DE19628749A1 - Verfahren zur Hydrophobierung eines mineralischen Trägers und Hydrophobierungsmittel zur Verfahrensdurchführung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Hydrophobierung eines mineralischen Trägers, insbesondere Gipshalb- oder -dihydrat. Weiterhin wird ein Hydrophobierungsmittel zur Durchführung des Verfahrens vorgestellt. Darüberhinaus gibt die Erfindung Hinweise zur Herstellung eines erfindungswesentlichen Bestandteils des Hydrophobierungsmittels, nämlich einer speziellen Montanwachsfraktion.

Wie bereits erwähnt, wird das Hauptanwendungsgebiet der Erfindung bei der Herstellung von Gipsbauelementen mit hydrophoben Eigenschaften gesehen.

Die Zusammensetzung des Hydrophobierungsmittels ist soweit Stand der Technik, als daß solche Mittel Montanwachs enthalten können. Bekannt sind auch Hydrophobierungsmittel, die u. a. Montanwachse und Parafine (EP 0669 377), wie auch Montanwachse, Parafine und Fettsäuren enthalten (DE OS 37 43 217). Bei diesen Produkten sind die notwendigen Einsatzmengen an Montanwachs erfahrungsgemäß recht hoch, was zur Verteuerung führt und Probleme bei der Herstellung und Lagerung bereitet.

Verfahrensseitig werden die bekannten Hydrophobierungsmittel dem Trägermaterial entweder flüssig oder in Granulatform bzw. gemahlen zugesetzt. Die Zugabe erfolgt in die wäßrige bzw. flüssige Phase (z. B.: DD 2 21 994) oder zum trockenen Trägermaterial (z. B. DD 1 60 516). Für die Erfindung ist die Trockenrockenzugabe von Interesse. Hierbei treten aber die o.g., zum Teil erheblichen Schwierigkeiten auf.

Wegen ihres niedrigen Erweichungspunktes und ihrer Klebrigkeit ist die Mahlung von niedrigschmelzenden Montanwachsprodukten problematisch. Infolge der Mühlenerwärmung kommt es zu starken Anklebungen an den Mahlelementen oder zur Verstopfung der Mühlenaustragssiebe. Dem ist mit Kühlung Abhilfe zu schaffen, was aber erhöhten Aufwand bedeutet. Außerdem muß zusätzlich ein Handlingproblem gelöst werden, weil die Rieselfähigkeit und Lagerbarkeit solcher des pulverisierten Montanwachsprodukte ebenfalls nur im gekühlten Zustand zu gewährleisten ist. Wenn möglich, wird dieses Problem umgangen, indem ein Vormischprodukt durch gemeinsame Zerkleinerung von Hydrophobierungsmittel und Gipshalb- oder -dihydrat hergestellt wird.

Bei Montanwachsprodukten ist aber der durch einfache Zerkleinerung erreichbare Dispersionsgrad für den vorliegenden Anwendungsfall nicht ausreichend. Trotz der Mahlwirkung der Gipshalb- oder -dihydratpartikel wird das Hydrophobierungsmittel nicht auf die notwendige hohe Kornfeinheit zerteilt. Das übt negativen Einfluß auf die Hydrophobierungswirkung aus.

Es ergibt sich somit die Zielstellung, die Hydrophobierung von Gipsbauelementen unter Einsatz von Montanwachsprodukten herstellungsseitig effizienter zu gestalten. Aufgabengemäß war ein Verfahren zu entwickeln und zu benennen, mit dem ein stabiles pulverförmiges Vormischprodukt hoher Qualität für die Hydrophobierung herstellbar ist. Rezepturseitig sollte ein Hydrophobierungsmittel geschaffen werden, bei dem die Aufwandsmenge gegenüber bekannten Hydrophobierungsmitteln auf Wachsbasis, die dem Trägermaterial in Granulatform oder gemahlen zugesetzt werden, von üblicherweise 3% auf 1-2% reduziert wird.

Erfindungsgemäß wird das Hydrophobierungsmittel gemeinsam mit dem mineralischen Träger, insbesondere Gipshalb- oder -dihydrat, trocken vermahlen. Innerhalb dieses Mahlprozesses wird das Hydrophobierungsmittel in der Gesamtmischung fein verteilt. Gleichzeitig findet eine Anlagerung von Trägermaterial an die Hydrophobierungsmittelpartikel statt, wodurch eine Reagglomeration verhindert wird. Funktionsfähig ist der Prozeß aber nur, wenn die nachfolgend benannten Schritte und Verfahrensbedingungen eingehalten werden:

Zunächst werden Hydrophobierungsmittel und Trägermaterial gemeinsam in einer Vormahlstufe bei niedrigen Mahlgeschwindigkeiten vermahlen. Das Mahlgut wird hier besonders intensiven Druck-, Scher-, Reibungs- und Knetbeanspruchungen ausgesetzt. Apparativ können dazu Schwing- oder Knetmühlen eingesetzt werden. Die Vormahlstufe kann in Einzelmahlstufen unterteilt werden, wobei in der jeweils folgenden Mahlstufe ein weiterer Anteil von Trägermaterial in den Prozeß eingeführt wird.

Zum Erzielen von Partikelgrößen < 0,5 mm schließt sich eine Nachmahlung an. Hier wird das Mischgut weiter dispergiert und die dispergierten Teilchen vollständig mit Trägermaterial eingehüllt.

Die Mahldauer, die Mahlgeschwindigkeit und die eingesetzten Mahlapparaturen sind in der Weise aufeinander abzustimmen, daß die Mahltemperatur mindestens 20°C unter dem Steigschmelzpunkt des Hydrophobierungsmittels liegt. Für die Nachmahlung sind Schlagnasen- oder Turbomühlen mit hoher Schlag- und Schneidwirkung bei gleichzeitig starker Verwirbelung mit Luft oder Gasen geeignet. Der Hydrophobierungsmittelanteil darf in keinem Fall den kritischen Wert erreichen, bei dem die Mahlelemente verkleben und verkrusten. Daher ist es geboten, diesen möglichst niedrig zu halten. Der Verbesserung der Hydrophobierungswirkung, die auf dem Montanwachsanteil beruht, sind somit Grenzen gesetzt.

Es hat sich gezeigt, daß sich der Montanwachsanteil bei gleichbleibenden bzw. verbesserten Gebrauchseigenschaften des Endproduktes erheblich verringern läßt, indem man nicht Montanwachs, sondern eine spezielle Fraktion des Montanwachses als Bestandteil des Hydrophobierungsmittels verwendet.

Montanwachs wird durch Extraktion von Braunkohle bei Temperaturen von 60-85°C gewonnen. Durch ein erfindungsgemäßes temperaturgesteuertes Extraktionsverfahren mit organischen Lösungsmitteln oder Gemischen aus diesen, vorzugsweise Toluen, in niedrigen Temperaturbereichen, vorzugsweise 10-30°C, wird eine Montanwachsfraktion gewonnen, in der der Ausgangsgehalt an Wachsestern reduziert und der Anteil der Terpene bzw. Terpenharze mit eingebauten funktionellen Gruppen erhöht ist.

Die Montanwachsfraktion kann in ihrer hydrophoben Wirkung durch chemische Umsetzung mit einer technischen Lauge, vorzugsweise Kalilauge, weiter verbessert werden. Die Säurezahl der Montanwachsfraktion liegt zwischen 5 und 30 mg KOH/g. Ihr Gehalt an Acetonlöslichen beträgt 50-90 Masse-%.

Außer der durch das oben beschriebene selektive Löslichkeitsverfahren gewonnenen speziellen Montanwachsfraktion mit hochwirksamen hydrophobierenden Bestandteilen, ist im erfindungsgemäßen Hydrophobierungsmittel weiterhin Paraffin mit einem Erstarrungspunkt im Bereich von 45-60°C und einen Ölgehalt von 0-25%, vorzugsweise 5%, enthalten.

Gegebenenfalls kann dem vorgenannten Gemisch eine höhere Fettsäure mit einem Erstarrungspunkt von 45-55°C und einer Säurezahl von 150- 220 mg KOH/g zugesetzt werden. Ein Hydrophobierungsmittel mit den o.g. Bestandteilen weist somit folgende Rezeptur auf:

• - Montanwachsfraktion 40-50%,
• - Paraffin. 40-50%,
• - Fettsäure: 0-10%.

Daraus ergeben sich die nachfolgend aufgeführten Produktkennzahlen für das Hydrophobierungsmittel:

• - Erstarrungspunkt: 50-65°C,
• - Viskosität bei 90°C 10-25 m Pas,
• - Säurezahl 2-40 mg KOH/g.

Die Masseverhältnisse von erfindungsgemäßem Hydrophobierungsmittel und Gipshalb- oder -dihydrat, unter Maßgabe der Einhaltung der Verfahrensschritte und -bedingungen, die der Erfindung zugrunde liegen, sind zweckmäßigerweise im Bereich zwischen 40 : 60 und 80 : 20 anzusiedeln. Ein nach den Patentansprüchen hydrophobierter Probekörper hatte nach 2 Stunden Wässerung weniger als 10% Massezunahme zu verzeichnen.

Die Aufwandsmenge an Montanwachsfraktion ist zwischen 0,5 und 3% der Gesamtmasse des trockenen Gipshalb- oder -dihydrates einstellbar.

Claims (7)

1. Verfahren zur Hydrophobierung eines mineralischen Trägers und Hydrophobierungsmittel zur Verfahrensdurchführung, dadurch gekennzeichnet, daß das Hydrophobierungsmittel gemeinsam mit dem mineralischen Träger, insbesondere Gipshalb- oder -dihydrat, trocken vermahlen und daß das Hydrophobierungsmittel innerhalb des Mahlprozesses fein verteilt auf die Partikeloberflächen des Trägermaterials aufgebracht wird, wobei der Mahlprozeß derart abläuft, daß zunächst eine kurze Vorvermahlung bei niedrigen Mahlgeschwindigkeiten, gegebenenfalls unterteilt in Einzelmahlstufen mit stufenweiser Trägermaterialzugabe, stattfindet, gefolgt von einer Nachmahlung, so lange, bis sich eine Partikelgröße <0,5 mm eingestellt hat, unter der Prämisse, daß die Mahldauer, die Mahlgeschwindigkeit und die eingesetzten Mahlapparaturen in der Weise abgestimmt sind, daß die Maltemperatur mindestens 20°C unter dem Steigschmelzpunkt der Montanwachsfraktion nach Anspruch 4, als Bestandteil des Hydrophobierungsmittels, liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Hydrophobierungsmittel und Gipshalb- oder -dihydrat bestehende Mischung ein Masseverhältnis von 40 : 60 bis 80 : 20 aufweist.

3. Verfahren nach den vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasseraufnahme eines hydrophobierten Probekörpers bei 2 Stunden Wässerung weniger als 10 Masse % beträgt bei einer Aufwandsmenge an Hydrophobierungsmittel nach Anspruch 4 von 0,5 bis 3%, bezogen auf die Masse des eingesetzten trockenen Gipshalb- oder -dihydrates.

4. Hydrophobierungsmittel zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i, auf der Basis von Montanwachs und einem paraffinischen Kohlenwasserstoffgemisch sowie gegebenenfalls einer Fettsäure, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle von Montanwachs eine durch ein selektives Löslichkeitsverfahren gewonnene spezielle Montanwachsfraktion mit hochwirksamen hydrophobierenden Bestandteilen enthalten ist, die sich durch eine Säurezahl zwischen 5 und 30 mg KOH/g und einem Gehalt an Acetonlöslichen von 50-90% auszeichnet, daß das enthaltene Parafin einen Erstarrungspunkt im Bereich von 45-60°C und einen Ölgehalt von 0-25%, vorzugsweise 5% aufweist und daß die dem vorgenannten Gemisch gegebenenfalls zugesetzte höhere Fettsäure einem Erstarrungspunkt von 45-55°C und einer Säurezahl von 150-220 mg KOH/g besitzt, wobei die Bestandteile letztlich ein Hydrophobierungsmittel mit folgender Rezeptur ergeben:

• - Montanwachsfraktion 40-50%,
• - Parafin 40-50% und
• - Fettsäure 0-10%.

5. Hydrophobierungsmittel nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch das Herstellungsverfahren der enthaltenen Montanwachsfraktion, nämlich:

• 1. Gewinnung von Montanwachs durch Kohleextraktion mit Toluen bei Temperaturen von ca. 80°C,
• 2. Gewinnung einer Montanwachsfraktion durch temperaturgesteuerte Extraktion von Montanwachs mit organischen Lösungsmitteln oder Gemischen aus diesen, vorzugsweise Toluen, in niedrigen Temperaturbereichen, vorzugsweise 10-30°C, derart, daß der Gehalt an Wachsestern reduziert und der Anteil an Terpenen bzw. Terpenharzen mit eingebauten funktionellen Gruppen erhöht wird.

6. Hydrophobierungsmittel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Montanwachsfraktion in ihrer hydrophoben Wirkung durch chemische Umsetzung mit einer technischen Lauge, vorzugsweise Kalilauge, verbessert ist.

7. Hydrophobierungsmittel nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch die beanspruchte Rezeptur die nachfolgend aufgeführten Produktkennzahlen für das Hydrophobierungsmittel gesichert sind:

• - Erstarrungspunkt 50-65°C,
• - Viskosität bei 90°C: 10-25 m Pas,
• - Säurezahl 2-40 mg KOH/g.