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Wässrige Wachsdispersionen, deren Herstellung und Verwendung
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Als Endausrüstung für Textilmaterial, seien es Fäden, seien es Stoffbahnen
oder andere Textilprodukte, wird oft eine Gleitmittelausrüstung aus wässrigem Medium
durchgeführt, wobei es oft gewünscht ist, mit nicht-oxidierten Paraffinen auszurüsten
(Paraffinavivage). Dabei ist es meistens schwer, nicht-oxidierte Paraffine in eine
stabile, dispergierte, mit Wasser gut verdünnbare Form zu bringen, und ein besonderes
Problem in der Textiltechnik ist die Herstellung von wässrigen Paraffinwachsemulsionen,
die auch bei hoher und heterogener, dynamischer Beanspruchung, wie z.B. in den Düsenfärbemaschinen,
stabil sind.
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Es wurde nun gefunden, dass unter Einsatz bestimmter kationaktiver
Tenside, wässrige Dispersionen nicht-oxidierter Paraffinwachse hergestellt werden
können, und zwar wie sie den obenerwähnten Anforderungen entsprechen.
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Ein erster Gegenstand der Erfindung sind wässrige wachs- und tensidhaltige
Dispersionen, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Wachse nicht oxidiente Paraffinwachse
mit Tropfpunkt # 30°C sind und die Tenside kationaktive Dispergatoren sind, die
der Formel
entsprechen, worin R1 einen Rest der Formel Rx-CO-O-, Rx-CO-NH- oder Ry-O-, Rx Alkyl
oder Alkenyl mit 7 bis 21 Kohlenstoffatomen, Ry Alkyl oder alkenyl mit 8 bis 22
Kohlenstoffatomen oder einen Rest er Formel
R' Wasserstoff oder C1-9-Alkyl, R" C412-Alkyl, R2 und R3 jeweils Wasserstoff, Benzyl
oder einen Rest der Formel -(-CH2-CHOH-CH2-O-)p- -(-Alkylen3-O-)q-Rs (b), R4 Wasserstoff
oder einen Rest der Formel (b), R5 jeweils einen Rest der Formeln -(-Alkylen4~O-)-r-RZ
(c), -(-Alkylen4-O-)-s-CO-RW (d) oder -Alkylen4-NH-CO-RW (e), Rw Alkyl oder Alkenyl
mit bis zu 21 Kohlenstoffatomen, Rz Alkyl oder Alkenyl mit bis zu 22 Kohlenstofftomen
oder einen Rest der Formel (a), Alkylen1 Aethylen-1,2 und/oder Propylen-1,2, Alkylen2
ein Alkylenbrückenglied mit 2-6 Kohlenstoffatomen, Alkylen3 und Alkylen4 jeweils
Aethylen-1,2 und/oder Propylen-1,2, m 0 bis 4, n 2 bis 20, p, r und s jeweils 0
oder 1, und q 0 bis 19 bedeuten, wobei p + q + s # 1 ist, und, wenn Rz einen Rest
der Formel (a) bedeutet, p + q + r # 1 ist, und gegebenenfalls in protonierter und/oder
quaternierter Form vorliegen.
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Als nicht-oxidierte Paraffinwachse kommen im allgemeinen beliebige
Paraffinwachse in Betracht, wie sie aus der Verarbeitung von fossilen Kohlenwasserstoffgemischen
entstehen können. Als fossile Kohlenwasserstoffgemische sind hier im allgemeinen
Erdöl, Bitumen, Asphalt, Teer und fossile Kohle (vor allem Braunkohle) gemeint,
wobei als Hauptquellen Braunkohle und vor allem Erdöl gelten können. Die Paraffinwachse
können vor allem aus der destillativen und gegebenenfalls raffinierenden Bearbeitung
der fossilen Kohlenwasserstoffe gewonnen werden, insbesondere aus der Destillation
von Erdöl. Es kommen vornehmlich n-Paraffine und Isoparaffine in Betracht, wie sie
bei der Verarbeitung bzw. Destillation der schwereren Oelfraktionen, insbesondere
Gasöl und Schmieröl, erhältlich sind; aus Spindelöl und aus leichtem und mittelviskosem
Maschinenöl können Paraffinwachse gewonnen werden9 die reicher an n-Paraffinen sind,
während aus schwerem Maschinenöl und aus den Zylinderöl-Destillationsrückstånden
Paraffine erhalten werden, die reicher an Isoparaffinen und gegebenenfalls Zykloparaffinen
sind; die Paraffinwachse werden vorerst in ölhaltiger Form erhalten, so z.B. als
Gatsche oder als Petrolate bzw. Vaseline. Die Gatsche können raffiniert werden,
insbesondere wenn sie möglichst isoparaffinarm sind, und es können aus den leichteren
der erwähnten Oelfraktionen auch sehr reine n-Paraffinwachse erhalten werden (Tafelparaffin),
die einen n-Paraffingehalt von bis zu 93% aufweisen können. Isoparaffinreiche Gatsche
sind schwieriger zu raffinieren, können aber noch zoT entölt werden. Petrolate haben
einen hohen Isoparaffingehalt und es können daraus Vaseline und Mikrowachse gewonnen
werden.
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Für die erfindungsgemässen Präparate können sehr reine n-Paraffinwachse
oder sehr reine Isoparaffine (Mikrowachse), sowie Gemische davon, eingesetzt werden;
die eingesetzten Wachse bzw. Wachsgemische können vorteilhaft auch ölhaltig sein,
wobei allerdings der Oelgehalt vorzugsweise nicht so hoch sein sollte, dass das
Oel vom Wachs von sich aus ausschwitzt; vorteilhaft beträgt der Oelgehalt der erfindungsgemäss
einzusetzenden Wachse Werte ' 30 Gew%. Es können insbesondere Hartparaffine oder
Weichparaffine eingesetzt werden oder es können öl arme Paraffinwachse mit entsprechenden
mittleren und/oder schwereren Mineralölfraktionen (Siedepunkt höher als 250°C) verschnitten
werden oder es können öl arme Paraffinwachse mit anderen
ölreicheren
Paraffinen, z.B. mit Petrolatum, mit Gatschen oder mit Vaselinen verschnitten werden.
Der Oelgehalt der erfindungsgemäss einzusetzenden Wachse bzw. Wachsgemische beträgt
vorteilhaft 0 bis 30%, vorzugsweise 0,2 bis 15%, wobei für isoparaffinreichere Wachse
die höheren Bereiche an Oelgehalt bevorzugt sind, während bei n-paraffinreicheren
Wachsen die niedrigeren Bereiche der Oelgehalte, insbesondere < 5%, bevorzugt
sind. Besonders bevorzugt werden Paraffinwachse eingesetzt, die sowohl n-Paraffine
als auch Isoparaffine enthalten, wobei der n-Paraffingehalt vorteilhaft 30 bis 90
Gew%, vorzugsweise 65 bis 90 Gew%, insbesondere 80-90 Gew.% des eingesetzten Wachses
ausmacht. Es können auch technische Gemische bzw. Rohprodukte eingesetzt werden,
die sowohl n-Paraffinwachse als auch Isoparaffine und gegebenenfalls Oel enthalten,
wie isoparaffinhaltige Gatsche, mit Petrolatum verschnittene n-Paraffinwachse oder
noch mit Mikrowachsen oder mit Ceresinen verschnittene, raffinierte Gatsche oder
Weichparaffine. Besonders bevorzugt werden praktisch ölfreie bzw. öl arme n-Paraffinwachse
eingesetzt, deren n-Paraffingehalt 5 65%, vorzugsweise ' 80% ist.
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Die Erstarrungspunkte der eingesetzten Paraffinwachse bzw. Paraffinwachsgemische
können in einem weiten Bereich variieren, vorteilhaft zwischen 40 und 100"C, vorzugsweise
zwischen 50 und 65"C.
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Auch die Nadelpenetration nach ASTM D 1321 kann in einem weiten Bereich
variieren und es können, erfindungsgemäss, nicht-oxydierte Wachse bzw.
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Wachsgemische zum Einsatz gelangen, die eine Nadelpenetration, z.B.
im Bereich von 5 bis 150, vorteilhaft 20 bis 140, aufweisen; vorzugsweise werden
Hartparaffine eingesetzt, insbesondere solche mit einer Nadelpenetration nach ASTM
D 1321 im Bereich von 10 bis 30.
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Die Säurezahl der eingesetzten Wachse entspricht dierjenigen von nicht-oxidierten
Wachen, d.h. sie ist < 1, vorzugsweise <0,5.
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Die erwähnten Oele und Wachse sind z.B. in Carl Zerbe "Mineralöle
und verwandte Produkte", Springer-Verlag, (2. Auflage, 1969), besonders im zweiten
und im achten Kapitel, beschrieben.
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Die erfindungsgemäss einzusetzenden kationaktiven Dispergatoren enthalten
mindestens
einen amingebundenen Rest der Formel RlfAlkyl enl-OCH2-CHBH CH2 (a) und können im
wässrigen Medium, gegebenenfalls in protonierter und/oder in quaternierter Form
vorliegen Der Rest Rx enthält vorteilhaft 11 bis 21, besonders bevorzugt 15-19,
Kohlenstoffatome, wobei im allgemeinen die Alkylreste und unter den Alkenylresten
der Oleylrest bevorzugt sind.
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Die Alkyl und Alkenylreste in der Bedeutung von Ry enthalten vorteilhaft
12 bis 22, 16-22, insbesondere vorzugsweise 16-20 Kohlenstoffatome; in der Formel
(a) befindet sich der Rest R" vorzugsweise in Parastellung; die Summe der Kohlenstoffatome
in R' und R" beträgt vorteilhaft 8 bis 12; R' bedeutet vorzugsweise Wasserstoff
oder n-, iso- oder tert.-Butyl und R" bedeutet vorzugsweise C4g-Alkyl Besonders
bevorzugt steht der Rest (a) für Dibutylphenyl oder für Octyl- oder Nonylphenyl.
Vorteilhaft steht Ry für C16-22 Alkyl oder -Alkenyl, vorzugsweise für C16-20-Alkyl
oder Alkenyl, insbesondere Stearyl oder Oleyl.
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Von den Alkylen1-Resten bedeuten vorteilhaft mindestens 50 Mol% Aethylen--1,2,
wobei vorzugsweise alle Alkylen1-Brückenglieder, Aethylenbrückenglieder sind. Der
Index n steht vorteilhaft für 3 bis 12, vorzugsweise für 4 bis 8.
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Das Bruckenglied Alkylen2 steht vorteilhaft für Aethylen-1,2, Propylen-1,3
oder Hexylen-1,6, wovon Aethylen-1,2 und insbesondere Propylen-1,3 bevorzugt sind
Der Index m steht vorteilhaft für 0, 1 oder 2, vorzugsweise für 1 Die Alkylenbrückenglieder
Alkylen3 und Alkylen4 bedeuten vorteilhaft Aethylen-1,2 und/oder Propylen-192, wobei
vorzugsweise mindestens 50 Mol% der im Rest (b) vorkommenden Alkylenoxybrückenglieder
Aethylenoxy sind; besonders bevorzugt bedeuten alle Alkylen3 und alle Alkylen4 Aethylen-1,2.
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Vorzugsweise bedeuten die Reste der Formel (b) Alkyl oder Alkenyl
mit bis zu 22 Kohlenstoffatomen oder einen Rest der Formel (a). Vorzugsweise enthält
das
Molekül der Formel (I) mindestens einen stickstoffgebundenen Alkyl- oder Alkenylrest
mit 8 bis 22 Kohlenstoffatomen, wobei dieser Substituent vorzugsweise der Substituent
R4 ist; vorteilhaft ist im Molekül mehr als nur ein Rest der Formel (a) vorhanden
und besonders bevorzugt bedeutet mindestens einer der Reste R2 und R3 einen Rest
der Formel (a); die Symbole R2, R3 und R4 können auch Wasserstoff bedeuten, vorzugsweise
ist aber mindestens einer der Substituenten R2 bis R4 von Wasserstoff verschieden;
diejenigen der Substituenten R2 bis R4, die keinen Rest der Formel (a) bedeuten
und auch kein Alkyl oder Alkenyl mit 8 bis 22 Kohlenstoffatomen bedeuten, können
z.B. auch für Benzyl oder C1-4-, vorzugsweise C1-2-Alkyl stehen. Vorzugsweise kommen
in den kationaktiven Tensiden, neben den stickstoffgebundenen Resten der Formel
(a) und gegebenenfalls neben stickstoffgebundenem Wasserstoff, nur noch stickstoffgebundene
Alkyl- oder Alkenylreste mit 8-22, vorteilhaft 16-22, insbesondere 16-20 Kohlenstoffatomen
vor; die im Molekül vorkommenden Reste der Formel (a) entsprechen vorzugsweise der
Formel -CH2-CHOH-CH2-0-+CH2-CH2-O t Ryt (a'), worin Ryl C822-Alkyl oder Alkenyl
oder einen Rest der Formel
R01 n-, iso- oder tert.Butyl oder Wasserstoff und n1 3 bis 12 bedeuten; besonders
bevorzugt entsprechen die Reste der Formel (a) bzw.
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(a') der Formel -CH2-CHOH-CH2-O4CH2-CH2-0 n Ryll (a") worin Ry C16-22-Alkyl
oder -Alkenyl und n2 4 bis 10 bedeuten; besonders bevorzugt steht Ry für Alkyl oder
Alkenyl mit 16 bis 20 Kohlenstoffatomen und der Index n2 steht vorzugsweise für
5 bis 8.
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Bevorzugt entsprechen die kationaktiven Tenside der Formel (I) der
Formel
worin R21 und R3' jeweils Wasserstoff, C1,2-Alkyl oder einen Rest der Formel (a'),
R41 C822-Alkyl oder -Alkenyl oder einen Rest der Formel (a'), m1 0 bis 2 und x 2
oder 3 bedeuten; wovon diejenigen der Formel
und insbesondere diejenigen der Formel
worin R2" und R3" jeweils Wasserstoff oder einen Rest der Formel (a") und R41, C16
22-Alkyl oder Alkenyl bedeuten, wobei mindestens eines von R2" und R3" für einen
Rest der Formel (a") steht, bevorzugt sind.
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Besonders bevorzugt bedeuten Ry'3 Ryll, R4' und R41, in den obigen
Formeln Alkyl oder Alkenyl mit 16 bis 20 Kohlenstoffatomen und n1 und n2 5 bis 8.
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Die kationaktiven Tenside können in protonierter Form vorliegen, was
im allgemeinen durch Anlagerung Ublicher Säuren erreicht werden kann, z.B.
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Salzsäure oder Schwefelsäure oder niedrig-molekulare, aliphatische
Säuren, z.B. Ameisensäure, Essigsäure, Weinsäure oder Zitronensäure, wovon besonders
die Ameisensäure und vor allem die Essigsäure bevorzugt sind.
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Gegebenenfalls können die kationaktiven Tenside in quaternierter Form
vorliegen, d.h. mindestens eines der im Molekül vorkommenden basischen Stickstoffatome
ist quaterniert; durch die Quaternierung werden vorzugsweise Aethyl- oder Methylreste
eingeführt, sowie entsprechende Gegenionen, vornehmlich Halogenid (Chlorid, Bromid,
Iodid), Methosulfat oder Aethosulfat.
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Unter den einzusetzenden Tensiden sind allerdings die nicht-quaternierten
bevorzugt.
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Ein besonderer Gegenstand der Erfindung sind die oben definierten
Verbindungen der Formeln (I), (I') und (I"), die gegebenenfalls in protonierter
und/oder quaternierter Form vorliegen und worin R4 und R41 Alkyl oder Alkenyl mit
8 bis 22 Kohlenstoffatomen bedeuten.
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Die erwähnten Tenside können auf an sich bekannte Weise hergestellt
werden; ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung der Verbindungen der Formel (I),
gegebenenfalls in protonierter und/oder quaternierter Form, ist dadurch gekennzeichnet,
dass man eine Verbindung der Formel H2N-4Alkylen2-NH + Rl4 (II) worin R14 Wasserstoff
oder Alkyl oder Alkenyl mit bis zu 22 Kohlenstoffatomen oder einen Rest der Formel
(e) bedeutet, mit entsprechenden, Reste der Formel (a) und gegebenenfalls von (a)
und (e) verschiedene Reste der Formel (b) und/oder Benzylreste abgebenden Verbindungen
umsetzt und gegebenenfalls protoniert und/oder quaterniert.
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Als die Reste (a) bzw. (b), worin p = 1 ist, abgebende Verbindungen,
können insbesondere die entsprechenden Halogenide (vor allem Chloride und Bromide),
sowie die entsprechenden Epoxide genannt werden; für die Benzylierung werden vorzugsweise
Benzylchlorid oder Benzylbromid verwendet, für die Einführung von Resten der Formel
(b), worin p = 0 ist, werden vorzugsweise entsprechende Halogenide, vorzugsweise
Chloride oder Bromide verwendet. Zur Einführung der Reste der Formel (a) werden
vorzugsweise die Halogenide der Reste der Formel (a) zu den entsprechenden Epoxiden
dehydrohalogeniert
und an diese Epoxide werden dann die entsprechenden
Amine der Formel (11) angelagert; sind im Molekül vom vorhandenen Rest R14 und von
den Resten (a) verschiedene Reste gewünscht, dann können diese anschliessend durch~Umsetzung
mit entsprechenden Reagenzien eingeführt werden.
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Die Ueberführung der Halogenide in die entsprechenden Epoxide erfolgt
auf an sich bekannte Weise, vorteilhaft unter Verwendung von Alkalimetallhydroxiden
(vorzugsweise Natriumhydroxid) in wässrigem Medium in der Wärme, vorteilhaft im
Temperaturbereich von 30 bis 80"C; das Epoxid kann im gleichen wässrigen Medium
mit dem Amin der Formel (II) umgesetzt werden, und zwar vorteilhaft in der Wärme,
vorzugsweise im Temperaturbereich von 50 bis 1000C, vorzugsweise 60 bis 80"C. Das
Wasser kann dann destillativ entfernt werden und die entstandenen Salze können durch
Heissfiltration des wasserfreien Produktes entfernt werden, und zwar bei Temperaturen
oberhalb des Schmelzpunktes der entsprechenden Tenside, z.B. zwischen 70 und 100"C.
Sie können gewünschtenfalls mit üblichen Säuren protoniert und/oder mit üblichen
Quaternierungsmitteln quaterniert werden; als Säuren für die Protonierung kommen
die obenerwähnten in Betracht; als Quaternierungsmittel kommen vorzugsweise Methyl-
und Aethylhalogenide (vorzugsweise Bromide oder Iodide), Diäthylsulfat und Dimethylsulfat
in Betracht. Die Quaternierung erfolgt im allgemeinen auf an sich übliche Weise,
gegebenenfalls in wässrigem, wässrig/organischem oder organischem Medium, in der
Wärme (z.B. bei 40-100°C).
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Vorzugsweise werden die nichtçquaternierten und nicht-protonierten
Basen als solche eingesetzt und erst bei der Herstellung der wässrigen Dispersion
protoniert.
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In den erfindungsgem.assen, wässrigen Wachsdispersionen wird der kationaktive
Dispergator zweckmässig mindestens in einem solchen Mengenverhältnis zum Paraffinwachs
eingesetzt, wie es ausreicht, um das Paraffinwachs im Wasser zu dispergieren; das
kationaktive Tensid kann auch in einem Ueberschuss darüber verwendet werden. Vorteilhaft
werden pro 100 Gewichtsteile des Paraffinwachses mindestens 20, vorzugsweise 20
bis 150, insbesondere 40 bis 120 Gewichtsteile des kationaktiven Dispergators verwendet
(wobei bei höherem
n-Paraffingehalt höhere Tensidgehalte bevorzugt
sind; so für mindestens 65% n-Paraffin mindestens 50% Tensid und für mindestens
80% n-Paraffin mindestens 80% Tensid). Die eingeSetzte Menge Wasser beträgt zweckmässig
mindestens soviel, wie es ausreicht, dass die Dispersion rührbar bzw. giessbar ist;
vorteilhaft wird soviel Wasser eingesetzt, dass der Trockenstoffgehalt der Dispersion
höchstens 50 Gew% vorzugsweise 5 bis 50 Gew%, insbesondere 10-30 Gew%, beträgt.
Besonders vorteilhaft wird der pH der Dispersion durch Zugabe einer Säure auf Werte
zwischen 3 und 6, vorzugsweise zwischen 3 und 4,5, eingestellt, wobei die kationaktiven
Dispergatoren günstigerweise als freie Basen eingesetzt werden, so dass in der Dispersion
die entsprechende protonierte Form entsteht. Gegebenenfalls können die erfindungsgemässen
Dispersionen noch einen üblichen Kältestabilisator enthalten, z.B. einen wasserlöslichen
ein- oder mehrwertigen Alkohol (z.B. Isopropanol, Aethylenglykol, Hexylenglykol
oder Glycerin) oder ein wasserlösliches Polyalkylenglykol oder einen wasserlöslichen
Mono- oder Polyalkylenglykolalkyläther (z.B. Diäthylenglykol, Methylcellosolve oder
Aethylcellosolve).
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In einer bevorzugten Zusammensetzung der erfindungsgemässen Wachsdispersionen
sind pro 100 Gewichtsteile des nicht-oxidierten aliphatischen Paraffinwachses a
Gewichtsteile des kationaktiven Dispergators, b Gewichtsteile einer Säure, c Gewichtsteile
Wasser, und d Gewichtsteile eines Kältestabilisators enthalten, worin a 20 bis 150,
vorzugsweise 40 bis 120 ist, b die zur Einstellung eines pH-Wertes von 3 bis 6,
vorzugsweise 3 bis 4,5 notwendige Menge einer Säure ist, c die zur Einstellung eines
Trockenstoffgehaltes von 5 bis 50 Gew%, vorzugsweise 10 bis 30 Gew%, notwendige
Menge Wasser ist und d 0 bis 40 Gew% von c, vorzugsweise 5 bis 20 Gew% von c, insbesondere
7 bis 15 Gew% von c beträgt.
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Soweit in diesem Text in bezug auf die Dispersionen die Rede von Paraffinwachs
istg ist nicht nur ein reines Paraffin gemeint, sondern auch Paraffinwachsgemische,
wie sie schlussendlich insgesamt zur Herstellung der erfindungsgemässen Dispersionen
eingesetzt werden; ebenfalls wenn die Rede von einem kationaktiven Dispergator ist,
ist damit nicht nur eine Einzelverbindung gemeint, sondern auch Gemische von Verbindungen,
wie sie z.B.
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auch bei der Herstellung der Dispergatoren anfallen (die hochmolekularen
Fettreste in den Tensiden können aus technischen Gemischen abstammen, die Aethoxylierungsprodukte
sind meistens Gemische und bei der Umsetzung mit primären Aminen bzw. mit Polyaminen
kann gegebenenfalls eine unterschiedliche Zahl stickstoffgebundener Wasserstoffatome
durch das entsprechende Reagenz umgesetzt werden). Gegebenenfalls können auch Säuregemische
eingesetzt werden und auch die Kältestabilisatoren können gegebenenfalls Gemische
sein.
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In den wässrigen Dispersionen liegen die kationaktiven Tenside vorteilhaft
als Salze vor, d.h. in quaternierter oder vorzugsweise protonierter Form.
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Die erfindungsgemässen Dispersionen können auf an sich bekannte Weise
z.B.
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durch Zusammenmischen der jeweiligen Bestandteile hergestellt werden;
vorzugsw e werden die Paraffinwachse mit den entsprechenden Dispergatoren verschmolzen
und die Schmelze wird dann mit Wasser und gegebenenfalls mit Säure und/oder mit
Kältestabilisator gemischt; soll eine Säure zugegeben werden, dann wird diese vorzugsweise
vor Zugabe der Schmelze im Wasser gelöst, während der Kältestabilisator vorzugsweise
erst nach der Bildung der Dispersion zugegeben wird. Die erfindungsgemässen Wachsdispersionen
sind frei von oxydierten Wachsen und haben eine hohe Lagerstabilität, d.h.
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sie bleiben auch längere Zeit in gut-dispergierter Form bestehen,
und, wenn sie sich nach einer gewissen Zeit in Schichten trennen sollten, können
sie durch einfaches Rühren in die ursprüngliche, gut-dispergierte Form gebracht
werden.
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Die erfindungsgemässen Dispersionen dienen als /\usrüstungsmittel
für Fasermaterial, insbesondere Textilmaterial, und zwar vorzugsweise als Gleitmittel
bzw. Avivagemittel, und ein besonderer Gegenstand der Erfindung sind
wässrige
Ausrüstungsmittel für Fasermaterial, die durch einen Gehalt an nicht-oxidierten
Paraffinen und kationaktiven Dispergatoren, wie oben definiert und insbesondere
auch bevorzugt, gekennzeichnet sind, sowie die Verwendung der oben-definierten,
wässrigen Wachsdispersionen als Ausrüstungsmittel für Fasermaterial und das Verfahren
zum Ausrüsten von Fasermaterial, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man dafür
wässrige Dispersionen bzw.
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wässrige Ausrüstungsmittel, wie oben definiert und insbesondere bevorzugt,
gegebenenfalls in mit Wasser verdünnter Form, einsetzt.
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Für die Ausrüstung mit den erfindungsgemässen Ausrüstungsmitteln eignen
sich beliebige Fasermaterialien, wie sie üblicherweise mit Paraffinen ausgerüstet
werden, und zwar sowohl natürliche als auch synthetische und halbsynthetische Materialien
und deren Gemische, insbesondere natürliche oder regenerierte Cellulose, natürliches
oder synthetisches polyamid-, polyester-, polypropylen- und polyacrylnitrilhaltiges
Material, sowie Gemische daraus. Das Material kann in einer beliebigen Bearbeitungsform
vorliegen, z.B. als lose Fasern, Filamente, Fäden, Garne, Garnstränge und -spulen,
Gewebe, Gewirke, Vliese, Vliesstoffe, Papierbahnen, Filze, Teppiche, Samt, Tuftingware
oder auch Halbfertigware und ferner auch Kunstleder. Besonders erwähnenswert darunter
ist die Paraffinierung von Papierbahnen, die Nassparaffinierung von Garnspulen und
insbesondere die Avivage von Textilbahnen.
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Die Ausrüstung erfolgt vorteilhaft aus wässrigem, vorzugsweise saurem
Me-Medium, günstigerweise bei pH-Werten zwischen 3,5 und 6, bevorzugt zwischen 4
und 5,5 (eingestellt z.B. durch Zugabe einer in der Färbereitechnik üblichen Säure,
wie z.B. Ameisensäure, Essigsäure, Zitronensäure oder Weinsäure) und in einem Temperaturbereich,
der allgemein mit den eingesetzten Substraten verträglich ist, vorteilhaft zwischen
10°C und 60"C, vorzugsweise zwischen 30 und 50"C, nach Auszieh- oder Imprägnierverfahren.
Als Imprägnierverfahren eignen sich beliebige, übliche Verfahren, z.B. Tauch-, Klotz-,
Schaum- oder Aufsprühverfahren, insbesondere auch Continueverfahren, je nach Substrat
und verwendeter Apparatur. Die erfindungsgemässen Ausrüstungsmittel haben eine gute
Substantivität und eignen sich ausser für Imprägnierverfahren auch für Ausziehverfahren;
als Ausziehverfahren kommen hier beliebige Verfahren sowohl aus langer als auch
aus kurzer Flotte in
Betracht, vorteilhaft bei einem Flottenverhältnis
von 1:100 bis 1:0,5, insbesondere zwischen 1:60 und 1:2, wobei unter den Kurzflottenverfahren
insbesondere die Verfahren in der Haspelkuve und vor allem in den Düsenfärbeapparaturen
(dye-jet-machines) hervorzuheben sind. Das behandelte Substrat wird vorteilhaft
ohne nachträgliches Spülen direkt getrocknet; man kann das behandelte Material an
der freien Luft trocknen lassen oder vorteilhaft bei erhöhter Temperatur, z.B. in
einem Temperaturbereich zwischen 80 und 1500C (wie z.B. in einem üblichen Trockenschrank)
trocknen. Die Konzentration der Wachse, bezogen auf das Substrat, kann, je nach
Art und Beschaffenheit des Substrates und gewünschtem Effekt, in-weiten Grenzen
variieren und beträgt vorteilhaft Werte zwischen 0,02 und 1,5, vorzugsweise 0,1
bis 0,8%, bezogen auf das Trockengewicht des Substrates.
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Da die erfindungsgemässen Dispersionen auch bei hoher und heterogener,
dynamischer Beanspruchung sehr stabil sind, eignen sie sich insbesondere für die
Ausrüstung von Textilbahnen in Düsenfärbeapparaturen. Als Düsenfärbeapparaturen
eignen sich beliebige, übliche Apparate, wie sie in der Technik und in der Literatur
bekannt sind, wie z.B. in der folgenden: - Anonym: Rückblick auf die 6. ITMA 1971
in Paris, Textilveredlung 6 (1971) 11, Seiten 745-748.
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- P. Semer: ITMA 75 - Färberei und Textilveredlung. Melliand Textilberichte
57(1976) 2, Seiten 147-149.
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- R.D. Holt, F.J. Hassigan: Der Ausfall von Sollstückware in Jet-
und Overflow-Färbemaschinen; Melliand Textilberichte 60(1979) 9, Seiten 745-758.
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- W.J. Marshall "Jet~Dyeing-Machines (Process development and machinery
review)", Shirley Institute Publication S. 33 (The cotton, silk and man-made fibers
research association, 1979).
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Für Versuchszwecke können auch die üblichen "Labor-jets" verwendet
werden, z.B. Mathis Labor Overflow-Jet JFO der Firma Mathis (Niederhasli/ZH, Schweiz).
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Die verschiedenen Düsenfärbemaschinen umfassen ein breites Spektrum
an dynamischer Beanspruchung von Textilmaterial und Flotte, z.B. je nach Flottenumwälzung,
Warengeschwindigkeit und Flottenverhältnis, besonders bei nicht-vollgefluteten Apparaturen.
In den verschiedenen Teilen der Apparaturen wirken unterschiedliche Kräfte, so dass
z.B. die Behandlungsflotte an verschiedenen Stellen sehr starke Geschwindigkeitsunterschiede
aufweist und in diesen Apparaturen z.B. starke Scherkräfte wirken können und auch
mehr oder weniger stabiler Schaum entstehen kann, so dass bei Verwendung von unstabilen
Wachsdispersionen Wachs ausflotieren kann, und beim Ausladen des behandelten Textilgutes
das ausflotierte Wachs z.T. haften bleibt und beim anschliessenden Trocknen der
Ware Wachsfettflecke darauf entstehen. Die erfindungsgemässen Dispersionen weisen
auch bei solchen hohen dynamischen Beanspruchungen eine hohe Stabilität auf, so
dass die Wirkungsweise des Ausrüstungsmittels optimal ausgenützt wird und das Substrat
möglichst regelmässig ausgerüstet wird.
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Die Stabilität der erfindungsgemässen Dispersionen kann auf einfache
Weise im Laboratorium überprüft werden, indem die Dispersionen in einer Apparatur
solchen dynamischen Beanspruchungen unterworfen werden, wie sie in etwa in Düsenfärbemaschinen
vorkommen können, und zwar unter Verwendung eines mit hoher Geschwindigkeit laufenden
Messerquirles. Solche schnell-laufende, elektrisch angetriebene Messerquirle sind
allgemein bekannt und es eignen sich z.B. die im Haushalt üblichen Mixer, so z.B.
der Haushaltmixer Typ MX 32 der Firma BRAUN A.G. (Frankfurt am Main). Die Stabilität
der Dispersionen kann beispielsweise wie folgt geprüft werden: Es werden 5g der
Dispersion mit entmineralisiertem Wasser auf 1 Liter aufgefüllt. Für 2 Bestimmungen
werden je 1/2 Liter der verdünnten Dispersion in das Mixgefäss eines Haushaltmixers,
Typ MX 32 der Firma BRAUN A.G.
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(Frankfurt am Main), (Leerlauf-Drehzahl bei Stufe III = 16000 + 10%
U/min bei einer Leerlaufaufnahme von 205 W i 10%) gegeben und auf der Stufe III
während 1 Minute sehr stark gequirlt.
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Anschliessend wird die so behandelte Dispersion bei einem Saugvakuum
von 530mbar durch eine Nutsche (Durchmesser = 5,7cm) mit einer Auflage aus handelsüblichem
schwarzem
Baumwollcretonne (130 g/m2, 16 Schussfäden und 17 Kettfäden pro cm2) filtriert.
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Gegen hohe dynamische Beanspruchung stabile Dispersionen zeigen danach
keine oder nur eine unwesentliche Abfiltrierung von weissem Paraffin.
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Durch Verwendung von hartem Wasser (z.B. 10° dH) und/oder Erhöhen
der Konzentration Dispersion pro 1 Liter Wasser können die Prüfungsbedingungen verschärft
werden.
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Die erfindungsgemässen Ausrüstungsmittel beeinflussen die Färbungen
oder Aufhellungen der Substrate nicht. Sie sind besonders für das Behandeln von
cellulosehaltiger Maschenware, insbesondere von baumwollener Maschenware geeignet.
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In den folgenden Beispielen bedeuten die Teile Gewichtsteile und die
Prozente Gewichtsprozente, die Temperaturen sind in Celsiusgraden angegeben.
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Eingesetzte Paraffinwachse a) Arco Wax 4154 G [geliefert von: Arco
Raffinerie GmbH, Hamburg, BRD] b) Arco Wax 1150 G [do] c) Arco Wax 2143 G, Charge
1878 [do] d) Petrolatum, light amber technical [geliefert von: Witco Chemical, Sonneborn
Division, Koog aan de Zaan, NL] e) Arco Wax 4158 G [geliefert von: Arco Raffinerie
GmbH, Hamburg, BRD] mit folgenden Eigenschaften:
| Erstarrungs- Tropfpunkt Nadelpenetration Oelgehalt n-Paraffin- |
| Wachs punkt in °C, in °C nach nach nach gehalt nach |
| nach M-III 3(75)* ASTM D 1321 ASTM D 721 M-V 8 (63)* |
| ASTM D 87 |
| a 54/56 55.9 Ku 20 t- 0,5% 80-84% |
| b 50/52 53.6 nr 80 3-4% 68-70% |
| c 43/45 48 ~ 130 ~ 3% 70-78% |
| d 48/56 51-57 160-180 19-22% |
| (Konuspenetration) |
| e 58/60 58.9 || ~ 20 # 0,5% 88-90% |
* DGF-Einheitsmethoden zur Untersuchung von Fetten, Fettprodukten und verwandten
Stoffen, von der Deutschen Gesellschaft für Fettwissenschaften e.V., Münster, Westf.,
im Wissenschaftlichen Verlagskatalog, Stuttgart, 1982.
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Eingesetzte Tenside Verbindungen der durchschnittlichen Formeln
| Tensid | Formel | R24 | R11 | t + u + v + w |
| A (2) R241 C18 H37 t + u + v = 18 |
| B (3) R24' " t + u + v + w = 24 |
| C (2) R24" " t + u + v + w = 18 |
| D (2) R24"' " t + u + v + w = 18 |
| E (1) R24' C18 H35 t + u = 12 |
| F (2) R24' " t + u + v = 18 |
worin
| R24t ein Gemisch aus R2411 ein Gemisch aus und R24,11 ein Gemisch
aus |
| 0,1% C12H25- 3,0% C8 H17- 1,3% C14H29- |
| 0,9% C14H29- 6,0% C10H21- 4,7% C16H33- |
| 28,0% C16H33- 56,0% C12H25- 42,0% C18H37- |
| 28,0% C18H37- 18,0% C14H29- 12,0% C20H41- |
| 43,0% C18H35- 10,0% C16H33- 40,0% C22H45- |
| 2,0% C18H37- |
| 5,0% C18H35- |
sind.
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Herstellung der Wachsdispersion Vorschrift 1 156,7 Teile Paraffinwachs
und 84,3 Teile Tensid werden zusammengeschmolzen und unter Rühren in eine auf 70°
aufgeheizte Lösung von 855 Teilen entmineralisiertem Wasser und 15 Teilen Eisessig
eingegeben. Die so erhaltene, feine Emulsion wird unter weiterem Rühren abkühlen
gelassen und noch mit 95
Teilen Aethylenglykol versetzt. Danach
wird die milchige, dünnflüssige Dispersion ausgeladen. (Nach dieser Vorschrift sind
die Dispersionen der untenstehenden Beispiele 1, 2, 3, 4, 5 und 6 hergestellt).
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Vorschrift II Man verfährt wie in Vorschrift I, verwendet aber 172
Teile Wachs, 69 Teile Tensid, 940 Teile Wasser und kein Aethylenglykol.
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Nach dieser Vorschrift sind die Dispersionen der untenstehenden Beispiele
7, 8 und 9 hergestellt.
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Vorschrift III 60 Teile Tensid und 60 Teile Paraffinwachs werden zusammengeschmolzen
und unter Rühren in eine auf 85" aufgeheizte Lösung von 425 Teilen entmineralisiertem
Wasser und 15 Teilen Eisessig eingegeben. Die so erhaltene, sehr feine Emulsion
wird abkühlen gelassen und dann noch mit 47 Teilen Aethylenglykol versetzt. Danach
wird die fast klare, opaleszierende, dünnflüssige Dispersion ausgeladen. Nach dieser
Vorschrift sind die Dispersionen der Beispiele 10, 11 und 12 hergestellt.
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Vorschrift IV Man verfährt wie in Vorschrift II, verwendet aber nun
855 Teile Wasser.
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Nach dieser Vorschrift sind die Dispersionen der Beispiele 13, 14
und 15 hergestellt.
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Vorschrift V Man verfährt wie in Vorschrift II, verwendet aber anstelle
der 940 Teile Wasser, 855 Teile Wasser und dann 95 Teile Aethylenglykol. Nach dieser
Vorschrift sind die Dispersionen der Beispiele 16, 17 und 18 hergestellt.
| Beispiel p Tensid | Wachse (Gewichtsverhältnis) |
| 1 A c - |
| 2 A c + d (9:1) |
| 3 E b + d (6:4) |
| 4 F b + d (6:4) |
| 5 A a + d (6:4) |
| 6 A e + d (7:3) |
| 7 D b + d (7:3) |
| 8 C b + d (9:1) |
| 9 B b + d (7:3) |
| 10 A a |
| 11 A e |
| 12 A b |
| 13 D b + d (7:3) |
| 14 C b + d (9:1) |
| 15 B b + d (7:3) |
| 16 D b + d (7:3) |
| 17 C b + d (9:1) |
| 18 B b + d (7:3) |
Die hergestellten Dispersionen der Beispiele 1-18 sind lagerstabil und im oben beschriebenen
"Mixertest" (5g Dispersion pro 1 Liter entmineralisiertes Wassers 1 Minute gequirlt
und durch einen schwarzen Stoff-Filter filtriert) werden keine Paraffinablagerungen
gefunden.
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Der eingesetzte schwarze Stoffilter wird wie folgt hergestellt: gebleichtes
Baumwollcretonne (130g/m29 16 Schussfäden und 17 Kettfäden pro cm2) wird bei Flottenverhältnis
1:40 während 30 Minuten bei 60 bis 70° mit 6% C.I.
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Direct Black 19 gefärbt und dann mit 2% 35%igem Formaldehyd und 2%
Eisessig nachbehandelt und schliesslich gründlich gespült und getrocknet. Von dem
schwarzgefärbten Baumwollcretonne werden Stücke in der benötigten Grösse für die
eingesetzten Filter ausgestanzt.
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Herstellung der Tenside A-F Das Tensid A wird wie folgt hergestellt
An 135 Teile Stearylalkohol werden nach bekannter Methode unter Katalyse von 0.4
Teile Aetznatron 132 Teile Aethylenoxid angelagert, gefolgt von 46.5 Teilen Epichlorhydrin
unter Katalyse von 4 Teilen ca. 48%igem Bortrifluorid-Diätherat bei einer Temperatur
zwischen 45 und 70". Danach wird das gebildete Chlorhydrin mit 60 Teilen 30%iger
Natronlauge bei 40-50° in das Epoxid übergeführt, welches noch während 5 Stunden
bei 70 mit dem Fettamin R24'-NH-CH2CH2CH2-NH2 umgesetzt wird (für die Bedeutung
von R24': vgl. die Tabelle der Tensidformeln). Anschliessend werden das vorhandene
Wasser destillativ und das gebildete Kochsalz durch Filtration bei ca. 80" entfernt.
Das so erhaltene Tensid erstarrt bei Raumtemperatur.
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Alle Arbeitsschritte dieses Beispiels können fortlaufend ohne Zwischenisolation
in einem Arbeitsgefäss durchgeführt werden.
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Auf analoge Weise werden die Tenside B bis F hergestellt.
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Applikationsbeispiel A Eine Stoffbahn von 200kg Baumwollinterlock
(200g/m2) wird in einem Thiess-Jet R 95 mit 3 Einheiten (3 Kuven) mit 1600 Liter
Flotte, enthaltend 6kg der Dispersion gemäss Beispiel 1 (= Flottenverhältnis 1:8),
für 20 Minuten, bei 45" und bei einem Warenumlauf von 180m/Minute aviviert; ohne
nachträgliches Spülen wird die avivierte Ware im Trockenschrank bei 110 bis 1200
getrocknet und ist dann gebrauchsfertig.
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Applikationsbeispiel B Baumwoll-Interlock wird bei 40° und einem Flottenverhältnis
1:40 in eine wässrige Flotte gegeben, die, bezogen auf das Substrat, 3% der Wachsdispersion
gemäss Beispiel 3 enthält, nach 20 Minuten bei 40° unter ständigem Bewegen des Substrates
wird dieses aus der Flotte genommen und 90 Sekunden bei 140° ohne Spannen getrocknet.
Abwechslungsweise kann die Wachsdispersion erst zugegeben werden, wenn das Substrat
sich bereits in der wässrigen Flotte befindet.
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Applikationsbeispiel B1 bis B7 Man verfährt wie im Beispiel B beschrieben,
verwendet aber anstelle der Dispersion gemäss Beispiel 3 die gleiche Konzentration
der Dispersion gemäss Beispiel 4, Beispiel 7, Beispiel 8 oder Beispiel 9 oder 2%
der Dispersion gemäss Beispiel 1, Beispiel 2 oder Beispiel 10.
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Applikationsbeispiel C Baumwoll-Interlock wird bei Raumtemperatur
bis zu einer 75%igen Trockengewichtszunahme mit einer wässrigen Flotte foulardiert,
die 30g/l der Wachsdispersion gemäss Beispiel 8 enthält. Anschliessend wird das
foulardierte Material 90 Sekunden bei 140° getrocknet.
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Applikationsbeispiele C1 bis C3 Man verfährt wie im Beispiel C beschrieben,
verwendet aber anstelle der Dispersion gemäss Beispiel 8 die Dispersion gemäss Beispiel
3, 5 oder 6 oder 25 g/l der Wachsdispersion gemäss Beispiel 10.
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Applikationsbeispiel D In einem Mathis Labor Overflow-Jet JFO der
Firma Mathis, Niederhasli/ZH, Schweiz, werden 1,0 kg Baumwoll-Trikot-Interlock,
vorgefärbte Schlauchware 52 cm breit, 520 cm lang, 185g/m2, in einer Flotte von
8 1 Leitungswasser (4-6° d.H.) bei einer Flottenzirkulation von 14'700 l/h und einer
Warengeschwindigkeit von 23 m/min (Düsendurchmesser = 70 mm) 30 Minuten bei 25°
mit 55g der Dispersion gemäss Beispiel 10 behandelt, und wie im Applikationsbeispiel
A getrocknet.
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Die nach den obigen Applikationsbeispielen ausgerüstete Ware zeigt
keine Wachsflecke und weist eine gute Vernähbarkeit auf.