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Verfahren zur Unschädlichmachung von Härtebildnern und Salzen bei Seifvorgängen.
Für viele, insbesondere gewerbliche Zwecke, bei welchen Seifvorgänge vorgenommen werden müssen, bringt die Gegenwart von Härtebildnern oder Salzen in den zur Verwendung gelangenden natürlichen Wässern schwere Störungen mit sich. Es gibt freilich Verfahren, um diese Wässer künstlich von der Härte zu befreien (Kalksoda-, Permutitverfahren usf. ), aber diese Verfahren bedingen nicht nur besondere Einrichtungen und ständige Aufsicht bei ihrem Betriebe, sondern es ist eine wirtschaftliche Unmöglichkeit, derartig gereinigtes Wasser in den erforderlichen, oft überaus grossen Mengen herzustellen oder in Vorrat zu halten. In der Textilindustrie ist es sehr häufig notwendig, die Ware durch eine Seifoperation zu reinigen oder sonstige Effekte durch Behandlung mit Seifenlösungen zu erzielen.
Nun ist es vielleicht noch möglich, reines Wasser in solchen Mengen bereitzustellen, um den Seifvorgang als solchen unbehindert von Störungen durch Härtebildner durchzuführen, es muss aber dem Seifvorgang immer noch ein Waschvorgang folgen, um die Seife bzw. die von ihr aus der Ware herausgeholten Verunreinigungen von der Ware zu entfernen. Dieses Auswaschen erfordert ein Vielfaches jener Wassermenge, die für die Seifoperation erforderlich war, und zum Spülen muss dann fast ausschliesslich natürliches, mit Härtebildnern beladenes Wasser verwendet werden.
Bei diesem Waschvorgang sind nun die für die Ware schädlichsten, weil für die Bildung von Kalk-und andern Seifen günstigsten Bedingungen vorhanden, denn durch das Ausspülen verringert sich ständig die an und in der Ware aufgespeicherte Seifenmenge, während die Menge der Härtebildner in den grossen Spülwassermengen immer steigt. Hiebei wird die Seife, welche sich in der Ware noch befand, vollständig in Kalkseife verwandelt, und diese verleiht der Ware einen harten Griff, macht sie klebrig und bringt bekannte Störungen hervor.
Schon seit vielen Jahren sind nun Körper bekannt, welche den eigentlichen Seifen chemisch nahestehen und die mit den Härtebildnern, wie Kalk oder Magnesia, wasserlösliche Verbindungen bilden, denen auch eine weitgehende Salzunempfindlichkeit innewohnt und die sich ferner durch gute Netzkraft und sonstige gute, den Veredlungsprozess fördernde Eigenschaften auszeichnen. Als Urtyp derartiger Körper ist die Monopolseife anzusehen. Diesem Erzeugnisse ist eine grosse Reihe ähnlicher, wenn auch chemisch verschiedener Körper gefolgt, welche gleichfalls in der Industrie Eingang fanden und die gleichen, hier in Betracht kommenden Eigenschaften gegenüber Härtebildnern und Salzlösungen zeigen wie die Monopolseife.
Es ist durchaus möglich, die Schäden durch die Härtebildner zu beseitigen, wobei aber diese Körper in Mengen anzuwenden sind, welche sogar nicht unerheblich grösser sein müssen, als es die chemische Gleichung für die Reaktion zwischen Härtebildnern und Fettsäure verlangt. Dem steht aber entgegen, dass der wesentlich höhere Preis derartiger Körper ihre Anwendung in der Praxis unwirtschaftlich macht, abgesehen davon, dass die Körper vom Typ der Monopolseife in Schaumkraft und manchen sonstigen, den reinen Seifen innewohnenden Eigenschaften gegenüber diesen stark zurückstehen.
Es wurde nun die überraschende Beobachtung gemacht, dass die günstigen Wirkungen dieser monopolseifenartigen Körper auch dann voll zur Geltung kommen, wenn Mischungen von Seifen und derartigen Körpern verwendet werden, wobei aber die Zusätze an diesen monopolseifenartigen Körpern sehr weit unter den durch die stöchiometrischen Gesetze vorgeschriebenen Mengen stehen. Ein Beispiel möge dies erläutern :
Beispiel 1. In einem Wasser von 120 deutscher Härte soll Ware geseift werden, welche sonst in Kondenswasser mit Zugabe von 4 g Seife von 60% Fettsäuregehalt behandelt wird. Bei Benutzung des angeführten Wassers von 120 deutscher Härte wird der gleiche Erfolg erzielt, wenn auf l ! Wasser mit 3 g Seife und 0'6 g Oleonat von der chemischen Fabrik R.
Bernheim in Augsburg-Pfersee gearbeitet wird.
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Hieraus geht hervor, dass der Zusatz an Körpern vom Typ der Monopolseife, mit welchen die gewünschten Effekte erzielt werden, nur etwa ein Drittel und noch weniger so gross sein muss, wie den stöchiometrischen Gesetzen entspräche. Bei diesem Verfahren kann man aber auch bis zu einer Grenze gehen, an welcher eine Ausscheidung aus der Seife durch die Härtebildner bereits eintritt. Diese Ausscheidung unterscheidet sich aber ganz wesentlich von der bekannten, klebrigen und in geballter Form sich abscheidenden Kalkseife usf.
Sie stellt nämlich einen leichten, in den Händen zerreiblichen und immer wieder zur Schaumbildung neigenden Körper vor, dem die Klebrigkeit der Kalkseife fast vollständig fehlt und welcher von der Ware leicht abspülbar ist, während dies bei Kalkseife bekanntlich
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fahren die Menge gewöhnlicher Seife erheblich herabgesetzt werden kann, derart, dass auch bei härteren Wässern mit geringeren Seifenmenge als beim Arbeiten mit Kondenswasser das Auslangen gefunden wird. Die Mengen der Körper vom Typ der Monopolseife, die zugegeben werden müssen, um nach dem beschriebenen Verfahren den Erfolg zu sichern, sind, wie oben erwähnt, nicht höher als kaum ein Drittel der den Härtebildnern äquivalenten Menge. Man muss daher annehmen, dass der entstandene Komplex zwischen Kalkseife und Monopolseife sich direkt am Waschvorgang beteiligt.
Eine Erklärung des ganzen Verfahrens und der letzterwähnten, gleichfalls auffälligen und überraschenden Erscheinung geben die Lehren der Kolloidchemie, wie überhaupt das geschilderte Verfahren auf kolloidchemischen Grundsätzen und systematischen wissenschaftlichen Untersuchungen aufgebaut wurde. Als bekannt darf vorausgesetzt werden, dass jede Ausfällung von Kolloiden, zu deren spezifischen Vertretern die Seifenlösungen gerechnet werden dürfen, zur Vorbedingung hat, dass ein gewisser Dispersitätsgrad unterschritten werde. Bei der Einwirkung von Härtebildnern, z. B. Kalksalzen, auf Seife, findet diese Unterschreitung sehr rasch statt. Die kleinen Teilchen treten zu gröberen zusammen, bis ein gewisses Maximum erreicht wird und demzufolge die Ausscheidung erfolgt.
Während diese Ausscheidung infolge der Vergröberung der Teilchengrösse bei der Einwirkung von Härtebildnern auf Seife sehr leicht statthat, geben Körper vom Typ der Monopolseife mit Härtebildnern überhaupt nur Teilchen von erheblich feinerem Dispersitätsgrad, bei welchem nach den kolloidchemischen Gesetzen zu einer Ausscheidung keine Ursache vorliegt. Es wurde nun der Versuch unternommen, ob es nicht möglich sei, die Teilchengrösse der Komplexe aus Härtebildnern plus Fettsäure durch Zugabe von Monopolseifenkörper derart zu beeinflussen, dass die Dispersität dieser Mischung bis zu einem Ausmasse gesteigert werde, um die Zusammenballung der gewöhnlichen Kalkseifen und deren Ausfällung oder deren Abscheidung in der schädlichen, schmierigen Form zu verhüten.
Es hat sich in der Tat gezeigt, dass dieser Erfolg sich einstellt, u. zw., was den kolloidchemischen Erfahrungen durchaus entspricht, nicht bei den gleichen Mischungverhältnissen, wie es den stöchiometrischen Gesetzen entspricht, sondern bei andern Mischungsverhält- nissen, u. zw. bei solchen, in welchen die durch die stöchiometrischen Gesetze gegebenen Gewichtsver- verhältnisse weit unterschritten sind.
Eine volle Bestätigung fanden diese Erfahrungen durch Messungen, welche am Ultramikroskop gemacht wurden. Hiebei ergab sich unter bestimmten, in allen Fällen einer vergleichenden Untersuchung gleichen Bedingungen, dass, wenn man Lösungen von Seife in hartem und von Seife in destilliertem Wasser als Grenzpunkte annimmt, bei weit unter den stöchiometrischen Grenzen liegenden Mischungen von Seife mit Körpern vom Typ der Monopolseife die Teilchenzahl in hartem Wasser sich überaus stark jener der Lösungen von Seife in destilliertem Wasser nähert. Diese Erscheinung ist der Peptisation von Kolloiden durchaus analog. Schon verhältnismässig kleine Mengen von Körpern des Typus der Monopolseife wirken der Kalkseife gegenüber als Peptisationsmittel.
Die genannten Stoffe besitzen diese Fähigkeiten einerseits dank ihrer Neigung zur Komplexbildung mit der Kalkseife, anderseits dank ihrer Beziehungen zum Lösungsmittel (Hydratation), welche dem kolloiden System die Stabilität verleiht. Die kolloiden Kalkseifenteilchen werden also schon durch geringe Monopolseifenmengen, mit welchen sie Komplexe bilden, vor dem Zusammentreten und Ausscheiden geschützt, aber auch wenn durch weiteres Verdünnen mit hartem Wasser eine Ausscheidung erfolgt, wird die Feinstruktur des Niederschlages eine für das Wegspülen geeignete Beschaffenheit erlangen.
Es war daher im Einklang mit der Theorie, dass in der Praxis, bei Verwendung derartiger Mischungen sich bei Seifvorgängen ähnliche Erfolge einstellen wie bei der Verwendung von enthärtetem Wasser. Gegenüber diesem ergaben sieh aber weitere überaus wichtige Vorteile. Die Körper vom Typ der Monopolseife sind durch ihren hohen Dispersitätsgrad mit der Eigenschaft ausgezeichnet, die Fasern bis in den Kern zu durchdringen, indem sie überaus leicht osmotisch ins Faserinnere diffundieren. Gewöhnliche Seifenlösungen, insbesondere aber Kalkseifen usf., bleiben an der Aussenseite der Fasern haften und können in das Innere nicht gelangen.
Wenn man nun mit früher beschriebenen Gemischen von Seife und Körpern vom Typ der Monopolseife den Seifvorgang durchführt, lagert sich anscheinend die Monopolseife im Faserinnern ein, und wenn dann beim Waschvorgang die die Ware imprägnierende Seifenlösung
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bzw. die Ausscheidung abgespült und von der langsam aus der Faser herausdiffundierenden Monopolseife von der Faser abgelöst. Die Monopolseife bildet also eine Art Schutzmittel, damit der ausserordentliche
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Kalküberschuss, der sich beim Waschen durch das Zubringen der grossen Flüssigkeitsmengen ergibt, auf der Faser sich in keiner Weise als Metallseife festsetzen kann. Ähnliche Vorgänge spielen sich auch bei salzhaltigen Wässern ab.
Das Verfahren ist daher auch bei Seif-und Wasehvorgängen, die mit Meerwasser durchgeführt werden, hervorragend gut anwendbar.
Wenn in alten Druckschriften, z. B. in der amerikanischen Patentschrift Nr. 585347, davon gesprochen wird, dass Körper vom Typ der Monopolseife im Gemenge mit Seife verwendet werden können, um die schädlichen Wirkungen der Härtebildner hintanzuhalten, so wurde bei diesem Verfahren niemals zum Ausdruck gebracht, dass die Wirkungen auch dann erreicht werden können, wenn mit Mengen des Zusatzes von Monopolseife gearbeitet wird, die weit unter den stöchiometrischen Grenzen liegen. Nur die kolloidchemischenForschungen neuesterzeit gestatteten überhaupt, an ein Verfahren der beschriebenen Art zu schreiten, und sie haben hiefür sowohl die wissenschaftliche Grundlage als auch die Erklärung des überraschenden Vorganges geschaffen.
Eine weitere Verbesserung des beschriebenen Verfahrens erreicht man, wenn den angegebenen Mischungen zwischen Seife und Körper vom Typ der Monopolseife Stoffe einverleibt werden, die die günstigen kolloidchemischen Eigenschaften fördern, d. h. den Dispersitätsgrad derartiger Lösungen zu erhöhen oder, mit andern Worten, die Stabilität der Suspension zu sichern imstande sind bzw. als Peptisationsmittel wirken. Als solche Körper haben sich vorteilhaft erwiesen : Harnstoff, Aminosäuren, Abbauprodukte der Gelatine, lösliche Laktate, Phosphate, Borate, Silikate u. dgl. Diese Körper werden in geringer Menge dem Seifengemisch zugefügt.
Beispiel II. Es liegt wieder (s. Beispiel I) ein Wasser von 120 deutscher Härte vor, in dem Webware gewaschen werden soll. Man führt den Seifvorgang mit 3 g Seife mit 60% Fettsäure, 0'45 g Oleonat R und O'l g Harnstoff auf jeden Liter Wasser durch.
Beispiel III. Wie Beispiel 11 Als Zusatz dient 0'08 g neutrales Natriumlaktat.
Beispiel IV. Wie Beispiel II. Zusatz 10 em3 einer Lösung, welche durch Abbau von Glutin in 1% piger Lösung durch Einwirkung einer normalen Lauge im Autoklav, eine Stunde lang bei 3 Atm.
Druck, gewonnen wurde.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Unschädlichmachung von Härtebildnern und Salzen bei Seifvorgängen und zur Erreichung einer vollkommenen Auswaschung durch Verwendung einer Mischung aus gewöhnlicher Seife und einem Körper von den Eigenschaften der Monopolseife, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Körper in einer unterhalb der den Härtebildnern usf. äquivalenten Menge in den Seif-oder Wasehvorgang eingeführt wird, wobei eine Ausscheidung von Seifen des Kalks usf. in unschädlicher Form stattfindet.