigten Alkylrest mit 7 – 12 C-Atomen und
R' einen verzweigten oder linearen Alkylrest mit 8 – 13 C-Atomen bedeuten
und in einer bevorzugteren Ausführungsform kann
R einen verzweigten Alkylrest mit 8 C-Atomen und
R' einen verzweigten oder linearen Alkylrest mit 8 C-Atomen bedeuten.
Am stärksten bevorzugt sind Isononansäure-2-ethylhexylamid, Isotridecansäure-2-ethylhexylamid, Isooctansäure-2-ethylhexylamid oder ein Isooctansäure-i- und -n-tridecylamid-Gemisch.
Die Isocarbonsäureamide sind bei Raumtemperatur flüssig und insbesondere gut als wirksame Antischaummittel geeignet.
Es werden folglich erfindungsgemäß Antischaummittel bereitgestellt, die mindestens eine der vorstehend genannten Verbindungen enthalten, wobei der Begriff "Antischaummittel" sowohl Schaumdämpfungs- als auch Schaumverhütungsmittel umfaßt.
Die Antischaummittel können in Kombination mit silanhydrophobiertem Kieselsäureanhydrid eingesetzt werden.
Die Antischaummittel sind mit Hilfe der Emulgatoren in Wasser verteilbar und enthalten 10 – 70 Gew.-%, vorzugsweise 30 – 60 Gew.-%, an nichtionogenen Emulgatoren.
Bevorzugte nichtionogene Emulgatoren sind Oleylalkoholoxethylate und Rizinusöloxethylate.
Die Herstellung der Isocarbonsäure-i- und/oder -n-alkylamide erfolgt nach an sich bekannten Synthesemethoden, beispielsweise durch Kondensieren von Isocarbonsäuren mit primären oder sekundären i-und/oder n-Alkylaminen.
Die erfindungsgemäßen Antischaummittel können bei der Vorbehandlung, Färbung, Avivierung, Ausrüstung und Hochveredelung natürlicher und synthetischer textiler Fasern verwendet werden.
Beispiel 1: Isononansäure-2-ethylhexylamid
In einem Dreihalskolben – ausgestattet mit Rührer, Kontaktthermometer, Rückflußkühler und Stickstoffzuführungsrohr – werden 53,60 g (0,333 Mol) Isononansäure bei Raumtemperatur mit 52,5 g (0,406 Mol) 2-Ethlyhexylamin unter Rühren vermischt, wobei eine exotherme Reaktion unter Temperaturanstieg auf etwa 80° C eintritt. Unter schwachem Einleiten von Stickstoff in das Reaktionsgefäß heizt man den Inhalt bis auf etwa 155° C, wobei allmählich zunehmende Mengen an Reaktionswasser am Rückflußkühler kondensieren. Wenn nach ca. 3 Stunden die Temperatur des Reaktionsgemisches trotz Heizens bis auf etwa 128° C gesunken ist, schaltet man zwischen den Rückflußkühler und den Reaktionskolben einen Wasserabscheider und destilliert das Reaktionswasser ab. Im Verlaufe von ca. 4 Stunden steigert man die Temperatur der Reaktionsmischung bis auf 230° C, was die Ansammlung von 6,1 ml Wasser im Abscheiden zur Folge hat. (Durch eine geeignete Maßnahme sorgt man dafür, daß eventuell mit dem Wasser überdestilliertes 2-Ethylhexylamin während der Reaktionszeit in den Kolben zurückgeführt wird).
Nach dem Abkühlen des Reaktionsgutes auf rund 30° C bestimmt man an einer Probe die Säurezahl. Sie soll < 4 mg KOH/g betragen.
Anschließend fügt man dem rohen Säureamid 5,0 g Essigsäure (99,8 %) sowie ca. 50 ml weiches Wasser hinzu, rührt die Mischung 15 Minuten lang und überführt sie dann in einen Scheidetrichter. Nach 2 – 4 Stunden liegen 2 Phasen vor. Die untere Phase, welche überschüssiges 2-Ethylhexylamin als Acetat in wässeriger Lösung enthält, wird abgetrennt, die obere Phase in ein Becherglas gegossen und anschließend unter Rühren solange erwärmt, bis ein in die Flüssigkeit getauchtes Thermometer 120°C anzeigt.
Es resultiert praktisch wasserfreies, klares, gelbes Isononansäure-2-ethylhexylamid, das nur noch geringe Mengen an freier Isononansäure enthält und für den erfindungsgemäßen Einsatz ausreichend rein ist. Ausbeute: nahezu 100 %, ber. aufgrund der Menge an abgespaltenem Reaktionswasser.
Beispiel 2: Isotridecansäure-2-ethylhexylamid
Gemäß der Verfahrensweise des Beispiels 1 werden 214,3 g (1,0 Mol) Isotridecansäure mit 155,2 g (1,2 Mol) 2-Ethylhexylamin umgesetzt. Nach 12 Stunden, vom Beginn der Destillation des Reaktionswassers (17,5 ml) an gerechnet, weist das Reaktionsprodukt eine Säurezahl von < 6 mg KOH/g auf. Die Aufarbeitung analog zu Beispiel 1 liefert klares, gelbes Isotridecansäure-2-ethylhexylamid von für die erfindungsgemäße Anwendung genügender Reinheit. Ausbeute: 97 %, ber. aufgrund der Menge an abgespaltenem Reaktionswasser.
Beispiel 3: Isooctansäure-2-ethylhexylamid
Unter den Reaktionsbedingungen des Beispiels 1 werden 144,2 g (1,0 Mol) Isooctansäure mit 155,2 g (1,2 Mol) 2-Ethylhexylamin kondensiert.
Nach 8-stündiger Reaktionsdauer, vom Beginn der Destillation des Reaktionswassers (15 ml) an gerechnet, zeigt das Reaktionsgut eine Säurezahl von rund 5 mg KOH/g. Nach entsprechender Reinigung liegt das erhaltene Isooctansäure-2-ethylhexylamid als klare, rotgelbe Flüssigkeit von technischer Reinheit vor. Ausbeute: 81 %, ber. aufgrund der Menge an abgespaltenem Reaktionswasser.
Beispiel 4: Isooctansäure-i-und n-tridecylamid
144,2 g (1,0 Mol) Isooctansäure und 239,3 g (1,2 Mol) Tridecylamin (i- und n-Isomerengemisch) kondensieren unter den Verfahrensbedingungen des Beispiels 1 zu rohem Isooctansäure-i- und n-tridecylamid (SZ 3,4 mg KOH/g). In 8 Stunden werden 17,5 ml Reaktionswasser gebildet. Die Aufarbeitung entsprechend Beispiel 1 liefert ein klares, rotgelbes Produkt von hinreichender Reinheit. Ausbeute: 97 %, ber. aufgrund der Menge an abgespaltenem Reaktionswasser.
Aus den gemäß den Beispielen 1 – 4 erhältlichen Isocarbonsäure-i- und/oder n-alkylamiden werden die erfindungsgemäßen Antischaummittel 1', 1'', 2', 3' und 4' nach der folgenden Vorschrift zubereitet:

(a) Jeweils 44,3 g Isocarbonsäure-i- und/oder n-alkylamid werden in einem offenen Gefäß, ausgestattet mit Rührer, Heizmöglichkeit und Thermometer, mit einer Temperatur von 30 – 35° C vorgelegt. Unter Aufrechterhaltung der vorgenannten Temperatur werden der Reihe nach 13,8 g oxethylierter Oleylalkohol (JZ ca. 60) 26,2 g oxethyliertes Ricinusöl sowie 13,2 g Butyldiglykol bis zum Vorliegen eines klaren, gelben Öles eingerührt.
(b) Im Falle der Zubereitung der Antischaummittel 1'', 2', 3' und 4' werden in die nach (a) erhaltene Mischung zusätzlich 2 g handelsübliches hydrophobiertes Kieselsäureanhydrid homogen eindispergiert. Die Antischaummittel 1", 2', 3', 4' sind gelbe, opal-trübe, ölige Flüssigkeiten, die einen Viskositätsbereich von 200 – 400 mPas (20° C) aufweisen.

ENTSCHÄUMER E ist ein Handelsprodukt (ATB^R-ENTSCHÄUMER SMF), auf der Basis eines nichtionogen emulgierten Carbonsäureesters.
ENTSCHÄUMER M ist ein ebenfalls nichtionogener Entschäumer auf Mineralölbasis (ATB^R-ENTSCHÄUMER OS).
Das als Schäumen eingesetzte CL-I-Sulfat ist ein C_12–18-Alkylpolylglykolethersulfat (Na-Salz).
Die Tabellen 1 – IV demonstrieren die Wirksamkeit der efindungsgemäßen Antischaummittel 1', 1'', 2', 3', 4' im Vergleich mit einem handelsüblichen Entschäumer auf Esterbasis (E) bzw. auf Mineralölbasis (M) unter Bedingungen, wie sie in der gegenüber Schaumproblemen besonders empfindlichen Textilfärberei üblich sind.
Schaumprüfungen, Tabelle I (sauer)
Schaumprüfungen, Tabelle II (sauer)
Schaumprüfungen, Tabelle III (reaktiv)
Schaumprüfungen, Tabelle IV (reaktiv)

Claims

Antischaummittel für wässrige Systeme zur Schaumdämpfung oder Schaumverhütung mit Isocarbonsäurealkylamiden der allgemeinen Formel
worin R ein verzweigter Alkylrest mit 6 bis 13 C-Atomen ist, R' ein verzweigter oder linearer Alkylrest mit 8 bis 18 C-Atomen ist und R'' entweder H oder R' sein kann, dadurch gekennzeichnet, daß das Antischaummittel 10 bis 70 Gew.-% nichtionogene Emulgatoren enthält.
Antischaummittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es 30 bis 60 Gew.-% nichtionogene Emulgatoren enthält.
Antischaummittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin hydrophobiertes Kieselsäureanhydrid enthält.
Antischaummittel, nach einem der Ansprüche 1 – 3, dadurch gekennzeichnet, daß als nichtionogene Emulgatoren oxethylierter Oleylalkohol und/oder oxethyliertes Rizinusöl verwendet werden.
Antischaummittel nach einem der Ansprüche 1 – 4, dadurch gekennzeichnet, daß es in Wasser dispergierbar ist.
Verwendung eines Antischaummittels nach einem der Ansprüche 1 bis 5 bei der Vorbehandlung, Färbung, Avivierung, Ausrüstung und Hochveredelung natürlicher und synthetischer Textilfasern.