DD296974A5 - Verschleissminderndes antistatikum - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein verschleiszminderndes Antistatikum, welches zur Herstellung temperaturbestaendiger, antielektrostatisch wirksamer und stark verschleiszmindernder Syntheseseidenpraeparationen eingesetzt wird. Ziel der Erfindung ist es, die antielektrostatische, verschleiszmindernde Wirksamkeit der Praeparation weiter zu erhoehen. Die Aufgabe der Erfindung ist es, den Gebrauchswert der Syntheseseidenpraeparationen zu verbessern. Erfindungsgemaesz ist das verschleiszmindernde Antistatikum durch ein Produktgemisch von Sulfobetainsulfonat und Sulfobetain gekennzeichnet, welches aus Allylammoniumsalzen oxethylierter Fettamine des Kettenlaengenbereiches C12 bis C20 durch Sulfosulfinierung und nachfolgender vollstaendiger oder teilweiser Oxydation entsteht. Die Anwendung der Erfindung erfolgt beim Syntheseseidenhersteller. Formeln VI bis VIII{Antistatikum; Verschleiszinhibitor; Temperaturbestaendigkeit; Heizschienenvercrackungsinhibitor; Sulfobetain; Sulfobetainsulfinat; Sulfobetainsulfonat; Polyesterseide}

Description

(CH CH_0) H

CH - CH - CH_ -

(VIII)

(CH CH O) H

2 2 ш

50

als 20- bis 30%ige wäßrige oder glykolische Lösung in einer Menge von 0,8 bis 5,0%, bezogen auf das Präparationskonzentrat, eingesetzt wird.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein verschleißminderndes Antistatikum, welches zur Herstellung temperaturbeständiger, antielektrostatisch wirksamer und stark verschleißmindernder Syntheseseidenpräparationen eingesetzt wird.

Charakteristik des bekannten Standes dor Technik

Nach Kleber, Antistatika für Faserpräparation, in: Chemiefasern/Textilindustrie, 36./88. Jahrgang, Heft 9/86, S. 684-688, werden meistens als Antistatika salzartige, polare Substanzen verwendet; zum Beispiel Phosphorsäure-mono/di-estersalze, Phosphonsäureester bzw. -haibester, alkansulfonsaure Salze, Alkylsulfate, Petroleumsulfate, Sarkoside, Betaine, Sulfobetaine, Aminoxide, Quats aller Art. Alle diese Produkte besitzen neben Vorteilen auch zahlreiche Nachteile, z. B. wurde nachgewiesen, daß bei bestimmten Rezepturen eine rezepturabhängige Verschleißwirkung auf den Fadenleit- und Führungsorganen auftritt (Peschel, Fachvortrag auf der VII. CSSR-Fachtagung „Avivagen, Präparationsmittel und Schlichtemitter, 8.11.1981, Pardubice). Die im Patentschrifttum, zum Beispiel DE 3138181, DE 3321608, EP 90117 zahlreich vorgeschlagenen quartärten Ammoniumsalze der Formel I,

CH -CH -O) H ι 2 2 b

- (CH_--CH_--O) - CO - R A

(CH -CH -0) H

ώ 2 с

in welcher R_t Alkylreste mit 12 bis 23 Kohlenstoffatomen, R₂ Alkylreste mit 8 bis 21 Kohlenstoffatomen und A" ein Anton einer organischen Carbonsäure bedeuten (b, с = 1 bis 3), besitzen aufgrund ihrer Salzstruktur nach eigenen Untersuchungen keine ausreichende Temperaturbeständigkeit für die Herstellung von Polyamid- und Polyesterseiden vom Kordtyp nach dem Spinnreckwindeverfahren bei Temperaturen über 200⁰C. Parallel dazu ist auch ihre verschleißmindernde Wirkung für mattierte Syntheseseiden oberhalb 200°C nicht ausreichend

Auch Aminoxide gemäß Formel II,

(ID

in welcher R₁ und R₂ Polyethylenoxideinheiten und R₃ Alkylreste von 10 bis 18 Kohlenstoffatomen bedeuten, besitzen für Hochtemperaturprozesse keine ausreichende antielektrostatische und verschleißmindernde Wirkung. Dagegen führen Phosphorsäure-mono/di-estersalze (Formel HIa bzw. HIb, worin R A^yI(C₁₀-C₁₈MO-CH₂-CH₂)Ii-O bedeuten) und Phosphorsäurehalbestersaize von oxethylierten Fettalkoholen bei ausreichend antistatischer Wirkung auf Syntheseseiden zu störenden Verschleißerscheinungen auf den Fadenführungsorganen und zu störenden Abbaureaktionen mit Verminderung der antielektrostatischen Wirkung bei Hochtemperaturprozessen.

(НІЬ)

;-: - О - F One (IIIaj F-O-P- OMe

OMe OB

Diese störenden Nebenreaktionen verursachen reine Phosphorsäuretriester gemäß Formel IV,

(R-O)₃ P = O (IV)

worin R die gleiche Bedeutung hat, und Phosphorsäurediester nicht. Sie besitzen aber auch bei Hochtemperaturprozessen keine ausreichende temperaturbeständige antielektrostatische Wirksamkeit.

Durch thermohydrolytischen Abbau neigen die auch oft eingesetzten Fettalkoholsulfate bzw. Alkansulfonate zur Bildung anorganischer Salze. Entgegen den Ausführungen von Kleber im Aufsatz Antistatika für Faserpräparation, in: Chemiefasern/ Textilindustrie, 36./88. Jahrgang, Heft 9/86, Seite 684-688, führen die dabei entstehenden sauren Salze, aber keine Neutralsalze wie Natriumsulfat, zum Verschleiß von Fadenführungsorganen, Galeiten oder Heizeinrichtungen.

Es wurde von uns bereits vorgeschlagen, für die Herstellung und Weiterverarbeitung mattierter und unmattierter synthetischer Hochpolymerfäden, z. B. auf Basis von Polyamid- oder Polyesterseide, auf Textilmaschinen unterschiedlicher Technologien Präparationen einzusetzen, die 3-Sulfopropylammoniumbetaine der allgemeinen Formel V

R - Ν - CH^ - CK^ - CH

(V)

als antielektrostatische Verschleißinhibitoren enthalten, worin Ri einen langkettigen Alkylrest und R₂ bzw. R₃ Polyoxyalkylenreste bedeuten. Oxethylierte 3-Sulfopropylammoniumbetaine der Formel V werden nach DD-PS 154443 hergestellt. Diese Stoffe müssen vor dem Einsatz als Präparationskomponenten erst bei Temperaturen zwischen 40 und 50⁰C unter Rühren homogenisiert werden. Als weiterer Nachteil der durch Formel V charakterisierten Präparationsbestandteile gilt, daß ihre Löslichkeit in öligen Systemen zur Herstellung von Präparationskonzentraten zu gering ist. Durch Verwendung der in der JP-PS 56-86148 angegebenen 2-Hydroxysulfopropylammoniumbetaine bzw. der fluorhaltigen Alkylsulfobetaine nach DE-PS 3104766 und Alkylsulfobetaine nach DE-PS 3138770 tritt keine Verbesserung ein.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, die Nachteile der als Antistatika bisher vorgeschlagenen Verbindungen zu überwinden und sie durch Komponenten zu ersetzen, welche sowohl bei Zimmertemperatur als auch bei Temperaturen über 200⁰C sehr gute antielektrostatische und verschleißmindernde Eigenschaften besitzen. Auf der Basis von einheimischen Rohstoffen, z. B. Tierkörperfettamingemischen sollen Präparationskomponenten ausreichender Löslichkeit, Homogenität, Lagerstabilität mit Einarbeitbarkeit in Präparationskonzentrate entwickelt werden, welche bei gleichem oder vermindertem Rohstoffaufwand zu einem verbesserten Gebrauchswert der Syntheseseidenpräparation führt. Es soll eine sehr gute antielektrostatische Wirksamkeit bei allen Prozeßstufen und damit verbunden ein minimaler Verschleiß der Fadenführungsorgane erreicht werden. Der Stockpunkt der mit dem erfindungsgemäßen verschleißmindernden Antistatikum hergestellten Präparation soll auf unter -5°C absenkbar sein, um die beim Polyester-Schnellspinn-Windeverfahren mit Fadenschluß-Effekt (Verfahren GUBEN) auftretenden niedrigen Fadentemperaturen ohne Nachteil zu ermöglichen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Zur Erreichung des vorstehenden Erfindungszieles bestand die Aufgabe darin, auf einheimischer Rohstoffbasis, bevorzugt von Tierkörperfettaminen für Synthesefaserstoffe besser geeignete verschleißmindernde Präparationsantistatika zu gewinnen, welche die in der Zielstellung genannten ökonomischen und technischen Vorteile bieten und sich vor allem durch die verbesserten Eigenschaften und Wirkungen von den bereits vorgeschlagenen Präparationskomponenten unterscheiden. Im Vordergrund der Aufgabe stand die problemlose Einarbeitbarkeit in Präparationskonzentrate und die Erhöhung des Gebrauchswertes der Präparationen sowie sehr gute antistatische Wirkung verbunden mit Verschleißminimierung unabhängig von den angewendeten Verarbeitungstemperaturen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß aus Allylammoniumsalzen oxethylierter Fettamine des Kettenlängenbereichs C₁₂ bis C₂₀, vorzugsweise C₁₆ bis C₁₈, durch Sulfosulfinierung mit Hydrogensulfit/Sauerstoff erhältliche Produktgemische aus 20 bis 60Mol.-% Sulfobetainsulfinat und 40 bis 80Mol.-% Sulfobetain mit einer dem Sulfobetainsulfinatanteil molar entsprechenden Menge Oxydationsmittel oxydiert werden.

Das hierbei erhaltene verschleißmindernde Antistatikum setzt sich aus 20 bis 60Mol.-% Sulfobetainsulfonat der allgemeinen Formel Vl

ί. CH₀CH^O) H

(Vl)

.. CH _л - CH - СК_о - SO

¹I . ι _ * *

(СН^СН^О.) H SO^

und zu 40 bis 80Mol.-% Sulfobetain der allgemeinen Formel VII

.- f"< t; i"4T_j /' . -, rj

R₁ - n" CH^ - сн^ - си. - so_ (νιο

(CH CH 0) H Z И га

zusammen, in welchen R₁ Alkylreste mit 12 bis 20 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise Alkylreste des in Tierkörperfettaminen vorwiegenden Kettenlängenbereichs C₁₆ bis C₁₈ und η +m ganze Zahlen von 2 bis 10, vorzugsweise 3, bedeuten. Das verschleißmindernde Antistatikum wird in Form einer 20- bis 30%igen Lösung in Wasser oder Ethylenglykol den Präparationskonzentraten in einer Menge von 0,8 bis 5% Tensidaktivsubstanz, gerechnet auf das Präparationskonzentrat, eingesetzt. Das bevorzugte Mengenverhältnis der Gemischbestandteile des Antistatikums entsprechend den Komponenten gemäß der Formeln Vl und VII beträgt 1:1. Für spezielle Einsaugebiete ist auch ein Antistatikumgemisch von Substanzen der Formel Vl und VII sowie Formel VIII (in Formel VIII haben R₁ und η + m die für die Formeln Vl und VII genannten Bedeutungen)

(CH GH 0) H

- N CH₉ - CH - CH₉ - S0_q ,ν,,,.

(CH... CH^O) H SO.

im Verhältnis von 5:2,5:2,5 mit Erfolg eingesetzt worden.

Solche Gemische werden, wie vorstehend beschrieben, erhalten, wenn durch Einsatz von unterschüssigem Oxydationsmittel ein Teil der ursprünglich vorhandenen Sulfobetainsulfinat-Komponente (VIII) erhalten bleibt.

Als zusätzlicher überraschender Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung wurde gefunden, daß obiges Sulfobetainsulfonat/ Sulfobetain-Gemisch zusätzlich bis zu 40% anorganische und/oder organische Neutralsalze ohne negative Beeinflussung der erfindungsgemäßen antistatischen und verschleißmindernden Wirkung enthalten kann. Dadurch ergeben sich Möglichkeiten der zusätzlichen Erhöhung der antielektrostatischen Wirkung sowie die Möglichkeit des Zusatzes von Bioziden und

Heizschienenreinigungsverstärkern.

Durch die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe wird die Zielstellung in allen Punkten erreicht.

Ausführungsbeispiele

Synthese des verschleißmindernden Antistatikums Sulfobetainsulfonat/Sulfobetain-1:1-Komponentengemisch von Hexadecyl/octadecyl-bis-fpolyoxyethylent^^-disulfo-propylammoniumbetain undHexadecyl/octadecyl-bis-(polyoxyethylen)-3-sulfopropyl-ammoniumbetain R₁ = C₁₆H₃₃/C₁₈H₃₇; η + m = 3 in den allgemeinen Formeln Vl und VII

Γ CH CH 0) H I 2 Ί η

R - vC CH - CH - CH - SO

(CH CH 0) H 2 2 in

ίCK CH O) H 'j ν 2 ' η

CH - CH - CH,, - S0„ 2 ν _ώ о

(VII)

(CH CH O) H

2 2 m

In einem handelsüblich ausgerüsteten 5-m³-Rührkessel werden geschmolzenes oxethyliertes Tierkörperfettamin Präwozell 1618/3 (Handelsbezeichnung des VEB Chemische Werke Buna für ein mit 3 Mol Ethylenoxid oxethyliertes primäres Fettamin) Wasser, Allylchlorid (85MoI.-% pro Mol Präwozell 1618/3; diese Allylchlorideinsatzmenge entspricht dem alkylierbaren Stickstoffanteil im technischen oxethylierten Amin) sowie katalytische Mengen Natriumbromid (Alkylierungskatalysator) miteinander gemischt und durch Erwärmen (50 bis 85⁰C) zu 25- bis 35%iger Lösung von oxethyliertem Allylammoniumsalz umgesetzt.

Durch Zusatz von 40%iger technischer Natriumhydrogensulfitlösung (1,9 Mol NaHSO₃ pro Mol Allylammoniumsalz) und Einleiten eines mäßigen Preßluftstromes sowie Aufrechterhaltung eines Lösungs-pH-Wertes um 4 wird das Allylammoniumsalz beginnend bei 30°C im Verlaufe von 24 Stunden zum Sulfobetainsulfinat/Sulfobetain-Gemisch partiell sulfosulfiniert. Danach wird mit Natronlauge neutralisiert und der Sulfinatanteil durch Zugabe der halbmolaren Menge Natriumhypochlorit (berechnet auf eingesetztes Präwozell 1618/3) zum Sulfobetainsulfonat oxydiert. Nach beendeter Oxydation wird der pH-Wert auf 7,5 bis 8,5 eingestellt. Beim Abkühlen auf 20°C erstarrt das verschleißmindernde Antistatikum gelartig.

Beispiel 1

Schäröl für tiefmattierte Polyesterseiden

Die erfindungsgemäße Präparation besteht aus:

41,2% Alkylpolykolether mit 8 Ethylenoxideinheiten, wobei der Alkylrest durch den Kettenlängenbereich von Cie bis Cte charakterisiert ist;

12,3% Iso-Nonylphenol-alkylenglykolether mit 10 Propylenoxid- und 10 Ethylenoxydeinheiten im Molekül; 16,5% Iso/n-Butylstearatgemisch;

15,0% SulfobetainsulfonaWSulfobetaingemisch

der Formeln Vl und VII im Verhältnis der Komponenten von 1:1, wobei R₁ ein Alkylrest mit 16 bis 18 Kohlenstoffatomen bedeutet und η + m = 3 (20%ige wäßrige Lösung);

15,0% Diethylenglykol.

Es wurden bei einer Auflage von 1 % Schäröl an der Mayer-Schärmaschine folgende in Tabelle 1 aufgeführte Werte beim eingesetzten Titer PE-SSW-tm 5 tex f 20* erreicht, die bekannten Phosphorsäureester-Antistatika mit gleichem Aktivsubstanzgehalt gegenübergestellt wurden.

Die Verschleißwerte wurden am laufenden Faden im Labor nach DD-PS 155356 bestimmt, während die elektrostatische Aufladung direkt an der laufenden Schärmaschine gemessen wurde.

Tabelle 1

Präparation Verschleißnote, Antielektrostatische

bestimmt nach Aufladung, gemessen

DD-PS 155356 mit Static-Voltmeter

der Fa. Rothschild

käufliches Schäröl 3 80-100 V

für Mayer-Reck-Schärmaschinen

käufliche Phosphor- 4 40-60 V

säuretriestermit Mono-/Diesteranteilen als Präparationsbestandteil

erfindungsgemäße 1 OV

Präparation

* (Trter für Polyester-Schnellspinn-Windeverfahren für tiefmattierte Polyesterseiden)

Beispiel 2

Polyester-Schnellspinnpräparation für die Recktexturierung (Polyester-Schnellspinn-Windeverfahren/Recktexturierung) Zur Verbesserung der Laufeigenschaften von Präparationen mit dem z.Z. eingesetzten kommerziellen Produkt, bestehend aus 80% Alkylalkylenoxidaddukten, 15% Aminoxid und 5% technische Phosphorsäuretriester (Präparation A), wurden bezüglich antistatischer Eigenschaften, Verschleißminimierung und Vercrackungsneigung Modifikatoren B, C, D beim Titer PE-SSW-normal matt 16,7 tex f 32 getestet. Die Applikation der Präparationen A bis D erfolgte als 15%ige wäßrige Lösung.

Tabelle 2	Modifikator	Verschleiß	Antielektrosta	Vercrackungs-
Präpa	(Menge,Art)	note, be	tische Aufladung	gradderPri-
ration		stimmt nach	nach den Primär	märheizer
		DD-PS 155356	heizern bei 200°C	(visuell be
			mit Static-Volt	stimmt)
			meter der Fa.
			Rothschild
	ohne	3	180-200V	braun,
A				schmierig nach
				3 Wochen
	2,5%Oleyl-	2	70-90V	schwarze Ver
B	sarkosid;			krustung nach
	97,5% A			2 Wochen
	2,5% Phos-	4	50-70V	braune bis
C	phorsäure-			schwarze Ver
	mono-Zdiester-			krustung nach
	salz;			3 Wochen
	97,5% A
	2,5% erfin	1	10-30V	minimale helle
D	dungsgemäßes			Verkrustung
	Antistatikum;			nach 6 Wochen
	97,5% A

Nur durch die erfindungsgemäße Mischung „D" wurden sehr gute Verarbeitungseigenschaften in der Recktexturierung erreicht (minimale Vercrackung der Heizschienen, geringer Reinigungsaufwand)

Claims (3)

1. Verschleißminderndes Antistatikum für Syntheseseidenpräparationen, gekennzeichnet dadurch, daß es ein Gemisch darstellt, welches aus 20 bis 60 Mol.-⁰/« einer Verbindung der allgemeinen Formel Vl

iCH CH Oj H

CH CH

(.CH₀CH^O) H SO.

ί-- £- Ш О

und 40 bis 80 Mol.-% einer Verbindung der allgemeinen Formel VII

(CH CH 0) H 2 2 η

fCH Cn O) H ' 2 2 ' m

besteht, wobei R₁ einen Alkylrest mit 12 bis 20 Kohlenstoffatomen und η + m ganze Zahlen von 2 bis bedeuten.

2. Verschleißminderndes Antistatikum nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Mengenverhältnis der Verbindungen gemäß Formel Vl und VII gleich 1 ist.

3, Verfahren zur Anwendung des verschleißmindernden Antistatikums nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Gemisch der Verbindungen nach Formel Vl, VII und VIII

(On Oil U} H

R - N CH - CH - CH - SO

i.CH_CH 0) H SO.

(CH CH 0) H , 2 2 η

CH - CK - CH - SO 2 2 2

(VII)

(CH_CH_O) H