DD211490A5

DD211490A5 - Verfahren zur herstellung von waessrigen, nicht sedimentierenden dispersionen

Info

Publication number: DD211490A5
Application number: DD83253714A
Authority: DD
Inventors: Jozsef Homonnai; Piroska Horvath; Mihaly Suemegi
Original assignee: Sallai Imre Mgtsz
Priority date: 1982-08-04
Filing date: 1983-08-04
Publication date: 1984-07-18
Also published as: FR2531347A1; YU161883A; GB2135689A; FI72433B; DE3328207A1; GB8321039D0; HU186554B; FI832808A; ES524751A0; ES8505549A1; BE897435A; DK354983D0; IT8322402A0; FR2531347B1; FI72433C; CS253579B2; DK354983A; FI832808A0; DE3328207C2; GB2135689B

Abstract

Erfindungsgemaess wird so vorgegangen, dass vor der Herstellung der Dispersion im Dispersionsmedium oder in der die festen Teilchen bereits enthaltenden Disperion Staerke und Karbamid entweder gesondert oder in Form eines vorher bereiteten Gemisches verteilt werden.Das Verfahren kannvorteilhaft fuer die Stabilisierung von Kunstduengerspensionen angewendet werden.

Description

Verfahren zur Herstellung von wäßrigen, nicht sedimentierenden Dispersionen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von wäßrigen, nicht sedimentierenden Dispersionen durch das Dispergieren von festen Teilchen in Wasser.

Die Erfindung wird angewandt für die Herstellung von Füllstoffsuspensionen in der Papierindustrie, für die Stabilisierung von Paraffin-, Bitumen- oder die verschiedensten Pflanzenschutzmittel-Emulsionen, insbesondere auch für die Herstellung von Kunstdünger-Dispersionen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß die Teilchen der Sole, die in den Größenbereich der Kolloide fallen, außerordentlich langsam sedimentieren, so stellt sich ein Sedimentationsgleichgewicht ein. Die Teilchen der Suspensionen, die den gröberen Größenbereich vertreten, sedimentieren verhältnismäßig schnell, falls ihre Dichte größer ist als die des Mediums /Erdey-Gruz, T. — Schay, Cs.: Theoretische physikalische Chemie, Tankönyvkiado, Budapest, 1964, S.226-233/. Falls sowohl Kolloide als auch in den gröberen Größenbereich fallende Teilchen in den Systemen vorhanden sind, überholen die in den größeren Größenbereich fallenden, verhältnismäßig schnell sedimentierenden Teilchen die kleineren Teilchen, können sich mit diesen zusammenballen, und schließlich können sie auf für kleine Teilchen gar nicht charakteristische Art, auf für polydisperse Systeme charakteristische Weise mit großer Geschwindigkeit, als Folge der sogenannten orthokinetischen Koagulation, sedimentieren /Dr. Buzägh, A.: Praktikum der Kolloidik, Tankönyvkiado, Budapest, 1962, S. 143-149/.

Bei einem großen Teil der industriellen Prozesse ist es das Ziel, gut sedimentierende Systeme herzustellen, vor allem bei der Trennung von Stoffen mit festem und flüssigem Aggregatzustand, wie z. B. bei der Entwässerung verschiedener Schlämme oder bei der Blattbildung in der Papierindustrie. Bei einem anderen Teil der industriellen Prozesse wiederum ist es das Ziel, die Stabilität zu steigern, die Sedimentation zu verhindern, z. B. bei der Herstellung der Bohrschlämme zur Erdölförderung, bei der Herstellung verschiedener Emulsionen oder wenn als Aufgabe der Transport, die Lagerung von Dispersionen gestellt ist. Charakteristische Beispiele dafür sind die Herstellung der Füllstoffsuspensionen in der Papierindustrie, die Stabilisierung der für verschiedene Zwecke verwendbaren Paraffin-, Bitumen- oder aber der verschiedensten Pflanzenschutzmittel-Emulsionen, und auch die Herstellung der verschiedenen Kunstdünger-Dispersionen.

Bei der Stabilisierung von Suspensionen ist wirtschaftlich gesehen heute eines der wichtigsten und deshalb eines der sich am dynamischsten entwickelnden Gebiete die Herstellung suspendierter Kunstdünger. Deshalb werden die Prinzipien, die Praxis und die Detailfragen der Stabilisierung am Beispiel der suspendierten Kunstdünger erörtert. Die Lagerung, der Transport der verschiedenen Kunstdünger in Pulverform ist mit viel Verlust verbunden, die Ungleichmäßigkeit bei deren Ausstreuung ist immer nachteilig; die Ausstreuung von Kunstdünger mit verschiedenen Wirkstoffen ist nur durch mehrere Arbeitsgänge möglich. Diese Probleme können durchaus mit verschiedenen Wirkstoffen versehenen Kunstdüngern hergestellten Suspensionen vermieden werden, wenn darin, angefangen von der Herstellung, über die Lagerung, den Transport bis zum Ausstreuen keine, die angewandten Arbeitsgänge störende Sedimentation auftritt.

Die Benennung der suspendierten Kunstdünger ist täuschend. Zweifelsfrei fallen die zur Herstellung verwendeten festen Kunstdüngerkomponenten in den groben dispersen Bereich. Die Größe und die Qualität der in der gesättigten Lösung der Komponenten befindlichen Teilchen zeigen wegen der verschiedenen, sich in der Lösung abspielenden Wechselwirkungen, Doppelsalzbildungsvorgänge, Teilchenausscheidung usw. ein kompliziertes Bild. Die Qualität der in diesen Systemen befindlichen Teilchen, bzw. deren Größe in Abhängigkeit ihrer stofflichen Qualität wurde wissenschaftlich detaillierten Untersuchungen noch nicht unterzogen; deshalb wurden diese Systeme — ohne die Analyse der Teilchengrößen — zusammenfassend als Dispersionen benannt. Diese Definition erlaubt das gesonderte, bzw. gemeinsame Vorhandensein sowohl der in den kolloiden als auch der in den groben dispersen Größenbereich fallenden Teilchen. Bei Suspensionen werden zum Stabilisieren gegen Sedimentation herkömmlicher Weise Elektrolyte angewendet. Diese rufen zwischen den Teilchen elektrostatische Abstoßkräfte hervor, und verhindern damit ihre Zusammenballung. Diese Methode ist natürlich im Falle des aus einer starken Elektrolytlösung bestehenden Mediums der Kunstdüngerdispersionen nicht anwendbar.

Verwendbar sind zur Stabilisierung der Dispersionen auch sogenannte makromolekulare Kolloide, die die Viskosität des Mediums erhöhen, erschweren dadurch die Sedimentation der Teilchen, aber umschließen die Teilchen auch wie eine Hülle, was ebenfalls das Zusammenballen verhindert. Für diesen Zweck kann Gelatine, Karboxymethylcellulose, Polyvinylalkohol, Kasein, Ligninsulfonsäure, bzw. deren Derivate, Sorbit, Glukose usw. verwendet werden. Zur Stabilisierung suspendierter Kunstdünger werden synthetische Silikate, verschiedene Kieselsäurederivate, kolloide Silikatsole, Magnesium-Aluminiumsilikate vorgeschlagen; des weiteren verwendet man natürliche Silikate, wie das zu den Tonmineralien zählende Betonit, Hut, Attapulgit usw. Gegebenenfalls werden auch Dispergiermittel auf Phosphatbasis neben den Tonmineralien verwendet. Neben den Dispergier- und Stabilisiermitteln wird auch die Wichtigkeit der Wirkung der mechanischen Zerkleinerung betont. Der diesbezügliche Stand der Technik ist z. B. in Buzägh's Praktikum der Kolloidik / Tankönyvkiado, Budapest, 1962, S. 119-125,143-149 und 176-199/, ferner in der DE-PS Nr. 1 667798 und in der US-PS Nr. 3579321 beschrieben.

Mit den beschriebenen Methoden kann eine verhältnismäßig gute Stabilität erreicht werden, doch müssen in den so stabilisierten Systemen die schon sedimentierten Komponenten in der Praxis in den meisten Fällen durch Rühren von Zeit zu Zeit erneut homogenisiert werden.

Ein weiteres Problem besteht in dem durch den Material- und Energieanspruch verursachten, verhältnismäßig hohen Preis der Industrieprodukte. Bei den natürlichen bzw. der verschiedenen industriellen Nebenprodukten wiederum ist die große Qualitätsschwankung ein Hindernis für die Stabilisierung. Gegebenenfalls kann der Wert einer als anwendbar gefundenen Methode gemindert werden, wenn das Stabiiisiermittel eine den Bodenstoffen fremde chemische Zusammensetzung aufweist.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens, mit dem auf einfache und wirtschaftliche Weise eine Stabilisierung von Suspensionen vorgenommen werden kann.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Stabilisierung von Suspensionen mit in ausreichender Menge, gleichbleibender Qualität und verhältnismäßig billig zur Verfugung stehenden, ohne besondere chemische Umwandlung verwendbaren, von den natürlichen Bodenkomponenten im Prinzip nicht abweichenden Mitteln zu ermöglichen.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß diese Aufgabe mit Hilfe von Stärke und Harnstoff gelöst werden kann. Es wurde nämlich überraschenderweise gefunden, daß die an sich schnell sedimentierende Stärke und Harnstoff im Wasser beisammen nicht nur nicht sedimentieren, sondern auch die Sedimentation der festen Teilchen der Dispersion verhindern.

Diese Beobachtung ist deshalb noch überraschender, da man laut Literatur /Handbuch der Papierindustrie, Chefredakteur: György Vämos, Müszaki Könyvkiado, Budapest, 1980, S. 120-122 und 143/ die Stärke normalerweise durch oxydativen, enzymatischem basischen oder sauren Abbau in ein nicht sedimentierendes System umwandeln kann, und das auf diese Weise gewonnene Produkt normalerweise wiederum nicht als Stabilisierungsmittel, sondern gerade als Koaguiator, Kläroder Sedimentationsmittel bekannt ist.

Dementsprechend geht man erfindungsgemäß derart vor, daß vor der Herstellung der Dispersion in dem Wasser oder wäßrigen Medium oder in der die festen Teilchen bereits enthaltenden Dispersion Stärke und Karbamid entweder gesondert oder in Form eines vorher trocken bereiteten Gemisches verteilt werden.

Die Stärke und der Harnstoff können vorzugsweise in Form eines trockenen Gemisches verwendet werden. Die zur Stabilisierung verwendete Stärkemenge beträgt 1 bis 50 Masse-%, vorzugsweise 2 bis 10 Masse-%, bezogen auf das Wasser. Die Karbamidmenge ist mindestens gleich der Stärkemenge, aber höchstens deren fünfzigfache, vorzugsweise deren 2- bis 10fache Menge.

Die Stärke kann vorteilhaft in unaufgeschlossener Form, in Form von Stärke enthaltenden natürlichen Stoffen angewandt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ergibt aus Gemischen verschiedenster stofflicher Qualität, die in Wasser auf unterschiedliche Weise löslich sind und aus anorganischen und/oder organischen Verbindungen bestehen, ein nicht sedimentierendes, gut fließbares und leicht aufschüttelbares System. Das Verfahren erfüllt damit mehrere Notwendigkeiten auf höherem Niveau als der Stand der Technik: _ _ . _

— Es ist gelungen. Suspensionen mit solchen Stoffen zu stabilisieren, die den natürlichen Komponenten des Bodens, den lebenden Organismen nicht fremd sind.

— Das Verfahren beschränkt sich nicht auf enge Gruppen von verschiedenen Materialien, vielmehr wird die benötigte Stabilität auch bei Verwendung von dispersen Teilen mit verschiedensten chemischen Zusammensetzungen gesichert.

— Bei Kunstdüngersuspensionen ist der eine Stabilisierungskomponent, der Harnstoff, als deren natürlicher Komponent anzusehen.

— Es ermöglicht, das Verwendungsgebiet der Stärke, die ein wichtiges Produkt der auf der landwirtschaftlichen Produktion basierenden Industrie ist, zu erweitern.

— Es benötigt nicht die Isolierung der Stärke aus ihrer natürlichen Erscheinungsform, sie wirkt auch bei Verwendung von Mahlprodukten verschiedener stärkehaltiger pflanzlicher Stoffe, z.B. Getreidearten-usw.

Ausführungsbeispiel

Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens und die damit erreichbaren Effekte werden anhand der nachstehenden Ausführungsbeispieie näher erläutert.

Vergleichsbeispiel 1

40g Stärke wurden unter kontinuierlichem Umrühren in 500ml Wasser dispergiert. Mit der Dispersion wurde ein 250-ml-Sedimentierzylinder mit einer 2,5-ml-Teilung im 100 bis 250ml Bereich aufgefüllt. Das Volumen des sedimentierten Stoffes wurde nach 1, 2 und 24 Stunden abgelesen, dann wurde nach 24stündigerSedimentierung der Charakter der Sedimentation mit bloßem Auge festgestellt.

Bereits nach einer Stunde fiel das Sediment der Stärke im Sedimentierzylinder in den unter der 100-ml-Marke befindlichen, uneingeteilten Bereich. Das Sediment bildete in 24 Stunden eine außerordentlich feste und sehr schwache aufschüttelbare Schicht.

Vergleichsbeispiel 2

Man ging wie im Gegenbeispiel 1 beschrieben vor, mit dem Unterschied, daß unter Umrühren zusätzlich noch 200g Harnstoff dispergiert wurden. Während des Umrührens wurde der Harnstoff aufgelöst, eine Sedimentierungsprüfung konnte nicht durchgeführt werden.

Vergleichsbeispiel 3

Man ging wie im Gegenbeispiel 1 beschrieben vor, mit dem Unterschied, daß statt Stärke 150g Antrachinon dispergiert wurden. Bereits nach einer Stunde fiel das Sediment des Antrachinons im Sedimentierzylinder in den unter der 100-ml^:Marke befindlichen, uneingeteilten Bereich. Das Sediment bildete in 24 Stunden eine außerordentlich feste und schwer

aufschüttelbare Schicht. ' - '

Beispiel 1

Man ging wie in den Gegenbeispielen 1 bis 3 beschrieben vor, mit dem Unterschied, daß in dem 500ml Wasser unter Umrühren 200g Karbamid, 40g Stärke und 150g Antrachinon dispergiert wurden. Im Sedimentierzylinder konnte nach einer Stunde, bzw. nach 2 Stunden keine Sedimentation festgestellt werden; nach 24 Stunden konnte über dem Sediment noch 5 ml klares Medium gesehen werden. Nach der24stündigen Sedimentierung bildete sich kein Sediment, die Dispersion blieb homogen und leicht aufschüttelbar.

Vergieichsbeispiel 4

; Man ging wie im Gegenbeispiel 2 beschrieben vor, mit dem Unterschied, daß statt der 200g Karbamid 200g Kaliumchlorid dispergiert wurden. Während des Umrührens hat sich nur ein Teil des Kaliumchlorids gelöst. Nach dem Abfüllen der in der gesättigten KCI-Lösung entstandenen Suspension entstand ein außerordentlich schnell sedimentierendes System. Das Sediment fiel bereits nach einer Stunde in den unter der 100-m[-Marke befindlichen, uneingeteilten Bereich. Das Sediment bildete in 24 Stunden eine außerordentlich feste und schwer aufschüttelbare Schicht. Vergleichsbeispiel 5

Man ging wie im Gegenbeispiel 2 beschrieben vor,, mit dem Unterschied, daß Monoammoniumphosphat dispergiert wurde. Während des Dispergierens löste sich ein Teil des Monoammoniumphosphates. Die gesättigte Monoammoniumphosphat-Suspension sedimentierte schnell im Sedimentierzylinder, schon nach 1 Stunde fiel das Sediment in den unter der 100-ml-Marke befindlichen, uneingeteilten Bereich. Nach 24 Stunden war das Sediment locker, hatte aber ein außerordentlich kleines Volumen, das Aufschütteln machte keine besonderen Probleme

Vergleichsbeispiel 6

Man ging wie im Vergleichsbeispiel 5 beschrieben vor, mit dem Unterschied, daß während des Suspendierens 150 ml 25%iges Ammoniumhydroxid zur Suspension gegeben wurden. Die Suspension sedimentierte im 250 ml Sedimentiertrichter langsamer als im Gegenbeispiel 5 beobachtet wurde, aber trotzdem sank das Volumen des Sediments nach 1 Stunde etwas unter die 100-ml-Marke. Das Sediment war nach 24 Stunden verhältnismäßig gut aufschüttelbar. Beispiel 2

Man ging wie im Gegenbeispiel 1 bzw. 2 beschrieben vor, mit dem Unterschied, daß in 500 ml Wasser 500g Harnstoff und 250 g Stärke, die vorher trocken vermischt wurden, dispergiert wurden. Das so hergestellte System hatte eine außerordentlich hohe Viskosität, das Aufschütteln wurde durch die Viskosität erschwert. Das System sedimentierte auch nach 24 Stunden nicht

Beispiel 3

Man ging wie im Beispiel 1 beschrieben vor, mit dem Unterschied, daß entsprechend dem Verhältnis Stickstoff-Phosphor-Kalium 1:0,5:0,5 in 650ml Wasser 1 870g Harnstoff, 40g Stärke, 1 000g Monoammoniumphosphat, 900g 25%iges Ammoniumhydroxid und 880g Kaliumchlorid dispergiert wurden. Die so entstandene Dispersion mit 40% Wirkstoffgehalt sedimentierte im Sedimentierzylinder nach 1 bzw. 2 Stunden nicht, nach 24 Stunden entstanden 7,5ml klares Medium über jder Oberfläche der Suspension. Es entstand kein Sediment. Die Suspension konnte leicht aufgeschüttelt werden.

B e i s ρ i e I 4 ~ ~ ~

Man ging wie im Beispiel 3 beschrieben vor, mit dem Unterschied, daß entsprechend dem Verhältnis Stickstoff-Phosphor-Kalium 1:1:0 in 30ml Wasser und 900g Ammoniumhydroxid 720g Harnstoff, 1 000g Monoammoniumphosphat sowie 40g Stärke dispergiert wurden. Die so entstandene Dispersion mit 40% Wirkstoffgehalt sedimentierte in dem 250-ml-Sedimentierzylinder innerhalb von 1 bzw. 2 Stunden nicht. Nach 24 Stunden entstanden 5ml klares Medium über der Oberfläche der Suspension, Homogenisierung war nicht notwendig. Sediment entstand nicht. Die Suspension konnte leicht aufgeschüttelt werden

Beispiel 5

Man ging wie im Beispiel 3 beschrieben vor, mit dem Unterschied, daß entsprechend dem Stickstoff-Phosphor-Kalium-Verhältnis von 1:1:1 in 7i0ml Wasser 900g Ammoniumhydroxid, 1 000g Monoammoniumphosphat, 720g Harnstoff, 880g Kaliumchlorid und 40g Stärke dispergiert wurden. Die so hergestellte Dispersion mit 40% Wirkstoffgehalt sedimentierte im 250-ηηΙ-3βαίηΊβηΐΐ6ΓζγΜηαβΓ nach 1 bzw. 2 Stunden nicht. Nach 24 Stunden entstanden 10ml klares Medium über der Oberfläche der Suspension. Sediment entstand nicht. Die Suspension konnte leicht aufgeschüttelt werden. Beispiel 6

Man ging wie im Beispiel 3 bechrieben vor, mit dem Unterschied, daß entsprechend dem Stickstoff-Phosphor-Kalium-Verhältnis von 1:1:2 in 920ml Wasser 720g Harnstoff, 1 000g Monoammoniumphosphat, 900g Ammoniumhydroxid, 1860g Kaliumchlorid und 50g Stärke dispergiert wurden. Die Dispersion sedimentierte nach 1 bzw. 2 Stunden nicht. Nach 24 Stunden entstanden 2,5 ml klares Medium über der Oberfläche der Suspension. Sediment entstand nicht. Die Suspension konnte leicht aufgeschüttelt werden

Beispiel 7

Man ging wie im Beispiel 3 beschrieben vor, mit dem Unterschied, daß entsprechend dem Stickstoff-Phosphor-Kalium-Verhäitnis von 1:2:3 in 1100ml Wasser 300g Ammoniumhydroxid, 280g Harnstoff, 1 000g Monoammoniumphosphat, 40g Stärke enthaltendes Getreidemahlgut und 1350 g Kaliumchlorid dispergiert wurden. Die Dispersion sedimentierte im Sedimentierzylinder nach 1 bzw. 2 Stunden nicht. Nach 24 Stunden entstanden 12,5ml klares Medium über der Oberfläche der Suspension. Sediment entstand nicht. Die Suspension konnte leicht aufgeschüttelt werden. Beispiel 8

In 1 750ml Wasser wurden 125g Harnstoff, 1 250g Monoammoniumphosphat, 375g Ammoniumhydroxid, 20g Stärke und 2656g Kaliumchlorid dispergiert. Die so entstandene, 40% Wirkstoff enthaltende Dispersion sedimentierte im 250-ml-Sedimentierzylinder nach 1 bzw. 2 Stunden nicht. Nach 24 Stunden entstanden über der Oberfläche der Suspension 15 ml klares Medium. Sediment entstand nicht. Die Suspension konnte leicht aufgeschüttelt werden.

Claims

Erfindungsanspruch , * ·

1. Verfahren zur Herstellung von wäßrigen, nicht sedimentierenden Dispersionen durch das Dispergieren von festen Teilchen in Wasser, gekennzeichnet dadurch, daß vor der Bereitung der Dispersion in dem Wasser oder wäßrigen Medium oder in der die festen Teilchen bereits enthaltenden Dispersion T bis 50 Masse-%, vorzugsweise 2 bis 10 Masse-% Stärke, bezogen auf das Wasser, sowie mindestens mit der Masse der Stärke übereinstimmende, höchstens die fünfzigfache, vorzugsweise 2- bis lOfache Menge Harnstoff verteilt werden.
2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Stärke in unaufgeschlossener Form, in Form von Stärke
enthaltenden natürlichen Stoffen angewandt wird.
3. Verfahren nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß sowohl die Stärke als auch das Karbamid in Form eines
trockenen Gemisches verwendet werden.