WO2006092439A1 - Mikrokapselpulver - Google Patents

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WO2006092439A1
WO2006092439A1 PCT/EP2006/060439 EP2006060439W WO2006092439A1 WO 2006092439 A1 WO2006092439 A1 WO 2006092439A1 EP 2006060439 W EP2006060439 W EP 2006060439W WO 2006092439 A1 WO2006092439 A1 WO 2006092439A1
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WO
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microcapsule powder
powder according
microcapsule
water
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PCT/EP2006/060439
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Patrick Amrhein
Albert Spannagel
Hermann Ascherl
Gabriele Lang-Wittkowski
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Basf Aktiengesellschaft
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    • B01J13/00—Colloid chemistry, e.g. the production of colloidal materials or their solutions, not otherwise provided for; Making microcapsules or microballoons
    • B01J13/02—Making microcapsules or microballoons
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Definitions

  • the present invention relates to a microcapsule powder with latent heat storage materials as a capsule core and a capsule wall constructed from
  • Methacrylic acid (monomers I), 0 to 80 wt .-% of a bifunctional or polyfunctional monomer (monomers II), which is insoluble or sparingly soluble in water and 0 to 90 wt .-% of other monomers (monomer III)
  • EP-A-1 029 018 teaches the use of microcapsules having a capsule wall of a highly crosslinked methacrylic acid ester polymer and a latent heat storage core in bonding materials such as concrete or gypsum.
  • DE-A-101 39 171 describes the use of microencapsulated latent heat storage materials in
  • the microcapsule powder used according to these documents has average particle sizes in the range of 2 to 25 ⁇ m.
  • the size of these powder particles thus corresponds to the capsule sizes in the microcapsule dispersions.
  • finely divided powders can often be processed poorly.
  • the result is formulations with a high binder content.
  • they tend to dust due to the high fines. This is additionally disadvantageous in the area of occupational safety. Powders with a high particulate matter content require special occupational safety measures (respiratory protection) and also by the increased dust explosion hazard class additional measures when handling such powders.
  • one important criterion is chemical cleaning resistance.
  • the resistance to chlorinated or perchlorinated solvents In tests with conventional microcapsules, a decrease in weight can be observed, which results from the dissolution of wax from defective capsules or unencapsulated wax. Often, such washout losses are in the range of 5-15%.
  • microcapsule powder was found with latent heat storage materials as a capsule core and a capsule wall constructed from
  • Methacrylic acid (monomers I), 0 to 80 wt .-% of a bifunctional or polyfunctional monomer (monomers II), which is insoluble or sparingly soluble in water and 0 to 90 wt .-% of other monomers (monomer III)
  • each based on the total weight of the monomers having an average particle size in the range of 150-400 microns and 80 wt .-% of the particles having a diameter ⁇ 90 microns.
  • Preferred microcapsule powder has an average particle size of ⁇ 200 ⁇ m, in particular ⁇ 250 ⁇ m and ⁇ 380 ⁇ m, in particular ⁇ 350 ⁇ m determined by Fraunhoferbeugung, volume average.
  • the 80% value of the width of the size distribution of the particles is ⁇ 500 ⁇ m, preferably ⁇ 400 ⁇ m and in particular ⁇ 300 ⁇ m.
  • the particles Preferably, 80 wt .-% of the particles have a diameter ⁇ 100 microns, more preferably> 120 microns.
  • the powder particles according to the invention are aggregates of microcapsules called primary particles. Such particles are often referred to as granules or agglomerate. The surface of the powder particles is uneven and jagged.
  • the primary particles, so the microcapsules in the dispersion have an average particle size of 0.5 to 30 microns, preferably 3 to 12 microns.
  • the microcapsule powder is usually prepared by processing with water or aqueous substances, the preparations may still contain residues of water.
  • the amount of residual moisture is usually from 0 to about 4 wt .-% based on the total weight.
  • the microcapsule powder according to the invention consists essentially of particles with a capsule core consisting predominantly, to more than 95 wt .-%, of latent heat storage materials and a polymer as a capsule wall.
  • the capsule core is solid or liquid depending on the temperature.
  • the average particle size of the capsules (Z means by means of light scattering) is 0.5 to 100 ⁇ m, preferably 1 to 80 ⁇ m, in particular 1 to 50 ⁇ m.
  • the weight ratio of capsule core to capsule wall is generally from 50:50 to 95: 5.
  • Preferred is a core / wall ratio of 70:30 to 93: 7.
  • latent heat storage materials are substances which have a phase transition in the temperature range in which heat transfer is to be carried out.
  • the latent heat storage materials have a solid / liquid phase transition in the temperature range from -20 to 12O 0 C.
  • the latent heat storage material is an organic, preferably lipophilic substance.
  • Suitable substances may be mentioned by way of example:
  • Cio-C 4 o-hydrocarbons which are branched or preferably linear, for example, such as n-tetradecane, n-pentadecane, n-hexadecane, n-heptadecane, n-octadecane, n-nonadecane, n-eicosane, n-heneicosane, n Dicosane, n-tricosane, n-tetracosane, n-pentacosane, n-hexacosane, n-heptacosane, n-octacosane and cyclic hydrocarbons, eg cyclohexane, cyclooctane, cyclodecane;
  • aromatic hydrocarbon compounds such as benzene, naphthalene, biphenyl, o- or n-terphenyl, C 1 -C 40 -alkyl-substituted aromatic hydrocarbons such as dodecylbenzene, tetradecylbenzene, hexadecylbenzene, hexylnaphthalene or decylnaphthalene; saturated or unsaturated C 6 -C 30 -fatty acids such as lauric, stearic, oleic or behenic acid, preferably eutectic mixtures of decanoic acid with, for example, myristic, palmitic or lauric acid;
  • Fatty alcohols such as lauryl, stearyl, oleyl, myristyl, cetyl alcohol, mixtures such as coconut fatty alcohol and the so-called oxo alcohols, which are obtained by hydroformylation of ⁇ -olefins and further reactions;
  • C 6 -C 30 fatty amines such as decylamine, dodecylamine, tetradecylamine or hexadecylamine;
  • Esters such as C 1 -C 10 -alkyl esters of fatty acids such as propyl palmitate, methyl stearate or methyl palmitate and preferably their eutectic mixtures or methyl cinnamate;
  • waxes such as montan acid waxes, montan ester waxes, carnauba wax, polyethylene wax, oxidized waxes, polyvinyl ether wax, ethylene vinyl acetate wax or Fischer-Tropsch hard waxes;
  • halogenated hydrocarbons such as chlorinated paraffin, bromoctadecane, bromopentadecane, bromononadecane, bromeicosane, bromodocosane.
  • mixtures of these substances are suitable, as long as it does not come to a melting point lowering outside the desired range, or the heat of fusion of the mixture is too low for a meaningful application.
  • n-alkanes for example, the use of pure n-alkanes, n-alkanes with a purity of greater than 80% or of alkane mixtures, as obtained as a technical distillate and are commercially available as such.
  • soluble compounds may be added to the capsule core-forming substances so as to prevent the freezing point depression which sometimes occurs with the nonpolar substances. It is advantageous to use, as described in US Pat. No. 5,456,852, compounds having a melting point 20 to 120 K higher than the actual core substance. Suitable compounds are the fatty acids mentioned above as lipophilic substances, fatty alcohols, fatty amides and aliphatic hydrocarbon compounds. They are added in amounts of from 0.1 to 10% by weight, based on the capsule core.
  • the latent heat storage materials are selected.
  • one uses for heat Storage in building materials in a moderate climate prefers latent heat storage materials whose solid / liquid phase transition in the temperature range of 0 to 60 0 C.
  • selects a rule for indoor applications individual substances or mixtures with conversion temperatures of 15 to 3O 0 C.
  • EP-A-333 described 145 as in the are mainly transformation temperatures of 30 - 60 0 C suitable.
  • Preferred latent heat storage materials are aliphatic hydrocarbons, particularly preferably those listed above by way of example.
  • aliphatic hydrocarbons having 14 to 20 carbon atoms and mixtures thereof are preferred.
  • the capsule wall of the microcapsules is from 10 to 100 wt .-%, preferably 30 to 95 wt .-% of one or more C 1 -C 24 -AikyIStBr the acrylic and / or
  • the polymers may contain up to 80% by weight, preferably 5 to 60% by weight, in particular 10 to 50% by weight, of a bi- or polyfunctional monomer as monomers II, which is insoluble or sparingly soluble in water, incorporated in copolymerized form.
  • the polymers may contain up to 90% by weight, preferably up to 50% by weight, in particular up to 30% by weight, of other monomers III in copolymerized form.
  • Suitable monomers I are C 1 -C 24 -alkyl esters of acrylic and / or methacrylic acid. Particularly preferred monomers I are methyl, ethyl, n-propyl and n-butyl acrylate and / or the corresponding methacrylates. Iso-propyl, isobutyl, sec-butyl and tert-butyl acrylate and the corresponding methacrylates are preferred. Further, methacrylonitrile is mentioned. Generally, the methacrylates are preferred.
  • Suitable monomers II are bi- or polyfunctional monomers which are insoluble or sparingly soluble in water but have good to limited solubility in the lipophilic substance. Sparingly is less than 60 g / l to understand at 2O 0 C a solubility.
  • bi- or polyfunctional monomers is meant compounds having at least 2 non-conjugated ethylenic double bonds.
  • divinyl and polyvinyl monomers come into consideration, which cause cross-linking of the capsule wall during the polymerization.
  • Preferred bifunctional monomers are the diesters of diols with acrylic acid or methacrylic acid, furthermore the diallyl and divinyl ethers of these diols.
  • Preferred divinyl monomers are ethanediol diacrylate, divinylbenzene,
  • Ethylene glycol dimethacrylate, 1,3-butylene glycol dimethacrylate, methallyl methacrylamide and allyl methacrylate Particular preference is given to propanediol, butanediol, pentanediol and hexanediol diacrylate or the corresponding methacrylates.
  • Preferred polyvinyl monomers are trimethylolpropane triacrylate and methacrylate, pentaerythritol triallyl ether and pentaerythritol tetraacrylate.
  • monomers III other monomers come into consideration, preference is given to monomers such as vinyl acetate, vinyl propionate and vinylpyridine.
  • water-soluble monomers MIb e.g. Acrylonitrile, methacrylamide, acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, maleic acid, maleic anhydride, N-vinylpyrrolidone, 2-hydroxyethyl acrylate and methacrylate and acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid.
  • N-methylolacrylamide, N-methylolmethacrylamide, dimethylaminoethyl methacrylate and diethylaminoethyl methacrylate may be mentioned in particular.
  • These further ethylenically unsaturated monomers may be the monomers I, II and / or III not previously mentioned for this embodiment.
  • microcapsules of this embodiment formed Since they usually have no significant influence on the microcapsules of this embodiment formed, their proportion is preferably ⁇ 20 wt .-%, in particular ⁇ 10 wt .-%.
  • Such microcapsule dispersions and their preparation are described in EP-A-1 251 954, to which reference is expressly made.
  • microcapsule dispersions can be prepared by a so-called in situ polymerization and are converted therefrom into the powders according to the invention.
  • microcapsule dispersions and their preparation are known from EP-A-457 154, DE-A-10 139 171, DE-A-102 30 581 and EP-A-1 321 182, to which reference is expressly made.
  • the microcapsules are prepared by preparing from the monomers, a radical initiator, a protective colloid and the lipophilic substance to be encapsulated a stable oil-in-water emulsion in which they are present as a disperse phase. Subsequently, the polymerization of the monomers is initiated by heating and controlled by further increase in temperature, wherein the resulting polymers form the capsule wall, which encloses the lipophilic substance.
  • free-radical initiators for the free-radical polymerization reaction the usual peroxo and azo compounds, advantageously in amounts of 0.2 to 5 wt .-%, based on the weight of the monomers used.
  • radical initiator can be supplied as such, but preferably as a solution, emulsion (liquid in liquid) or suspension (solid in liquid), which makes it possible, in particular, to meter small amounts of radical initiator more precisely.
  • Preferred free-radical initiators are tert-butyl peroxyneodecanoate, tert-amyl peroxypivalate, dilauroyl peroxide, tert-amyl peroxy-2-ethylhexanoate, 2,2'-azobis (2,4-dimethyl) valeronitrile, 2,2'-azobis (2) methylbutyronitrile), dibenzoyl peroxide, tert-butyl per-2-ethylhexanoate, di-tert-butyl peroxide, tert-butyl hydroperoxide, 2,5-dimethyl-2,5-di- (tert-butylperoxy) hexane and cumene hydroperoxide.
  • radical initiators are di (3,5,5-trimethylhexanoyl) peroxide, 4,4'-azobisisobutyronitrile, tert-butyl perpivalate and dimethyl 2,2-azobisisobutyrate. These have a half-life of 10 hours in a temperature range of 30 to 100 0 C.
  • the polymerization is carried out at 20 to 100 ° C, preferably at 40 to 95 0 C.
  • the oil-in-water emulsion is to be formed at a temperature at which the core material is liquid / oily. Accordingly, a radical initiator must be selected whose decomposition temperature above this temperature and the polymerization are also carried out 2 to 5O 0 C above this temperature, so that optionally selects radical initiator whose decomposition temperature is above the melting point of the lipophilic substance.
  • a common process variant for lipophilic substances having a melting point up to about 6O 0 C is a reaction temperature starting at 6O 0 C, which is increased in the course of the reaction at 85 0 C.
  • Advantageous free-radical initiators have a 10-hour half-life in the range of 45 to 65 0 C as t-butyl perpivalate.
  • the reaction times of the polymerization are normally 1 to 10 hours, usually 2 to 5 hours.
  • microcapsules are formed by gradually heating the oil-in-water emulsion. It is to understand step by step that by
  • the reaction is triggered by decay of the radical initiator and by further heating, which can be carried out continuously or periodically, the polymerization is controlled.
  • the rate of polymerization can be controlled by selecting the temperature and the amount of radical initiator. This is preferably done by means of a program with increasing temperature.
  • the total polymerization time can be divided into two or more periods for this purpose.
  • the first polymerization period is characterized by a slow disintegration of the polymerization initiator.
  • the temperature of the reaction mixture is increased in order to accelerate the decomposition of the polymerization initiators.
  • the temperature may be increased in one step or in several steps, or continuously in a linear or non-linear manner.
  • the temperature difference between the beginning and the end of the polymerization may be up to 5O 0 C. In general, this difference is from 3 to 4O 0 C, preferably 3 to 3O 0 C.
  • the polymerization is expediently continued for a time of up to 2 hours in order to lower residual monomer contents.
  • This can be achieved physically in a manner known per se by distillative removal (in particular via steam distillation) or by stripping with an inert gas.
  • distillative removal in particular via steam distillation
  • stripping with an inert gas can be done chemically, as described in WO 9924525, advantageously by redox-initiated polymerization, as described in DE-A-4 435 423, DE-A-4419518 and DE-A-4435422.
  • microcapsule dispersion with microcapsules having an average particle size in the range of 0.5 to 30 .mu.m, the particle size in a conventional manner via the shearing force, the Stirring rate, the protective colloid and its concentration can be adjusted.
  • Preferred protective colloids are water-soluble polymers, since these reduce the surface tension of the water from 73 mN / m to a maximum of 45 to 70 mN / m and thus ensure the formation of closed capsule walls and thus the formation of microcapsules with average particle sizes in the range of 0.5 allow up to 30 microns, preferably 2 to 12 microns in the dispersion.
  • the microcapsules are prepared in the presence of at least one organic protective colloid, which may be both anionic and neutral. It is also possible to use anionic and nonionic protective colloids together. Preference is given to using inorganic protective colloids, optionally mixed with organic protective colloids or nonionic protective colloids.
  • organic neutral protective colloids are preferred.
  • Organic neutral protective colloids are cellulose derivatives such as hydroxyethylcellulose, methylhydroxyethylcellulose, methylcellulose and carboxymethylcellulose, polyvinylpyrrolidone, copolymers of vinylpyrrolidone, gelatin, gum arabic, xanthan, sodium alginate, casein, polyethylene glycols, preferably polyvinyl alcohol and partially hydrolyzed polyvinyl acetates and methylhydroxypropylcellulose.
  • Suitable anionic protective colloids are polymethacrylic acid, the copolymers of sulfoethyl acrylate and methacrylate, sulfopropyl acrylate and methacrylate, N- (sulfoethyl) -maleimide, 2-acrylamido-2-alkylsulfonic acids, styrenesulfonic acid and vinylsulfonic acid.
  • Preferred anionic protective colloids are naphthalenesulfonic acid and naphthalenesulfonic acid-formaldehyde condensates and above all polyacrylic acids and phenolsulfonic acid-formaldehyde condensates.
  • the anionic and nonionic protective colloids are generally used in amounts of from 0.1 to 10% by weight, based on the water phase of the emulsion.
  • a Pickering system can consist of the solid particles alone or in addition of auxiliaries which improve the dispersibility of the particles in water or the wettability of the particles by the lipophilic phase.
  • the inorganic solid particles may be metal salts, such as salts, oxides and hydroxides of calcium, magnesium, iron, zinc, nickel, titanium, aluminum, silicon, barium and manganese.
  • metal salts such as salts, oxides and hydroxides of calcium, magnesium, iron, zinc, nickel, titanium, aluminum, silicon, barium and manganese.
  • These include magnesium hydroxide, magnesium carbonate, magnesium oxide, calcium oxalate, calcium carbonate, barium carbonate, barium sulfate, titanium dioxide, aluminum oxide, aluminum hydroxide and zinc sulfide.
  • Silicates, bentonite, hydroxyapatite and hydrotalcites are also mentioned. Particularly preferred are highly disperse silicas, magnesium pyrophosphate and tricalcium phosphate.
  • the Pickering systems can both be added to the water phase first, as well as added to the stirred oil-in-water emulsion. Some fine, solid particles are produced by precipitation as described in EP-A-1 029 018 and EP-A-1 321 182.
  • the highly dispersed silicas can be dispersed as fine, solid particles in water. But it is also possible to use so-called colloidal dispersions of silica in water.
  • the colloidal dispersions are alkaline, aqueous mixtures of silica. In the alkaline pH range, the particles are swollen and stable in water.
  • the pH of the oil-in-water emulsion is adjusted to pH 2 to 7 with an acid.
  • the inorganic protective colloids are generally used in amounts of 0.5 to 15 wt .-%, based on the water phase.
  • the organic neutral protective colloids are used in amounts of from 0.1 to 15% by weight, preferably from 0.5 to 10% by weight, based on the water phase.
  • the dispersing conditions for preparing the stable oil-in-water emulsion are preferably chosen in a manner known per se such that the oil droplets have the size of the desired microcapsules.
  • the microcapsule powder according to the invention is obtained, for example, by spray-drying the microcapsule dispersions.
  • the spraying of the aqueous polymer dispersion in the hot air stream preferably takes place by means of single-substance nozzles.
  • the droplet size at Exit is chosen so that a microcapsule powder is formed in which the powder particles have an average particle size in the range of 150-400 .mu.m and 80% by weight of the particles have a size .gtoreq.90 .mu.m.
  • the person skilled in the art will choose the diameter of the nozzle and the precursor pressure of the material stream. The higher the form, the smaller the droplets are produced.
  • the microcapsule dispersion is fed in the range of 2-200 bar.
  • a single-fluid nozzle with swirl generator is used.
  • droplet size and spray angle can be additionally influenced.
  • single-substance nozzles from Delavan, which have a typical structure consisting of swirl chamber, which influences the spray angle, and perforated plate, which influences the throughput.
  • the procedure is that the inlet temperature of the hot air flow in the range of 100 to 200 0 C, preferably 120 to 180 0 C, and the outlet temperature of the hot air flow in the range of 30 to 110 0 C, preferably 50 to 9O 0 C.
  • the temperature difference between the inlet and outlet temperature is preferably at least 50 ° C, preferably at least 60 ° C and more preferably at least 70 ° C.
  • the separation of the fines from the gas stream is usually done using cyclones or filter separators. The fines are preferably redispersed and recycled into the stream.
  • the sprayed aqueous polymer dispersion and the hot air stream are preferably conducted in parallel.
  • a spray tower for example, dryers Anhydro, Miro or Nubilosa can be used, the tower heights of 12-30 meters and widths of 3 to 8 meters have.
  • the throughput of dry air is typically in the range of 20-30 t / h for such spray towers.
  • the throughput of microcapsule dispersion is then usually at 1 to 1, 5 t / h.
  • the powder properties can also by the temperature of the powder
  • spraying aids are added for spray drying in order to facilitate spray drying or to adjust certain powder properties, eg low dust, flowability or improved redispersibility.
  • the expert a variety of spraying aids are common. Examples thereof can be found in DE-A 19629525, DE-A 19629526, DE-A 2214410, DE-A 2445813, EP-A 407889 or EP-A 784449.
  • Advantageous spray aids are, for example, water-soluble polymers of the polyvinyl alcohol or partially hydrolyzed polyvinyl acetates, cellulose derivatives such as Hydroxyethylcellulose, carboxymethylcellulose, methylcellulose, methylhydroxyethylcellulose and methylhydroxypropylcellulose, polyvinylpyrrolidone, copolymers of vinylpyrrolidone, gelatin, preferably polyvinyl alcohol and partially hydrolyzed polyvinyl acetates and methylhydroxypropylcellulose.
  • organically neutral protective colloids In the preparation of the microcapsule dispersion, preference is given to working with organically neutral protective colloids, since in this case the addition of spray auxiliaries for spray drying is not necessary.
  • the organically neutral protective colloids additionally act as spraying aids, so that their use is particularly advantageous.
  • microcapsule powder according to the invention has a good chemical cleaning resistance. It is believed that the superior cleaning resistance is due to the spray-drying cavities in the powder of the present invention in which the unencapsulated wax residues are trapped.
  • microcapsule powder is well redispersible even across the breadth of its various applications in binder dispersions and with a wide variety of fillers.
  • microcapsule powder according to the invention does not tend to become blocked during normal storage even after prolonged storage of the powder.
  • microcapsule powder according to the invention is diverse. Thus, it can be advantageously incorporated into textiles such as textile fabrics, textile coatings, nonwovens (for example nonwovens), etc.
  • binders with mineral, silicate or polymeric binders are characterized by their resistance to hydrolysis against the aqueous and often alkaline aqueous materials.
  • a mineral shaped body is understood to be a shaped body which is formed from a mixture of a mineral binder, water, additives and, if appropriate, auxiliaries after shaping by hardening the mineral binder / water mixture as a function of time, optionally under the effect of elevated temperature.
  • Mineral binders are well known. These are finely divided inorganic substances such as lime, gypsum, clay, loam and / or cement, which are converted into their ready-to-use form by mixing with water be, the latter left alone, in the air or under water, possibly under the influence of elevated temperature, as a function of time stone-like solidify.
  • the aggregates are usually made of granular or fibrous natural or artificial rock (gravel, sand, glass or mineral fibers), in special cases also of metals or organic aggregates or mixtures of said aggregates, with grain sizes or fiber lengths, the respective purpose in are adapted in a known manner. Frequently, for the purpose of coloring and colored pigments are also used as surcharges.
  • Suitable auxiliaries are, in particular, those substances which accelerate or retard the hardening or which influence the elasticity or porosity of the solidified mineral shaped body. These are, in particular, polymers, as described, for example, in US Pat. from US-A 4 340 510, GB-PS 15 05 558, US-A 3 196 122, US-A 3 043 790, US-A 3 239 479, DE-A 43 17 035, the DE-A 43 17 036, JP-A 91/131 533 and other publications are known.
  • the microcapsule powder according to the invention is particularly suitable for modifying mineral binders (mortar-like preparations) containing a mineral binder consisting of 70 to 100% by weight of cement and 0 to 30% by weight of gypsum. This is especially true when cement is the sole mineral binder.
  • the effect according to the invention is essentially independent of the type of cement.
  • oil shale cement, Portland cement, hydrophobic Portland cement, quick-setting cement, swelling cement or alumina cement can be used, with the use of Portland cement proves to be particularly favorable.
  • the dry compositions of mineral binders based on the amount of mineral binder, contain from 0.1% to 20% by weight of microcapsules.
  • the microcapsule powder of the invention is used as an additive in mineral coating materials such as plaster.
  • a plaster for the interior is usually composed of gypsum as a binder.
  • the weight ratio of gypsum / microcapsule is from 95: 5 to 70:30. Higher microcapsule proportions are of course possible.
  • Exterior coatings such as exterior facades or damp rooms may contain cement (cementitious plasters), lime or waterglass (mineral or silicate plasters) or plastic dispersions (synthetic resin plasters) as binders together with fillers and optionally coloring pigments.
  • cement cementitious plasters
  • lime or waterglass mineral or silicate plasters
  • plastic dispersions synthetic resin plasters
  • the amount the microcapsules on the total solids corresponds to the weight ratios for gypsum plasters.
  • microcapsule powder according to the invention are suitable as an additive in polymeric moldings or polymeric coating compositions. These are thermoplastic and thermosetting plastics to understand in their processing, the microcapsules are not destroyed. Examples are epoxy, urea, melamine, polyurethane and silicone resins and also paints both solvent-based, high-solids-based, powder coating or water-based paint and dispersion films.
  • the microcapsule powder is also suitable for incorporation in plastic foams and fibers. Examples of foams are polyurethane foam, polystyrene foam, latex foam and melamine resin foam.
  • microcapsule powder of the invention is suitable as an additive in lignocellulose-containing moldings, such as chipboard.
  • microcapsule powder according to the invention are processed in mineral moldings which are foamed.
  • the microcapsule powder according to the invention is suitable for the modification of plasterboard.
  • the production of plasterboard with microencapsulated latent heat storage is well known and described in WO-A-1421243, which is incorporated herein by reference.
  • Alternative fibrous structures may be used as double-sided covers for the "gypsum plaster board” instead of cellulose-based board
  • Alternative materials are polymer fibers such as polypropylene, polyester, polyamide, polyacrylates, polyacrylonitrile, etc. Glass fibers are also suitable be used as a fabric and as so-called “nonwovens", ie as fleece-like structures.
  • Such structural panels are known for example from US 4,810,569, US 4,195,110 and US 4,394,411.
  • the microcapsule powder according to the invention is suitable for the production of heat transfer fluid.
  • heat transfer fluid in the context of this application, both liquids for the transport of heat as well as liquids for the transport of cold, ie cooling liquids meant.
  • the principle of heat energy transfer is the same in both cases and differs only in the direction of transfer.
  • Such heat transfer fluids are used according to the invention in a system comprising a heat receiving part and a heat-emitting part between which the heat transfer fluid is circulated and optionally a pump for transporting the heat transfer fluid.
  • the heat transfer fluid is passed close to the heat source in order to achieve the fastest possible heat absorption and thus heat dissipation.
  • the cycle continues to the heat-emitting part, where this time the heat is dissipated to the cooler heat consumer.
  • the heat transfer fluid can move by convection alone.
  • at least one pump is used, also to ensure a rapid energy dissipation or a faster heat exchange between the heat source and the consumer.
  • Control options for maximum heat transfer and heat transfer are the speed of the heat transfer fluid, the choice and thus the heat capacity and the amount of the respective latent heat storage materials and the lowest possible viscosity of the heat transfer fluid while it is in motion.
  • the latent heat storage materials it should be noted that the temperature of the heat source is above the melting point of the heat transfer fluid and the temperature of the heat consumer is below its freezing point. Melting point and solidification point are not necessarily the same since, as already mentioned above, freezing point depressions can also occur.
  • microcapsule powder according to the invention is dispersed in customary liquids such as water. Furthermore, it can be used in formulations of customary aqueous coolants or antifreeze compositions containing, for example, glycols, glycol ethers or other organic solvents. Such heat transfer fluids may further contain additives such as stabilizers, anti-corrosion agents or thickeners.
  • the heat transfer fluids according to the invention can also be used in a static system. Such systems are described for example in US 5,007,478, the embodiments of which should be included in this application. Cooling by means of a static system is used, for example, in electronic components and in computers to dissipate their heat.
  • the heat transfer fluid is enclosed in a container. Of the Energy exchange also takes place here via a heat exchanger which is connected to the container or via a heat exchanger in the container and simply over the container surface itself. Here they absorb short-term energy peaks or ensure a temperature compensation over longer periods of time.
  • microcapsules also show excellent mechanical properties as a dispersion. They are also stable under the pumping conditions. The capsules show stabilities against mechanical loads and withstand mechanical shear rates of 10,000 rpm. Furthermore, they have good hydrolytic stability.
  • microcapsule powder according to the invention is suitable for bedding.
  • the following examples are intended to explain the invention in more detail.
  • the percentages in the examples are by weight.
  • the particle size of the microcapsule powder was determined with a Malvern Particle Sizer Type 3600E according to a standard measuring method documented in the literature.
  • the solubility of microcapsule powder in tetrachlorethylene is determined.
  • 5 g of microcapsule powder are stirred with 45 g of tetrachlorethylene for 2 hours at room temperature with a magnetic stirrer and then separated via a pleated filter, the powder.
  • tetrachlorethylene leaked wax is dissolved, but not the capsule wall.
  • the weight of the solution in a sheet metal dish and the residue after evaporation of the solvent are determined. From this one can determine the percentage loss of wax from the powder in a dry cleaning.
  • Feed 1 1, 09 kg t-butyl hydroperoxide, 70% in water
  • Feed 2 0.35 kg ascorbic acid, 24 g sodium hydroxide solution, 56 kg water
  • the above water phase was initially charged and adjusted to pH 4 with 10% nitric acid.
  • After addition of the oil phase was dispersed with a high-speed Dissolverrrinder at 4000 rpm. After 50 minutes of dispersion, a stable emulsion of particle size 2 to 12 microns
  • the emulsion was heated with stirring with an anchor raker in 30 minutes at 56 0 C, within a further 20 minutes at 70 0 C, heated to 85 0 C within a further 60 minutes.
  • the resulting microcapsule dispersion was cooled with stirring to 7O 0 C and the feed 1 was added.
  • the feed 2 was metered in with stirring at 70 ° C. for 80 minutes. It was then cooled.
  • Microcapsule dispersion was cooled with stirring to 7O 0 C and the feed 1 was added. Feed 2 was metered in with stirring at 7O 0 C for 100 minutes added. It was then cooled. The resulting microcapsule dispersion had a solids content of 49.5% and an average particle size of 4.9 microns (measured with Fraunhoferbeugung, volume average).
  • Feed 1 18.79 kg t-butyl hydroperoxide, 10% in water feed 2: 1, 05 kg ascorbic acid, 15 kg sodium hydroxide (25% in water), 100 kg water
  • the above water phase was presented. After addition of the oil phase was dispersed with a high-speed Dissolverrrinder at 3800 rpm. After 40 minutes of dispersion, a stable emulsion of particle size 2 to 12 microns in diameter was obtained. The emulsion was heated with stirring with an anchor raker in 40 minutes at 56 0 C, within a further 20 minutes at 70 0 C, heated to 85 0 C within a further 60 minutes. The resulting microcapsule dispersion was cooled with stirring to 7O 0 C and the feed 1 was added. The feed 2 was metered in with stirring at 7O 0 C for 80 minutes. It was then cooled. The resulting microcapsule dispersion had a solids content of 43% and a mean particle size of 6.0 microns (measured with Fraunhoferbeugung, volume average).
  • Water phase 572 g of water 80 g of a 50% colloidal dispersion of SiO 2 in water at pH 9.3
  • Feed 1 1, 09 g of t-butyl hydroperoxide, 70% in water
  • Feed 2 0.34 g of ascorbic acid, 0.024 g of NaOH, 56 g of H 2 OBeJ room temperature, the above water phase was initially charged and adjusted to pH 4 with 3 g of 10% nitric acid. After addition of the oil phase was with a high-speed Dissolverrhaker at
  • Microcapsule dispersion was cooled with stirring to 7O 0 C and the feed 1 was added.
  • the feed 2 was metered in with stirring at 7O 0 C for 80 minutes. It was then cooled.
  • a nozzle combination with three single-fluid nozzles was used.
  • the components of the nozzle combination from Delavan are on the one hand the swirl chamber and on the other hand the perforated plate for influencing the throughput for given tower parameters.
  • the spray tower has a diameter of 5 m at a height of 24 m and is driven at a negative pressure of 0.5- 3 mbar, measured at the center of the tower, in the DC method with up to 25 to / h, steam-heated, dry air.
  • the temperature difference of the drying is about 70 0 C, the
  • Product discharge temperature by "aftertreatment” is about 25 ° C.
  • the product is discharged via cyclones.
  • Microcapsule powder having an average particle size of 100 ⁇ m (diameter lower limit (80% value): 50 ⁇ m, distribution width (80%) 40-110 ⁇ m 70 ⁇ m) gave a washout loss of 7%.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mikrokapselpulver mit Latentwärmespeichermaterialien als Kapselkern und einer Kapselwand aufgebaut aus 10 bis 100 Gew.-% eines oder mehrerer C<SUB>1</SUB>-C<SUB>24</SUB>-Alkylester der Acryl- und/oder Methacrylsäure (Monomere I), 0 bis 80 Gew.-% eines bi- oder polyfunktionellen Monomers (Monomere II), welches in Wasser nicht löslich oder schwer löslich ist und 0 bis 90 Gew.-% sonstige Monomere (Monomer III) jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere, mit einer mittleren Teilchengröße im Bereich von 150 - 400 µm und mit 80 Gew.-% der Teilchen, die einen Durchmesser > 90 µm haben, ein Verfahren zu seiner Herstellung sowie seine Verwendung in Bindebaustoffen, Textilien und Schüttungen.

Description

Mikrokapselpulver
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mikrokapselpulver mit Latentwärmespeichermaterialien als Kapselkern und einer Kapselwand aufgebaut aus
10 bis 100 Gew.-% eines oder mehrerer CrC24-Alkylester der Acryl- und/oder
Methacrylsäure (Monomere I), 0 bis 80 Gew.-% eines bi- oder polyfunktionellen Monomers (Monomere II), welches in Wasser nicht löslich oder schwer löslich ist und 0 bis 90 Gew.-% sonstige Monomere (Monomer III)
jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere, ein Verfahren zu seiner Herstellung sowie seine Verwendung in Bindebaustoffen, Textilien, Wärmeträgerflüssigkeiten und Schüttungen.
In den letzten Jahren sind als neue Materialkombination Baustoffe mit Latentwärmespeichern untersucht worden. Ihre Funktionsweise beruht auf der beim fest/flüssig- Phasenübergang auftretenden Umwandlungsenthalpie, die eine Energieaufnahme oder Energieabgabe an die Umgebung bedeutet. Sie können damit zur Temperaturkonstanthaltung in einem festgelegten Temperaturbereich verwendet werden. Da die Latentwärmespeichermaterialien je nach Temperatur auch flüssig vorliegen, können sie nicht direkt mit Baustoffen verarbeitet werden, denn Emissionen an die Raumluft sowie die Trennung vom Baustoff wären zu befürchten.
Die EP-A-1 029 018 lehrt die Verwendung von Mikrokapseln mit einer Kapselwand aus einem hochvernetzten Methacrylsäureesterpolymer und einem Latentwärmespeicherkern in Bindebaustoffen wie Beton oder Gips. Die DE-A-101 39 171 beschreibt die Verwendung von mikroverkapselten Latentwärmespeichermaterialien in
Gipskartonplatten. Ferner lehrt die ältere US-Anmeldung Ser. No 60/573420 den Einsatz von mikroverkapselten Latentwärmespeichermaterialien in Spanplatten zusammen mit Melaminformaldehydharzen als Bindemittel.
Das gemäß dieser Schriften eingesetzte Mikrokapselpulver hat mittlere Teilchengrößen im Bereich von 2 - 25 μm. Die Größe dieser Pulverteilchen entspricht somit den Kapselgrößen in den Mikrokapseldispersionen. Derart feinteilige Pulver lassen sich jedoch oftmals schlecht verarbeiten. Die Folge sind Formulierungen mit einem hohen Bindemittelgehalt. Darüber hinaus neigen sie aufgrund des hohen Feinanteils zum Stauben. Dies ist zusätzlich in Bereich der Arbeitssicherheit nachteilig. Pulver mit einem hohen Feinstaubanteil erfordern besondere Arbeitsschutzmassnahmen (Atemschutz) und ebenso durch die erhöhte Staubexplosionsgefährdungsklasse zusätzliche Maßnahmen beim Umgang mit solchen Pulvern. Die ältere PCT-Anmeldung PCT/EP2005/008354 lehrt grobteilige Mikrokapsel- zubereitungen bei denen das Mikrokapselpulver mit einem polymeren Bindemittel zu Teilchen von Größen oberhalb von bevorzugt 500 μm extrudiert wird. Es gibt jedoch Anwendungen bei denen die Verarbeitung eines Pulvers gewünscht wird.
Für Anwendungen als Ausrüstung im Textilsektor ist ein wichtiges Kriterium die chemische Reinigungsbeständigkeit. Hiermit ist die Beständigkeit gegenüber chlorierten oder perchlorierten Lösungsmitteln gemeint. Bei Tests mit herkömmlichen Mikrokapseln ist eine Gewichtsabnahme zu beobachten, die vom Herauslösen von Wachs aus defekten Kapseln bzw. von nicht verkapseltem Wachs herrührt. Oftmals liegen solche Auswaschverluste im Bereich von 5-15 %.
Daher war es ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Mikrokapselpulver mit Latentwärmespeichermaterialien als Kapselkern zu finden, das eine höhere chemische Reinigungsbeständigkeit aufweist. Darüber hinaus soll es sich vorteilhaft verarbeiten lassen. So soll es gut redispergierbar sein und nicht zur Verblockung bei Lagerung als Pulver neigen.
Dem gemäß wurde ein Mikrokapselpulver gefunden mit Latentwärmespeichermaterialien als Kapselkern und einer Kapselwand aufgebaut aus
10 bis 100 Gew.-% eines oder mehrerer C1-C24-Alkylester der Acryl- und/oder
Methacrylsäure (Monomere I), 0 bis 80 Gew.-% eines bi- oder polyfunktionellen Monomers (Monomere II), welches in Wasser nicht löslich oder schwer löslich ist und 0 bis 90 Gew.-% sonstige Monomere (Monomer III)
jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere, mit einer mittleren Teilchengröße im Bereich von 150 - 400 μm und mit 80 Gew.-% der Teilchen, die einen Durchmesser ≥ 90 μm haben.
Bevorzugtes Mikrokapselpulver hat eine mittlere Teilchengröße von ≥ 200 μm, insbesondere ≥ 250 μm und ≤ 380 μm, insbesondere ≤ 350 μm bestimmt durch Fraunhoferbeugung, Volumenmittelwert.
Der 80 %-Wert der Breite der Größenverteilung der Teilchen ist ≤ 500 μm, bevorzugt ≤ 400 μm und insbesondere < 300 μm.
Bevorzugt haben 80 Gew.-% der Teilchen einen Durchmesser ≥ 100 μm, besonders bevorzugt > 120 μm. Die erfindungsgemäßen Pulverteilchen sind Aggregate aus Mikrokapseln den sogenannten Primärteilchen. Solche Teilchen werden oft auch als Granulat oder Agglomerat bezeichnet. Die Oberfläche der Pulverteilchen ist dabei uneben und zackig. Die Primärteilchen, also der Mikrokapseln in der Dispersion, haben eine mittlere Teilchengröße von 0,5 bis 30 μm, vorzugsweise 3 bis 12 μm.
Da das Mikrokapselpulver meist unter Verarbeitung mit Wasser oder wässrigen Stoffen hergestellt wird, können die Zubereitungen noch Reste von Wasser enthalten. Die Menge an Restfeuchte beträgt üblicherweise von 0 bis etwa 4 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht.
Das erfindungsgemäße Mikrokapselpulver besteht im wesentlichen aus Teilchen mit einem Kapselkern bestehend überwiegend, zu mehr als 95 Gew.-%, aus Latentwärmespeichermaterialien und einem Polymer als Kapselwand. Der Kapselkern ist dabei abhängig von der Temperatur fest oder flüssig. Die mittlere Teilchengröße der Kapseln (Z-Mittel mittels Lichtstreuung) beträgt 0,5 bis 100 μm, bevorzugt 1 bis 80 μm insbesondere 1 bis 50 μm. Das Gewichtsverhältnis von Kapselkern zu Kapselwand beträgt im allgemeinen von 50:50 bis 95:5. Bevorzugt wird ein Kern/Wand-Verhältnis von 70:30 bis 93:7.
Latentwärmespeichermaterialien sind definitionsgemäß Substanzen, die in dem Temperaturbereich, in welchem eine Wärmeübertragung vorgenommen werden soll, einen Phasenübergang aufweisen. Vorzugsweise weisen die Latentwärmespeichermaterialien einen fest/flüssig Phasenübergang im Temperaturbereich von -20 bis 12O0C auf. In der Regel handelt es sich bei dem Latentwärmespeichermaterial um eine organische, bevorzugt lipophile Substanz.
Als geeignete Substanzen sind beispielhaft zu nennen:
- aliphatische Kohlenwasserstoffverbindungen wie gesättigte oder ungesättigte
Cio-C4o-Kohlenwasserstoffe, die verzweigt oder bevorzugt linear sind, z.B. wie n- Tetradecan, n-Pentadecan, n-Hexadecan, n-Heptadecan, n-Octadecan, n- Nonadecan, n-Eicosan, n-Heneicosan, n-Docosan, n-Tricosan, n-Tetracosan, n-Pentacosan, n-Hexacosan, n-Heptacosan, n-Octacosan sowie cyclische Kohlenwasserstoffe, z.B. Cyclohexan, Cyclooctan, Cyclodecan;
aromatische Kohlenwasserstoffverbindungen wie Benzol, Naphthalin, Biphenyl, o- oder n-Terphenyl, C1-C40-alkylsubstituierte aromatische Kohlenwasserstoffe wie Dodecylbenzol, Tetradecylbenzol, Hexadecylbenzol, Hexylnaphthalin oder Decylnaphthalin; gesättigte oder ungesättigte C6-C30-Fettsäuren wie Laurin-, Stearin-, Öl- oder Behensäure, bevorzugt eutektische Gemische aus Decansäure mit z.B. Myristin-, Palmitin- oder Laurinsäure;
- Fettalkohole wie Lauryl-, Stearyl-, Oleyl-, Myristyl-, Cetylalkohol, Gemische wie Kokosfettalkohol sowie die sogenannten Oxoalkohole, die man durch Hydroformylierung von α-Olefinen und weiteren Umsetzungen erhält;
C6-C30-Fettamine, wie Decylamin, Dodecylamin, Tetradecylamin oder Hexadecylamin;
Ester wie Ci-C10-Alkylester von Fettsäuren wie Propylpalmitat, Methylstearat oder Methylpalmitat sowie bevorzugt ihre eutektischen Gemische oder Methylcinnamat;
natürliche und synthetische Wachse wie Montansäurewachse, Montanesterwachse, Camaubawachs, Polyethylenwachs, oxidierte Wachse, Polyvinyletherwachs, Ethylenvinylacetatwachs oder Hartwachse nach Fischer- Tropsch-Verfahren;
halogenierte Kohlenwasserstoffe wie Chlorparaffin, Bromoctadecan, Brompentadecan, Bromnonadecan, Bromeicosan, Bromdocosan.
Weiterhin sind Mischungen dieser Substanzen geeignet, solange es nicht zu einer Schmelzpunkterniedrigung außerhalb des gewünschten Bereichs kommt, oder die Schmelzwärme der Mischung für eine sinnvolle Anwendung zu gering wird.
Vorteilhaft ist beispielsweise die Verwendung von reinen n-Alkanen, n-Alkanen mit einer Reinheit von größer als 80% oder von Alkangemischen, wie sie als technisches Destillat anfallen und als solche handelsüblich sind.
Weiterhin kann es vorteilhaft sein, den kapselkern-bildenden Substanzen in ihnen lösliche Verbindungen zuzugeben, um so die zum Teil bei den unpolaren Substanzen auftretende Gefrierpunktserniedrigung zu verhindern. Vorteilhaft verwendet man, wie in der US-A 5 456 852 beschrieben, Verbindungen mit einem 20 bis 120 K höheren Schmelzpunkt als die eigentliche Kernsubstanz. Geeignete Verbindungen sind die oben als lipophile Substanzen erwähnten Fettsäuren, Fettalkohole, Fettamide sowie aliphatische Kohlenwasserstoffverbindungen. Sie werden in Mengen von 0,1 bis 10 Gew.-% bezogen auf den Kapselkern zugesetzt.
Je nach Temperaturbereich, in dem die Wärmespeicher gewünscht sind, werden die Latentwärmespeichermaterialien gewählt. Beispielsweise verwendet man für Wärme- Speicher in Baustoffen in gemäßigtem Klima bevorzugt Latentwärmespeichermaterialien, deren fest/flüssig Phasenübergang im Temperaturbereich von 0 bis 600C liegt. So wählt man in der Regel für Innenraumanwendungen Einzelstoffe oder Mischungen mit Umwandlungstemperaturen von 15 bis 3O0C. Bei Solaranwendungen als Speicher- medium oder zur Überhitzungsvermeidung von transparenter Wärmedämmung, wie in der EP-A-333 145 beschrieben, sind vor allem Umwandlungstemperaturen von 30- 600C geeignet.
Bevorzugte Latentwärmespeichermaterialien sind aliphatische Kohlenwasserstoffe besonders bevorzugt die oben beispielhaft aufgezählten. Insbesondere werden aliphatische Kohlenwasserstoffe mit 14 bis 20 Kohlenstoffatomen sowie deren Gemische bevorzugt.
Die Kapselwand der Mikrokapseln ist aus 10 bis 100 Gew.-%, vorzugsweise 30 bis 95 Gew.-% eines oder mehrerer C1-C24-AIKyIeStBr der Acryl- und/oder
Methacrylsäure als Monomere I aufgebaut. Außerdem können die Polymere bis zu 80 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 60 Gew.-%, insbesondere 10 bis 50 Gew.-%, eines bi- oder polyfunktionellen Monomers als Monomere II, welches in Wasser nicht löslich oder schwer löslich ist, einpolymerisiert enthalten. Daneben können die Polymere bis zu 90 Gew.-%, vorzugsweise bis zu 50 Gew.-%, insbesondere bis zu 30 Gew.-% sonstige Monomere III einpolymerisiert enthalten.
Als Monomere I eignen sich Ci-C24-Alkylester der Acryl- und/oder Methacrylsäure. Besonders bevorzugte Monomere I sind Methyl-, Ethyl-, n-Propyl- und n-Butylacrylat und/oder die entsprechenden Methacrylate. Bevorzugt sind iso-Propyl-, iso-Butyl-, sec.-Butyl- und tert.-Butylacrylat und die entsprechenden Methacrylate. Ferner ist Methacrylnitril zu nennen. Generell werden die Methacrylate bevorzugt.
Geeignete Monomere Il sind bi- oder polyfunktionelle Monomere, welche in Wasser nicht löslich oder schwer löslich sind, aber eine gute bis begrenzte Löslichkeit in der lipophilen Substanz haben. Unter Schwerlöslichkeit ist eine Löslichkeit kleiner 60 g/l bei 2O0C zu verstehen. Unter bi- oder polyfunktionellen Monomeren versteht man Verbindungen, die wenigstens 2 nichtkonjugierte ethylenische Doppelbindungen haben. Vornehmlich kommen Divinyl- und Polyvinylmonomere in Betracht, die eine Vernetzung der Kapselwand während der Polymerisation bewirken.
Bevorzugte bifunktionelle Monomere sind die Diester von Diolen mit Acrylsäure oder Methacrylsäure, ferner die Diallyl- und Divinylether dieser Diole.
Bevorzugte Divinylmonomere sind Ethandioldiacrylat, Divinylbenzol,
Ethylenglykoldimethacrylat, 1 ,3-Butylenglykoldimethacrylat, Methallylmethacrylamid und Allylmethacrylat. Besonders bevorzugt sind Propandiol-, Butandiol-, Pentandiol- und Hexandioldiacrylat oder die entsprechenden Methacrylate.
Bevorzugte Polyvinylmonomere sind Trimethylolpropantriacrylat und -methacrylat, Pentaerythrittriallylether und Pentaerythrittetraacrylat.
Als Monomere III kommen sonstige Monomere in Betracht, bevorzugt sind Monomere lila wie Vinylacetat, Vinylpropionat und Vinylpyridin.
Besonders bevorzugt sind die wasserlöslichen Monomere MIb, z.B. Acrylnitril, Methacrylamid, Acrylsäure, Methacrylsäure, Itaconsäure, Maleinsäure, Maleinsäureanhydrid, N-Vinylpyrrolidon, 2-Hydroxyethylacrylat und -methacrylat und Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure. Daneben sind insbesondere N- Methylolacrylamid, N-Methylolmethacrylamid, Dimethylaminoethylmethacrylat und Diethylaminoethylmethacrylat zu nennen.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Wand-bildenden Polymere aus 30 bis 90 Gew.-% Methacrylsäure, 10 bis 70 Gew.-% eines Alkylesters der (Meth)acrylsäure, bevorzugt Methylmethacrylat, tert-Butylmethacrylat, Phenylmeth- acrylat und Cyclohexylmethacrylat, und 0 bis 40 Gew.-% weitere ethylenisch ungesättigter Monomeren gebildet. Diese weiteren ethylenisch ungesättigten Monomere können die für diese Ausführungsform bisher nicht erwähnten Monomere I, Il und/oder III sein. Da sie in der Regel keinen wesentlichen Einfluss auf die gebildeten Mikrokapseln dieser Ausführungsform haben, ist ihr Anteil bevorzugt < 20 Gew.-% insbesondere <10 Gew.-%. Derartige Mikrokapseldispersionen sowie ihre Herstellung werden in der EP-A-1 251 954 beschrieben, auf die ausdrücklich Bezug genommen wird.
Die Mikrokapseldispersionen lassen sich durch eine sogenannte in— situ— Polymerisation herstellen und werden hieraus in die erfindungsgemäßen Pulver überführt.
Die bevorzugten Mikrokapseldispersionen sowie ihre Herstellung sind aus der EP-A- 457 154, DE-A-10 139 171 , DE-A-102 30 581 und EP-A-1 321 182 bekannt, auf die ausdrücklich verwiesen wird. So stellt man die Mikrokapseln in der Weise her, dass man aus den Monomeren, einem Radikalstarter, einem Schutzkolloid und der einzukapselnden lipophilen Substanz eine stabile ÖI-in-Wasser-Emulsion herstellt, in der sie als disperse Phase vorliegen. Anschließend löst man die Polymerisation der Monomeren durch Erwärmung aus und steuert sie durch weitere Temperaturerhöhung, wobei die entstehenden Polymere die Kapselwand bilden, welche die lipophile Substanz umschließt. Als Radikalstarter für die radikalisch ablaufende Polymerisationsreaktion können die üblichen Peroxo- und Azoverbindungen, zweckmäßigerweise in Mengen von 0,2 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Monomere, eingesetzt werden.
Je nach Aggregatzustand des Radikalstarters und seinem Löslichkeitsverhalten kann er als solcher, bevorzugt jedoch als Lösung, Emulsion (flüssig in flüssig) oder Suspension (fest in flüssig) zugeführt werden, wodurch sich insbesondere kleine Stoffmengen Radikalstarter präziser dosieren lassen.
Als bevorzugte Radikalstarter sind tert.-Butylperoxyneodecanoat, tert- Amylperoxypivalat, Dilauroylperoxid, tert.-Amylperoxy-2- ethylhexanoat, 2,2'-Azobis-(2,4-dimethyl)valeronitril, 2,2'-Azobis-(2- methylbutyronitril), Dibenzoylperoxid, tert.-Butylper-2-ethylhexanoat, Di-tert.- butylperoxid, tert.-Butylhydroperoxid, 2,5-Dimethyl-2,5-di-(tert.-butylperoxy)hexan und Cumolhydroperoxid zu nennen.
Besonders bevorzugte Radikalstarter sind Di-(3,5,5-trimethylhexanoyl)-peroxid, 4,4'- Azobisisobutyronitril, tert.-Butylperpivalat und Dimethyl-2,2-azobisisobutyrat. Diese weisen eine Halbwertzeit von 10 Stunden in einem Temperaturbereich von 30 bis 1000C auf.
In der Regel führt man die Polymerisation bei 20 bis 100°C, vorzugsweise bei 40 bis 950C durch. Abhängig von der gewünschten lipophilen Substanz ist die Öl-in-Wasser- Emulsion bei einer Temperatur zu bilden, bei der das Kernmaterial flüssig/ölig ist. Entsprechend muß ein Radikalstarter gewählt werden, dessen Zerfallstemperatur oberhalb dieser Temperatur und die Polymerisation ebenfalls 2 bis 5O0C oberhalb dieser Temperatur durchgeführt werden, so dass man gegebenenfalls Radikalstarter wählt, deren Zerfallstemperatur oberhalb des Schmelzpunkts der lipophilen Substanz liegt.
Eine gängige Verfahrensvariante für lipophile Substanzen mit einem Schmelzpunkt bis etwa 6O0C ist eine Reaktionstemperatur beginnend bei 6O0C, die im Verlauf der Reaktion auf 850C erhöht wird. Vorteilhafte Radikalstarter haben eine 10-Stunden Halbwertszeit im Bereich von 45 bis 650C wie t-Butylperpivalat.
Nach einer weiteren Verfahrensvariante für lipophile Substanzen mit einem Schmelzpunkt oberhalb 6O0C wählt man ein Temperaturprogramm, welches bei entsprechend höheren Reaktionstemperaturen startet. Für Anfangstemperaturen um die 850C werden Radikalstarter mit einer 10-Stunden Halbwertszeit im Bereich von 70 bis 9O0C bevorzugt wie t-Butylper-2-ethylhexanoat. Zweckmäßigerweise wird die Polymerisation bei Normaldruck vorgenommen, jedoch kann man auch bei vermindertem oder leicht erhöhtem Druck z.B. bei einer Polymerisationstemperatur oberhalb 1000C, arbeiten, also etwa im Bereich von 0,5 bis 5 bar.
Die Reaktionszeiten der Polymerisation betragen normalerweise 1 bis 10 Stunden, meistens 2 bis 5 Stunden.
Bevorzugt werden Mikrokapseln durch schrittweise Erwärmung der Öl-in-Wasser- Emulsion gebildet. Dabei ist unter schrittweise zu verstehen, dass durch
Temperaturerhöhung die Reaktion durch Zerfall des Radikalstarters ausgelöst wird und durch weitere Erwärmung, die kontinuierlich oder periodisch erfolgen kann, die Polymerisation gesteuert wird. Die Geschwindigkeit der Polymerisation kann dabei durch Wahl der Temperatur und der Menge an Radikalstarter gesteuert werden. Dies geschieht bevorzugt mit Hilfe eines Programms mit ansteigender Temperatur. Die gesamte Polymerisationszeit kann zu diesem Zweck in zwei oder mehr Perioden unterteilt werden. Die erste Polymerisationsperiode ist durch einen langsamen Zerfall des Polymerisationsinitiators gekennzeichnet. In der zweiten Polymerisationsperiode und gegebenenfalls weiteren Polymerisationsperioden wird die Temperatur der Reaktionsmischung erhöht, um den Zerfall der Polymerisationsinitiatoren zu beschleunigen. Die Temperatur kann in einem Schritt oder in mehreren Schritten oder kontinuierlich in linearer oder nichtlinearer Weise erhöht werden. Die Temperaturdifferenz zwischen dem Beginn und dem Ende der Polymerisation kann bis zu 5O0C betragen. Im Allgemeinen beträgt diese Differenz 3 bis 4O0C, vorzugsweise 3 bis 3O0C.
Nach Erreichen der Endtemperatur setzt man die Polymerisation zweckmäßigerweise noch etwa für eine Zeit von bis zu 2 Stunden fort, um Restmonomergehalte abzusenken. Im Anschluss an die eigentliche Polymerisationsreaktion bei einem Umsatz von 90 bis 99 Gew.-% ist es in der Regel vorteilhaft, die wässrigen Mikrokapseldisper- sionen weitgehend frei von Geruchsträgern, wie Restmonomere und anderen organischen flüchtigen Bestandteilen zu gestalten. Dies kann in an sich bekannter Weise physikalisch durch destillative Entfernung (insbesondere über Wasserdampfdestillation) oder durch Abstreifen mit einem inerten Gas erreicht werden. Ferner kann es chemisch geschehen, wie in der WO 9924525 beschrieben, vorteilhaft durch redoxinitiierte Polymerisation, wie in der DE-A-4 435 423, DE-A-4419518 und DE-A- 4435422 beschrieben.
Man kann auf diese Weise eine Mikrokapseldispersion mit Mikrokapseln mit einer mittleren Teilchengröße im Bereich von 0,5 bis 30 μm herstellen, wobei die Teilchengröße in an sich bekannter Weise über die Scherkraft, die Rührgeschwindigkeit, das Schutzkolloid und seine Konzentration eingestellt werden kann.
Bevorzugte Schutzkolloide sind wasserlösliche Polymere, da diese die Oberfϊächen- Spannung des Wassers von 73 mN/m maximal auf 45 bis 70 mN/m senken und somit die Ausbildung geschlossener Kapselwände gewährleisten und damit die Ausbildung von Mikrokapseln mit mittleren Teilchengrößen im Bereich von 0,5 bis 30 μm, vorzugsweise 2 bis 12 μm, in der Dispersion ermöglichen.
In der Regel werden die Mikrokapseln in Gegenwart wenigstens eines organischen Schutzkolloids hergestellt, das sowohl anionisch als auch neutral sein kann. Auch können anionische und nichtionische Schutzkolloide zusammen eingesetzt werden. Bevorzugt verwendet man anorganische Schutzkolloide gegebenenfalls in Mischung mit organischen Schutzkolloiden oder nichtionische Schutzkolloide.
Nach einer weiteren Ausführungsform werden organisch neutrale Schutzkolloide bevorzugt.
Organische neutrale Schutzkolloide sind Cellulosederivate wie Hydroxyethylcellulose, Methylhydroxyethylcellulose, Methylcellulose und Carboxymethylcellulose, Polyvinyl- pyrrolidon, Copolymere des Vinylpyrrolidons, Gelatine, Gummiarabicum, Xanthan, Natriumalginat, Kasein, Polyethylenglykole, bevorzugt Polyvinylalkohol und partiell hydrolysierte Polyvinylacetate sowie Methylhydroxypropylcellulose.
Als anionische Schutzkolloide eignen sich Polymethacrylsäure, die Copolymerisate des Sulfoethylacrylats und -methacrylats, Sulfopropylacrylats und -methacrylats, des N- (Sulfoethyl)-maleinimids, der 2-Acrylamido-2-alkylsulfonsäuren, Styrolsulfonsäure sowie der Vinylsulfonsäure.
Bevorzugte anionische Schutzkolloide sind Naphthalinsulfonsäure und Naphthalin- sulfonsäure-Formaldehyd-Kondensate sowie vor allem Polyacrylsäuren und Phenol- sulfonsäure-Formaldehyd-Kondensate.
Die anionischen und nichtionischen Schutzkolloide werden in der Regel in Mengen von 0,1 bis 10 Gew.-% eingesetzt, bezogen auf die Wasserphase der Emulsion.
Bevorzugt werden anorganische Schutzkolloide, sogenannte Pickering-Systeme, die eine Stabilisierung durch sehr feine feste Partikel ermöglichen und in Wasser unlöslich, aber dispergierbar sind oder unlöslich und nicht dispergierbar in Wasser, aber benetzbar von der lipophilen Substanz sind. Die Wirkweise und ihr Einsatz ist in der EP-A-1 029 018 sowie der EP-A-1 321 182 beschrieben, auf deren Inhalte ausdrücklich Bezug genommen wird.
Ein Pickering-System kann dabei aus den festen Teilchen allein oder zusätzlich aus Hilfsstoffen bestehen, die die Dispergierbarkeit der Partikel in Wasser oder die Benetzbarkeit der Partikel durch die lipophile Phase verbessern.
Die anorganischen festen Partikel können Metallsalze sein, wie Salze, Oxide und Hydroxide von Calcium, Magnesium, Eisen, Zink, Nickel, Titan, Aluminium, Silicium, Barium und Mangan. Zu nennen sind Magnesiumhydroxid, Magnesiumcarbonat, Magnesiumoxid, Calciumoxalat, Calciumcarbonat, Bariumcarbonat, Bariumsulfat, Titandioxid, Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid und Zinksulfid. Silikate, Bentonit, Hydroxyapatit und Hydrotalcite seien ebenfalls genannt. Besonders bevorzugt sind hochdisperse Kieselsäuren, Magnesiumpyrophosphat und Tricalciumphosphat.
Die Pickering-Systeme können sowohl zuerst in die Wasserphase gegeben werden, als auch zu der gerührten Emulsion von Öl-in-Wasser zugegeben werden. Manche feinen, festen Partikel werden durch eine Fällung hergestellt, wie in der EP-A-1 029 018, sowie der EP-A-1 321 182 beschrieben.
Die hochdispersen Kieselsäuren können als feine, feste Teilchen in Wasser dispergiert werden. Es ist aber auch möglich, sogenannte kolloidale Dispersionen von Kieselsäure in Wasser zu verwenden. Die kolloidalen Dispersionen sind alkalische, wässrige Mischungen von Kieselsäure. Im alkalischen pH-Bereich sind die Partikel gequollen und in Wasser stabil. Für eine Verwendung dieser Dispersionen als Pickering-System ist es vorteilhaft, wenn der pH-Wert der Öl-in-Wasser Emulsion mit einer Säure auf pH 2 bis 7 eingestellt wird.
Die anorganischen Schutzkolloide werden in der Regel in Mengen von 0,5 bis 15 Gew.-%, bezogen auf die Wasserphase, eingesetzt.
Im allgemeinen werden die organischen neutralen Schutzkolloide in Mengen von 0,1 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise von 0,5 bis 10 Gew.-% eingesetzt, bezogen auf die Wasserphase.
Vorzugsweise wählt man die Dispergierbedingungen zur Herstellung der stabilen Öl- in-Wasser Emulsion in an sich bekannter Weise so, dass die Öltröpfchen die Größe der gewünschten Mikrokapseln haben.
Das erfindungsgemäße Mikrokapselpulver wird beispielsweise durch Sprühtrocknung der Mikrokapseldispersionen erhalten. Bevorzugt erfolgt das Versprühen der wässrigen Polymerisatdispersion im Warmluftstrom mittels Einstoffdüsen. Die Tröpfchengröße bei Austritt wird so gewählt, dass ein Mikrokapselpulver entsteht, beim dem die Pulverteilchen eine mittlere Teilchengröße im Bereich von 150 - 400 μm und 80 Gew.- % der Teilchen eine Größe ≥ 90 μm haben. Abhängig von der Viskosität der Mikrokapseldispersion wählt der Fachmann den Durchmesser der Düse und den Vordruck des Stoffstroms. Je höher der Vordruck, desto kleinere Tröpfchen werden erzeugt. Üblicherweise wird die Mikrokapseldispersion im Bereich von 2-200 bar eingespeist. Vorteilhaft wird eine Einstoffdüse mit Drallerzeuger verwendet. Über die Auswahl des Drallerzeugers können Tropfengröße und Sprühwinkel zusätzlich beeinflusst werden. Beispielsweise kann man Einstoffdüsen der Firma Delavan verwenden, die einen typischen Aufbau bestehend aus Drallkammer, welche den Sprühwinkel beeinflusst, und Lochplatte haben, welche den Durchsatz beeinflusst.
Im allgemeinen wird so vorgegangen, dass die Eingangstemperatur des Warmluftstroms im Bereich von 100 bis 2000C, vorzugsweise 120 bis 1800C, und die Ausgangstemperatur des Warmluftstroms im Bereich von 30 bis 1100C, vorzugsweise 50 bis 9O0C liegt. Die Temperaturdifferenz zwischen Eingangs- und Ausgangstemperatur beträgt vorzugsweise mindestens 50 °C, bevorzugt mindestens 60 °C und besonders bevorzugt mindestens 70 °C. Die Abscheidung der Feinteile aus dem Gasstrom erfolgt normalerweise unter Verwendung von Zyklonen oder Filterabscheidern. Dabei werden die Feinteile bevorzugt redispergiert und in den Stoffstrom zurückgeführt. Die versprühte wässrige Polymerisatdispersion und der Warmluftstrom werden vorzugsweise parallel geführt.
Nach einer Verfahrensvariante ist es möglich, nachgeschaltet an den Trockner, ein Wirbelbett zu schalten, um gegebenenfalls Restfeuchte auszutragen. Verfahren, bei denen an die Sprühtrocknung eine Wirbelbetttrocknung angeschlossen ist, werden bevorzugt, da sie zu einem Mikrokapselpulver mit einem geringeren Feinanteil führen.
Als Sprühturm lassen sich beispielsweise Trockner der Firmen Anhydro, Miro oder Nubilosa verwenden, die Turmhöhen von 12-30 Metern und Breiten von 3 bis 8 Metern haben. Der Durchsatz an Trockenluft liegt für solche Sprühtürme typischer Weise im Bereich von 20-30 t/h. Der Durchsatz an Mikrokapseldispersion liegt dann in der Regel bei 1 bis 1 ,5 t/h.
Ferner können die Pulvereigenschaften auch durch die Temperatur der
Nachbehandlung, mit der das Pulver aus dem Sprühturm ausgetragen wird beeinflusst werden. Typischerweise stellt man Temperaturbereiche von 20-30 °C, selten höher als 40 0C ein.
Gegebenenfalls setzt man zur Sprühtrocknung Sprühhilfsmittel zu, um die Sprühtrocknung zu erleichtern, oder bestimmte Pulvereigenschaften einzustellen, z.B. Staubarmut, Rieselfähigkeit oder verbesserte Redispergierbarkeit. Dem Fachmann sind eine Vielzahl von Sprühhilfsmitteln geläufig. Beispiele hierfür finden sich in DE-A 19629525, DE-A 19629526, DE-A 2214410, DE-A 2445813, EP-A 407889 oder EP-A 784449. Vorteilhafte Sprühhilfsmittel sind beispielsweise wasserlösliche Polymere vom Typ Polyvinylalkohol oder teilhydrolysierte Polyvinylacetate, Cellulosederivate wie Hydroxyethylcellulose, Carboxymethylcellulose, Methylcellulose, Methylhydroxyethyl- cellulose und Methylhydroxypropylcellulose, Polyvinylpyrrolidon, Copolymere des Vinylpyrrolidons, Gelatine, bevorzugt Polyvinylalkohol und partiell hydrolysierte Polyvinylacetate sowie Methylhydroxypropylcellulose.
Bevorzugt wird bei der Herstellung der Mikrokapseldispersion mit organisch neutralen Schutzkolloiden gearbeitet, da in diesem Fall der Zusatz von Sprühhilfsmittel zur Sprühtrocknung nicht notwendig ist. Die organisch neutralen Schutzkolloide wirken zusätzlich als Sprühhilfsmittel, so dass ihr Einsatz besonders vorteilhaft ist.
Das erfindungsgemäße Mikrokapselpulver weist eine gute chemische Reinigungsbeständigkeit auf. Es wird angenommen, dass die bessere Reinigungsbeständigkeit auf sich während der Sprühtrocknung bildende Hohlräume im erfindungsgemäßen Pulver zurückzuführen ist, in die die unverkapselten Wachsreste eingeschlossen werden.
Ferner ist das Mikrokapselpulver gut redispergierbar auch über die große Breite seiner verschiedensten Anwendungen in Bindemitteldispersionen und mit unterschiedlichsten Füllstoffen. Darüber hinaus neigt das erfindungsgemäße Mikrokapselpulver auch nach längerer Lagerung des Pulvers nicht zum Verblocken bei normaler Lagerung.
Die Anwendung des erfindungsgemäßen Mikrokapselpulver ist vielfältig. So lässt es sich vorteilhaft in Textilien wie Textilgeweben, Textilbeschichtungen, Nonwovens (z.B. Vliesstoffe) usw. einarbeiten.
Ein weiteres breites Anwendungsfeld sind Bindebaustoffen mit mineralischen, silikatischen oder polymeren Bindemitteln. Man unterscheidet dabei zwischen Formkörpern und Beschichtungsmassen. So zeichnen sie sich durch ihre Hydrolysestabilität gegenüber den wässrigen und oft alkalisch wässrigen Materialien aus.
Unter einem mineralischen Formkörper wird ein Formkörper verstanden, der aus einem Gemisch aus einem mineralischen Bindemittel, Wasser, Zuschlägen sowie gegebenenfalls Hilfsmitteln nach Formgebung dadurch entsteht, daß das mineralische Bindemittel-Wasser-Gemisch als Funktion der Zeit, gegebenenfalls unter Einwirkung erhöhter Temperatur, erhärtet. Mineralische Bindemittel sind allgemein bekannt. Es handelt sich um feinteilige anorganische Stoffe wie Kalk, Gips, Ton, Lehm und/oder Zement, die durch Anrühren mit Wasser in ihre gebrauchsfertige Form überführt werden, wobei letztere beim sich selbst überlassen, an der Luft oder auch unter Wasser, gegebenenfalls unter Einwirkung erhöhter Temperatur, als Funktion der Zeit steinartig verfestigen.
Die Zuschläge bestehen in der Regel aus körnigem oder faserförmigem natürlichem oder künstlichem Gestein (Kies, Sand, Glas- oder Mineralfasern), in Sonderfällen auch aus Metallen oder organischen Zuschlägen oder aus Gemischen der genannten Zuschläge, mit Korngrößen oder Faserlängen, die dem jeweiligen Verwendungszweck in an sich bekannter Weise angepasst sind. Häufig werden zum Zweck der Farbgebung auch Buntpigmente als Zuschläge mitverwendet.
Als Hilfsmittel kommen insbesondere solche Substanzen in Betracht, die das Erhärten beschleunigen oder verzögern oder die die Elastizität oder Porosität des verfestigten mineralischen Formkörpers beeinflussen. Hierbei handelt es sich insbesondere um Polymerisate, wie sie z.B. aus der US-A 4 340 510, der GB-PS 15 05 558, der US- A 3 196 122, der US-A 3 043 790, der US-A 3 239 479, der DE-A 43 17 035, der DE- A 43 17 036, der JP-A 91/131 533 und anderen Schriften bekannt sind.
In besonderer Weise eignet sich das erfindungsgemäße Mikrokapselpulver zur Modifikation von mineralischen Bindebaustoffen (mörtelartige Zubereitungen), die ein mineralisches Bindemittel enthalten, das aus 70 bis 100 Gew.-% Zement und 0 bis 30 Gew.-% Gips besteht. Dies gilt insbesondere dann, wenn Zement das alleinige mineralische Bindemittel ist. Die erfindungsgemäße Wirkung ist dabei von der Zementart im wesentlichen unabhängig. Je nach Vorhaben können also Hochofenzement, Ölschieferzement, Portlandzement, hydrophobierter Portlandzement, Schnellzement, Quellzement oder Tonerdezement verwendet werden, wobei sich die Verwendung von Portlandzement als besonders günstig erweist. Bezüglich weiterer Details sei auf die DE-A 19 623 413 verwiesen. In typischer Weise enthalten die Trockenzusammensetzungen mineralischer Bindebaustoffe, bezogen auf die Menge an mineralischem Bindemittel, 0,1 bis 20 Gew.-% Mikrokapseln.
Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Mikrokapselpulver als Zusatz in mineralischen Beschichtungsmassen wie Putz angewendet. Ein solcher Putz für den Innenbereich setzt sich üblicherweise aus Gips als Bindemittel zusammen. In der Regel beträgt das Gewichtsverhältnis Gips/Mikrokapsel von 95:5 bis 70:30. Höhere Mikrokapselanteile sind natürlich möglich.
Beschichtungen für den Außenbereich wie Außenfassaden oder Feuchträume können Zement (zementöse Putze), Kalk oder Wasserglas (mineralische oder Silikat-Putze) oder Kunststoffdispersionen (Kunstharzputze) als Bindemittel zusammen mit Füllstoffen und gegebenenfalls Pigmenten zur Farbgebung enthalten. Der Anteil der Mikrokapseln am Gesamtfeststoff entspricht den Gewichtsverhältnissen für Gipsputze.
Femer eignen sich das erfindungsgemäße Mikrokapselpulver als Zusatz in polymeren Formkörpern oder polymeren Beschichtungsmassen. Hierunter sind thermoplastische und duroplastische Kunststoffe zu verstehen, bei deren Verarbeitung die Mikrokapseln nicht zerstört werden. Beispiele sind Epoxy-, Harnstoff-, Melamin-, Polyurethan und Silikonharze und auch Lacke sowohl auf Lösungsmittelbasis, High-Solid-Basis, Pulverlack oder Wasserbasislack und Dispersionsfilme. Geeignet ist das Mikrokapselpulver auch zur Einarbeitung in Kunststoffschäume und Fasern. Beispiele für Schäume sind Polyurethanschaum, Polystyrolschaum, Latexschaum und Melaminharzschaum.
Ferner eignet sich das erfindungsgemäße Mikrokapselpulver als Zusatz in lignocellulosehaltigen Formkörpern, wie Spanplatten.
Vorteilhafte Effekte können ferner erzielt werden, wenn das erfindungsgemäße Mikrokapselpulver in mineralischen Formkörpern verarbeitet werden, die geschäumt werden.
Ferner eignet sich das erfindungsgemäße Mikrokapselpulver zur Modifizierung von Gipskartonplatten. Dabei werden bevorzugt 5 bis 40 Gew.-%, insbesondere 20 bis 35 Gew.-%, Mikrokapselpulver bezogen auf das Gesamtgewicht der Gipskartonplatte (Trockensubstanz) eingearbeitet. Die Herstellung von Gipskartonplatten mit mikroverkapselten Latentwärmespeichern ist allgemein bekannt und in der WO-A- 1421243 beschrieben auf die ausdrücklich Bezug genommen wird. Dabei können anstelle von Karton aus Cellulosebasis auch alternative, faserartige Gebilde als beidseitige Abdeckungen für die „Gipskartonplatte" verwendet werden. Alternative Materialien sind Polymerfasern aus z.B. Polypropylen, Polyester, Polyamid, Polyacrylaten, Polyacrylnitril und dergleichen. Auch Glasfasern sind geeignet. Die alternativen Materialien können als Gewebe und als sogenannte „nonwovens", also als vliesartige Gebilde eingesetzt werden. Derartige Bauplatten sind beispielsweise aus der US 4,810,569, US 4,195,110 und US 4,394,411 bekannt.
Ferner eignet sich das erfindungsgemäße Mikrokapselpulver zur Herstellung von Wärmeträgerflüssigkeit. Unter dem Begriff Wärmeträgerflüssigkeit sind im Rahmen dieser Anmeldung sowohl Flüssigkeiten für den Wärmetransport als auch Flüssigkeiten für den Kältetransport, also Kühlflüssigkeiten, gemeint. Das Prinzip der Übertragung von Wärmeenergie ist in beiden Fällen gleich und unterscheidet sich lediglich in der Übertragungsrichtung. Solche Wärmeträgerflüssigkeiten werden erfindungsgemäß in einem System eingesetzt, umfassend einen Wärme aufnehmenden Teil und einen die Wärme abgebenden Teil zwischen denen die Wärmeträgerflüssigkeit im Kreis geführt wird und gegebenenfalls eine Pumpe zum Transport der Wärmeträgerflüssigkeit. Die Wärmeträgerflüssigkeit wird dabei dicht an der Wärmequelle vorbeigeführt, um eine möglichst schnelle Wärmeaufnahme und damit Wärmeabfuhr zu erreichen. Weiter geht der Kreislauf zum Wärme abgebenden Teil, wo diesmal die Wärmeabgabe an den kühleren Wärmeabnehmer erfolgt. In einem solchen Wärmetauscherkreislauf kann sich die Wärmeträgerflüssigkeit allein durch Konvektion bewegen. Bevorzugt setzt man wenigstens eine Pumpe ein, auch um eine rasche Energieabfuhr oder einen schnelleren Wärmeaustausch zwischen der Wärmequelle und dem Verbraucher zu gewährleisten. Steuerungsmöglichkeiten für einen maximalen Wärmetransport und Wärmeübertrag sind die Geschwindigkeit der Wärmeträgerflüssigkeit, die Wahl und damit die Wärmekapazität und die Menge der jeweiligen Latentwärmespeichermaterialien und eine möglichst geringe Viskosität der Wärmeträgerflüssigkeit während sie in Bewegung ist. Bei der Auswahl der Latentwärmespeichermaterialien ist zu beachten, dass die Temperatur der Wärmequelle oberhalb des Schmelzpunktes der Wärmeträgerflüssigkeit und die Temperatur des Wärmeabnehmers unterhalb ihres Erstarrungspunktes ist. Schmelzpunkt und Erstarrungspunkt sind dabei nicht zwingend gleich, da es wie bereits oben erwähnt auch zu Gefrierpunktserniedrigungen kommen kann.
Die Arten und Funktionsweisen derartiger dynamischer Systeme sind dem Fachmann hinlänglich bekannt, z.B. aus Ulimanns Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5.ed on CD-Rom, „Heat Exchange". Sie werden beispielsweise in Heiz- und Kühlsystemen für Gebäude, Heiz- und Kühlsystemen für Autos, in Solaranlagen, in Kühl- und Gefriergeräten, als industrielle Wärmetauscher, als „personal comfort Systems", und für Mikroklima Heizungs- und Kühlsysteme verwendet.
Das erfindungsgemäße Mikrokapselpulver wird in hierzu üblichen Flüssigkeiten wie Wasser dispergiert. Ferner kann es in Formulierungen von üblichen wasserhaltigen Kühlmitteln oder Kühlerschutzmitteln, welche beispielsweise Glykole, Glykolether oder andere organische Lösungsmittel enthalten, eingesetzt werden. Derartige Wärmeträgerflüssigkeiten können weiterhin Zusatzstoffe wie Stabilisatoren, Antikorrosionsmittel oder Verdicker enthalten.
Die erfindungsgemäßen Wärmeträgerflüssigkeiten können ferner in einem statischen System eingesetzt werden. Solche Systeme werden beispielsweise in der US 5,007,478 beschrieben, deren Ausführungen von dieser Anmeldung mit umfasst sein sollen. Eine Kühlung mittels eines statischen Systems wird beispielsweise bei elektronischen Bauteilen und bei Computern eingesetzt, um deren Wärme abzuführen. Die Wärmeträgerflüssigkeit ist dabei in einen Behälter eingeschlossen. Der Energieaustausch erfolgt auch hier über einen Wärmeaustauscher, der mit dem Behälter verbunden ist oder über einen Wärmeaustauscher im Behälter und einfach über die Behälterfläche selbst. Hier nehmen sie kurzfristige Energiespitzen auf oder sorgen für einen Temperaturausgleich über längere Zeiträume.
Die Mikrokapseln zeigen auch als Dispersion hervorragende mechanische Eigenschaften. Sie sind auch unter den Pumpbedingungen stabil. Die Kapseln zeigen Stabilitäten gegen mechanische Belastungen und überstehen mechanische Scherraten von 10000 Upm. Ferner weisen sie eine gute Hydrolysestabilität auf.
Darüber hinaus eignet sich das erfindungsgemäße Mikrokapselpulver für Schüttungen.
Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern. Bei den Prozentangaben in den Beispielen handelt es sich um Gewichtsprozent. Die Teilchengröße des Mikrokapselpulvers wurde mit einem Malvern Particle Sizer Typ 3600E gemäß einer Standardmessmethode bestimmt, die in der Literatur dokumentiert ist.
Methode zur Bestimmung der chemischen Reinigungsbeständigkeit von Wachskapseln
Hierzu bestimmt man die Löslichkeit von Mikrokapselpulver in Tetrachlorethylen. Dazu werden 5 g Mikrokapselpulver mit 45 g Tetrachlorethylen 2 Stunden bei Raumtemperatur mit einem Magnetrührer gerührt und anschließend über einen Faltenfilter das Pulver abgetrennt. Durch das Rühren mit Tetrachorethylen wird ausgetretenes Wachs gelöst, nicht aber die Kapselwand. Anschließend bestimmt man die Einwaage der Lösung in einem Blechschälchen und den Rückstand nach Verdampfen des Lösungsmittels. Hieraus kann man den prozentuale Verlust an Wachs aus dem Pulver bei einer chemischen Reinigung ermitteln.
Herstellung der Mikrokapseldispersion
Beispiel 1 :
Wasserphase: 1304 kg Wasser
664 kg Hydroxypropylcellulose (5 %ig in Wasser) 166 kg Polyvinylalkohol (Hydrolysegrad: 79 %) 7.3 kg Natriumnitrit
Ölphase
1507 kg Octadecan
31 ,5 kg Paraffinwachs (Schmelzpunkt: 68-70 "C) 34 kg Methacrylsäure 68,5 kg Methylmethacrylat 68,5 kg Butandiolacrylat 2,45 kg t-Butylperpivalat
Zulauf 1 :
18,79 kg t-Butylhydroperoxid, 10%ig in Wasser
Zulauf 2:
1 ,05 kg Ascorbinsäure, 15 kg Natronlauge (25 %ig in Wasser), 100 kg Wasser
Bei Raumtemperatur wurde die obige Wasserphase vorgelegt und mit 10%iger Salpetersäure auf pH 4 gestellt. Nach Zugabe der Ölphase wurde mit einem schnellaufenden Dissolverrührer bei 4200 Upm dispergiert. Nach 40 Minuten Dispergierung wurde eine stabile Emulsion der Teilchengröße 2 bis 12 μm Durchmesser erhalten. Die Emulsion wurde unter Rühren mit einem Ankerrüher in 40 Minuten auf 560C aufgeheizt, innerhalb von weiteren 20 Minuten auf 70 0C, innerhalb von weiteren 60 Minuten auf 85 0C aufgeheizt. Die entstandene Mikrokapseldispersion wurde unter Rühren auf 7O0C gekühlt und der Zulauf 1 dazugegeben. Der Zulauf 2 wurde unter Rühren bei 7O0C über 80 Minuten dosiert zugegeben. Anschließend wurde abgekühlt. Die entstandene Mikrokapseldispersion besaß einen Feststoffgehalt von 43 % und eine mittlere Teilchengröße D(4,3) = 9,0 μm (gemessen mit Fraunhoferbeugung, Volumenmittelwert).
Beispiel 2:
Wasserphase:
500 kg Wasser
20 kg Methylcellulose (1 %ig in Wasser)
166 kg Polyvinylalkohol (Hydrolysegrad: 79 %) 2,1 kg Natriumnitritlösung (2.5 %ig in Wasser)
Ölphase
440 kg Heptadecan
9 kg Paraffinwachs (Schmelzpunkt: 68-70 °C) 77 kg Methylmethacrylat
33 kg Butandiolacrylat
1 ,35 kg t-Butylperpivalat
Zulauf 1 : 1 ,09 kg t-Butylhydroperoxid, 70%ig in Wasser Zulauf 2: 0,35 kg Ascorbinsäure, 24 g Natronlauge, 56 kg Wasser Bei Raumtemperatur wurde die obige Wasserphase vorgelegt und mit 10%iger Salpetersäure auf pH 4 gestellt. Nach Zugabe der Ölphase wurde mit einem schnellaufenden Dissolverrührer bei 4000 Upm dispergiert. Nach 50 Minuten Dispergierung wurde eine stabile Emulsion der Teilchengröße 2 bis 12 μm
Durchmesser erhalten. Die Emulsion wurde unter Rühren mit einem Ankerrüher in 30 Minuten auf 560C aufgeheizt, innerhalb von weiteren 20 Minuten auf 70 0C, innerhalb von weiteren 60 Minuten auf 85 0C aufgeheizt. Die entstandene Mikrokapseldispersion wurde unter Rühren auf 7O0C gekühlt und der Zulauf 1 dazugegeben. Der Zulauf 2 wurde unter Rühren bei 700C über 80 Minuten dosiert zugegeben. Anschließend wurde abgekühlt. Die entstandene Mikrokapseldispersion besaß einen Feststoffgehalt von 47 % und eine mittlere Teilchengröße D(4,3) = 6,0 μm (gemessen mit Fraunhoferbeugung, Volumenmittelwert).
Beispiel 3:
Wasserphase: 330 kg Wasser
180 kg Polyvinylalkohol (Hydrolysegrad: 80 %) 1 ,8 kg Natriumnitrit (2.5 %ig in Wasser)
Ölphase
440 kg n-Tetradecan
9 kg Paraffinwachs (Schmelzpunkt: 68-70 0C) 15 kg Methacrylsäure
77 kg Methylmethacrylat
28 kg Butandiolacrylat
1,35 kg t-Butylperpivalat
Zulauf 1 :
1 ,09 kg t-Butylhydroperoxid, 70%ig in Wasser
Zulauf 2:
0,34 kg Ascorbinsäure, 56 kg Wasser
Bei Raumtemperatur wurde die obige Wasserphase vorgelegt. Nach Zugabe der Ölphase wurde mit einem schnellaufenden Dissolverrührer bei 4500 Upm bei 40 0C dispergiert. Nach 40 Minuten Dispergierung wurde eine stabile Emulsion der Teilchengröße 2 bis 12 μm Durchmesser erhalten. Die Emulsion wurde unter Rühren mit einem Ankerrüher in 60 Minuten von 40 0C auf 70 0C aufgeheizt, innerhalb von weiteren 60 Minuten von 70 0C auf 85 0C, aufgeheizt. Die entstandene
Mikrokapseldispersion wurde unter Rühren auf 7O0C gekühlt und der Zulauf 1 dazugegeben. Der Zulauf 2 wurde unter Rühren bei 7O0C über 100 Minuten dosiert zugegeben. Anschließend wurde abgekühlt. Die entstandene Mikrokapseldispersion besaß einen Feststoffgehalt von 49,5 % und eine mittlere Teilchengröße 4,9 μm (gemessen mit Fraunhoferbeugung, Volumenmittelwert).
Beispiel 4:
Wasserphase: 1304 kg Wasser
670 kg Hydroxyethylcellulose (5 %ig in Wasser) 180 kg Polyvinylalkohol (Hydrolysegrad: 79 %) 7.9 kg Natriumnitrit
Ölphase
1504 kg Ethylstearat 68,5 kg Methylmethacrylat
68,5 kg Butandiolacrylat
2,45 kg t-Butylperpivalat
Zulauf 1 : 18,79 kg t-Butylhydroperoxid, 10%ig in Wasser Zulauf 2: 1 ,05 kg Ascorbinsäure, 15 kg Natronlauge (25 %ig in Wasser), 100 kg Wasser
Bei Raumtemperatur wurde die obige Wasserphase vorgelegt. Nach Zugabe der Ölphase wurde mit einem schnellaufenden Dissolverrührer bei 3800 Upm dispergiert. Nach 40 Minuten Dispergierung wurde eine stabile Emulsion der Teilchengröße 2 bis 12 μm Durchmesser erhalten. Die Emulsion wurde unter Rühren mit einem Ankerrüher in 40 Minuten auf 560C aufgeheizt, innerhalb von weiteren 20 Minuten auf 70 0C, innerhalb von weiteren 60 Minuten auf 85 0C aufgeheizt. Die entstandene Mikrokapseldispersion wurde unter Rühren auf 7O0C gekühlt und der Zulauf 1 dazugegeben. Der Zulauf 2 wurde unter Rühren bei 7O0C über 80 Minuten dosiert zugegeben. Anschließend wurde abgekühlt. Die entstandene Mikrokapseldispersion besaß einen Feststoffgehalt von 43 % und eine mittlere Teilchengröße 6,0 μm (gemessen mit Fraunhoferbeugung, Volumenmittelwert).
Beispiel 5
Wasserphase: 572 g Wasser 80 g einer 50 %igen kolloidalen Dispersion von SiO2 in Wasser bei pH 9,3
(mittlere Teilchengröße 108,6 nm, Z-Mittelwert nach Lichtstreuung) 2,1 g einer 2,5 %igen, wässrigen Natriumnitritlösung 20 g Methylcellulose, 1 %-ige wässrige Lösung (Viskosität 15000 mPas bei 2 % in Wasser)
Ölphase:
440 g C18-C20-Alkan (techn. Destillat)
77 g Methylmethacrylat
33 g Butandioldiacrylat
0,76 g Ethylhexylthioglykolat 1 ,35 g t-Butylperpivalat
Zulauf 1 : 1 ,09 g t-Butylhydroperoxid, 70%ig in Wasser
Zulauf 2: 0,34 g Ascorbinsäure, 0,024 g NaOH, 56 g H2OBeJ Raumtemperatur wurde die obige Wasserphase vorgelegt und mit 3 g 10%iger Salpetersäure auf pH 4 gestellt. Nach Zugabe der Ölphase wurde mit einem schnellaufenden Dissolverrührer bei
4200 Upm dispergiert. Nach 40 Minuten Dispergierung wurde eine stabile Emulsion der Teilchengröße 2 bis 12 μm Durchmesser erhalten. Die Emulsion wurde unter Rühren mit einem Ankerrüher in 4 Minuten auf 560C aufgeheizt, innerhalb von weiteren 20 Minuten auf 580C, innerhalb von weiteren 60 Minuten auf 710C und innerhalb von von weiteren 60 Minuten auf 710C auf 850C aufgeheizt. Die entstandene
Mikrokapseldispersion wurde unter Rühren auf 7O0C gekühlt und der Zulauf 1 dazugegeben. Der Zulauf 2 wurde unter Rühren bei 7O0C über 80 Minuten dosiert zugegeben. Anschließend wurde abgekühlt. Die entstandene Mikrokapseldispersion besaß einen Feststoffgehalt von 46,8 % und eine mittlere Teilchengröße D(4,3) = 9,5 μm (gemessen mit Fraunhoferbeugung, Volumenmittelwert).
Beispiel für eine Sprühtrocknung
Es wurde eine Düsenkombination mit drei Einstoffdüsen verwendet. Die Bauteile der Düsenkombination der Fa. Delavan sind zum einen die Drallkammer und zum anderen die Lochplatte zur Beeinflussung des Durchsatzes bei gegebenen Turmparametern. Der Sprühturm hat einen Durchmesser von 5 m bei einer Höhe von 24 m und wird bei einem Unterdruck von 0,5- 3 mbar, gemessen an der Turmmitte, im Gleichstromverfahren mit bis zu 25 to/h, mittels Dampf erhitzter, Trockenluft gefahren. Die Temperaturdifferenz der Trocknung liegt bei ca. 700C, wobei die
Produktaustragstemperatur durch „Nachbehandlung" bei ca. 25 0C liegt. Der Produktaustrag erfolgt über Zyklone. Die Zyklonware (Feinanteil) wird redispergiert und wieder eingespeist.
Es wurde eine Mikrokapseldispersion mit einer Viskosität von 30 sec im 4 mm
(Fordbecher) mit einem Vordruck 20-28 bar über die Düsenkombination versprüht. Beispiel 6
Mikrokapselpulver mit einer mittleren Teilchengröße um 300 μm (Durchmesseruntergrenze (80%-Wert): 110 μm, Verteilungsbreite (80%) 100-400 μm 300 μm), ergab einen Auswaschverlust von < 1% (0,5 - 0,8 % bei mehreren Proben).
Beispiel 7 (nicht erfindungsgemäß)
Mikrokapselpulver mit einer mittleren Teilchengröße von 100 μm (Durchmesseruntergrenze (80%-Wert): 50 μm, Verteilungsbreite (80%) 40-110μm = 70 μm) ergab einen Auswaschverlust von 7 %.

Claims

Patentansprüche
1. Mikrokapselpulver mit Latentwärmespeichermaterialien als Kapselkern und einer Kapselwand aufgebaut aus
10 bis 100 Gew.-% eines oder mehrerer CrC24-Alkylester der Acryl- und/oder
Methacrylsäure (Monomere I),
0 bis 80 Gew.-% eines bi- oder polyfunktionellen Monomers (Monomere II), welches in Wasser nicht löslich oder schwer löslich ist und 0 bis 90 Gew.-% sonstige Monomere (Monomer III)
jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere, mit einer mittleren Teilchengröße im Bereich von 150 - 400 μm und mit 80 Gew.- % der Teilchen, die einen Durchmesser ≥ 90 μm haben.
2. Mikrokapselpulver nach Anspruch 1 , wobei der 80 %-Wert der Breite der Größenverteilung der Teilchen ≤ 500 μm ist.
3. Mikrokapselpulver nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Latentwärmespeicherma- terial eine lipophile Substanz mit einem fest/flüssig Phasenübergang im Temperaturbereich von -20 bis 1200C ist.
4. Mikrokapselpulver nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Latentwärmespeichermaterial eine aliphatische Kohlenwasserstoffverbindung ist.
5. Mikrokapselpulver nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Kapselwand aufgebaut ist aus
30 bis 95 Gew.-% eines oder mehrerer CrC24-Alkylester der Acryl- und/oder Methacrylsäure (Monomere I),
5 bis 60 Gew.-% eines bi- oder polyfunktionellen Monomers (Monomere II), welches in Wasser nicht löslich oder schwer löslich ist und 0 bis 90 Gew.-% sonstige Monomere (Monomer III).
6. Mikrokapselpulver nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das erhältlich ist durch radikalische Polymerisation einer ÖI-in-Wasser-Emulsion enthaltend die Monomere, die lipophile Substanz und ein Schutzkolloid und anschließender Sprühtrocknung.
7. Mikrokapselpulver nach Anspruch 6, wobei das Schutzkolloid ein organisch neutrales Schutzkolloid ist.
8. Verfahren zur Herstellung eines Mikrokapselpulvers gemäß den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man die Mikrokapseldispersion über eine Einstoffdüse sprühtrocknet.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Sprühhilfsmittel zusetzt.
10. Verwendung des Mikrokapselpulvers gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 zur Einarbeitung in Textilien.
11. Verwendung des Mikrokapselpulvers gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 in Bindebaustoffen.
12. Verwendung des Mikrokapselpulvers gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 in Schüt- tungen.
13. Verwendung des Mikrokapselpulvers gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 zur Herstellung von Wärmeträgerflüssigkeiten.
14. Verwendung des Mikrokapselpulvers gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 zur Herstellung von Wärmeträgerflüssigkeiten für ein System umfassend einen Wärmeaufnehmenden Teil und einen die Wärme abgebenden Teil zwischen denen die Wärmeträgerflüssigkeit im Kreis geführt wird und gegebenenfalls eine Pumpe zum Transport der Wärmeträgerflüssigkeit.
15. Verwendung des Mikrokapselpulvers gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 zur Herstellung von Wärmeträgerflüssigkeiten für ein statisches System.
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EP2596047B1 (de) Polyamid-formteile enthaltend mikroverkapseltes latentwärmespeichermaterial

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