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Verfahren zur Herstellung von Überzugs-, Imprägnierungs- oder plastischen
Massen Die Erfindung bezieht sich auf ein Produkt, das benutzt werden kann, um es
auf einer Fläche als Überzug anzubringen, insbesondere in Form von Überzügen, die
im allgemeinen als Farben oder Firnisse bezeichnet werden. Die damit erhaltenen
Überzüge sind frei von organischen Stoffen, außer wenn sie organische Pigmente enthalten.
Das Produkt ist auch zum Imprägnieren von anderen Stoffen verwendbar, um sie zu
verstärken, zu versteifen, zu appretieren oder zu konservieren, z. B. zum Versteifen
von Textilgeweben oder zur Konservierung von Steinen. Man kann die Produkte auch
mit anderen Stoffen mischen, um plastische Massen herzustellen, und sie zu anderen
ähnlichen Zwecken verwenden.
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Das Produkt besteht aus einer in der nachstehend beschriebenen Weise
hergestellten Lösung von Kieselsäureanhydrid in einem nichtwäßrigen Lösungsmittel
oder einer Mischung solcher Lösungsmittel, oder es enthält eine derartige Lösung.
Es hat sich ergeben, daß eine solche Lösung zweckmäßiger als eine wäßrige oder eine
wäßrig-alkoholische Lösung für die angegebenen Zwecke ist, besonders zur Herstellung
einer als Überzug geeigneten zusammenhängenden Schicht von Kieselsäureanhvdrid.
Die Kieselsäureanhydridlösung wird hergestellt, indem man einen Kieselsäureester
und Wasser in Gegenwart eines Lösungsmittels für den Ester zur Reaktion bringt,
das Wasser in Lösung oder Suspension zu halten vermag. Dieses Lösungsmittel kann
indessen das für die Reaktion erforderliche Wasser oder einen Teil davon enthalten.
Die Menge des Wassers darf diejenige nicht überschreiten, die notwendig ist, um
den Ester in den entsprechenden Alkohol und Kieselsäureanhydrid umzuwandeln. Daher
muß ein Alkohol stets ein Bestandteil der erhaltenen Kieselsäureanhydridlösung sein,
obwohl das benutzte Lösungsmittel nicht notwendigerweise ein Alkohol ist, da auch
Ketone, z. B. Aceton, Toluol und andere nichtwäßrige Lösungsmittel benutzt werden
können.
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Der Ausdruck Kieselsäureester schließt jedes beliebige Alkylsilikat
oder kondensierte Allylsilikat ein, z. B. Tetraäthylsilikat, HexaäthyIsilikat oder
Mischungen daraus.
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Der tlthylester der Kieselsäure oder die bei der bekannten Darstellungsweise
erhaltene Mischung von Äthylestern der Kieselsäure wird als Ausgangsstoff bevorzugt.
Indessen können auch andere Alkylester der Kieselsäure, z. B. der Methyl- oder Butylester
oder eine Mischung daraus, benutzt werden,
Wenn die Menge des zur
Reaktion benutzten Wassers den zulässigen Höchstbetrag erreicht, so erhält man eine
Lösung, die im Laufe der Zeit zu einem Gel abbindet, das frei von Wasser und von
Ester ist. Es dauert einige Zeit, ehe die Reaktion als vollständig angesehen werden
kann.
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In vielen Fällen ist es indessen vorteilhaft, besonders wenn die Lösung
als Malmittel benutzt werden soll, daß sie unzersetzte Ester enthält, d. h. die
benutzte Wassermenge soll dann geringer sein als die zur Zersetzung des Esters erforderliche.
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Die Lösung, die man der Bequemlichkeit halber als Grundstoff bezeichnen
kann, bildet, gleichgültig ob sie unzersetzte Kieselsäureester enthält oder nicht,
eine mehr oder weniger viskose Flüssigkeit, die die Eigenschaft hat, daß sie, wenn
sie der Außenluft ausgesetzt ist, ganz oder teilweise trocknet und in eine Form
des Kieselsäureanhydrids übergeht. Man kann so den Grundstoff auf eine der Außenluft
ausgesetzte Fläche bringen und trocknen oder abbinden lassen, um einen Überzug nach
Art eines Firnisses oder einer Überzugsschicht zu bilden, oder man kann ihn vor
dem Auftragen mit Pigmenten mischen, so daß er eine Farbe liefert. Man kann auch
den Grundstoff von einem Textilgewebe aufsaugen und trocknen lassen, um das Gewebe
zu versteifen oder zu appretieren oder um es weniger entflammbar zu machen. Da der
Grundstoff von vielen Baustoffen leicht aufgesaugt wird, kann man ihn auf Stein-
oder Ziegelmauerwerk, Holzwerk u. dgl. bringen, um dieses zu konservieren. Der Grundstoff
ist auch als Klebmittel brauchbar.
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Es hat sich ferner ergeben, daß die in der beschriebenen Weise hergestellte
Kieselsäureanhydridlösung in ihrem ursprünglichen Zustand oder nach Verdünnung mit
einem geeigneten flüchtigen Lösungsmittel, wie Alkohol oder Aceton, mit einem oder
mehreren Stoffen gemischt werden kann, die den Zweck haben, die Geschwindigkeit
des Trocknens oder Abbindens zu regeln. Beispielsweise kann man die Lösung mit einem
nicht flüchtigen oder schwer flüchtigen Lösungs- oder Erweichungsmittel mischen,
das in dem getrockneten Produkt für eine lange oder kurze Zeit bei dem Kieselsäureanhydrid
bleibt, z. B. Kohlenstofftetrachlorid, Terpentin, Bromnaphthalin, fettem Ölen, insbesondere
Tun,-öl, Schellack, löslichen synthetischen Harzen, ätherischen ölen, wie Kassiaöl
o. dgl. Die Lösung kann als Mittel zur Verbesserung der Eigenschaften eines solchen
Zusatzes für seinen normalen Zweck wirken, z. B. indem sie die Trocknungsgeschwindigkeit
einer Ölfarbe vermehrt. In anderen Fällen kann die Lösung als Versteifungsmittel
oder zur Verminderung der Entflammbarkeit dienen, z. B. wenn sie zu einem Nitrocelluloselack
zugesetzt ist.
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Da eine durch Mischen gewisser Pigmente mit der vorliegenden Lösung
hergestellte Farbe die Neigung hat, in kurzer Zeit abzubinden, hat sich ferner ergeben,
daß im allgemeinen vorzuziehen ist, dem Maler sowohl das mit einem das normale Abbinden
der Lösung nicht störenden Lösungsmittel gemischte Pigment als die Lösung zu liefern,
so daß diese beiden Bestandteile zur Zeit des Gebrauchs gemischt werden können.
Geeignete Lösungsmittel dieser Art sind Cyclohexanol, Glykol oder Tetrahydronaphthalin.
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Ein geeignetes Verfahren zur Herstellung des Grundstoffs besteht darin,
daß man einen Kieselsäureester mit einem Lösungsmittel oder einem Lösungsmittelgemisch
mischt, das fähig ist, Wasser in Lösung oder Dispersion aufzunehmen, beispielsweise
durch Methylalkohol, denaturiertem Spiritus oder einer anderen Form von Alkohol
oder Aceton, wobei die Menge des so mit dem Ester in Berührung gebrachten Wassers
derart bemessen wird, daß die Masse nach Vollendung der Reaktion kein freies Wasser
enthält. Natürlich kann eine Wassermenge verwendet werden, die weniger als die zur
Erfüllung dieser Bedingung notwendige beträgt.
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Wenn der Grundstoff als Malmittel benutzt wird, so ist für viele Zwecke
nur nötig, dem Mittel ein geeignetes Pigment oder auch einen Stoff einzuverleiben,
der nicht ein Pigment im strengen Sinne ist, z. B. gepulverten Steatit, natürliches
Steinpulver oder Glas.
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Wenn man den Grundstoff zum künstlerischen oder gewerblichen Malen
benutzt, müssen zur Erzielung der besten Ergebnisse gewisse Bedingungen beachtet
werden. Im allgemeinen ist Alkohol das beste Lösungsmittel, und die Mengen von Ester,
Alkohol und Wasser, die zur Herstellung des Grundstoffs innerhalb der durch die
Erfindung vorgeschriebenen Grenzen zusammengemischt werden, ,können erheblich verändert
werden.
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Nachstehend werden Beispiele zur Herstellung von Farben mit diesem
Grundstoff gegeben. Es muß aber festgestellt werden, daß verschiedene Muster eines
unter dem gleichen Namen im Handel befindlichen Pigments Unterschiede in ihrem Verhalten
gegen den Grundstoff zeigen, so daß im allgemeinen ein Vorversuch notwendig ist,
um festzustellen, ob ein gegebenes Muster eines Pigments eine brauchbare Farbe liefert.
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Ein geeignetes Gemisch von Äthylsilikaten zur Verwendung gemäß der
Erfindung wird durch Einwirkung von 43 bis 1,5 Volumenteilen Alkohol von etwa 95
% auf r Volumenteil
Siliciumtetrachlorid hergestellt. Gleiche Volumen
der Flüssigkeiten werden unter Umrühren zusammengebracht, vorzugsweise indem man
einen Strom von Spiritus mit einem Strom von Siliciumtetrachlorid sich mischen läßt.
Der Rest des Alkohols, d. h. o,3 bis o,5 Volumen, wird dann ebenfalls unter Umrühren
hinzugefügt. Es ist zweckmäßig, die Mischung gleicher Volumen vor diesem weiteren
Zusatz zu erhitzen, wobei das Umrühren fortgesetzt wird, so daß das Entweichen des
in Lösung befindlichen Chlorwasserstoffgases erleichtert wird.
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Nach dem Zumischen des zugesetzten Alkohols, das bei gewöhnlicher
Temperatur erfolgt, wird die Temperatur der Flüssigkeit auf etwa ioo° C gesteigert,
und es wird ein Strom trockener Luft hindurchgeleitet. Dies hat den Zweck, Spuren
von Chlorwasserstoffsäure und auch von Chlorestern, die wahrscheinlich in geringen
Mengen anwesend sind, endgültig zu beseitigen. Schließlich wird die Flüssigkeit
mit irgendeiner Form aktiven Kohlenstoffs behandelt, der dann durch Filtration entfernt
wird.
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Die Anwendung eines solchen Estergemisches zur Herstellung von Firnissen
und Farben wird durch die folgenden Beispiele erläutert, zu denen zu bemerken ist,
daß bei der Herstellung einer Lösung durch Mischen des Estergemisches mit dem Gemisch
von Wasser und Lösungsmittel die Ester allmählich zu der Mischung von Wasser und
Lösungsmittel zugesetzt werden müssen, aber nicht umgekehrt. Beispiel 1 315 1 der
Estermischung werden allmählich unter Umrühren zu 5o,7 1 Wasser, gelöst in 1351
Alkohol von 940/" hinzugefügt. Die Mischung, die sich zuerst in zwei Schichten scheidet,
wird umgerührt, bis eine gleichförmige Lösung erhalten wird. Zu der so erlialtenen
Lösung werden weitere .25o l des Estergemisches hinzugefügt, wodurch man eine als
Firnis verwendbare Lösung erhält, die weiterhin als Grundlösung bezeichnet werden
soll. Beispiel e 315 1 des Estergemisches werden unter Umrühren zu 58,3 1 Wasser
hinzugefügt, die in 1351 eines Lösungsmittels gelöst sind, das aus 8o °/o Alkohol
von 94 °% und 2o °/o Aceton besteht. Die Mischung wird dann wie nach Beispiel i
behandelt, und zu der erhaltenen Lösung werden weitere 25o 1 des Estergemisclies
zugesetzt. Die Lösung ist als Firnis geeignet und kann als Äquivalent der Lösung
nach Beispiel i benutzt werden. Beispiel 3 44o kg Titanoxydpigmentwerden mit 315
1 des Estergemisches vermahlen, und der so gebildete Brei wird an Stelle der 3151
des Estergemisches bei der Arbeitsweise nach Beispiel i oder 2 benutzt, um eine
Farbe herzustellen. Beispiel d. 440 kg Titanoxv dpigment werden wie nach Beispiel
3 mit 3r51 des Estergemisches vermahlen, und der so gebildete Brei wird unter Umrühren
zu 50,71 -\'Vasser, gelöst in 1351 Alkohol von 9.t % wie nach Beispiel i,
oder zu einem Lösungsmittelgemisch wie nach Beispiel2 hinzugefügt.
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Zu der so erhaltenen Lösung wird ein Brei hinzugefügt, der aus 25o
1 des Estergemisches und 35o kg oder einer anderen gewünschten Menge Ultramarinblau
oder eines anderen Farbstoffs besteht. Der so erhaltene Brei wird durch Zusatz einer
weiteren Meng,: von Grundlösung mit oder ohne weiteren Zusatz eines nichtwäßrigen
Lösungsmittels verdünnt. Beispiel s 7 kg rotes Eisenoxydpigment werden mit
io kg nach Beispiel i hergestellter Grundlösung vermahlen, um eine Farbe herzustellen.
Beispiel 6 Zu 17 5 kg fein gepulverten Glases oder eines anderen geeigneten physikalisch
ähnlichen Stoffes werden ioo 1 nach Beispiel i hergestellter Grundlösung hinzugefügt,
um ein Grundiermittel zum Malen herzustellen. Die Mischung hat die Form eines Breies
und ist auch als Kitt oder Mörtel oder als Bindemittel zur Herstellung von Verbindungen
in Mauerwerk: oder zum Abputzen verwendbar. Beispiel? 319 kg Tetrabutylsilikat werden
unter Umrühren zu 541 Wasser, gelöst in Zoo 1 Aceton, zugesetzt. Die Mischung, die
sich in zwei Schichten trennt, wird umgerührt, bis eine gleichförmige Lösung erhalten
wird. Zu der so erhaltenen Lösung werden weitere 252 kg Tetrabutylsilikat zugesetzt,
um einen Firnis herzustellen. Die nach diesem Beispiel erhaltene Lösung kann mit
577 kg Titanoxy dpigment gemischt werden, um eine Farbe herzustellen. Beispiel 8
1531 Kieselsäuretetramethylester werden unter Umrühren zu 571 Wasser, gelöst in
2o l Methylalkohol, zugesetzt. Zu der so erhaltenen Lösung werden zur Herstellung
eines
Firnisses weitere 121 1 Kieselsäuretetramethylester, hinzugefügt `Zu der nach diesem
Beispiel erhaltenen Lösung können zur Herstellung einer Farbe 246 kg Titanoxyd zugesetzt
werden. Beispiel 9 31 der nach Beispiel i hergestellten Lösung werden zu i 1 einer
Leinölfarbe folgender Zusammensetzung hinzugesetzt: Helles gekochtes Öl. . . 6o
Volumenteile, Terpentin . . . . . . . . . . 2o Volumenteile, Standöl . . io Volumenteile,
Flüssige Trockenmittel 2i/2 Volumenteile.
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Da die Leinölfarbe in der Kieselsäureanhydridlösung nicht löslich
ist, wird die Mischung durch genügendes Umrühren emulgiert und kann mit einem Pigment
vermahlen werden. Die Trocknungsgeschwindigkeit der Farbe wird erhöht. Beispiel
io 3 1 der nach Beispiel i hergestellten Lösung werden mit i 1 Butyltartrat gemischt.
Diese Komponenten sind gegenseitig ineinander löslich, und die Trocknungsgeschwindigkeit
des Kieselsäureestermittels wird verringert. Beispiel il 3 1 der nach Beispiel i
hergestellten Lösung werden mit i 1 eines handelsüblichen Amylacetatnitrocelluloselackes
gemischt, wodurch die Entflammbarkeit der mit der Mischung lackierten Fläche im
Vergleich zu einer nur mit dem Nitrocelluloselack lackierten Fläche vermindert wird.
Beispiel 12 6o kg Ultramarinblau oder eines anderen Pigments in beliebiger geeigneter
Menge werden mit 35 kg Cyclohexanol zu einem Brei verrieben. Dieser Brei ist beständig
und kann zur Herstellung einer Farbe mit der Grundlösung nach Beispiel i gemischt
werden.