AT394387B - Verfahren zum herstellen thixotroper waschmittelzusammensetzungen - Google Patents

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Description

AT 394 387 B
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen thixotroper Waschmittelzusammensetzungen, insbesondere ein Verfahren zum Herstellen einer thixotropen Waschmittelaufschlämmung, die vor allem zur Bildung von Gemischen für automatische Haushaltsgeschirrspüler geeignet ist. Die erfindungsgemäß hergestellten Zusammensetzungen enthalten beispielsweise eine flüssige Phase aus Wasser mit einem Gehalt an gelöstem Tripolyphosphat, Silikat und Alkalimetallionen und an dispergiertem, nicht quellendem Ton-Verdickungsmittel (vorzugsweise Attapulguston) sowie eine feste Phase aus vorwiegend Natriumtripolyphosphat. Die herstellbaren Waschmittelzusammensetzungen können auch ein Chlorbleichmittel (vorteilhaft ist gelöstes Natriumhypochlorit) und ein bleichfestes anionisches Tensid sowie Alkalimetallcarbonat enthalten. In der DE-OS 33 25 503 werden Zusammensetzungen dieser Art beschrieben.
Bevorzugt werden Zusammensetzungen hergestellt, die eine begrenzte Menge einer wasserlöslichen Kaliumverbindung, z. B. ein Kaliumsalz oder KOH, enthalten und dabei ein K:Na-Gewichtsverhältnis in dem Bereich von 0,04 bis 0,5 aufweisen.
Zur Herstellung der Waschmittelzusammensetzungen können die in der oben erwähnten DE-OS 33 25 503 angegebenen Mengenanteile verwendet werden. Hiernach ist ein Mengenbereichs-Satz, bezogen auf das Gewicht, etwa wie folgt: (a) 8 bis 35 % Alkalimetalltripolyphosphat, (b) 2,5 bis 20 % Natriumsilikat, (c) 0 bis 9 % Alkalimetallcarbonat, (d) 0,1 bis 5 % in wasserdispergierbares gegen Chlorbleichmittel beständiges Tensid (Aktivmaterial), (e) 0 bis 5 % gegen Chlorbleichmittel beständiges schaumdrückendes Mittel, (0 Chlorbleichmittel in einer Menge, die etwa 0,2 bis 4 % Chlor verfügbar macht, und (g) thixotropes Verdickungsmittel in einer Menge, die in der Zusammensetzung einen Thixotropie-Index von etwa 2,5 bis 10 gewährleistet
Es wurde nun ein neues und wertvolles Verfahren zur Herstellung der oben angeführten, eine begrenzte Menge an Kalium enthaltenden Produkte sowie zur Herstellung von Produkten des in der erwähnte DE-OS 33 25 503 gezeigten Typs und anderer Tensidslurries, die feine Teilchen wasserlöslicher anorganischer Buildersalze dispergiert in Wasser, gelöstes Buildersalz, Ton oder andere kolloidale Verdickungsmittel sowie Tensid enthalten, geschaffen.
Das neue Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß man - eine Aufschlämmung aus festen Teilchen alkalischen wasserlöslichen Buildersalzes in einer Flüssigkeit bereitet, die mit alkalischem wasserlöslichem Buildersalz gesättigtes Wasser ist, wobei die Menge der festen Teilchen so groß ist, daß die Aufschlämmung eine Viskosität von etwa 20000 bis 60000 cP besitzt, - die viskose Aufschlämmung zum Naßmahlen dieser festen Teilchen der Einwirkung eines Hochge-schwindigkeits-Dispersers aussetzt, der mit einer Höchstgeschwindigkeit von mindestens 22 m/s arbeitet, - dann Wasser hinzufügt, um die Viskosität der Aufschlämmung zu verringern, sowie pulverisierten Ton, und - den Ton in dieser Aufschlämmung durch mechanische Einwirkung in Anwesenheit der festen Teilchen des löslichen Buildersalzes desagglomeriert.
Bevorzugt sind die Teilchen, die ausschließlich oder vorwiegend aus Natriumtripolyphosphat sind,und ist der Ton Attapulgit-Ton.
Erfindungsgemäß setzt man dem erhaltenen Gemisch dann ein wasserlösliches anionisches Tensid zu.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung gibt man zur Herstellung der viskosen Aufschlämmung im wesentlichen wasserfreies Natriumtripolyphosphat zu einer Lösung von Alkalimetallcarbonat in Wasser. Vorzugsweise ist die Konzentration des Alkalimetallcarbonates in der Lösung so hoch, daß die Anwesenheit des zugesetzten Natriumtripolyphosphates zu einer Kristallisierung des Natriumcarbonates aus der Lösung führt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird das Verfahren in einem Mischgefäß durchgeführt, wobei der größte Teil der erhaltenen desagglomerierten tonhaltigen Aufschlämmung aus dem Gefäß abgezogen wird, während ein wesentlicher Rückstand dieser Aufschlämmung in dem Gefäß verbleibt und dann dieses Verfahren in Anwesenheit dieses Rückstandes wiederholt wird, wobei der Rückstand bei der Wiederholung 5 bis 20 % des Gemisches ausmacht. Die Menge des Tons beträgt insbesondere 1 bis 5 %.
Es wurde festgestellt, daß bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein vorheriges Dispergieren des Tons in wässerigem Medium nicht erforderlich ist. Die festen Tonteilchen dispergieren schnell, auch wenn das Medium stark alkalisch ist. Das Vermahlen der ungelösten Buildersalzteilchen findet viel wirksamer und schneller statt, wenn Ton im wesentlichen nicht anwesend ist.
In diesen Beispielen ist Attagel Nr. 50 pulverförmiger Attapulgitton (von Engelhard Minerals & Chemicals, in deren Verkaufsbroschüren angegeben wird, daß dieser etwa 12 Gew.% freie Feuchtigkeit besitzt, gemessen -2-
AT 394 387 B durch Erhitzen auf 104,4 °C, und über einen B.E.T. Oberflächenbereich von etwa 210 m /g verfügt, berechnet auf feuchtigkeitsfreier Basis); Graphtol Grün ist eine färbende Substanz; LPKN 158 ist ein schaumverhindemdes Mittel der American Hoechst (Knapsack) aus einem 2:1-Gemisch von Mono- und Di-(C j g-C j g)Alkylestem von Phosphorsäure; das Natriumsilikat hat ein NajOiS^-^Verhältnis von 1:2,4; Dowfax 3B2 ist eine 45 %ige wäßrige Lösung von NatriummonodecyVdidecyldiphenyloxiddisulfonaten, einem bleichfesten anionischen Tensid; STPP ist Natriumtripolyphosphat. Wenn nicht anders angegeben, wird STPP in Form des feinteiligen, handelsüblichen, wasserfreien Materials zugegeben, das etwa 0,5 % Wasser und meist 4,5 bis 6,5 % Pyro-phosphat enthält Wenn nicht anders angegeben, ist das angewandte Wasser entsalztes Wasser.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern. In diesen Beispielen (in denen die Buildersalzteilchen des Produktes hauptsächlich Natriumtripolyphosphat Hexahydrat plus hydratisiertes Natriumcarbonat sind) wird ein hoch viskoses (z. B. 20 000 bis 60 000 cP Viskosität) Gemisch aus einer begrenzten Menge an Wasser, einer stark alkalischen gesättigen Buildersalzlösung und, als Hauptbestandteil, ungelösten Teilchen wasserlöslichen Buildersalzes hergestellt. Diese viskose Mischung wird einem Vermahlen der ungelösten Teilchen mit einem Hochgeschwindigkeitsdispergiergerät unterworfen, wonach die festen Teilchen des Tonverdickungsmittels zugesetzt werden und der Ton mechanisch desagglomeriert wird. Dann können die restlichen Bestandteile der Formulierung (z. B. andere Flüssigkeiten oder Substanzen, die sich in der flüssigen Phase mit hohem Elektrolytgehalt leicht lösen oder dispergieren) eingemischt werden.
Das Gemisch kann dann einer zusätzlichen starken mechanischen Schereinwirkung unterworfen werden, um den Text weiter zu desagglomerieren.
Bei dem in den Beispielen beschriebenen Verfahren wird das Buildersalz, das den Hauptbestandteil der nicht gelösten Teilchen ausmacht, einer wässerigen Lösung zugesetzt, die bereits eine hohe Konzentration an gelöstem anderem Buildersalz enthält, so daß diese Zugabe zur Folge hat, daß Buildersalz aus der Lösung ausgefallt wird (z. B. durch den allgemeinen Ioneneffekt) und somit erneut in Form winziger Kristalle kristallisiert.
Ein anderes wesentliches Merkmal des in den Beispielen dargestellten Mischverfahrens besteht darin, daß es die wiederholte Herstellung von Mengen reproduzierbarer Eigenschaften ermöglicht, wobei der gesamte "Rest" der zuerst gebildeten Menge als Bestandteil der jeweils folgenden Menge verwendet wird.
Wie bereits erwähnt, dient die Anwendung des in den Beispielen beschriebenen Verfahrens nicht nur zur Herstellung der Kaliumsalze enthaltenden Zusammensetzungen. Obwohl es bis dahin seine größte Verwendung zur Herstellung von Formulierungen gefunden hat, in denen der Ton Attapulgit ist, kann es auch zur Herstellung von Zusammensetzungen dienen, in denen der ganze oder ein Teil des Tons ein solcher vom Quelltyp ist, z. B. ein Smectittypton, wie Bentonit (z. B. Gelwhite GP) oder Hectorit.
Beispiel 1
In 32,0 Teilen entsalztem Wasser, das mit einer geringen Menge eines Pigments (z. B. 0,028 Teilen Graphtol Grün, einer 28 % Pigment enthaltenden wäßrigen Paste) vermischt ist, wurden 2,0 Teile K2CO3 (dessen
Wasserlöslichkeit über 100 Teile pro 100 Teilen Wasser sogar bei 0 °C ist) und 5,0 Teile granuliertes Natriumcarbonat (dessen Wasserlöslichkeit etwa 45 Teile pro 100 bei 35 °C beträgt) gelöst. Die Lösung hatte eine Temperatur von etwa 32,2 °C. Dann wurden 23,116 Teile pulverförmiges Natriumtripolyphosphat (STPP) mit einem Gehalt von etwa 0,5 % Hydratationswasser zugesetzt, wobei das Gemisch ununterbrochen der Wirkung eines Hochgeschwindigkeits-Dispergiergerätes unterworfen wurde. Die Menge an STPP ist wesentlich größer als die, die in der anwesenden Menge Wasser löslich ist; ihre Löslichkeit in Wasser beträgt etwa 20 g pro 100 ml bei 25 °C.
In diesem Beispiel war das STPP ein Produkt der Olin Corp. und hatte einen Gehalt an Phase I von etwa 50 %, einen Gehalt an Natriumsulfat von etwa 2 %, besaß eine sehr kleine Teilchengröße und war ein Gemisch aus pulverförmigem wasserfreiem STPP, hergestellt nach dem bekannten "Feuchtverfahren", und pulverisiertem STPP-Hexahydrat. Bei Zugabe von STPP zu der Lösung hydratisiert es schnell und bildet harte, kristalline STPP-Hexahydrat enthaltende Klumpen. (23 Teile STPP haben die Fähigkeit, zur Bildung des Hexahydrats etwa 7 Teile Wasser aufzunehmen). Zuerst ist das Gemisch eine dünne Aufschlämmung an ungelöstem STPP in einer Flüssigkeit, die eine übersättigte Lösung ist. Infolge der Hydratationsreaktion steigt die Temperatur und erreicht einen Höhepunkt von etwa 60 °C. Im Verlauf von etwa 3 bis 4 Minuten wird das Gemisch viskoser; seine Viskosität steigt über 20000 cP (z. B. auf etwa 40000 bis 50000 cP, gemessen bei der Aufschlämmungstemperatur z. B. mit einem Brookfield RVT, Spindle Nr. 6 bei 10 Umdr./min). Es wird angenommen, daß während des Verfahrens Natriumcarbonat in Form sehr feiner Kristalle aus der Lösungsphase infolge des allgemeinen Ioneneffekts (des Natriums des STPP’s) auskristallisiert. Wenn das Gemisch viskos geworden ist, bewirkt Hochgeschwindigkeits-Disperser ein Vermahlen der Teilchen (z. B. von hydratisiertem STPP) zu einer feinen Teilchengröße, wobei das Vermahlen zum einen durch den erhöhten Energieverbrauch des Dispergiergeräts sowie durch einen zusätzlichen Temperaturanstieg (z. B. auf 65,6 °C, wodurch eine vermehrte Auflösung von Buildersalzen bewirkt wird; diese ihrerseits kristallieren beim Abkühlen wieder in feiner Form aus) angezeigt wird. Das Verfahren wird etwa 5 Minuten nach dem anfänglichen Dickwerden der Aufschlämmung fortgesetzt; während des Vermahlens verschwinden sichtbare Materialklumpen, und die Teilchengröße der ungelösten Teilchen -3-
AT394 387 B wird derart verringert, daß, wie man annimmt, im wesentlichen alle Teilchen Durchmesser von unter 40 Micro-meter aufweisen. Dann wurden weitere 9,367 Teile Wasser zugegeben, wobei die Viskosität auf weniger als 10000 cP (z. B. in der Größenordnung von 5000 cP, gemessen wie oben angegeben) sank, wonach 3,3 Teile Attagel Nr. 50 und 0,732 Teile weißes T1O2 (Anatase) Pigment zu dem stark alkalischen Gemisch (dessen pH beträchtlich über 9, z. B. 10,5 war) hinzugefügt wurden, während das Gemisch kontinuierlich der Wirkung des Hochgeschwindigkeits-Dispersers ausgesetzt war, der den Ton weitgehend dispergiert (desagglomeriert), so daß das dicke Gemisch homogen wird und ein glattes Aussehen erhält. Dann wurden 2,7 Teile einer 50 %igen wäßrigen NaOH-Lösung, 0,16 Teile schaumverhindemdes Mittel (Knapsack LPKN 158), 10,53 Teile einer 47,5 %igen wäßrigen Lösung von Natriumsilikat (Na20:Si02-Verhältnis 1:2,4), 10,0 Teile einer 12 %igen wäßrigen Lösung von Natriumhypochlorit und 0,8 Teile einer 45 %igen wäßrigen Lösung eines bleichfesten anionischen Tensids (Dowfax 3B2) zugegeben. Diese Zugaben erfolgten bei beliebigen Mischbedingungen, z. B. unter einfachem Rühren (obwohl es zweckmäßig sein kann, die staik scherende Ehspergierungswirkung für dieses Vermischen fortzusetzen). Anschließend wurde das Gemisch einem Mahlvorgang unterworfen, indem man es durch eine Mühlenreihe, wie z. B. einen Tekmar "Dispax Reactor" (der mit einer Spitzengeschwindigkeit von 22 m pro Sekunde arbeitet), führt, der das Gemisch verhältnismäßig kurzzeitig (z. B. kann die Verweilzeit in der Mühle nur 2 Sekunden oder weniger betragen) einer hohen Schergeschwindigkeit unterwirft. Der Haupteffekt hiervon besteht darin, die Tonteilchen weiter zu desagglomerieren, was durch ein deutliches Ansteigen der Fließgrenze, z. B. Ansteigen der Fließgrenze des Gemischs um etwa 33 %, angezeigt wird.
Das erhaltene Gemisch ist thixotrop. Man geht davon aus, daß die Teilchengröße der darin befindlichen dispergierten Festteilchen so klein ist, daß etwa 80 Gew.% oder mehr Teilchen Größen unter 10 Mikrometer besitzen. Das Gemisch befindet sich bei einer Temperatur in der Gegend von 48,9 bis 54,4 °C, wobei bei dieser Temperatur die Viskosität desselben größer ist als beispielsweise bei 21,1 °C wurde von dem Mischgefäß (z. B. durch ein Bodenventil, wenn das Gefäß einen konischen Boden besitzt, oder durch ein Seitenventil eines im wesentlichen flachbodigen Mischgefäßes) abgezogen. Etwa 10 % des Gemischs verblieben als "Rückstand" in dem Gefäß. Wegen ihrer Fließeigenschaften ist es schwierig, die gesamte Zusammensetzung aus dem Gefäß zu entfernen.
Das ganze oben beschriebene Verfahren wurde dann wieder und wieder in demselben Mischgefäß ohne irgendeine Rückstandbeseitigung wiederholt
Der Hochgeschwindigkeits-Disperser kann eine horizontale, abwechselnd nach oben und unten am Rand gezahnte Scheibe oder runde Platte aufweisen, die derart auf einer senkrecht nach unten verlaufenden Welle angebracht ist, daß eine Rotationsgeschwindigkeit gewährleistet wird, bei der die Umfangsgeschwindigkeit (der Zähne) größer ist als 22 m/s, z. B. 27 m/s. Für den Laboratoriumsbetrieb ist ein Cowles Hochgeschwindigkeits-Disperser geeignet Für einen Betrieb in größerem Maßstab kann ein Hochgeschwindigkeits-Disperser eines Myers Modells der 800 Serie verwendet werden. Diese Hochgeschwindigkeits-Disperser verringern die Teilchengrößen durch Prallvermahlen (impact grinding) mittels da- gezahnten Platte und durch auf das Gemisch einwirkende laminare Scherbeanspruchung. Die Scherung erzeugt in der Masse Wärme, zusätzlich zu der Wärme, die durch Auflösen, Hydratation etc. erzeugt wird. Bei der entstehenden verhältnismäßig hohen Temperatur sind die Bestandteile löslicher und kristallisieren beim Abkühlen zu reladv kleinen Teilchen, die sich, wenn überhaupt, nicht schnell absetzen. Das Hochgeschwindigkeits-Dispergiergerät verursacht eine Umwälzung des Gemischs, d. h. das Gemisch bewegt sich in der Mitte des Gefäßes nach unten, entlang der drehenden Platte nach außen, entlang der Seitenwände des Gefäßes nach oben und an der oberen Oberfläche des Gemischs nach innen. Im Verlauf dieser Bewegung erfolgt eine erwünschte Entlüftung, d. h. Luft (die bei Zugabe pulverförmiger Bestandteile immer eingebracht wird), verläßt das Gemisch auf der nach innen gerichteten Teilstrecke seines Kreislaufs.
Offenbar erfolgt das Kristallwachstum nach der oben beschriebenen Verarbeitung unter Bildung vieler größerer und relativ gleichmäßig geformter Kristalle (wie durch die Mikrofotographien gezeigt).
Beispiel 2
Beispiel 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß das pulverförmige STPP ein wasserfreies STPP von Monsanto ist, das nach dem bekannten "Trockenverfahren" hergestellt wurde und wasserfreies STPP enthält, das soweit angefeuchtet ist, daß sein Gehalt an Hydratationswasser 1/2 % oder etwas mehr, z. B. 1 1/2 % ist. Sein Gehalt an Phase I beträgt etwa 20 %.
Beispiel 3
Beispiel 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß die Anfangsmenge an Wasser 28,0 Teile, die zweite Wassermenge 13,637 Teile war und daß man vor der Zugabe des Attapulgittons 1,11 Teile einer 45 %igen wäßrigen Lösung an Natriumpolyacrylat (Acrysol LMW-45N mit einem Molekulargewicht von etwa 4500) hinzugab. Die Menge an K2CO3 war hier 3 Teile, die Menge an Na2CO^ 4 Teile.
Die Produkte der Beispiele 1 bis 3 besaßen die folgenden Eigenschaften: -4-

Claims (7)

  1. AT394 387 B Beispiel 1 1 2 Viskosität cP 4000 6000 4400 Fließgrenze 10‘~* N/cm^ 450 600 450 Kapillardrainagezeit Minuten 8,2 5,6 6,1 Zentrifugaltrennung % 16 26,3 12 Thixothropieindex 5 4,3 4,1 Die "Zentrifugaltrennung" wird durch Zentrifugieren gemessen - hiebei wird die Zusammensetzung bei 275 g zentrifugiert, bis es zu keinem weiteren Anwachsen des Volumens der klaren, abgetrennten, flüssigen (kontinuierlichen) Phase kommt - und das Volumen der klaren Flüssigkeitsschicht in Relation zu dem Gesamtvolumen bestimmt. Der "Thixotropieindex" ist das Verhältnis der Viskosität bei 30 Umdr./min zu der bei 3 Umdr./min, gemessen bei Zimmertemperatur mit einem Brookfield HATD Viskosimeter, Spindle Nr. 4, wie in der erwähnten DE-OS 33 25 503 beschrieben. Wenn nicht anders angegeben, sind alle Mengenangaben auf das Gewicht bezogen und ist der in den Beispielen genannte Druck atmosphärischer Druck. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zum Herstellen thixotroper Waschmittelzusammensetzungen, insbesondere einer thixotropen Waschmittelaufschlämmung, die Buildersalz und Ton enthält, dadurch gekennzeichnet, daß man - eine Aufschlämmung aus festen Teilchen alkalischen wasserlöslichen Buildersalzes in einer Flüssigkeit bereitet, die mit alkalischem wasserlöslichem Buildersalz gesättigtes Wasser ist, wobei die Menge der festen Teilchen so groß ist, daß die Aufschlämmung eine Viskosität von etwa 20000 bis 60000 cP besitzt, - die viskose Aufschlämmung zum Naßmahlen dieser festen Teilchen der Einwirkung eines Hochgeschwindig-keits-Dispersers aussetzt, der mit einer Höchstgeschwindigkeit von mindestens 22 m/s arbeitet, - dann Wasser hinzufügt, um die Viskosität der Aufschlämmung zu verringern, sowie pulverisierten Ton, und - den Ton in dieser Aufschlämmung durch mechanische Einwirkung in Anwesenheit der festen Teilchen des löslichen Buildersalzes desagglomeriert.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen ausschließlich oder vorwiegend aus Natriumtripolyphosphat sind, und daß der Ton Attapulgit-Ton ist.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man dem erhaltenen Gemisch dann ein wasserlösliches anionisches Tensid zusetzt.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Herstellung der viskosen Aufschlämmung im wesentlichen wasserfreies Natriumtripolyphosphat zu einer Lösung von Alkalimetallcarbonat in Wasser gibt.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Alkalimetallcarbonats in der Lösung so hoch ist, daß die Anwesenheit des zugesetzten Natriumtripolyphosphats zu einer Kristallisierung des Natriumcarbonats aus der Lösung führt.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, das in einem Mischgefaß durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß - der größte Teil der erhaltenen desagglomerierten tonhaltigen Aufschlämmung aus dem Gefäß abgezogen wird, während ein wesentlicher Rückstand dieser Aufschlämmung in dem Gefäß verbleibt und -5- AT 394 387 B - dann dieses Verfahren in Anwesenheit dieses Rückstandes wiederholt wird, wobei der Rückstand bei der Wiederholung 5 bis 20 % des Gemisches ausmacht.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Tons etwa 1 bis 5 % beträgt. 5 Hiezu 4 Blatt Zeichnungen -6-
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