DE69713538T2 - Organoton-Zusammensetzungen, hergestellt mit Hilfe von quaternären Ammoniumverbindungen, welche von Estern abgeleitet sind, die Derivate von organischen Säuren darstellen, sowie ihre Herstellung und nicht-wässrige flüssige Systeme, die diese Zusammensetzungen enthalten - Google Patents

Organoton-Zusammensetzungen, hergestellt mit Hilfe von quaternären Ammoniumverbindungen, welche von Estern abgeleitet sind, die Derivate von organischen Säuren darstellen, sowie ihre Herstellung und nicht-wässrige flüssige Systeme, die diese Zusammensetzungen enthalten

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Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Kurze Beschreibung des Gebietes der Erfindung
  • Gegenstand der Erfindung sind neue organophile Tonzusammensetzungen (hierin nachstehend als "Organoton" oder "organophile Tone" bezeichnet), die in organischen oder auf Lösungsmittel basierenden, das heißt nicht wässrigen Flüssigkeiten zum Vorsehen einer weiten Reihe verschiedener rheologischer und viskositätsmodifizierender Eigenschaften für solche Flüssigkeiten dispergierbar sind. Diese Flüssigkeiten schließen sowohl auf Öl basierende Anstrichfarben und Beschichtungen als auch auf Öl basierende Tinten, Bohrflüssigkeiten, Dichtungsmassen und Klebstoffe ein. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung dieser neuen organophilen Tone. Die Erfindung schließt auch organische Flüssigkeitszusammensetzungen, einschließlich derartiger organophiler Tone als rheologische Additive ein.
    • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • Es ist seit kurz nach dem Zweiten Weltkrieg bekannt gewesen, dass organophile Tone zum Verdicken einer großen Reihe verschiedener organischer Flüssigkeitszusammensetzungen nützlich sind. Organophile Tone sind modifizierte Tone des Smektit-Typs, die durch die Reaktion eines organischen Kations, gewöhnlich einer quartären Ammoniumchloridverbindung hergestellt werden, die aus einem Fettnitril mit einem Ton des Smektit-Typs unter Verwendung im Fach bekannter verschiedener Verfahren herbeigeführt wird. Smektit-Tone, während sie in Wasser dispergierbar sind, sind hingegen nicht in organischen Flüssigkeiten dispergierbar. Wenn das organische Kation mindestens eine Fettsäuregruppe mit 10 oder mehr, bevorzugt 12 oder mehr Kohlenstoffatomen enthält, besitzen derartige Reaktionsprodukt-Organotone die Fähigkeit zum Dispergieren in und zur Erhöhung der Viskosität von organischen Flüssigkeiten. Organotone haben im Verlauf der letzten fünfzig Jahre einen großen Absatzmarkt gefunden, indem sie verdickende oder rheologische Eigenschaften für eine zunehmend weite Reihe verschiedener derartiger Flüssigkeiten, Anstrichfarben, Beschichtungen, Tinten, Klebstoffe und ähnlicher Produkte vorsehen.
  • Das repräsentative US-Patent Nr. 4,664,820, das dem Rechtsnachfolger hiervon erteilt wurde, beschreibt die Herstellung von organophilen Tonen, von denen einige gewerbliche Produkte geworden sind, die zum Verdicken organischer Zusammensetzungen verwendet werden. Es ist auch weithin bekannt, dass derartige Organotone, abhängig von den Substituenten an dem organischen Kation, zum Verdicken sowohl von polaren als auch nicht polaren Lösungsmitteln funktionieren können. Für Zwecke dieses Patentes werden die Begriffe "organisch" und "Lösungsmittel" verwendet, um im Wesentlichen das Gleiche zu bedeuten. Dr. J. W. Jordan, ein früherer leitender Wissenschaftler, der von dem Rechtsnachfolger hiervon beschäftigt wird, bespricht in "Proceedings of the 10th National Conference on Clays and Clay Minerals" [Berichte von der 10. Nationalen Konferenz über Tone und Tonminerale] (1963) eine breite Reihe verschiedener Anwendungsbereiche von Organotonen, von organischen Flüssigkeiten hoher Polarität bis zu Lösungsmittelflüssigkeiten niedriger Polarität.
  • In jüngerer Zeit wurden organophile Ton-Geliermittel entwickelt, bei denen es sich um die Reaktionsprodukte von Tonen des Smektit-Typs mit bestimmten organischen Kationen oder Gemischen aus organischen Kationen und organischen Anionen oder Anionenkombinationen handelt. Diese Organotone haben den Vorteil, dass sie in besonderen Typen organischer und Lösungsmittel-Zusammensetzungen ohne die Notwendigkeit für Dispersionshilfen oder polare Aktivatoren unter normalen Dispersionsbedingungen in der Fabrik leicht dispergierbar sind. Veranschaulichende Patente, welche derartige verbesserten organophilen Tone beschreiben, sind US-Patente Nr. 4,105,578; 4,208,218; 4,412,018 (erteilt an einen der Miterfinder der vorliegenden Erfindung); 4,450,095 und 4,517,112.
  • Vor kurzem an den Rechtsnachfolger hiervon erteilte US-Patente zeigen verschiedene Verwendungsbereiche für Organotone und Verarbeitungsverbesserungen bei der Herstellung derartiger Organotone unter Verwendung herkömmlicher quartärer Nitril- Ammoniumverbindungen auf. Zu diesen Patenten gehören US-Patente Nr. 4,695,402; 4,929,644; 5,034,136; 5075,033 und 5,151,155. Siehe auch US-Patent Nr. 5,336,647 und US-Patent-Nr. 5,429,999. US-Patent Nr. 5,336,647 detailliert ausführlich die Bestandteile spezifischer quartärer Verbindungen, die bei der Herstellung gewerblicher Organotone nützlich sind, die an seinem Anmeldungsdatum bekannt sind.
  • Aus Fettnitrilen hergestellte quartäre Ammoniumverbindungen finden ihre Hauptanwendung als Wäscheweichspüler und in Wäschereibetrieben. In vielen europäischen Ländern hat die Tatsache, dass diese Verwendungszwecke aus umweltbedenklichen Gründen unter Angriff geraten sind, indirekt zu einer abnehmenden Kapazität und zu begrenzt verfügbaren Vorräten geführt. Die Hersteller von auf Nitril basierenden quartären Verbindungen haben sich entschlossen; eher die Kapazität durch Schließen selektierter Anlagen zu reduzieren, als alle Anlagen bei Nutzungsraten unter reduzierter Kapazität zu betreiben. Es wird erwartet, dass diese Reduktion der Verfügbarkeit zu einer Erhöhung des Preises von auf Nitril basierenden quartären Verbindungen führt, die allmählich weniger und weniger verfügbar sein werden.
  • EP-A-0 204 240 beschreibt ein gelbildendes Silikat mit organophiler Schicht, dessen austauschbare Kationen mindestens teilweise durch eine quartäre Ammoniumverbindung ersetzt werden; wobei zwei von seinen Substituenten C&sub6;-C&sub3;&sub0;-Alkyl oder C&sub6;-C&sub3;&sub0;-Alkenyl sind, der dritte Substituent C&sub1;-C&sub6;-Alkyl ist und der vierte Substituent eine C&sub1;-C&sub6;-Alkyl- Estergruppe ist.
  • DE-A-34 34 983 beschreibt ein gelbildendes Silikat mit einer organophilen Schicht, dessen austauschbare Kationen mindestens teilweise durch ein Alkylimidazoliniumion ersetzt werden.
  • DE-A-38 06 548 beschreibt organophile Tonmaterialien als Zwischenverbindungen bei der Herstellung von Verbundbindemittelzusammensetzungen. Die Zwischenverbindungen umfassen ein Tonmineral, dessen austauschbare Kationen mindestens teilweise durch eine quartäre Stickstoffverbindung mit einer Vinylestergruppe und drei Methylgruppen daran gebunden ersetzt sind.
  • Die Nachteile der meisten existierenden gewerblichen Organotonzusammensetzungen für nicht wässrige Systeme schließen Folgendes ein: (a) Sie erfordern die Verwendung von mit Nitril verarbeiteten quartären Ammoniumchloridverbindungen, die zunehmend weniger erhältlich sind und (b) derartigen Organotonzusammensetzungen mangelt es an dem Merkmal der biologischen Abbaubarkeit, das von mehr und mehr Kunden gewünscht wird. Biologische Abbaubarkeit der Bestandteile von Bohrflüssigkeiten, besonders denen, die beim Ölbohren im Ozean verwendet werden, einschließlich Organotonen, die in derartigen Flüssigkeiten enthalten sind, wird zur Anforderung von Käufern dieser Flüssigkeiten. Organotone sind ein wichtiges und wesentliches Bestandteil in fast allen auf der Ölchemie basierenden Bohrflüssigkeiten. Über die Bohrflüssigkeiten hinausgehend müssen fast alle im Kontakt mit der Umwelt verwendeten Organotone, wie zum Beispiel die, die in Kosmetika oder Haushaltsprodukten verwendet werden, zunehmend entweder aufgrund gesetzlicher Bestimmungen oder auf Wunsch der Kunden biologisch abbaubar sein.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Ein neuer Typ des organophilen Tons wurde entdeckt, in dem die verwendete quartäre Ammoniumverbindung zur Herstellung des Organotons teilweise aus sich von organischer Säure herleitenden Estern hergestellt wird. Diese Organotone zeigen in einer Reihe von Umständen entweder eine erhöhte Effizienz oder eine im Wesentlichen äquivalente Leistung im Vergleich zu herkömmlichen Organotonen auf dem Stand der Technik, und sie können mit quartären Verbindungen bei entweder augenblicklichen oder erwarteten niedrigeren Kosten hergestellt werden. Diese neuen Organotone haben eine andere Struktur mit vegrößerten d&sub0;&sub0;&sub1;-Abständen auf der Röntgendiffraktionsaufnahme. Die Herstellung dieser organophilen Tone eliminiert die Notwendigkeit, quartäre Nitrilverbindungen des Typs zu verwenden, der von den europäischen Umweltbehörden als umweltbedenklich befunden wurde. Die vorliegende Erfindung sieht einen verbesserten, besser biologisch abbaubaren organophilen Ton zum Gelieren oder Verdicken nicht wässriger organischer und auf Lösungsmitteln basierender Zusammensetzungen vor.
  • Folglich ist nach einem Aspekt der Erfindung ein organophiler Ton vorgesehen, der das Reaktionsprodukt umfasst von:
  • (a) einem Ton des Smektit-Typs mit einer Kationenaustauschkapazität von mindestens ca. 75 Milliäquivalenten pro 100 Gramm Ton, 100% aktive Tonbasis;
  • (b) einem organischen Kation oder mehreren organischen Kationen in einer Menge, die ausreicht, um mindestens ca. 75% der Kationenaustauschkapazität des Tons vom Smektit-Typ zufriedenzustellen und von jedwedem optionalen organischen Anion oder von jedweden optionalen organischen Anionen, worin das Kation oder die Kationen eine quartäre Ammoniumverbindung oder quartäre Ammoniumverbindungen sind, die sich wie hierin nachstehend definiert von organischer Säure herleitenden Estern ableiten und optional
  • (c) einem organischen Anion oder mehreren organischen Anionen, die zur Reaktion mit dem organischen Kation oder den organischen Kationen zur Bildung eines organischen Kation-/organischen Anion-Ionenpaarkomplexes fähig sind, der mit dem Ton interkaliert ist.
  • Die vorliegende Erfindung zieht auch ein Verfahren zur Herstellung eines organophilen Tons in Erwägung, das folgendes umfasst:
  • (a) Herstellung einer wässrigen Aufschlämmung aus einem Ton des Smektit-Typs mit einer Kationenaustauschkapazität von mindestens ca. 75 Milliäquivalenten pro 100 Gramm Ton, 100% aktive Tonbasis;
  • (b) Erhitzen der Aufschlämmung auf eine Temperatur von ca. 20ºC auf 100ºC;
  • (c) Zufügen zu der Aufschlämmung:
  • (i) eines organischen Kations oder mehrerer organischer Kationen, bei denen es sich um quartäre Ammoniumverbindungen handelt, die sich von organischer Säure herleitenden Estern wie hierin nachstehend definiert ableiten und optional
  • (ii) eines organischen Anions oder mehrerer organischer Anionen, die zum Reagieren mit dem organischen Kation oder den organischen Kationen zur Bildung eines mit dem Ton interkalierten organischen Kationen-/organischen Anionenpaares fähig sind;
  • (d) Reagieren des sich ergebenden Gemisches für eine ausreichende Zeit zur Bildung eines organophilen Tons und
  • (e) Rückgewinnung des organophilen Tons.
  • Die Erfindung sieht auch nicht wässrige organische Zusammensetzungen vor, die mit dem oben angegebenen organophilen Ton verdickt werden. Ein dritter Aspekt der Erfindung bezieht sich folglich auf ein nicht wässriges Flüssigkeitssystem, das Folgendes umfasst:
  • (a) eine nicht wässrige Zusammensetzung und
  • (b) einen organophilen Ton, der das Reaktionsprodukt umfasst von:
  • (i) einem Ton des Smektit-Typs mit einer Kationenaustauschkapazität von mindestens ca. 75 Milliäquivalenten pro 100 Gramm Ton, 100% aktive Tonbasis;
  • (ii) einem organischen Kation oder mehreren organischen Kationen in einer Menge, die ausreicht, um mindestens ca. 75% der Kationenaustauschkapazität des Tones vom Smektit-Typ zufriedenzustellen und jedwedes optionale organische Anion oder jedwede organische Anionen, bei denen es sich um quartäre Ammoniumverbindungen handelt, die sich von organischer Säure herleitenden Estern wie hierin nachstehend definiert ableiten und optional
  • (iii) einem organischen Anion oder mehreren organischen Anionen, die zum Reagieren mit dem Ton und/oder dem organischen Kation oder den organischen Kationen zur Bildung des oben beschriebenen Komplexes fähig sind.
    • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Wie oben angegeben bezieht sich ein Aspekt der vorliegenden Erfindung auf verbesserte, effizientere organophile Tone. Diese organophilen Tone werden durch Reagieren eines Tones des Smektit-Typs mit einem organischen Kation oder organischen Kationen hergestellt, die durch spezifische quartäre Ammoniumverbindungen vorgesehen sind.
  • Die zur Herstellung des erfinderischen organophilen Tones verwendeten Tone sind Kationen-austauschbare Smektit-Tone, die über eine Kationenaustauschkapazität von ca. 75 Milliäquivalenten oder höher pro 100 Gramm Ton verfügen, 100% aktive Basis (das heißt aufbereitet und im Wesentlichen frei von Verunreinigungen, bei denen es sich nicht um Ton handelt). Tone des Smektit-Typs sind in der Wissenschaft, Geologie und im Fach der rheologischen Additive weithin bekannt und sind gewerblich von einer Reihe verschiedener Quellen sowohl in den USA als auch überall auf der Welt verfügbar. Sie sind unter Tonen einzigartig, indem sie das Phänomen des Quellens um das Vielfache ihrer Größe aufweisen, wenn sie mit Wasser in Kontakt gebracht werden.
  • Beschreibungen der chemischen Formel derartiger erfindungsgemäßer nützlicher natürlicher Smektit-Tone sind wie folgt:
    • Montmorillonit
  • [Al4-xMgx)Si&sub8;O&sub2;&sub0;(OH)4-fFf]xR&spplus;
  • worin 0,55 ≤ x ≤ 1,10; f ≤ 4 und R aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Na, Li, NH&sub4; und Gemischen davon besteht.
    • Hectorit
  • [Mg6-xLixSi&sub8;O&sub2;&sub0;(OH)4-fFf](x + y)xR&spplus;
  • worin 0,57 ≤ x ≤ 1,15, f ≤ 4 und R aus der Gruppe ausgewählt wird; die aus Na, Li, NH&sub4; und Gemischen davon besteht;
    • Bentonit
  • [Al4-xMgx(Si8-yAly)O&sub2;&sub0;(OH)4-fFf](x + y)R&spplus;
  • worin 0 < x < 1,10, 0 < y < 1,10, 0,55 &le; (x + y) &le; 1,10, f &le; 4 und R aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Na, Li, NH&sub4; und Gemischen davon besteht.
    • Beidellit
  • [Al4+y(Si8-x-yAlx+y)O&sub2;&sub0;(OH)4-fFf]xR&spplus;
  • worin 0,55 &le; x &le; 1,10, 0 &le; y &le; 0,44, f &le; 4 und R aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Na, Li, NH&sub4; und Gemischen davon besteht;
    • Stevensit
  • [Mg6-xSi&sub8;O&sub2;&sub0;(OH)4-fFf]2xR&spplus;
  • worin 0,28 &le; x &le; 0,57, f = 4 und R aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Na, Li, NH&sub4; und Gemischen davon besteht und
    • Saponit
  • [Mg6-yAlySi8-x-yAlx+yO&sub2;&sub0;(OH)4-fFf]xR&spplus;
  • worin 0,58 &le; x &le; 1,18, 0 &le; y &le; 066, f &le; 4 und R aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Na, Li, NH&sub4; und Gemischen davon besteht.
  • Tontypen, die für die beste Praxis der vorliegenden Erfindung als anwendbar gehalten werden, können auch im Allgemeinen als Dreischicht-Typen (sich aus zwei Schichten Silika-Tetraedern und einem zentralen Dodekaeder oder Trioktaeder zusammensetzenden Schichtstrukturen) wie folgt gruppiert werden:
  • 1. Tone mit expandierendem Gitter.
  • a. Äquidimensionale Tone des Smektit-Typs, einschließlich Montmorillonit und Bentonit.
  • b. Längliche Smektit-Tone, einschließlich Saponit.
  • 2. Tone mit nicht expandierendem Gitter, einschließlich Mischschichttypen (geordnetes Stapeln abwechselnder Schichten verschiedener Typen).
  • 3. Einige Tone, die durch ihre generische Referenz in mehr als eine der oben beschriebenen Klassifikationsgruppen passen. "Generische Referenz"-Tone besitzen alle die allgemeinen Mineralcharakteristika, die Aluminiumsilikat enthalten: die wichtigsten Beispiele sind 1) Bentonit und 2) Hectorit.
  • Kationen-austauschbare Tone können im Allgemeinen auch aus einem Ton auf Montmorillonitbasis synthetisiert werden, um auf diese Weise bestimmte chemische und physikalische Charakteristika zu besitzen, um derartige Tone in der Praxis der vorliegenden Erfindung wertvoll zu machen.
  • Die oben beschriebenen Tone, besonders die Tone des Bentonit-Typs werden bevorzugt in die Natriumform umgewandelt, wenn sie nicht bereits in dieser Form vorliegen. Gewerblich wichtige Repräsentanten derartiger Smektit-Tone, die zur Herstellung von Organotonen dieser Erfindung verwendet werden, sind Natrium- und Calcium-Bentonit und -Hectorit. Die Kationenaustauschkapazität dieser Tone des Smektit-Typs können mittels der weithin bekannten Methylenblauprobe oder der Ammoniumacetatmethode bestimmt werden. Tone des Smektit-Typs, die synthetisch durch entweder ein pneumatolytisches oder bevorzugt ein hydrotherrriales Syntheseverfahren hergestellt werden, können auch zur Herstellung der neuen Produkte dieser Erfindung verwendet werden.
  • Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten bevorzugtesten Tone sind der Wyoming- Bentonit, besonders Natriumbentonit und Hectorit von Hector, Kalifornien in der Mojave-Wüste. Bentonit- und Hectorittone verfügen über eine hohe Bindungskraft und reagieren leicht mit den hierin nachstehend beschriebenen spezifischen organischen quartären Verbindungen.
  • Außerdem ist zur Kenntnis zu nehmen, dass die oben aufgelisteten Tone des Smektit- Typs, die der Scherungsapplikation unterzogen wurden, auch zur Herstellung von Organotonen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Um Scherung des Tons vom Smektit-Typ zu erreichen, wird der Ton in der Regel in Wasser bei einer Konzeniration von ca. 0,5 bis ca. 80 Gew.-% dispergiert. Die Aufschlämmung kann optional zuerst zur Entfernung von Verunreinigungen, bei denen es sich nicht um Ton handelt, die ca. 10% bis ca. 50% der Ausgangstonzusammensetzung ausmachen, zentrifugiert. Wenn der Ton in einigen Fällen zuvor behandelt wurde, wie zum Beispiel von dem Ton-Lieferanten, um derartige Verunreinigungen zu entfernen, kann der Ton selbstverständlich wie gekauft, ohne Zentrifugieren, in eine Aufschlämmung gebildet und den Scherbedingungen ausgesetzt werden.
  • Scherung kann an die Aufschlämmung aus Ton des Smektit-Typs mittels gewerblich erhältlicher Geräte verliehen werden, von denen bekannt ist, dass sie hohe Scherung an das Material verleihen. Veranschaulichend für derartige Geräte sind ein Manton-Gaulin- Homogenisator, der von der APV Gaulin Company erhältlich ist, ein Tekmar SD-45 Homogenisator, eine Sharples Super-Zentrifuge, die von der Sharples Division von der Pennwalt Corporation erhältlich ist, eine Oakes-Mühle, die von Oakes Machinery bezogen werden kann, ein Microfluidizer, der von Microfluidics, einem Unternehmensbereich der Biotechnology Corporation angeboten wird und ähnliche Vorrichtungen, die an die Tonaufschlämmung eine hohe laminare und turbulente Scherung abgeben können. Beispielhafte Bedingungen unter Verwendung eines Manton- Gaulin-Homogenisators sind ein Druck in dem Bereich von ca. 500 bis ca. 8.000 psi mit einer Passage oder mehreren Passagen der Tonaufschlämmung durch den Homogenisator. Repräsentative Verfahren zum Scheren von Tonaufschlämmungen werden in US-Patent Nr. 4,743,098 beschrieben.
  • Die organischen Kationen, die in dieser Erfindung nützlich sind, können aus einer Reihe verschiedener auf Stickstoff basierenden quartären Materialien ausgewählt werden, die zum Austausch von Kationen mit dem ausgewählten Ton des Smektit-Typs in der Lage sind. Die organischen Kationen, die mit Ton des Smektit-Typs zur Herstellung der erfinderischen organophilen Tone zur Reaktion gebracht werden können, haben eine positive Ladung, die auf einem einzelnen Stickstoffatom in der Verbindung lokalisiert ist.
  • Für diese Erfindung wird das organische Kation durch spezifische quartäre Ammoniumverbindungen vorgesehen, die sich vollständig oder teilweise von sich von organischer Säure herleitenden Estern ableiten lassen. Dieses organische Kation wird durch eine quartäre Ammoniumverbindung der folgenden Formel vorgesehen:
  • worin R&sub1; eine Alkyl- oder Aralkylestergruppe mit 8 bis 30 Kohlenstoffatomen wie unten beschrieben ist und R&sub2;, R&sub3; und R&sub4; unabhängig aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Folgendem besteht: (i) R&sub1;, (ii) linearem oder verzweigtem Alkyl (einschließlich Methyl), aliphatischen oder aromatischen Gruppen mit 1 Kohlenstoffatom bis 30 Kohlenstoffatomen (solche Gruppen können auch hydroxylierte Gruppen einschließen); (iii) Aralkyl-Gruppen, wie zum Beispiel Benzyl- und substituierte Benzyl-Komponenten, einschließlich solcher Gruppen mit kondensierten Ringkomponenten, die lineare Ketten oder Verzweigungen von 1 Kohlenstoffatom bis 30 Kohlenstoffatomen aufweisen; (iv) Arylgruppen, wie zum Beispiel Phenyl und substituiertes Phenyl, einschließlich kondensierter aromatischer Ring-Substituenten; (v) ungesättigter &beta;-, &gamma;-Gruppen mit bis zu sechs Kohlenstoffatomen oder Hydroxyalkylgruppen mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen und (vi) Wasserstoff, unter der Voraussetzung, dass mindestens eines von R&sub2;, R&sub3; und R&sub4; R&sub1; ist, M&supmin; ein Anion, typischerweise Chlorid, Methylsulfat, Acetat, Iodid oder Bromid ist.
  • Diese quartäre Ammoniumverbindung muss mindestens zwei lineare oder verzweigte, gesättigte oder ungesättigte Alkyl- oder Aralkyl-Ester-R&sub1;-Gruppen mit 8 bis 30 Kohlenstoffatomen enthalten. Derartige Estergruppen sind von der allgemeinen Formel:
  • worin jedes D unabhängig aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus H, CH&sub3; und C&sub2;H&sub5; besteht und A eine Alkyl- oder Aralkyl-Radikalgruppe ist.
  • Die Alkyl- und Aralkyl-Estergruppen können von natürlich vorkommenden Fettölen, einschließlich verschiedenen pflanzlichen Ölen, wie zum Beispiel Maisöl, Kokosnussöl, Sojabohnenöl, Baumwollsamenöl, Kastoröl und dergleichen wie auch verschiedenen pflanzlichen und tierischen Ölen und Fetten hergeleitet werden, von denen die üblichsten Kokosnussöl, Sojabohnenöl und Talg-Öl (hauptsächlich von Rinderquellen erhältlich) sind. Diese Gruppen können ebenso aus petrochemischen Einsatzmaterialien, wie zum Beispiel &alpha;-Olefinen synthetisiert werden.
  • Nützliche organische, sich von Ester herleitende quartäre Ammoniumverbindungen zum Herstellen der Organotone dieser Erfindung schließen von der Fina Corporation verkaufte quartäre Esterverbindungen, von der KAO Chemical Company unter dem Handelsnamen Tetranyl, einschließlich Tetranyl AHT-2 und Tetranyl ACHF2 verkaufte hydrierte quartäre Talgesterverbindungen und auch von der KAO Corporation unter dem Handelsnamen Quartamin, einschließlich Quartamin AHT-2 und Quartamin ACHF-2 verkaufte quartäre Cocoesterverbindungen ein. Diese quartären Verbindungen und ähnlich nützliche quartäre Verbindungen, die von diesen Unternehmen und von anderen Unternehmen hergestellt werden, haben die allgemeine Formel:
  • worin A¹ Alkylradikale von entweder hydriertem Talg oder Kokosnussfettsäuren darstellt; b 2 oder 3 ist und c 1 oder 2 ist und b und c insgesamt immer 4 ist; M&supmin; entweder Chlorid oder Methylsulfat ist.
  • Besonders bevorzugt für diese Erfindung sind quartäre Dimethyldialkyl- Esterverbindungen.
  • Repräsentative Beispiele nützlicher verzweigter Alkylgruppen schließen 12-Methylstearyl und 12-Ethylstearyl ein. Repräsentative Beispiele nützlicher verzweigter ungesättigter Gruppen schließen 12-Methyloleyl und 12-Ethyloleyl ein. Repräsentative Beispiele unverzweigter gesättigter Gruppen schließen Lauryl; Stearyl; Tridecyl; Myristyl; Tetradecyl; Pentadecyl; Hexadecyl und Docosanyl ein.
  • Repräsentative Beispiele unverzweigter, ungesättigter und nicht substituierter Gruppen schließen Oleyl, Lirioleyl, Linolenyl, Soja, Kokosnuss und Talg ein. Es ist auch zur Kenntnis zu nehmen, dass natürliche Öle, wie zum Beispiel Soja-, Kokosnuss- und Talgöle tatsächlich Gemische aus Elementen verschiedener Kohlenstoffkettenlängen sind.
  • Beispiele von Aralkyl, das heißt Benzyl und substituierten Benzylkomponenten schließen die Materialien ein, die sich zum Beispiel von Benzylhalogeniden, Benzhydrylhalogeniden, Tritylhalogeniden, &alpha;-Halo-&alpha;-Phenylalkanen herleiten; worin die Alkylkette von 1 Kohlenstoffatom bis 30 Kohlenstoffatome aufweist, wie zum Beispiel 1-Halo-1-phenylethan, 1-Halo-1-phenylpropan und 1-Halo-1-phenyloctadecan; substituierte Benzylkomponenten, wie zum Beispiel diejenigen, die sich von ortho-, meta- und para-Chlorbenzylhalogeniden; para-Methoxybenzylhalogeniden, ortho-, meta- und para-Chlorbenzylhalogeniden, para-Methoxybenzylhalogeniden, ortho-, meta- und para-Nitrilbenzylhalogeniden und ortho-, meta-, und pära-Alkylbenzylhalogeniden herleiten, worin die Alkylkette von 1 Kohlenstoffatom bis 30 Kohlenstoffatome enthält und Komponenten des kondensierten Ringbenzyltyps, wie zum Beispiel die, die sich von 2-Halomethylnaphthalen, 9-Halomethylanthracen und 9-Halomethylphenanthren herleiten, worin die halogenierte Gruppe Chlor-, Brom-, Iod- oder jedwede andere derartige Gruppe umfasst, die als eine führende Gruppe in der nukleophilen Attacke der Komponente des Benzyltyps dient, damit die nukleophile die führende Gruppe an der Komponente des Benzyltyps ersetzt.
  • Beispiele von Arylgruppen, die nützlich sind, schließen Phenyl und substituiertes Phenyl, N-Alkyl- und N,N-Dialkylaniline ein, worin die Alkylgruppen zwischen 1 Kohlenstoffatom und 30 Kohlenstoffatomen enthalten; ortho-, meta- und para-Nitrophenyl, ortho-, meta- und para-Alkylphenyl; worin die Alkylgruppe zwischen 1 Kohlenstoffatom und 30 Kohlenstoffatome enthält, 2-, 3- und 4-Halophenyl, worin die Halogengruppe als Chlor-, Brom- oder Iod-und 2-, 3- und 4-Carboxyphenyl und Estern davon definiert ist, worin sich der Alkohol des Esters von einem Alkylalkohol herleitet, worin die Alkylgruppe zwischen 1 Kohlenstoffatom und 30 Kohlenstoffatomen, Aryl, wie zum Beispiel ein Phenol oder Aralkyl, wie zum Beispiel Benzylalkohole; kondensierte ringförmige Arylkomponenten, wie zum Beispiel Naphthalen, Anthracen und Phenanthren enthält.
  • Ungesättigte &beta;-, &gamma;-Alkylgruppen, die in der organischen Kationenkomponente der organophilen Ton-Geliermittel der Erfindung eingeschlossen sein können, können aus einem im Fach bekannten weiten Bereich an Materialien ausgewählt werden. Diese Verbindungen können cyclisch oder acyclisch, nicht substituiert oder durch aliphatische Radikale substituiert sein, die bis zu 3 Kohlenstoffatome dergestalt enthalten, dass die Gesamtzahl der aliphatischen Kohlenstoffe an dem ungesättigten &beta;-, &gamma;- Radikal 6 oder weniger beträgt. Das ungesättigte &beta;-, &gamma;-Alkylradikal kann durch einen Benzenring substituiert werden, der ebenso mit der ungesättigten &beta;-, &gamma;-Komponente konjugiert wird oder das &beta;-, &gamma;-Radikal kann durch sowohl aliphatische Radikale als auch Benzenringe substituiert werden.
  • Repräsentative Beispiele ungesättigter &beta;-, &gamma;-Alkylgruppen schließen 2-Cyclohexenyl ein. Repräsentative Beispiele acyclischer ungesättigter &beta;-, &gamma;-Alkylgruppen, die 6 oder weniger Kohlenstoffatome enthalten, schließen Propargyl; Allyl(2-propenyl); Crotyl(2-butenyl); 2-Pentenyl; 2-Hexenyl; 3-Methyl-2-butenyl; 3-Methyl-2-pentenyl; 2,3-Dimethyl-2-butenyl; 1,1-Dimethyl-2-propenyl; 1,2-Dimethylpropenyl; 2,4-Pentadienyl und 2,4-Hexadienyl ein. Repräsentative Beispiele acyclisch aromatischer substituierter Verbindungen schließen Cinnamyl(3-phenyl-2-propenyl); 2-Phenyl-2-propenyl und 3-(4-Methoxyphenyl)-2-propenyl ein. Repräsentative Beispiele aromatischer und aliphatischer substituierter Materialien schließen 3-Phenyl-2-cyclohexenyl; 3-Phenyl-2-cylcopentenyl; 1,1-Dimethyl-3-phenylpropenyl; 1,1,2-Trimethyl-3-phenyl-2-propenyl; 2,3-Dimethyl-3-phenyl-2-propenyl; 3,3-Dimethyl-2-phenyl-2-propenyl und 3-Phenyl-2-butenyl ein.
  • Hydroxyalkylgruppen können aus einem Hydroxyl-substituierten aliphatischen Radikal ausgewählt werden, worin das Hydroxyl nicht an dem Kohlenstoffatom unmittelbar neben dem positiv geladenen Atom substituiert wird; die Gruppe von 2 bis 6 aliphatische Kohlenstoffatome besitzt. Die Alkylgruppe kann durch einen Benzenring unabhängig von den 2 bis 6 aliphatischen Kohlenstoffen substituiert werden. Repräsentative Beispiele schließen 2-Hydroxyethyl; 3-Hydroxypropyl; 4-Hydroxypentyl; 6-Hydroxyhexyl; 2-Hydroxypropyl; 2-Hydroxybutyl; 2-Hydroxypentyl; 2-Hydroxyhexyl; 2-Hydroxycyclohexyl; 3-Hydroxycyclohexyl; 4-Hydroxycyclohexyl; 2-Hydroxycyclopentyl; 3-Hydroxycyclopentyl; 2-Methyl-2-Hydroxypropyl; 1,1,2-Trimethyl-2-hydroxypropyl; 2-phenyl-2-hydroxyethyl; 3-Methyl-2-hydroxybutyl und 5-Hydroxy-2-pentenyl ein.
  • Die Gruppen, die bei der Herbeiführung der organischen, sich von einem Ester herleitenden quartären Ammoniumverbindungen des in dieser Erfindung nützlich gefundenen Typs zusätzlich zu zwei oder mehr sich von organischer Säure herleitenden R&sub1;-Estergruppen des beschriebenen Typs am wirksamsten gefunden wurden, sind (a) eine Methylgruppe oder mehrere Methylgruppen, (b) eine Benzylgruppe oder mehrere Benzylgruppen, (c) eine langkettige Alkylgruppe oder mehrere langkettige Alkylgruppen und Kombinationen davon. Die am bevorzugtesten R&sub1;-Gruppen sind die, die sich von Kokosnussöl herleiten. Am nützlichsten befundene spezifische quartäre Verbindungen sind Dicocoester von Dimethyl-diethanol-ammoniumchlorid.
  • Eine breite Reihe verschiedener quartärer Ammoniumverbindungen werden in US-Patent Nr. 4,141,841 erteilt an Proctor & Company beschrieben - siehe auch US-Patent Nr. 3,862; 058, auch an Proctor & Gamble erteilt.
  • Die Herstellung von quartären Verbindungen, die zur Herstellung organophiler Tone dieser Erfindung verwendet werden, kann durch im Fach weithin bekannte Verfahren erreicht werden. Wenn zum Beispiel eine quartäre Ammoniumverbindung des beschriebenen Types hergestellt wird, kann ein Fachmann mit einem ohne weiteres erhältlichen tertiären Alkanolamin, wie zum Beispiel Triethanolamin, Methyl- oder Ethyldiethanolamin, Dimethyl- oder Diethylethanolamin, Methyl- oder Ethyldipropanolamin oder Dimethyl- oder Diethylpropanolamin beginnen, das mit einer Fettsäure oder mehreren Fettsäuren unter Veresterungsreaktionsbedingungen zur Reaktion gebracht werden kann; der Praktiker wird erkennen, dass das Molverhältnis der Fettsäure, die mit den Hydroxylkomponenten des Alkanolamins reagiert, bevorzugt bei höchstens 1 : 1 liegen sollte und weniger als 1 : 1 betragen kann. Wenn das Verhältnis weniger als 1 : 1 ist, dann werden die sich ergebenden Estergruppen statistisch unter den Alkanolgruppen verteilt. Wenn andererseits das Verhältnis von Fettsäure zu Alkanolkomponenten größer als 1 : 1 ist, bleibt eine gewisse Menge der Fettsäure nach der Veresterungsreaktion unverestert zurück, welche Menge gegebenenfalls eine kleine unerwünschte Wirkung auf sich anschließende Reaktionen des Produktes dieser Reaktion haben kann oder nicht.
  • Nach der Veresterung von einigen oder allen der Hydroxylkomponenten der Alkanolgruppen des tertiären Amins kann das Reaktionsprodukt optional mit einem Verdünnungsmittel, in der Regel Wasser und/oder einem Alkohol von niedrigem Molekulargewicht; wie zum Beispiel Methanol, Ethanol, 2-Propanol oder Butanol reduziert und mit einem Alkylierungsmittel unter Fachleuten überall bekannten Bedingungen zur Bildung der quartären Ammoniumverbindungen, die zur Herstellung der Organotone dieser Erfindung nützlich sind, zur Reaktion gebracht werden.
  • Das in den erfinderischen Produkten optional eingesetzte organische Anion oder die eingesetzten Anionen können aus einem weiten Bereich verschiedener Materialien ausgewählt werden, die zur Reaktion mit den organischen Kationen fähig sind, um einen organischen Kationen-/organischen Anionenkomplex zu bilden. Das Molekulargewicht des organischen Anions liegt bevorzugt bei 3.000 oder weniger und bevorzugter bei 1.000 oder weniger und enthält mindestens eine anionische Komponente pro Molekül, um die Bildung des organischen Kationen-/organischen Anionenkomplexes zu erlauben, der dann zwischen den Tonplättchen interkaliert wird.
  • Bevorzugte organische Anionen leiten sich von Carbonsäuren, wie zum Beispiel Stearinsäure, Ölsäure, Palmitinsäure, Bernsteinsäure, Weinsäure u. a., Sulfonsäuren und Alkylsulfaten, wie zum Beispiel dem Laurylhalbester der Schwefelsäure und Gemischen davon her.
  • Das organische Anion, das Gemische von organischen Anionen einschließen kann, wird mit dem organischen Kation und Ton des Smektit-Typs zur Bildung des gewünschten organophilen Ton-Geliermittels zur Reaktion gebracht. Das organische Anion kann dem Reaktionsgemisch in Säure- oder Salzform zugefügt werden. Beispielhaft für die letztere Form sind Alkalimetalisalze, Erdalkalisalze, Ammonium und organische Amine. Repräsentative Salze des organischen Anions sind diejenigen, die mit Wasserstoff, Lithium, Natrium, Kalium, Magnesium, Calcium, Barium, Ammonium und organischen Aminen, wie zum Beispiel Ethanolamin, Diethanolamin, Triethanolamin, Methyldiethanolamin, Butyldiethanolamin, Diethylamin, Dimethylamin, Triethylamin, Dibutylamin usw. und Gemischen davon gebildet werden. Die bevorzugteste Salzform ist mit Natrium.
  • Die Menge des organischen Anions, das optional mit dem Ton des Smektit-Typs und dem organischen Kation zur Reaktion gebracht wird, muss ausreichend sein, um ein Milliäquivalentverhältnis von organischen Kationen zu organischem Anion in dem Bereich von ca. 1,70 : 1,0 bis ca. 50 : 1,0, bevorzugt von ca. 3,0 : 1,0 bis ca. 15 : 1,0 zu erhalten. Die bevorzugtesten Bereiche hängen ab von den verwendeten speziellen organischen Kationen und dem optionalen organischen Anion und dem beabsichtigten Umfeld des Gebrauchs und können durch Experimentieren bestimmt werden, das anhand der oben dargelegten Informationen gelenkt wird. Veranschaulichende Patente, welche geeignete organische Anionen beschreiben, die zur Bildung des organophilen Tons mit den organischen Kationen und dem Ton des Smektit-Typs zusammen zur Reaktion gebracht werden können, schließen die gemeinsam übertragenen US-Patente 4,412,018 und 4,434,075 ein.
  • Die vorliegende Erfindung zieht auch ein Verfahren zur Herstellung eines organophilen Ton-Geliermittels unter Verwendung der spezifizierten quartären Verbindungen in Betracht.
  • Die organophilen Tone dieser Erfindung können durch gemeinsames Beimischen des Tones, des organischen Kations, des optionalen organischen Anions und Wassers, bevorzugt bei Temperaturen in dem Bereich von 20ºC bis 100ºC und am bevorzugtesten von 35ºC bis 80ºC für eine Zeitdauer, die zum Reagieren der organischen Verbindungen mit dem Ton ausreicht, hergestellt werden. Der Reaktion folgt Filtern, Waschen, Trocknen und Zermahlen. Das organische Kation kann gleichzeitig oder in getrennten Intervallen in jeder Reihenfolge zugefügt werden.
  • Der Ton wird bevorzugt in Wasser bei einer Konzentration von ca. 1 bis 80%, am bevorzugtesten von 2% bis 8% dispeigiert. Die Aufschlämmung kann zur Entfernung von Verunreinigungen, bei denen es sich nicht um Ton handelt, die ca. 10 bis 50% der Ausgangstonzusammensetzung ausmachen können, optional zentrifugiert werden.
  • Die Menge der quartären Ammoniumverbindung oder der Verbindungen, die dem Smektit-Ton für Zwecke dieser Erfindung zugefügt wird, muss ausreichend sein, um dem Ton die verbesserten Gelier- und Dispersionscharakteristika zu verleihen. Diese Menge wird als das Milliäquivalent-Verhältnis definiert, bei dem es sich um die Milliäquivalentmenge (mäquiv.) pro 100 Gramm natürlichen Ton ohne Verunreinigungen handelt. Ein derartiges Verhältnis und seine Berechnung sind im Fach überall bekannt.
  • Die erfindungsgemäß hergestellten organophilen Ton-Geliermittel können als rheologische Additive in nicht wässrigen Zusammensetzungen, wie zum Beispiel Anstrichfarben, Lacken, Emaillelacken, Wachsen, Entfernern von Anstrichfarben und Lacken, Bohrflüssigkeiten auf Ölbasis, Schmierfett, Tinten, Polyesterharzen, Epoxidharzen, Mastix, Klebstoffen, Dichtungsmitteln, Kosmetika, Detergentien und dergleichen eingesetzt werden. Der Organoton kann diesen Systemen durch allgemein bekannte Stoffe, einschließlich Dispergiervorrichtungen von mittlerer Geschwindigkeit, Kolloidmühlen, Walzenmühlen und Kugelmühlen zugefügt werden.
  • Während nicht der Wunsch besteht, an irgendwelche theoretischen Mechanismen gebunden zu sein, besteht die Ansicht, dass Organotone der vorliegenden Erfindung aufgrund der Hydrolyse der Esterverknüpfung der quartären Verbindungen der vorliegenden Erfindung biologisch abbaubar sein werden - oder angemessener umweltfreundlich abgebaut werden. Es ist überall bekannt, dass die Reaktion(en) eines quartären Ammoniumchlorids mit einem Ton des Smektit-Typs zur Bildung eines Organotons eine Gleichgewichtsreaktion ist und dass mindestens eine der an das quartäre Ammoniumkation gebundenen Komponenten eine lange (das heißt &ge; C&sub8;, bevorzugt &ge; C&sub1;&sub2;) Alkylgruppe sein muss, damit die Reaktion bis zum Abschluss (das heißt quantitativer Verbrauch des quartären Ammoniumchlorids) ablaufen kann; mit quartären Ammoniumkationen von kürzeren Kettenlängen hergestellte Organotone befinden sich im Gleichgewicht mit den Rohmaterialien für den Organoton. Es besteht die Ansicht, dass diese Abhängigkeit von der Alkylkettenlänge auf die Van-der-Waalschen-Kräfte zwischen der Alkylkette und der Oberfläche des Tonplättchens zurückzuführen ist; nur wenn die Van-der-Waalschen-Anziehungskräfte größer als die Lösungsenergie der quartären Verbindung sind, wird die quartäre Verbindung quantitativ in der Reaktion/den Reaktionen zur Bildung des Organotons verbraucht.
  • Der Ester der Fettsäure/die Ester der Fettsäuren der quartären Ammoniumkationen der vorliegenden Erfindung sehen die geforderte Kettenlänge zur Bildung stabiler Qrganotone vor. Sobald die Esterbindung(en) jedoch hydrolysieren, besitzen die übrigen quartären Kationen nicht die geforderte langkettige Alkylkomponente, aufgrund dessen tritt genanntes Hydrolyseprodukt (das heißt der Organoton mit einem hydrolysierten quartären Esterkation) mit seiner Umgebung ins Gleichgewicht, worin andere Kationen als das hydrolysierte quartäre Esterkation wahrscheinlich prävalenter sind, die den Organoton letztendlich in eine vollkommen anorganische Form zurückverwandeln. Das aus dem hydrolysierten quartären Ester-Organoton freigesetzte quartäre Ammoniumkation kann durch andere Mechanismen weiter abgebaut werden.
  • Die Organotone dieser Erfindung können in Kombination mit anderen Materialien, einschließlich Organotonen verwendet werden, die mit herkömmlichen quartären Verbindungen auf dem Stand der Technik hergestellt werden. Folglich sieht die Erfindung auch nicht wässrige organische und Lösungsmittel-Zusammensetzungen vor, die mit dem oben angegebenen organophilen Ton-Geliermittel verdickt werden. Folglich bezieht sich ein dritter Aspekt der Erfindung auf ein nicht wässriges Flüssigkeitssystem, das folgendes umfasst:
  • (a) Eine nicht wässrige Flüssigkeitszusammensetzung, wie zum Beispiel Anstrichfarbe, Überzüge, Bohrflüssigkeiten, Tinte oder ähnliche Materialien und
  • (b) ein organophiles Ton-Geliermittel, das das Reaktionsprodukt umfasst von:
  • (i) Einem Ton des Smektit-Typs mit einer Kationenaustauschkapazität von mindestens ca. 75 Milliäquivalenten pro 100 Gramm Ton, 100% aktive Tonbasis;
  • (ii) einem organischen Kation oder von Kationen wie beschrieben, in einer Menge, die ausreicht, um mindestens ca. 75%, bevorzugt ca. 100% der Kationenaustauschkapazität des Tons vom Smektit-Typ und von jedwedem optionalen organischen Anion oder jedweden optionalen organischen Anionen zufriedenzustellen und optional
  • (iii) einem oder mehreren Anion(en), die zum Reagieren mit dem organischen Kation oder Kationen zur Bildung eines wie zuvor beschriebenen Komplexes fähig sind.
  • Die organophilen Tonkomplexe der Erfindung werden den nicht wässrigen Zusammensetzungen in Mengen zugefügt, die ausreichend sind, um die gewünschten rheologischen Eigenschaften zu erreichen. Mengen der organophilen Tonkomplexe in den nicht wässrigen Zusammensetzungen betragen von ca. 0,01% bis 15%, bevorzugt von. ca. 0,3% bis 5% bezogen auf das Gesamtgewicht des nicht wässrigen Flüssigkeitssystems.
  • Die folgenden Beispiele werden zur Veranschaulichung der Erfindung gegeben, sie sind jedoch nicht als einschränkend davon anzusehen. Alle Prozentangaben, die in der gesamten Beschreibung gegeben werden, beziehen sich auf Gewichtsprozente, sofern nicht anderweitig angegeben.
    • BEISPIEL 1
  • Dieses Beispiel und Beispiele 2 bis 6 veranschaulichen die Herstellung von erfindungsgemäßen Organotonen.
  • In diesem Beispiel wurden 45,00 Gramm aufbereitete ungescherte Wyoming- Bentonittonaufschlämmung mit Wasser verdünnt, um eine 2 gew.-%ige verdünnte Bentonitaufschlämmung in Wasser zu bilden. Die Aufschlämmung wurde in einem Reaktionskolben, der mit einem Rührwerk, Thermometer und Zugabetrichter ausgerüstet war, auf 65ºC erhitzt. 28,54 Gramm eines Dicocoesters einer quartären Verbindung aus Diemethyl-diethanol-ammonium-methylsulfat, die gewerblich als TETRANYL ACHF-2 von der Kao Corporation erhältlich ist, wurde der Tonaufschlämmung zugefügt. Das Gemisch wurde 30 Minuten lang bei 65ºC gerührt. Das Produkt wurde durch einen Buchner-Trichter zum Sammeln der Feststoffe gefiltert. Die nassen Feststoffe wurden in 1500 Gramm Wasser 20 Minuten lang bei 65ºC wieder aufgeschlämmt und dann wieder auf einem Buchner-Trichter gesammelt. Der Organoton-"Filterkuchen" wurde 16 Stunden bei 45ºC getrocknet.
    • BEISPIEL 2
  • Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, außer dass 34,62 Gramm zweifach hydrierter Talgester des Dimethyl-diethanol-ammoniummethylsulfats verwendet wurde, das von der Kao Corporation als TETRANYL AHT-2 gewerblich erhältlich ist.
    • VERGLEICHSBEISPIEL A
  • Für Vergleichszwecke wurde das Verfahren von Beispiel 1 wiederholt, außer dass 24,15 Gramm zweifach hydriertes Dimethyl-Talgammoniumchlorid, eine quartäre Verbindung, die allgemein zur Herstellung einer Reihe verschiedener gewerblicher Organotone verwendet wird, zugefügt wird.
    • BEISPIELE 3-6
  • Die Zusammensetzungen wurden nach dem Verfahren von Beispiel 1 hergestellt, außer dass 28,54 Gramm der folgenden quartären Ammoniumverbindungen verwendet wurden:
  • Beispiel 3 - zweifach hydrierter Talgester des Dimethyl-diethanol-ammoniumchlorids
  • Beispiel 4 - zweifach hydrierter Talgester des Methyl-triethanol-ammoniummethylsulfats
  • Beispiel 5 - Dicocoester des Methyl-triethanol-ammoniummethylsulfats
  • Beispiel 6 - Dicocoester des Dimethyl-diethanol-ammoniumchlorids.
    • Beispiele 7-19
  • Eine typische Anstrichfarben-Formulierung eines organischen Systems wurde nach Formulierung 1 hergestellt. Formulierung 1 Langölige Alkyd-Anstrichfarbe
  • Jede der in Beispielen 1 bis 6 hergestellten Organotonproben, Vergleichsbeispiel A und Bentone 34 wurde in Formulierung 1 bei einer Beladung von 0,7% unter Verwendung eines Dispersmat-Dispergiermittels hergestellt. B34 (Bentone 34) ist ein gewerblich erhältlicher Organoton, der von der Rheox Inc. unter Verwendung einer sich von Talg herleitenden quartären Nitrilverbindung hergestellt wird. Die Ergebnisse zeigen die Viskosität und andere typische Beschichtungseigenschaften, die vorgesehen sind, wenn die neuen Organotone der Erfindung in einer Alkydharz-Farbanstrichformulierung verwendet werden. Die eingesetzten verschiedenen Tests waren Standard- Labormessungen, die herkömmlicherweise bei der Bestimmung der Wirksamkeit der Organotone bei dem Vorsehen rheologischer Eigenschaften für organische Flüssigkeiten verwendet werden. Eigenschaften von Anstrichfarben
  • Besprechung der Ergebnisse: Viele der obigen Ergebnisse deuten darauf hin, dass erfindungsgemäß hergestellte Organotone herkömmlichen Organotonen überlegen sind - vergleiche Beispiele 7 bis 9 und 16 bis 18. Während einige der Beispiele gleiche oder eine geringgradig verminderte Wirksamkeit aufgewiesen haben, sind alle erfinderischen Beispiele technisch und gewerblich akzeptierbar.
  • Basierend auf den vorangehenden Ergebnissen ist es offensichtlich, dass die von der Erfindung vorgesehenen organophilen Tone bei der Verbesserung der rheologischen Eigenschaften von nicht wässrigen Systemen hoch wirksam sind.

Claims (10)

1. Organophiler Ton zum Vorsehen rheologischer Eigenschaften für nicht wässrige Flüssigkeitssysteme, die folgendes Reaktionsprodukt umfassen:
(a) einen oder mehrere Ton(e) des Smektit-Typs mit einer Kationenaustauschkapazität von mindestens ca. 75 Miiliäquivalenten pro 100 Gramm Ton, 100% Ton, aktive Ton-Basis, und
(b) eine oder mehrere quartäre Ammoniumverbindungen, die sich von einem sich von organischer Säure herleitenden Ester ableiten, in einer ausreichenden Menge, um mindestens ca. 75% der Kationenaustauschkapazität des Tones vom Smektit-Typ zufriedenzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass genannte quartäre Ammoniumverbindung(en) die folgende Formel aufweist/aufweisen:
worin R&sub1; eine Alkyl- oder Aralkyl-Estergruppe mit 8 bis 30 Kohlenstoffatomen ist und R&sub2;, R&sub3; und R&sub4; jeweils unabhängig ausgewählt werden aus: (i) R&sub1;, (ii) linearem oder verzweigtem Alkyl (einschließlich Methyl), aliphatischen oder aromatischen Gruppen mit 1 Kohlenstoffatom bis 30 Kohlenstoffatomen, die optional durch hydroxylierte Gruppen substituiert sind; (iii) Aralkyl-Gruppen, wie zum Beispiel Benzyl- und substituierte Benzyl-Komponenten, einschließlich solcher Gruppen mit kondensierten Ringkomponenten, die lineare Ketten oder Verzweigungen von 1 Kohlenstoffatom bis 30 Kohlenstoffatome aufweisen; (iv) Arylgruppen, wie zum Beispiel Phenyl und substituiertes Phenyl, einschließlich kondensierter aromatischer Ring-Substituenten; (v) ungesättigte &beta;-, &gamma;-Gruppen mit bis zu sechs Kohlenstoffatomen oder Hydroxylgruppen mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen und (vi) Wasserstoff unter der Voraussetzung, dass mindestens eines von R&sub2;, R&sub3; und R&sub4; R&sub1; ist und M&supmin; ein Anion ist, das aus Chlorid, Methylsulfat, Acetat, Iodid und Bromid ausgewählt wird.
2. Organophiler Ton nach Anspruch 1, worin ein organisches Anion oder mehrere organische Anionen in dem Reaktionsprodukt zur Bildung eines Komplexes eingeschlossen sind, wobei die quartäre Ammoniumverbindung oder die quartären Ammoniumverbindungen in einer ausreichenden Menge vorliegen, um mindestens ca. 75% der Kationenaustauschkapazität des Tons vom Smektit-Typ und des organischen Anions zufriedenzustellen und genanntes organische Anion oder genannte organische Anionen sich bevorzugt von Carbonsäuren, Sulfonsäuren, Alkylsulfaten oder Gemischen davon herleiten.
3. Organophiler Ton nach Anspruch 1 oder 2, worin genannter Ton des Smektit- Typs aus Bentonit, Hectorit und Gemischen davon ausgewählt wird.
4. Organophiler Ton nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin jede R&sub1;-Gruppe die folgende Formel aufweist:
worin jedes D unabhängig aus H, CH&sub3; und C&sub2;H&sub5; ausgewählt wird und A eine Alkyl- oder Aralkyl-Radikalgruppe ist; welche Gruppe sich von natürlich vorkommenden Ölen herleitet, die aus Kokosnussöl, Sojabohnenöl und Talg ausgewählt werden.
5. Organophiler Ton nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin eine quartäre Ammoniumverbindung oder mehrere quartäre Ammoniumverbindungen die folgende Formel aufweisen:
worin A¹ ein sich von hydriertem Talg oder Kokosnussfettsäuren herleitendes Alkyl- Radikal darstellt; b und c jeweils 1, 2 oder 3 sind und b und c insgesamt immer 4 ist und M entweder Chlorid- oder Methylsulfat ist.
6. Organophiler Ton nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin die quartäre Ammoniumverbindung aus einem Dicocoester von Dimethyl-diethanol-ammoniummethylsulfat, einem Dicocoester von Methyltriethanol-ammonium-methylsulfat, einem Dicocoester von Dimethyl-diethanol-ammoniumchlorid, einem zweifach hydrierten Talgester von Dimethyl-diethanol-ammoniumchlorid, einem zweifach hydrierten Talgester von Methyl-triethanol-ammoniummethylsulfat und einem zweifach hydrierten Talgester von Dimethyl-diethanol-ammonium-methylsulfat ausgewählt wird.
7. Verfahren zum Herstellen eines organophilen Tones nach einem der Ansprüche 1 bis 6, welches Verfahren Folgendes umfasst:
(a) Herstellen einer wässrigen Aufschlämmung des Tones vom Smektit-Typ mit einer Kationenaustauschkapazität von mindestens ca. 75 Milliäquivalenten pro 100 Gramm 100% Ton; aktive Tonbasis;
(b) Erhitzen genannter Aufschlämmung auf eine Temperatur von ca. 20ºC bis 100ºC;
(c) Zufügen der quartären Ammoniumverbindung(en) und optional eines organischen Anions oder mehrerer organischer Anionen nach Anspruch 2 zu genannter Aufschlämmung, indem die quartäre Ammoniumverbindung oder die quartären Ammoniumverbindungen in einer ausreichenden Menge vorliegen, um mindestens ca. 75% der Kationenaustauschkapazität des Tones vom Smektit-Typ und bei Vorliegen gegebenenfalls des organischen Anions zufriedenzustellen;
(d) Reagieren des sich ergebenden Gemisches für eine ausreichende Zeitdauer zur Bildung eines organophilen Tons und
(e) Rückgewinnen des organophilen Tons.
8. Nicht wässriges Flüssigkeitssystem, das eine nicht wässrige Zusammensetzung und einen organophilen Ton nach einem der Ansprüche 1 bis 6 umfasst.
9. Nicht wässriges Flüssigkeitssystem nach Anspruch 8, worin genannte nicht wässrige Zusammensetzung aus Anstrichfarben, Beschichtungen, Lacken, Emaillelacken, Wachsen, Farblack, Lackentferner, Bohrflüssigkeiten auf Ölbasis, Fetten, Tinten, Polyesterharzen, Epoxidharzen, Mastix, Klebstoffen, Dichtungsmitteln, Kosmetika und Detergentien ausgewählt wird.
10. Nicht wässriges Flüssigkeitssystem nach Anspruch 8 oder 9, worin genannter organophiler Ton in einer Menge von ca. 0,01% bis 15% bezogen auf das Gesamtgewicht von genanntem nicht wässrigem Flüssigkeitssystem vorliegt.
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