DE10257696A9

DE10257696A9 - Ultratrockenes Calciumcarbonat

Info

Publication number: DE10257696A9
Application number: DE10257696A
Authority: DE
Inventors: Christoph Nover; Helmut Dillenburg
Original assignee: Solvay Soda Deutschland GmbH
Current assignee: Solvay Chemicals GmbH
Priority date: 2002-12-11
Filing date: 2002-12-11
Publication date: 2005-07-28
Also published as: RU2347164C2; HRP20050521A2; JP2006509704A; WO2004052784A3; MXPA05006233A; CN100448777C; CN1723173A; AU2003293758A8; ZA200504655B; WO2004052784A2; PL377383A1; DE10257696A1; CA2509394A1; EP1572589A2; RS20050448A; KR20050088425A; BR0317136A; RU2005121534A; US20050276897A1; IL169086A0

Abstract

Die Erfindung betrifft ultratrockene Calciumcarbonatpartikel sowie ein Verfahren zum Trocknen von Calciumcarbonatpartikeln sowie die Verwendung dieses Calciumcarbonats. Erfindungsgemäß werden Calciumcarbonatpartikel mit Mikrowellen getrocknet. Die Trocknung kann in einer Banddurchlaufanlage, einer Kammeranlage oder einer Drehrohranlage erfolgen. DOLLAR A Es sind Calciumcarbonatpartikel mit einem Trockengrad von 0 bis 0,1% H¶2¶O herstellbar.

Description

Die Erfindung betrifft ein ultratrockenes Calciumcarbonat. Calciumcarbonat wird durch Umsetzung einer wäßrigen Calciumhydroxid-Suspension mit CO₂ oder einem Kohlendioxid enthaltenden Gas oder durch intensive Mahlung von natürlichem Calciumcarbonat hergestellt. Das Produkt wird in bekannter Art und Weise entwässert und getrocknet.
Calciumcarbonat findet Verwendung z. B. bei der Herstellung von Papier, Farben, Dichtungsmassen, Klebstoffen, Polymeren, Druckfarben, Gummi usw. Es wird als funktionaler Füllstoff mit Pigmenteigenschaft eingesetzt.
Aufgrund seiner guten Anwendungseigenschaften erweitert sich die Anwendungspalette des Calciumcarbonats ständig. Die Prozeßtechnologie zur Herstellung des Calciumcarbonats ist mittlerweile so modifiziert worden, daß je nach Verwendungszweck unterschiedliche Calciumcarbonatqualitäten herstellbar sind. So kann z. B. die Struktur der Partikel variiert werden. Es ist ebenfalls möglich, durch Variation der Trockenbedingungen die Restfeuchte im Endprodukt zu beeinflussen.
Üblicherweise erfolgt zunächst eine Entwässerung durch Filtration oder Zentrifugation und anschließend erfolgt die Trocknung mit Hilfe von z. B. Bandtrocknern, Wirbelschichttrocknern, Mahltrocknern etc. Der Nachteil dieser Verfahren besteht darin, daß das Calciumcarbonat zunächst zufriedenstellend getrocknet wird, jedoch während des Abkühlens aus der umgebenden Luft wieder Feuchtigkeit aufnimmt. Je nach Feinheit oder besser gesagt nach spezifischer Oberfläche kann diese Feuchtigkeit bis zu 3 Gew.-% betragen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, konventionell hergestelltes Calciumcarbonat durch Nachbehandlung mit Mikrowellen restlos zu trocknen und so für die Anwendung vorzubereiten.
Erfindungsgemäß wird das gefällte und z. B. mittels Bandtrockner getrocknete Calciumcarbonat mit einem Restfeuchtegehalt von 0,1 bis 3 %, in speziellen Fällen bis 80 Restfeuchte, mit Mikrowellen nachgetrocknet.
Mikrowellen sind elektromagnetische Wellen unterschiedlicher Frequenzen. Übliche Frequenzen sind 915 MHz und 2,45 Ghz. Bei der Mikrowellenbehandlung wird Wärme durch die direkte Umwandlung von elektromagnetischer Energie in kinetische Energie der Moleküle, d. h. im Feuchtgut selbst erzeugt.
Die Umwandlung von elektromagnetischer Energie in Wärmeenergie erfolgt aufgrund der elektromagnetischen Eigenschaften der zu erwärmenden Materialien. Ob und inwieweit ein Material mittels Mikrowellen erwärmt oder getrocknet werden kann, hängt von seinem molekularem Aufbau ab. Polare Moleküle, d. h. Moleküle mit unterschiedlichen Ladungsbereichen, z. B. Wasser, lassen sich gut mit Mikrowellen erwärmen. Das polare Molekül wird durch das hochfrequente Wechselfeld der Mikrowellen in Rotation versetzt und wandelt dabei die elektromagnetische Energie in Wärme um. Da jedes Molekül Wärme umsetzt und die Mikrowellen je nach Material tief eindringen können, wird das gesamte Volumen aufgeheizt. Das ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber der konventionellen Erwärmung bzw. Trocknung, bei der die Wärme nur über die Oberfläche des Materials in den Körper eindringen kann.
Die bei vollkommener Absorpiton umgewandelte Mikrowellenenergie beträgt Pverl = 2·π·⨍·E2εoε'rtan·δ in W/m3 (1).
Die Eindringtiefe berechnet sich mit:

⨍: Frequenz in Hz
ε_o: absolute Dielektrizitätskonstante (DK) = 8,85 × 10^–12 As/Vm
E: Betrag der Feldstärke des elektrischen Wechselfeldes in V/m
ε: = ε_o·(ε_r' – j ε_r''), komplexe DK
tanδ: = ε_r''/ε'_r
δ: dielektrischer Verlustwinkel in Grad
λ_o: Wellenlänge in cm, λ_o = C/⨍

Der Temperaturverlauf der Mikrowellenerwärmung ist invers zu dem der konventionellen Erwärmung. Bei der Mikrowellentrocknung ist dieses inverse Temperaturprofil von Vorteil, da sich im Inneren des Materials ein hoher Druck aufbaut, der das Wasser an die Oberfläche drückt. An der Oberfläche verdampft dieses Wasser, wodurch diese ständig feucht gehalten wird, bis das Wasser aus dem Inneren nahezu vollständig entfernt worden ist. Erst danach beginnt auch die Oberfläche zu trocknen.
Da das Wasser aufgrund seiner Polarität einen großen wenn nicht gar den größten Teil der Mikrowellenenergie aufnimmt, findet in den Bereichen, die bereits trocken sind, eine geringere Energieumwandlung statt, so daß die Mikrowellen hier tiefer in das Material eindringen können. Somit ist es möglich, die Restfeuchte im Material sehr stark zu vermindern, so daß ultratrockene Produkte herstellbar sind.
Es wurde gefunden, daß Calciumcarbonatpartikel, die noch einen Restfeuchtegehalt von 0,1 bis 3 % H₂O aufweisen, mittels Mikrowellen weiter getrocknet werden können. Es kann jedoch auch die aus der Fällung oder Naßmahlung gewonnene Suspension oder der daraus gewonnene Filterkuchen mit Restfeuchten von über 80 % bzw. über 30 % getrocknet werden. Die Behandlung kann mit jeder Anfangsfeuchte durchgeführt werden. Es werden Trockengrade von 0 bis 0,1 % erreicht.
Es sind unterschiedliche Bauausführungen von Mikrowellentrockenanlagen bekannt. Für große und stückige Materialien werden Banddurchlaufanlagen oder diskontinuierlich arbeitende Kammeranlagen eingesetzt.
Pulver oder Granulate werden vorzugsweise in Mikrowellen-Drehrohranlagen getrocknet. Hierbei wird das Material in einem rotierenden Rohr durch die Erwärmungszone geführt und dabei von den Mikrowellen erwärmt bzw. getrocknet.
Die Anlage kann unter Vakuum, Schutzgas oder unter Luftatmosphäre betrieben werden. Die Schütthöhe kann je nach Bauart des Apparates bis zu 20 cm betragen. Für Calciumcarbonat hat sich eine Schütthöhe von maximal 10 cm als vorteilhaft erwiesen. Da mit diesem Apparat nur die Restfeuchte entfernt werden muß, werden keine sehr hohen Leistungen benötigt. Wenige kW sind ausreichend, 25 kW bis über 100 kW sind jedoch anwendbar.
Das erfindungsgemäß getrocknete Calciumcarbonat läßt sich als rheologiesteuerndes Additiv z. B. in Dichtungsmassen oder Klebstoffen verwenden. Das ultratrockene Calciumcarbonat kann z. B. in 1-Komponenten- oder 2-Komponenten-Polyurethandichtungsmassen, in Silikondichtungsmassen oder modifizierten Silikondichtungsmassen, insbesondere MS-Polymer-Dichtungsmassen als Additiv eingesetzt werden.
Die Vorteile der Mikrowellen-Trocknung sind:

1. Die Bandanlagentrocknung ist eine ruhende Trocknung, d. h. das Produkt unterliegt keinem mechanischem Streß.
2. Ein zur Oberfläche hin gerichteter Temperaturgradient, d. h. eine im Inneren höhere Temperatur als an der Oberfläche und ein damit verbundener höherer Partialdruck, der die zu verdampfende Flüssigkeit zur Oberfläche transportiert.
3. Kein Austrocknen der Oberflächenschicht, d. h. sie bleibt durchlässig.
4. Beim Verdampfen im Inneren wird die Flüssigkeit durch die Porenstruktur nach außen geführt. Das hat eine höhere Trocknungsgeschwindigkeit zur Folge.
5. Der durch die Mikrowellen im Kern erzeugte Partialdruck beschleunigt die Diffusionsvorgänge.
6. Schnelle Trocknung von feuchten Produkten mit niedriger Wärmeleitfähigkeit.
7. Kurze Trocknungszeiten.

Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung weiter erläutern jedoch nicht einschränken.
Beispiele
Beispiel:
Vorgetrocknetes CaCO₃ wurde auf einer Banddurchlaufanlage in einem Mikrowellenkanal (Max. Leistung: 6 kW/2450 MHz) mit einer aktiven Länge von 2 m getrocknet.
Beispiele 1 bis 10:

Bandbelegung: 15 mm hoch
CaCO₃ mit einer Restfeuchte von 0,37 % H₂O wurde eingesetzt.

Die Tabellen 1 und 2 zeigen die Trocknungsergebnisse bei unterschiedlichen Bedingungen: Tabelle 1:
Tabelle 2:

Claims

Ultratrockenes Calciumcarbonat mit einem Trockengrad von 0 bis 0,1 % H₂O.
Verfahren zur Herstellung von ultratrockenen Calciumcarbonatpartikeln, dadurch gekennzeichnet, daß zur Trocknung der Calciumcarbonatpartikel Mikrowellen eingesetzt werden.
Verfahren zur Herstellung von ultratrockenen Calciumcarbonatpartikeln nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Calciumcarbonatpartikel mit einem Restfeuchtegehalt von 0,1 bis 3 % H₂O mit Mikrowellen in Kontakt gebracht werden.
Verfahren zur Herstellung von ultratrockenen Calciumcarbonatpartikeln nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Fällung oder Naßmahlung gewonnene Calciumcarbonat-Suspension oder der daraus gewonnene Filterkuchen mit Restfeuchten von bis >80 % H₂O mit Mikrowellen getrocknet werden.
Verfahren zur Herstellung von ultratrockenen Calciumcarbonatpartikeln nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellen-Trocknung mittels einer Banddurchlaufanlage, einer Kammeranlage oder Drehrohranlage erfolgt.
Verfahren zur Herstellung von ultratrockenen Calciumcarbonatpartikeln nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellen-Trocknung unter Vakuum oder Schutzgas erfolgt.
Verwendung von ultratrockenem Calciumcarbonat, hergestellt nach den Verfahren gemäß Anspruch 2 bis 6 als rheologiesteuerndes Additiv in Dichtungsmassen und Klebstoffen.
Verwendung von ultratrockenem Calciumcarbonat gemäß Anspruch 7 in Polyurethandichtungsmassen, insbesondere in 1- und 2-Komponentendichtungsmassen.
Verwendung von ultratrockenem Calciumcarbonat gemäß Anspruch 7 in Silikondichtungsmassen.
Verwendung von ultratrockenem Calciumcarbonat gemäß Anspruch 7 in modifizierten Silikondichtungsmassen, insbesondere in MS-Polymer-Dichtungsmassen.