DE60004876T2

DE60004876T2 - Lagerstabile belüftete gelzusammensetzung und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE60004876T2
Application number: DE60004876T
Authority: DE
Inventors: Roland Widnes TWYDELL; Lesley Widnes LE QUESNE
Original assignee: Sorex Ltd
Current assignee: BASF PLC
Priority date: 1999-11-18
Filing date: 2000-11-15
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2020-11-16
Also published as: JP2003514106A; US6716885B1; AR026539A1; BR0015675B1; BR0015675A; DE60004876D1; ZA200203534B; CA2390107C; CA2390107A1; JP4820515B2; NZ518688A; ES2203529T3; EP1230009A1; EP1230009B1; WO2001036084A1; ATE248021T1; AU1291201A; PT1230009E; AU773082B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf lagerstabile belüftete Gelzusammensetzungen. Sie bezieht sich ebenso auf ein Verfahren zur Herstellung solcher Zusammensetzungen. Insbesondere enthalten die Gelzusammensetzungen partikuläres hydrophobes Siliciumdioxid (Silika), Wasser und Geliermittel.
Wässerige Dispersionen von Siliciumdioxid können in einen im allgemeinen in der Technik als „Trockenwasser" bekannten Zustand gebracht werden. Tatsächlich ist „Trockenwasser" in zwei Formen bekannt. Die erste Form kann durch das Absorbieren wässeriger Flüssigkeiten an hydrophilem Material, hergestellt werden, um ein Material zu bilden, das als frei fließendes Pulver oder Granulate existiert. Die zweite Form kann durch die Beschichtung fein verteilter wässeriger Flüssigkeiten mit pulverisiertem hydrophobem Material wie Metalloxiden, hergestellt werden. Jedes Flüssigkeitsteilchen in dieser zweiten Form des „Trockenwassers" ist von dem nächsten durch eine hydrophobe Metalloxidbeschichtung und durch Luftzwischenräume getrennt. Normalerweise sind sehr hohe Geschwindigkeiten von beispielsweise 6.000 U/min und Mischzeiten von 15 Minuten erforderlich. Diese zweite Form ist jedoch thermodynamisch instabil und bricht, wenn sie hergestellt wird, nach einem relativ kurzen Zeitraum auseinander.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Entdeckung, daß analog zu dieser zweiten Form von „Trockenwasser" stabile belüftete Gels hergestellt werden können.
Die vorliegende Erfindung liefert eine lagerstabile belüftete Gelzusammensetzung, umfassend 30 bis 97 Gew.-% Wasser, 0,2 bis 5 Gew.-% eines Geliermittels, ausgewählt aus Xanthangummi, Natriumalginat und neutralisiertem Carboxyvinylpolymer und 2 bis 5 Gew.-% eines fein-partikulären, mit hydrophobem Silikon-behandelten Siliciumdioxids, das eine Oberfläche von 80 bis 300 m²/g hat, wobei die Zusammensetzung in der Form von Feinpartikeln eines wäßrigen Gels ist, welches das Wasser und Geliermittel beinhaltet, wobei die Oberflächen der Feinpartikel mit einer Schicht aus dem fein-partikulären hydrophoben Siliciumdioxids beschichtet sind.
Die vorliegende Erfindung liefert weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer lager-stabilen belüfteten Gelzusammensetzung, das die Schritte des Mischens von 2 bis 5 Gew.-% eines fein-partikulären, hydrophoben Silikon-behandelten Siliciumdioxids, das eine Oberfläche von 80 bis 300 m²/g hat, und von 30 bis 97 Gew.-% Wasser unter Hochscher-Bedingungen, des Zugebens von 0,2 bis 5 Gew.-% eines Geliermittels, ausgewählt aus Xanthangummi, Natriumalginat und neutralisiertem Carboxyvinylpolymer, zu der resultierenden Mischung und des Mischens des Geliermittels mit der Siliciumdioxid-Wassermischung unter Hochscher-Bedingungen umfaßt.
Eine Entdeckung, auf der die vorliegende Erfindung basiert, liegt in der Verwendung bestimmter Geliermittel, die, wenn sie zu einem Vorgemisch, das durch das Mischen des Wassers und einer speziellen Art eines hydrophoben Siliciumdioxids unter Hochscher-Bedingungen gebildet wurde, zugegeben werden, und dann mit dem Vorgemisch ebenso unter Hochscher-Bedingungen gemischt werden, eine lager-stabile belüftete Gelzusammensetzung ergeben. Viele konventionelle Geliermittel, die normalerweise verwendet werden, um wäßrige Systeme zu Gelieren, ergeben nicht die erfindungsgemäßen lager-stabilen Gelzusammensetzungen. Die Gründe hierfür sind bisher nicht bekannt. Ferner kann durch die Einstellung der Komponenten, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, die Struktur der hergestellten Gelzusammensetzung von einer frei-fließenden pulverförmigen Fluidzusammensetzung, die unter Verwendung konventioneller Sprüh- oder Zerstäuberausrü stung Anwendung findet, bis zu einer nicht-fließenden Zusammensetzung, die als ein Dichtungsmaterial Anwendungen findet, variiert werden.
Wenn hierin die Worte „umfaßt" oder „umfassend" verwendet werden, so ist damit gemeint, daß dies die Bedeutung „schließt ein" bzw. „einschließlich" hat, in dem Umfang, bei dem die Gegenwart eines oder mehrerer anderer Materialien nicht ausgeschlossen ist.
Die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung umfaßt ein fein-partikuläres hydrophobes Silikon-behandeltes Siliciumdioxid mit einer Oberfläche von 80 bis 300 m²/g. Unter dem Ausdruck „fein-partikulär", wie für das hydrophobe Siliciumdioxid verwendet, ist zu verstehen, daß das hydrophobe Siliciumdioxid normalerweise eine mittlere Teilchengröße von weniger als 40 μm aufweist. Das verwendete Siliciumdioxid ist eines, das durch Oberflächenbehandlung unter Verwendung einer oder mehrerer siliciumhaltiger organischer Verbindungen hydrophob gemacht worden ist, um auf der Siliciumdioxidoberfläche Silikongruppen zu bilden. Die Technik der Hydrophobisierung des Siliciumdioxids auf diese Art, ist bekannt und ein derartig Silikon-behandeltes Siliciumdioxid ist kommerziell erhältlich. Wir haben herausgefunden, daß durch die Verwendung von hydrophobem Siliciumdioxid, vermarktet unter dem Namen CAB-O-SIL („CAB-O-SIL" ist ein Warenzeichen von Cabot Corporation), vorzugsweise CAB-O-SIL TS720, gute Ergebnisse erhalten werden. Es können jedoch auch andere Silikon-behandelte Siliciumdioxide in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, wenn diese eine Oberfläche innerhalb des Bereiches von 80 bis 300 m²/g aufweisen. Das hydrophobe Siliciumdioxid kann ebenso eines sein, daß Oberflächen-behandelt worden ist, um Siloxan herzustellen, ebenso wie Silikongruppen, die an der Siliciumdioxid-Oberfläche haften.
Das hydrophobe Siliciumdioxid wird in einer Menge von 2 bis 5 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht der Zusammensetzung, verwendet. Die Verwendung von mehr als 5 Gew.-% des hydrophoben Siliciumdioxids führt zu einer Gelzusammensetzung, die übermäßig staubig ist. Die Verwendung einer solchen Zusammensetzung kann das Risiko einer größeren Staubbelastung erhöhen. Die Menge des hydrophoben Siliciumdioxids wird vorzugsweise im Bereich von 3 bis 4 Gew.-% der Zusammensetzung liegen.
Das verwendete Wasser kann normalerweise Leitungswasser sein, obgleich für einige Anwendungen gereinigte Grade geeignet sein können. Das Wasser wird üblicherweise bei Umgebungstemperatur verwendet, da in der Verwendung von erwärmtem oder gekühltem Wasser bei der Durchführung der Endung anscheinend kein Vorteil liegt. Das Wasser wird im allgemeinen 30 bis 97 Gew.-% der Gesamtzusammensetzung ausmachen. Vorzugsweise wird die Menge des Wassers jedoch 90 bis 97 Gew.-% betragen, um die Bildung belüfteter Gelzusammensetzungen mit guter Konsistenz und verbesserter Stabilität sicher zu stellen.
Wie oben bereits erwähnt, ist das Geliermittel eines oder mehrere, ausgewählt aus Xanthangummi, Natriumalginat und neutralisierten Carboxyvinyl-Polymeren wie Carboxypolymethylen, das mit Triethanolamin neutralisiert ist. Diese Geliermittel sind in einer Menge von 0,2 bis 5 Gew.-% einbezogen. Die Verwendung einer Menge von mehr als 5 Gew.-% des Geliermittels führt zu einer Gelzusammensetzung, die eine übermäßig hohe Gelfestigkeit aufweist. Vorzugsweise werden 0,5 Gew.-% bis 2 Gew.-% des Geliermittels verwendet, in Abhängigkeit der erwünschten Stabilität und der Struktur der Gelzusammensetzung. Andere hydrophile oder hydrophobe Zusatzstoffe, die dem Fachmann bekannt sind, können einbezogen werden, um die physikalischen oder biologischen Eigenschaften der Zusammensetzung zu modifizieren.
Das Verfahren zu Herstellung von Gelzusammensetzungen bezieht das Mischen des Wassers mit dem Siliciumdioxid unter Hochscher-Bedingungen, üblicherweise für ein paar Minuten, beispielsweise 2 bis 5 Mi nuten, ein. Das Mischen in diesem Stadium des Verfahrens muß unter Hochscher-Bedingungen durchgeführt werden, das heißt, unter Bedingungen, die verursachen, daß das Wasser fein fragmentiert wird zu winzigen Tröpfchen, die in dem fein-partikulären hydrophoben Siliciumdioxid dispergiert werden, so daß die Oberflächen der Wassertröpfchen mit den hydrophoben Siliciumdioxidteilchen beschichtet werden. Der Ausdruck „Hocherscher" ist einem Fachmann des Mischens oder Vermischens natürlich bekannt, und auch ob ein Pärtikulär-Mischapparat zum Mischen wäßriger Zusammensetzungen unter Hochscher-Bedingungen fähig ist oder nicht, ist dem Fachmann bekannt. Dies kann durch die Verwendung von Standard-Hochgeschwindigkeits-Mischern, die üblicherweise Mischgeschwindigkeiten von mindestens 2.000 U/min und im allgemeinen 2.000 bis 3.000 U/min verwenden, erreicht werden. Nachdem das hydrophobe Siliciumdioxid und das Wasser gemischt worden sind, um eine Dispersion feiner Tröpfchen aus Wasser in dem Siliciumdioxid zu erzeugen, wird das Geliermittel zugegeben und das Mischen bei Hochgeschwindigkeit wird für einige Minuten fortgesetzt, bis das Geliermittel vollständig in die flüssige Phase aufgenommen worden ist, vorzugsweise bei einer Mischgeschwindigkeit von 5.000 bis 6.000 U/min. In der vorliegenden Erfindung wird das Geliermittel vorzugsweise zugegeben, nachdem das Siliciumdioxid und das Wasser vollständig miteinander vermischt worden sind. Wird das Geliermittel vor dem Siliciumdioxid zugegeben, erfordert das Mischen mehr Energie und die Homogenität und die Stabilität der resultierenden Gelzusammensetzung können gefährdet werden.
Die lager-stabilen belüfteten Gelzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung können in sprühbaren Formulierungen, die für häusliche, veterinäre, landwirtschaftliche und gartenbauliche Anwendungen hergestellt werden, verwendet werden.
Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beispiele, in denen die Zusammensetzungen in den Beispielen 1 bis 3 und 5 bis 7 unter Verwendung eines IKA-RE166-Hochgeschwindigkeits-Mischers mit einem Radialströmungs-Zahnscheiben-Mischkopf vermischt wurden und die Zusammensetzung in Beispiel 4 unter Verwendung eines Torrance-Hochgeschwindigkeits-Mischers für einen größeren Maßstab mit einem Radialströmungs-Zahnscheiben-Mischkopf vermischt wurden.
Beispiel 1
95,5 g kaltes Leitungswasser wurden mit 3 g CAB-O-SIL TS720 (Siliciumdioxid) bei 2.800 U/min 2 min auf einem Labormischer vermischt. Es bildete sich kein „Trockenwasser". Es wurden 1,5 g pulverisierter Xanthangummi zugegeben und die Mischergeschwindigkeit auf 5.500 U/min für weitere 3 min erhöht. Es wurde ein frei-fließendes belüftetes Gel mit einer Dichte von 0,6 g/ml gebildet. Nach einer Lagerung von 24 Wochen trennte sich bei Laborumgebung (max/min 30/8°C) kein Wasser ab.
Beispiel 2
96,5 g kaltes Leitungswasser wurden mit 3 g CAB-O-SIL TS720 (Siliciumdioxid) bei 2.800 U/min 2 min auf einem Labormischer vermischt. Es bildete sich kein „Trockenwasser". Es wurden 0,5 g pulverisierter Xanthangummi zugegeben und die Mischergeschwindigkeit auf 5.500 U/min für weitere 3 min erhöht. Es wurde ein frei-fließendes belüftetes Gel, das dem, welches sich in Beispiel 1 bildete, ähnelt, gebildet. Die in diesem Beispiel gebildete Gelzusammensetzung konnte durch eine Nadel mit einem Innendurchmesser von 0,26 mm gespritzt werden, wurde aber in einer Nadel mit einem Innendurchmesser von 0,21 mm blockiert.
Beispiel 3
Unter Verwendung eines größeren Mischgefäßes mit dem Labormischer wurden 1.930 g kaltes Leitungswasser, 60 g CAB-O-SIL TS720 und 10 g pulverisierter Xanthangummi durch dasselbe Verfahren wie in Beispiel 2 beschreiben, vermischt. Das Produkt war mit dem in Beispiel 2 hergestellten identisch. Eine 1-1-Probe wurde in eine 2-1-PET-Flasche übertragen und unter einem Druck von 1,7 bar gehalten. Diese Probe blieb ohne Wasserabtrennung für mehr als 31 Tage bei Lagerung unter Umgebungstemperatur stabil. Nach 59 Tagen unter kontinuierlichem Druck wurde einweinig Wasserabtrennung beobachtet. Die Probe konnte durch 5 kräftige Umkehrungen leicht wieder homogenisiert werden und bis 16 Stunden danach trennte sich kein weiteres Wasser ab.
Beispiel 4
77,2 kg kaltes Leitungswasser wurden mit 2,4 kg CAB-O-SIL TS720 bei 2.500 U/min 1 min auf dem Produktionsmischer vermischt. Es bildete sich kein „Trockenwasser". Es wurden 0,4 kg pulverisierter Xanthangummi zugegeben und das Mischen wurde bei der gleichen Geschwindigkeit für weitere 10 min fortgesetzt. Das Produkt war, wie in den Beispielen 1 bis 3, ein frei-fließendes belüftetes Gel. Sechs weitere 80 kg Chargen wurden durch das gleiche Verfahren und Rezept ohne Variation des Produktes hergestellt. Eine 8,6-kg-Probe dieses Produktes wurde in einen Polypropylenbecher mit einem eng anliegenden Deckel gepackt. Diese Probe wurde für die Dauer von 6 Wochen in einem Auto 2.022 Meilen transportiert. Während dieser Zeit fand keine Wasserabtrennung statt. Nach 14 Wochen fand eine 4,7% m/m Wasserabtrennung statt. Weitere Proben aus diesen Produktionschargen wurden als ein „Naßstaub" durch einen GLORIA 2010 Knapsack-Sprüher bei einem Druck von 2 bis 4 bar mit einer TEEJET 65030E-Messingdüse aufgetragen. Für diese Auftragungen wurde der Düsenfilter entfernt. Insgesamt wurden 115 Liter Trockengel durch diesen Knapsack-Sprüher ohne Blockade aufgetragen. Weitere Proben wurden als ein „Naßstaub" durch einen Motor-betriebenen STIHL SR400-Nebelwerfer, der mit einer Druckpumpe ausgestattet ist, aufgetragen. Der Tankfilter wurde entfernt und die einstellbare Standardsprühdüse wurde für diese Auftragungen beibehalten. Insgesamt wurden 250 Liter Trockengel durch diesen Nebelwerfer mit einer Düseneinstellung von 3 bis 4 ohne Blockade aufgetragen.
Beispiel 5
76,5 g kaltes Leitungswasser, 20 g Propylenglycol und 3 g CAB-O-SIL TS720 wurden bei 2.800 U/min 2 min auf einem Labormischer vermischt. Es bildete sich kein „Trockenwasser". Es wurden 0,5 g pulverisierter Xanthangummi zugegeben und die Mischergeschwindigkeit auf 5.500 U/min für weitere 3 min erhöht. Das Produkt war ein frei-fließendes belüftetes Gel mit einer besseren Konsistenz als in den Beispielen 1 bis 4. Nach einer Umgebungslagerung von 5 Tagen fand keine Wasserabtrennung statt.
Beispiel 6
96,3 g kaltes Leitungswasser und 0,5 g CARBOPOL 980® (registriertes Warenzeichen von BF Goodrich Co.) (ein Carboxyvinyl-Polymer) wurden bei 2.800 U/min 1 min auf einem Labormischer vermischt. Es wurden 3 g CAB-O-SIL TS720 zugegeben und bei der gleichen Geschwindigkeit weitere 2 Minuten vermischt. Es bildete sich kein „Trockenwasser". Es wurden 0,2 g Triethanolamin zugegeben, um das CARBOPOL zu neutralisieren und die Mischgeschwindigkeit wurde auf 5.500 U/min weitere 3 Minuten erhöht. Es bildete sich ein dickes biegsames belüftetes Trockengel, das durch eine 30 ml-Kunststoffspritze leicht extrudiert werden konnte. Nach 13 Wochen Umgebungslagerung fand keine Wasserabtrennung statt.
Beispiel 7
96 g kaltes Leitungswasser und 3 g CAB-O-SIL TS720 wurden bei 2.800 U/min 2 min auf einem Labormischer vermischt. Es bildete sich kein „Trockenwasser". Es wurde 1 g Natriumalginat (ein Polysaccharid), hoher Viskositätsgrad, zugegeben und die Mischergeschwindigkeit wurde auf 5.500 U/min für weitere 3 min erhöht. Anfänglich bildete sich ein frei-fließendes belüftetes Gel, das sich nach 5 Tagen zu einem nicht-fließenden Gel verdickte. Das Gel blieb biegsam und konnte aus einer 30-ml-Kunststoffspritze leicht extrudiert werden. Nach 6 Tagen Umgebungslagerung fand keine Wasserabtrennung statt.

Claims

Lagerstabile belüftete Gelzusammensetzung umfassend 30 bis 97 Gew.-% Wasser, 0,2 bis 5 Gew.-% eines Geliermittels, ausgewählt aus Xanthangummi, Natriumalginat und neutralisiertem Carboxyvinylpolymer und 2 bis 5 Gew.-% eines fein-partikulären, mit hydrophobem Silikon-behandelten Silikas, das eine Oberfläche von 80 bis 300 m²/g hat, wobei die Zusammensetzung in der Form von Feinpartikeln eines wäßrigen Gels ist, welches das Wasser und Geliermittel beinhaltet, wobei die Oberflächen der Feinpartikel mit einer Schicht aus dem fein-partikulären hydrophoben Silika beschichtet sind.
Zusammensetzung nach Anspruch 1 umfassend 90 bis 97 Gew.-% Wasser.
Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2 umfassend 3 bis 4 Gew.-% des Silikas.
Verfahren zur Herstellung der lagerstabilen belüfteten Gelzusammensetzung, welches die Schritte des Mischens von 2 bis 5 Gew.-% eines fein-partikulären, hydrophoben Silikon-behandelten Silikas, das eine Oberfläche von 80 bis 300 m²/g hat, und von 30 bis 97 Gew.-% Wasser unter Hochscher-Bedingungen, des Zugebens von 0,2 bis 5 Gew.-% eines Geliermittels, ausgewählt aus Xanthangummi, Natriumalginat und neutralisiertem Carboxyvinylpolymer, zu der resultierenden Mischung und des Mischens des Geliermittels mit der Silika-Wassermischung unter Hochscher-Bedingungen umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Wasser in einer Menge von 90 bis 97 Gew.-% verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei das Silika in einer Menge von 3 bis 4% verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das Geliermittel Xanthangummi ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei das Wasser und das Silika bei einer Mischgeschwindigkeit im Bereich von 2000 bis 3000 Umdrehungen pro Minute zusammengemischt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei das Geliermittel mit der Vormischung aus Silika und Wasser bei einer Mischgeschwindigkeit von 5000 bis 6000 Umdrehungen pro Minute gemischt wird.