DE1955023A1 - Gleitmittel fuer silicatische Werkstoffoberflaechen - Google Patents
Gleitmittel fuer silicatische WerkstoffoberflaechenInfo
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Description
München, den 30. Oktober 1969 Dr. Wg:cg
PO 1573/921
Gleitmittel für silieatische Werkstoff-Oberflächen
Silicatische Werkstoffe in Form von Glas-, Porzellan- und
Glas.-Keramik-IOrmkörpern sind wichtige Handelsgüter. So
werden beispielsweise Glasfasern und -gewebe zur Verstärkung zahlreicher Kunststoffe verwendet und Glas-Keramik-Kochgeschirre
und Schalen sind weitverbreitet. Diese silicatischen Werkstoffe sind häufig rauhen Gebrauchsbedingungen
ausgesetzt, wodurch sie abgerieben, abgenützt, verkratzt oder abgesplittert werden können. So werden beispielsweise
in Grossbetrieben, wie Kliniken, verwendete Schalen täglich mehrere Male gewaschen, gestapelt und in
Benutzung genommen.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind daher Gleitüberzüge
für silicatische Werkstoffe, wodurch die lebensdauer
von Glas- oder Glas-Keramik-Formkörpern beträchtlich ver~
iängert und verbesserte VerarbeitungsGigenschaften von Glasfasern
erzielt werden.
Erfindungsgemäss wird die Verwendung von quaternären Organo-
2 -
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— 2 —
silicium-ammonium-Verbindungen der allgemeinen Formel
silicium-ammonium-Verbindungen der allgemeinen Formel
worin X Hydroxylgruppen oder hydrolysierbare Reste^
R Alkylreste mit weniger als 7 C-Atomen, R1 zweiwertige Kohlenwasserstoffreste mit 3 "bis 18
C-Atomen, die gegebenenfalls Ither- oder Thioäther
bindungen enthalten können, *' R" Wasserstoffatome oder Alkylreste mit weniger als
7 C-Atomen,
R1"Alkylreste mit 12 oder mehr C-Atomen,
Y Säureanionen bedeuten und
a. 2 oder 3 ist,
a. 2 oder 3 ist,
als Gleitmittel für silicatische Werkstoff-Oberflächen, beansprucht
·
Beispiele für hydrolysierbare Reste X sind Alkoxyreste v/ie
•Methoxy-, Butoxy- und Isobutoxy-Restej Aryloxyreste wie
Phenoxyreste; Halogenatome wie Chlor-, Brom- und Fluoratomej
Acyloxyreste wie Acetoxy-, Propionoxy- und Decanoxyrestei Ke w
toximreste wie (CH^)2C=H-O-J und Aminreste wie ΟΗ,ΪΓΗ-,
und (C2H5J2H-.
Allgemein sind unter der hier verwendeten Bezeichnung "Hydrolysierbare
Reste" solche zu verstehen, die mit Wasser bei Raumtemperatur abhydrolysiert werden können. Die quaternären
Organosilicium-aJnmonium-Verbindungen können auch in Form von
!Peilkondensaten verwendet werden, worunter Hydrolyse-Produkte zu verstehen sind, die noch nachweisbare Mengen an Hydroxyl-
oder hydrolysierbaren Gruppen enthalten, vorzugsweise mindestens eine derartige Gruppe auf jeweils vier Si-Atome.
■- 3 00 9 820/1900
_ 3 —
Beispiele für zweiwertige Kohlenwasserstoffreste E1, die
gegebenenfalls Äther- oder Thioätherbindungen enthalten
können, sind Propylen-, Hexylen-, Plienylen-, Biphenylen-,
-C6H4-O-C6H4-, -C6H4-S-C6H4-, -(CH2)5-Q-(CHg)5-O-(OH2j3-
-(CH2J4--S-(CHg)5- und -CH2-C6H4-O-C6H4-CH2- Reste.
Beispiele für Älkylreste R und R" sind Methyl-, Äthyl-,
Isopropyl-, Butyl- oder Hexylreste. Die Reste R" in den quaternären Organosilicium-ammonium-Verbindungen können
gleich oder verschieden sein.
Beispiele für Reste RV" sind Dodecyl-, Tetradecy1-, Octadecyl-,
Ceryl- und Myricylreste, die verzweigt oder geradkettig
sein können. Das Vorhandensein eines relativ langkettigen Alkylrestes in den erfindungsgemäss verwendeten
quaternären Organosilicium-Ammonium-Verbindungen ist für die
Wirksamkeit als Gleitmittel von entscheidender Bedeutung. Zur Erzielung der besten Ergebnisse ist es vorteilhaft, wenn
R·" 18 oder mehr C-Atome enthält.
Beispiele für Säureanionen Y sind Chlor-,Brom- oder Jod-,
sowie Carboxylat-, Phosphat- oder . Sulfat-anionen.
Die erfindungsgemäss verwendbaren quaternären Organosilicium-Ammonium-Verbindüngen
können am besten dadurch hergestellt werden, dass Organosilicium-Verbindungen der allgemeinen lormel
_ 4
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worin Y, X, R, R1 und a. die angegebene Bedeutung haben, mit
einem Amin der allgemeinen Formel
R"2Rf»lT
worin R" und R1" die angegebene Bedeutung haben, in.-einem
polaren Lösungsmittel.wie Methanol, Äthanol, Isopropanol und
Aceton umgesetzt werden. Weitere Herstellungsverfahren sind aus den Beispielen ersichtlich.
* Durch das Aufbringen dieser quaternären Organosilicium-ammonium-Verbindungen
wird der Reibungskoeffizient der - silica-. tischen Werkstoff-Oberflächen beträchtlich vermindert. Diese
Verbindungen können nach üblichen Verfahren wie durch Tauch-, Burst- oder Sprühverfahren auf die Werkstoff-Oberflächen aufgetragen
werden. Die Menge der quaternären Organosilicium-ammonium-Verbindungen
spielt keine entscheidende Rolle, unabhängig von der Art des Auftragens. ^Werden die Verbindungen in Form
einer lösung aufgetragen, ist es vorteilhaft, wenn die Konzentration
der quaternären Organosilicium-ajnmonium-Verbindungen
in dem Lösungsmittel im Bereich von 0,1 - 5 $, vorzugsweise
0,5 - 2,0 fo, jeweils bezogen auf das Gewicht der Lösung, liegt.
) Als Lösungsmittel können Methanol, Methylenchlorid, Wasser und
Acetonitril verwendet werden. Die Auswahl des Lösungsmittels . hängt von dem Verwendungszweck des behandelten Formkörpers ab.
Die silicatischen Werkstoffe, die erfindungsgemäss mit den quaternären
Organosilicium-ammonium-Verbindüngen behandelt werden
können, umfassen Glasformkörper wie Piesehen, Glasfasern wie
Glasseidenstränge - und -gewebe, Glaö-Kerfiinik-Formkörper wie Schalen
und Kochgeschirr und Porzellan-Formkörper.
_ 5 —
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Ein 3 liter 3-Hals-Kolben, der mit Rückflusskühler, Rührer,
Thermometer und einer Kühlfalle ausgerüstet war, wurde mit 610 g (2,0 Mol) Octadecyldimethyl.amin und 440 g (2,2 Mol)
Chlorpropyltrimethoxysilan beschickt. Diese lösung wurde mit 1050 g Äthylenglykolmonomethyläther (Methyl-Cellosolve)
versetzt. Das Gemisch wurde 20 Stunden auf Rückflusstemperatur erhitzt, wobei 201 g des Materials mit Siedepunkten
unterhalb von 1180C, hauptsächlich Methanol, entfernt wurden.
Dieses Material wurde durch eine gleiche Gewichtsmenge an 2-Methoxyäthanol ersetzt. Nach 20 Stunden war die Reaktion
beendet.
Die Titration einer Probe dieses Produkts der Formel
ergab eine Chloridionenkonzentration von 3,42 $. Die berechnete
Chloridionenkonzentration dieses Produktes betrug 3f38 fo. Das Produkt war unbegrenzt mit Wasser mischbar. Zur
Prüfung der Gleiteigenschaften gegenüber Glas wurden Glasflaschen mit einem Fassungsvermögen von 226,8 g (8 ounces)
in eine 0,5 Gew.^ige wässerige Lösung des Produktes getaucht. Die Glasflaschen wurden dann luftgetrocknet. 3 Flaschen wurden auf ihren Seitenflächen in Form einer Pyramide auf einem
kippbaren flachen Brett geschichtet. Dann wurde eine Seite
des Brettes hochgehoben, bis die oberste Flasche langsam über die zwei unteren Flaschen zu gleiten begann. Der Winkel, in
welchem die oberste Flasche zu gleiten anfing, wurde als "Ruhewinkel" bezeichnet. Je kleiner dieser Ruhewinkel war, umso grosser
war die Gleitfähigkeit der Glasoberfläche. Auf diese Weise wurde der Ruhewinkel von Oberflächen, die mit der Verbindung
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der Formel
(θ 9
"behandelt worden waren, mit 3° "bis 4° bestimmt, während
unbehandelte Flaschen einen Ruhewinkel von 24° bis 28° hat
ten.
unbehandelte Flaschen einen Ruhewinkel von 24° bis 28° hat
ten.
'Beispiel 2
Die Verbindung der Formel
Die Verbindung der Formel
wurde ebenfalls durch Erhitzen einer Mischung aus 60 g Octadecyldimethylamin
und 40 g Chlorpropyltrimethoxysilan in einem rostfreien Stahlautoklaven hergestellt. Die Reaktionsteilnehmer
wurden im Autoklav auf 1000G gehalten. Ifach etwa 70 Stunden
wurden 89»5 g eines orangefarbenen, flüssigen Produkts
gewonnen. Durch Titration der Chloridionen wurde festgestellt, dass die Ausbeute an dem gewünschten Produkt 72 $> betrug. Das Produkt war wasserlösliche Die Gleiteigenschaften des Produktes gegenüber Glas wurden durch den in Beispiel 1 beschriebenen Test festgestellt. Die behandelten Glasflaschen hatten
einen Ruhewinkel von 4°, was bewies, dass das Produkt ein
hervorragendes Gleitmittel für Glasoberflächen war.
gewonnen. Durch Titration der Chloridionen wurde festgestellt, dass die Ausbeute an dem gewünschten Produkt 72 $> betrug. Das Produkt war wasserlösliche Die Gleiteigenschaften des Produktes gegenüber Glas wurden durch den in Beispiel 1 beschriebenen Test festgestellt. Die behandelten Glasflaschen hatten
einen Ruhewinkel von 4°, was bewies, dass das Produkt ein
hervorragendes Gleitmittel für Glasoberflächen war.
Beispiel 3 . . · '
Eine Lösung aus 121 g (0,55 Mol) Dodecyldimethylamin und 99 g
— 7 —
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_ 7 —
(0,5 Mol) Chlorpropyltrimethoxysilan wurde 20 Stunden auf 1200-125°C erhitzt. Nach 20 Stunden zeigte die Titration der
Chloridionen, dass die Ausbeute an dem gewünschten Produkt 93 io betrug. Das Reaktionsprodukt der Formel
war wasserlöslich.
Eine 0,5 Gew.^ige wässerige Lösung des Produktes wurde wie
in Beispiel 1 geprüft. Der Ruhewinkel betrug 5°. Nach einstündigem
Eintauchen in kochendes Wasser wurde'n die behandelten
Flaschen erneut getestet,und der Ruhewinkel betrug 7°.
Ein Gemisch aus 80 g (0,4 Mol) Dodecylamin und 40 g (0,2 Mol) Chlorpropyltrimethoxysilan wurde 24 Stunden auf 110° - 13O0C
erhitzt. Die Analyse der Chloridionen ergab, dass die Ausbeute an dem gewünschten Produkt 99 f° betrug.
Das so erhaltene Produkt wurde mit 1 Mol (60 g) Äthylendiamin
versetzt und diese Aufschlämmung wurde mehrere Stunden gerührt. Nach Abtrennung der oberen Schicht (117 g) wurde diese von
flüchtigen Bestandteilen bei 6O°C/1 mm Hg befreit und 91 g eines
nicht-flüchtigen Produktes gewonnen. Dieses Produkt war wasser-, unlöslich, jedoch als Säureadditionssalz der Formel
in angesäuertem Wasser (HCl) löslich.
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Mit diesem Produkt wurden Glasflaschen gemäss Beispiel 1
■behandelt. Der Ruhewinkel betrug 12°.
Ein Gemisch aus 81,6 g Kokosnussamin (Coco-Amin:Molekulargewicht
ca. 204) und 40 g Chlorpropyltrimethoxysilan wurde 22 Stunden auf 1200O erhitzt. Die Chloridionenkonzentration
zeigte an, dass die Reaktion nach dieser Zeitspanne vollständig verlaufen ware 1 Mol (60 g) Äthylendiamin wurde in das
Reaktionsgemisch eingerührt. Nach Abtrennen der oberen Schicht wurde diese bei 75°C/O,5 mm Hg von flüchtigen Bestandteilen befreit,
v/o durch 97,7 g einer Flüssigkeit der Formel
[(CH5O)3Si(CH2)5MH2(R«)]Cl .'
gewonnen wurden, in welcher R" der Kokosrest war. Das Produkt war nicht löslich in neutralem Wasser, jedoch löslich als Hydro
chioridsalz.
Eine 0,5 Gew.^ige wässerige Lösung des löslichen Salzes wurde
als Gleitmittel auf Glasflaschen aufgetragen und gemäss Beispiel 1 getestet, wobei der Ruhewinkel 6° betrug.
Nach diesem ersten Test wurden die Flaschen 1 Stunde in kochendes Wasser getaucht. Nach dem Lufttrocknen wurden sie erneut
hinsichtlich der Gleitfähigkeit des Glases geprüft. Der Ruhewinkel war unverändert, woraus geschlossen werden kann, dass
diese Gleitfähigkeitswirkung bei Schalen und Kochgeschirr auch nach vielen Waschvorgängen erhalten bleibt.
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Wurden Glasseidenstränge durch ein Bad aus einer 1,0 Gew.$-
igen wässerigen Lösung der Verbindung der Formel
{ ([CH3CHaJs-ÖÄN-0)3SiC2H4-^A-CH2N(CaH5)2<C2eHB3)J Br,
geführt, liess sich das "behandelte Glas leichter verarbeiten
und zeigte eine geringere Bruchneigung als unbehandeltes Glas.
Das Produkt gemäss Beispiel 1 kann beim Spülvorgang in einer
handelsüblichen Geschirrspülmaschine zugegeben werden, wodurch sich in dem Spülwasser eine wässerige Lösung der Verbindung
der Formel
bildet. Dieses Spülwasser kann auch die handelsüblichen nichtionogenen
oberflächenaktiven Mittel enthalten, die den Trocknungsvorgang des gewaschenen Geschirrs beschleunigen. Auf diese
Weise kann Geschirr aus Glas und Glaskeramik in Verbindung, mit dem Spülvorgang in handelsüblichen Geschirrspülmaschinen
gleitfähig gemacht werden. Eine Probe aus einer 2 Gew.^igen
wässerigen Lösung des Produktes gemäss Beispiel 1, die die gleiche Volumenmenge eines handelsüblichen nicht-ionogenen
oberflächenaktiven Mittels enthielt, wurde entsprechend dem bei einem Spülvorgang verwendeten Wasser hergestellt. Die Lösung
wurde an handelsüblichen Glaskeramikschüsseln erprobt zur Feststellung ihrer Gleiteigenschaften. Sie war ein hervorragendes
Gleitmittel.
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Diese Probe yairde 8 Wochen gelagert und dann erneut geprüft.
Die. G-leiteigenschaften der Lösung waren dieselben. Die wässerige
lösung zeigte nach 8. Wochen keine Verschlechterung ihrer
Eigenschaften.
Eine Lösung aus 165 g (0,55 Mol) Octadecyldimethylamin und
92 g (0,5 Mol) der Verbindung der Formel
in 257 g 2-Methoxy~ ethanol würde 22 Stunden auf 110° - 125°C
erhitzt. Die Chloridanalyse des Produktes zeigte, dass die Reaktion vollständig verlaufen war. Das Produkt der Formel
war wasserlöslich.
Eine 0,5 Gew. #ige wässerige Lösung des Produktes wurde gemäss
Beispiel 1 getestet. Der Ausgangs-Ruhewinkel betrug 6°, Nach einstündigem Eintauchen in kochendes Wasser hatten die
Flaschen einen Ruhewinkel von 8°.
Eine Lösung aus 24,7 g (0,1 Mol)oL-Chlortolyltrimethoxysilan
und 29,8 g (0,1 Mol) Octa decyldimethylamin wurde zusammen mit
54,5 g Isopropanol 6,5 .Stunden auf 860C unter Rückfluss erhitzt.
Titration der Chloridionen zeigte, dass die^Ausbeute
an dem gewünschten Produkt 97 $> betrug· Das erhaltene Pro-
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dukt der Formel
[ (CH3O)3Si-^-CH2N(CHs)? (H-OIeH37) ]C1:
war wasserlöslich.
Eine 0,5 Gew.^ige wässerige Lösung des Produktes wurde gemäss
den vorangegangenen Beispielen getestet. Der Ruh'e.win··
kel betrug 6°.
Äquimolare Mengen<^.~Chlortolyltrimethoxysilan und Hexadecyldimethylamin
wurden in Isopropanol 6,5 Stunden unter Rückfluss erhitzt. Die Titration der Chloridionen zeigte, dass die Ausbeute
an dem gewünschten Produkt 93 i° betrug.
Eine 0,5 Gew.^ige wässerige Lösung des Produktes der JPormel
[(CH3O)3Si~/~\ -CH2N(CH3)S(Ci6Ha3)]C1
wurde als Glasgleitmittel getestet. Der Ruhewinkel betrug
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Claims (4)
1. Verwendung von quaternären Organosilicium-ammonium
Verbindungen der allgemeinen Formel
[(CHO)Si(CH)n(OH)OHJCl
worin X Hydroxylgruppen oder liydrolysierbare Reste, R Alkylreste mit weniger als 7 C-Atomen,
R1 zweiwertige Kohlenwasserstoffreste mit'3 - 18
G-Atomen, die gegebenenfalls Äther- oder Thioätherbindungen enthalten können,
R" Wasserstoffatome oder Alkylreste mit weniger
als 7 C-Atomen
R1"Alkylreste mit 12 oder mehr C-Atomen,
Y Säureanionen bedeuten und
a, 2 oder 3 ist,
a, 2 oder 3 ist,
als Gleitmittel für silicatische Werkstoffoberflächen.
2. Verwendung der quaternären Organosilicium-ammonium-Verbindun
,der Formel
für den in Anspruch 1 angegebenen Zweck.
0 0 98-2 01^1 ä-0 0
3. Verwendung von quaternären Organosilicium-äimonium-Verbindungen
in wässeriger Lösung für den in Anspruch. 1 angegebenen
Zweck.
4. Verwendung von quaternären Organosilicium-.ammonium-Ver-
. bindungen in Form von Teilkondensaten für den in Anspruch
1 angegebenen Zweck.
009820/1900
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