DE19628750B4

DE19628750B4 - Verfahren zur Dispergierung von Montanwachsprodukten in Anwendungsstoffen

Info

Publication number: DE19628750B4
Application number: DE19628750A
Authority: DE
Inventors: Ralf Dr.-Ing. Wollenberg; Wolfgang Prof. Dr.-Ing. Habil. Naundorf; Jörg Dipl.-Ing. Abraham; Jutta Dipl.-Chem. Edel; Andreas Dipl.-Chem. Mieth
Original assignee: ROMONTA GmbH
Current assignee: ROMONTA GmbH
Priority date: 1996-07-17
Filing date: 1996-07-17
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2016-07-18
Also published as: DE19628750A1

Abstract

Verfahren zur Dispergierung von Montanwachsprodukten in Anwendungsstoffen, gekennzeichnet dadurch, daß das Montanwachsprodukt und ein Anteil Anwendungsstoff in einer ersten Mahl- und Mischstufe gemeinsam durch intensive Druck-, Scher-, Reibungs und/oder Knetbeanspruchung vorgemahlen werden, daß das Mahlgut der ersten Mahl- und Mischstufe mit einem zweiten Teil Anwendungsstoff vermischt wird, wodurch sich ein zulässiger Mengenanteil Montanwachs im pulverförmigen Endprodukt zwischen 20 und 70 % einstellt, und daß die Mischung aus dem Mahlprodukt der ersten Mahlstufe und dem zweiten Teil Anwendungsstoff nachfolgend durch Zerkleinerung mit hoher Schlag- und Schneidwirkung bei gleichzeitiger starker Verwirbelung mit Luft oder Gasen zu Pulver dispergiert wird, wobei die Temperatur des Mahlgutes während der Mahl-, Misch- und Zerkleinerungsprozesse unter dem Schmelzpunkt des Montanwachses liegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dispergierung von Montanwachsprodukten in Anwendungsstoffen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In bestimmten Anwendungsfällen, wie zur Hydrophobierung von Branntkalk und Gipshalbhydrat, ist es erforderlich, Montanwachsprodukte in Pulverform einzusetzen. Die Zugabe erfolgt zum trockenen Trägermaterial.

In DD 160 516 wird ein Verfahren zur Herstellung von hydrophoben Gipskartonplatten beschrieben, bei dem einer Mischung aus Gipshalbhydrat und Anhydrit eine Kombination aus Montanwachs mit festen Kohlenwasserstoffen in fester, fein verteilter Form untergemischt wird. Die Platten werden nachfolgend einer Wärmebehandlung unterzogen. Hierbei treten aber zum Teil erhebliche verfahrenstechnische Schwierigkeiten auf, die letztlich die Hydrophobierungswirkung beeinträchtigen.

Wegen ihres niedrigen Erweichungspunktes und ihrer bereits bei Normaltenperatur klebrigen Oberfläche 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 prinzipiell mit Kühlung Abhilfe zu schaffen, was aber erhöhten Aufwand bedeutet. Außerdem wäre zusätzlich ein Handlingproblem zu lösen, weil die Rieselfähigkeit und Lagerbarkeit der pulverisierten Montanwachsprodukte ebenfalls nur im gekühlten Zustand erhalten bleibt. Bei Erwärmung auf ≥ 20°C und bei längerer Lagerung würde ein schnelles Verklumpen infolge von Fließprozessen eintreten. Ein homogenes Vermischen mit den Anwendungsstoffen wäre dann nicht mehr möglich.

Das wäre auch dann der Fall, wenn die pulverisierten Montanwachsprodukte mit angewärmten und/oder sich während des Mischprozesses erwärmenden Anwendungsstoffen vermischt werden.

Wenn möglich, wird dieses Problem umgangen, indem zerkleinerungsschwierige Stoffe durch gemeinsame Zerkleinerung mit einem Teil der Anwendungsstoffe in ein Trockenmahlprodukt überführt werden, das sich danach als gut handhabbares Vormischprodukt auf einfache Weise mit dem Anwendungsstoff vermischen läßt. Die Partikel des Anwendungsstoffes wirken einerseits als Mahlhilfsmittel und verhindern ein Verkleben der Mühle.

Andererseits bilden sie eine Hülle um den zerkleinerungsschwierigen Stoff, die dessen klebrige Oberfläche abpuffert. Somit ist die Rieselfähigkeit und Mischbarkeit des Vormischproduktes gewährleistet.

Bei Montanwachsprodukten ist aber der durch einfache gemeinsame Zerkleinerung mit Anwendungsstoff erreichbare Dispersionsgrad für anspruchsvolle Anwendungsfälle nicht ausreichend. Trotz der Mahlwirkung des Anwendungsstoffes wird das Montanwachsprodukt nicht auf die notwendige Kornfeinheit zerteilt. Das übt negativen Einfluß auf die angestrebte Hydrophobierungswirkung aus. Die Möglichkeiten der Partikelverfeinerung durch Benutzung feinerer Mühlenaustragssiebe oder durch längere Mahldauer sind infolge reibungsbedingter Mühlenerwärmung stark begrenzt, weil dann die Klebrigkeit der Montanwachsprodukte drastisch ansteigt.

Bei den in Rede stehenden, durch einfache gemeinsame Zerkleinerung mit Anwendungsstoff erzeugten Vormischprodukten erweist sich als nachteilig, daß das Montanwachsprodukt/Anwendungsstoff-Masseverhältnis notwendigerweise niedrig sein muß. Das Gegenteil wäre wünschenswert.

Bekanntlich lassen sich Montanwachsprodukte durch Wärmeeinwirkung gleichmäßig auf Feststoffoberflächen verteilen, wenn deren Schmelztemperatur erreicht ist. Die Schmelze verteilt sich dann unter der Wirkung von Grenzflächenkräften gleichmäßig auf der Feststoffoberfläche.

Die thermische Behandlung erweist sich aber zur Qualitätsverbesserung von Trockenmahlprodukten als ungeeignet, weil sich in entgegengesetzter Weise eine Montanwachshülle um die Feststoffpartikel ausbildet, die diese verklebt und die vorgenannte abpuffernde Wirkung der Partikel des Anwendungsstoffes wieder aufhebt. Außerdem kommt es bei größeren Montanwachsproduktanteilen durch Schmelzfluß zu Entmischungserscheinungen in Form von Schmelznestern, in denen Montanwachsprodukt angereichert ist. Dies steht dem Bestreben nach einem hohen Dispersionsgrad entgegen.

Hier setzt die Erfindung an.

Aufgabengemäß ist ein Verfahren zur Dispergierung von Montanwachsprodukten in Anwendungsstoffen zu entwickeln und zu benennen, mit dem ein pulverförmiges Vormischprodukt hoher Qualität herstellbar ist, das folgende Qualitätsanforderungen erfüllt:

– uneingeschränkte Rieselfähigkeit,
– gute Mischbarkeit mit Anwendungsstoff,
– sehr hohes Montanwachsprodukt/Anwendungsstoff Masseverhältnis,
– hoher Dispersionsgrad des Montanwachsproduktes,
– gute Hydrophobierungswirkung bei geringen Zusätzen an Vormischprodukt zum Anwendungsstoff

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß nach Maßgabe des Anspruchs 1 gelöst. In den Unteransprüchen sind zweckmäßige Ausgestaltungen der Verfahrensschritte angegeben.

Zunächst findet eine gemeinsame Mahlung bzw. Knetung von Montanwachsprodukt und einem Anteil Anwendungsstoff in einer ersten Mahl- und Mischstufe statt. Die Bestandteile werden in beispielsweise Schwing- oder Knetmühlen intensiven Druck-, Scher-, Reibungs und/oder Knetbeanspruchungen ausgesetzt.

Das Mahlgut der ersten Mahl- und Mischstufe wird mit einem zweiten Teil Anwendungsstoff vermischt. Somit ist ein zulässiger Mengenanteil Montanwachs im pulverförmigen Endprodukt zwischen 20 und 70 % einstellbar. Es schließt sich ein weiterer Verfahrensschritt an, bei dem die Mischung aus dem Mahlgut der ersten Mahl- und Mischstufe und dem zweiten Teil Anwendungsstoff mit hoher Schlag- und Schneidwirkung bei gleichzeitiger starker Verwirbelung mit Luft oder Gasen zu Pulver dispergiert wird. Hierzu bietet sich eine Schlagnasen- oder Turbomühle mit Austragssieb an. Der zuletzt benannte Zerkleinerungsprozeß kann mehrstufig, vorzugsweise zweistufig, sein. Wichtig ist, daß die Temperatur des Mahlgutes während aller Mahl-, Misch- und Zerkleinerungsprozesse unter dem Schmelzpunkt des Montanwachses gehalten wird.

Bei der ersten Mahlung, beispielsweise in einer Schwingmühle, erfolgt die Zerkleinerung, wie beschrieben, vorrangig durch Druck- und Scherbeanspruchung. Dabei treten lokale Temperaturerhöhungen an den Kontaktpunkten zwischen den Partikeln bis zum Schmelzpunkt des Montanwachses ein. Das führt zum „Verschweißen" des Montanwachsproduktes mit den Partikeln des ersten Teiles des zugegebenen Anwendungsstoffes.

Es entsteht hinsichtlich der Klebrigkeit ein wesentlich abgemagertes und zudem stabil vemischtes Produkt Der erzielte Verteilungsgrad ist hoch. Bei der Schwingmahlung darf jedoch die Temperatur des gesamten Mahlgutes nicht auf die Schmelztemperatur des Montanwachses ansteigen, weil sonst ein raumübergreifender Schmelzfluß stattfinden würde, der das Mahlgut verklumpt, die Mahlkörper verklebt und zur Entmischung führt. Die Dauer der Schwingmahlung ist entsprechend zu bemessen. Wenn erforderlich, ist die Schwingmühle wenigstens so stark direkt oder indirekt zu kühlen, daß kein Schmelzfluß entstehen kann. Das Mahlgut aus der Schwingmühle besteht überwiegend aus stabilen und sich ohne Aufwärmung nicht entmischbaren Agglomeraten, die zum Teil blättchenförmige Gestalt haben. Da das Montanwachsprodukt mit dem ersten Teil des Anwendungsstoffes überwiegend homogen verknetet ist, ist die Agglomerationsneigung in diesem Stadium noch groß. Das Mahlgut aus der ersten Mahl- und Mischstufe ist grobkörnig, und eine stabile Schutzhülle aus fest anhaftendem Anwendungsstoff ist noch nicht ausgebildet. Um aus dem vorgenannten Mahlgut ein rieselfähiges Produkt erzeugen zu können, das im Anwendungsstoff dispergiert werden kann, wird ein zweiter Teil Anwendungsstoff zugesetzt. Dadurch wird die Voraussetzung für die Hüllenbildung zum Abschirmen der Montanwachsoberfläche geschaffen. Der Anwendungsstoff dient gleichzeitig als Mahlhilfsmittel für den nachfolgenden Zerkleinerungsprozeß, der zum Beispiel in einer Schlagnasenmühle oder Turbomühle durchgeführt wird. Ein Verkleben des Austragssiebes wird sonst verhindert. Günstigerweise wird die Mahlung zweistufig durchgeführt. Zunächst wird ein Austragssieb mit mit größerer Sieböffnungsweite verwendet, später kommt ein feines Austragssieb zum Einsatz.

Als Endprodukt steht ein pulverförmiges Vormischprodukt mit hoher Rieselfähigkeit und Verteilbarkeit zur Verfügung, in dem das Montanwachsprodukt einen besonders hohen Dispersionsgrad aufweist.

Es ist gut lagerfähig und mittels eines einfachen Mischprozesses in weiterem Anwendungsstoffverteilbar. Bereits mit geringen Zusätzen läßt sich ein hoher Hydrophobierungseffekt erzielen.

Im Gegensatz zu bisher üblichen Mahlprodukten liegt das Montanwachsprodukt nicht in Form von selbständigen diskreten Partikeln im Vormischprodukt (Endprodukt) vor, sondern einesteils in fester Verwachsung mit dem Anwendungsstoff und andererseits eingehüllt im Anwendungsstoff In Abhängigkeit von der Qualität des Montanwachsproduktes und der Art des Anwendungsstoffes beträgt der notwendige Anteil des abmagernd wirkenden Anwendungsstoffes in der ersten Mahl- und Mischstufe etwa 20 bis 70 %. In keinem Fall darf der Montanwachsanteil den kritischen Wert erreichen, bei dem die Mahlkörper der Schwingmühle verkleben und verkrusten. Der notwendige Zusatz von Anwendungsstoff zum Mahlgut aus der ersten Mahl- und Mischstufe betägt in Abhängigkeit von der Qualität des Montanwachsproduktes und der Art des Anwendungsstoffes 5 bis 50 %.

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die letzte Dispergierphase zweistufig durchzuführen. Zuerst wird die Mahlung z. B. mit einer Schlagnasen- oder Turbomühle unter Verwendung von gröberen Austragssieben mit Öffnungsweiten von 1 bis 10 mm durchgeführt. Für die zweite Mahlung zur weiteren Verfeinerung des Pulvers kommen Austragssiebe mit Öffnungsweiten ≤1 mm zur Anwendung.

In vielen Fällen wird eine einstufige Mahlung ausreichend sein.

Die Öffnungsweite der Austragssiebe ist vom Soffsystem abhängig und kann von den genannten. Zahlenangaben abweichen.

Auch der Mahlprozeß zur Dispergierung des Mahlgutes aus der ersten Mahl- und Mischstufe ist so zu führen, daß die Mühlenerwärmung nicht bis zum Schmelzpunkt des Montanwachses geht, da sonst mit dem Verkleben der Austragssiebe gerechnet werden muß. In der Regelverhindert die hohe Blaswirkung des schnellaufenden Rotors eine zu starke Mühlenerwärmung. Gegebenenfalls ist die Mühle oder das Mahlgut vor der Mahlung zu kühlen.

Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele angegeben, mit denen unter Laborbedingungen gute Ergebnisse erzielt wurden.
Im Beispiel 1 wird die Herstellung eines Vormischproduktes aus Gipshalbhydrat und Montanwachsprodukt G1 (ROMONTA GmbH) beschrieben.
Das Montanwachsprodukt G1 ist besonders zerkleinerungsschwierig. Es hat eine Schmelztemperatur von 57°C und ist schon bei Normaltemperatur sehr klebrig. Durch Raspeln gelingt die Zerkleinerung des in Blöcken gegossenen Stoffes in ein späneartiges Vorzerkleinerungsprodukt.
70 Mengenanteile G1-Raspel werden zusammen mit 30 Mengenanteilen Gipshalbhydrat einer Schwingmühle aufgegeben. Als Mahlkörper dienen Stahlkugeln. Die Mahldauer beträgt 60 s. Die Mühlentemperatur am Ende des Mahlprozesses liegt bei 30 bis 40 °C. Das Mahlprodukt der Schwingmühle besteht überwiegend aus blättchenförmigen Agglomeraten, in denen das G1 homogen mit dem Gipshalbhydrat verbunden ist.
Danach werden 85 Mengenanteile des Mahlproduktes der Schwingmühle mit 15 Mengenanteilen Gipshalbhydrat gemischt und mit einer Schlagnasenmühle mit Austragssieb zweistufig zu Pulver zerkleinert. In der ersten Stufe wird ein 2 mm-Austragssieb und in der zweiten Stufe ein 0,5 mm-Austragssieb verwendet.
Das pulverförmige Endprodukt ist gut rieselfähig. Nach drei Wochen Lagerung in einem Glasgefäß ist es leicht aufschüttelbar. Nach dem Aufschütteln verbleiben keine Restagglomerate.
Das Pulver ist als Konditionierungsmittel zur Herstellung hydrophobierter Gipsformkörper geeignet.
Im Beispiel 2 wird die Herstellung eines Vormischproduktes aus Branntkalk und Montanwachsprodukt R55 (ROMONTA GmbH) beschrieben.
R55 ist bei Raumtemperatur nicht klebrig und hat noch eine gewisse Mahlbarkeit. Es wird im vorzerkleinerten Zustand mit einer Körnung von 0 bis 1 mm bei einem Mengenanteil von 80 % gemeinsam mit 20 % Branntkalk der Schwingmühle mit Kugelbesatz aufgegeben. Die Mahldauer beträgt 90 s, die Mahlguttemperatur am Ende des Mahlprozesses 50 °C. Das Mahlprodukt der Schwingmühle besteht überwiegend aus krümeligen Agglomeraten, in denen das R55 und der Branntkalk homogen miteinander verknetet sind. Nachfolgend werden 80 Mengenanteile des Mahlproduktes der Schwingmühle mit 20 % Branntkalk vorgemischt und zweistufig mit der Schlagnasenmühle mit Austragssieb zu Pulver zerkleinert. In der ersten Stufe wird ein 2 mm-Austragssieb und in der zweiten Stufe ein 0,5 mm-Austragssieb verwendet.
Das Pulver bleibt auch nach längerer Lagerung rieselfähig. Es ist als Konditionierungsmittel zur Hydrophobierung von Branntkalk geeignet.

Claims

Verfahren zur Dispergierung von Montanwachsprodukten in Anwendungsstoffen, gekennzeichnet dadurch, daß das Montanwachsprodukt und ein Anteil Anwendungsstoff in einer ersten Mahl- und Mischstufe gemeinsam durch intensive Druck-, Scher-, Reibungs und/oder Knetbeanspruchung vorgemahlen werden, daß das Mahlgut der ersten Mahl- und Mischstufe mit einem zweiten Teil Anwendungsstoff vermischt wird, wodurch sich ein zulässiger Mengenanteil Montanwachs im pulverförmigen Endprodukt zwischen 20 und 70 % einstellt, und daß die Mischung aus dem Mahlprodukt der ersten Mahlstufe und dem zweiten Teil Anwendungsstoff nachfolgend durch Zerkleinerung mit hoher Schlag- und Schneidwirkung bei gleichzeitiger starker Verwirbelung mit Luft oder Gasen zu Pulver dispergiert wird, wobei die Temperatur des Mahlgutes während der Mahl-, Misch- und Zerkleinerungsprozesse unter dem Schmelzpunkt des Montanwachses liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die erste Mahl- und Mischstufe Schwing-, Kugel- oder Knetmühlen bzw. Extruder eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zerkleinerung der Mischung aus dem Mahlprodukt der ersten Mahlstufe und dem zweiten Teil Anwendungsstoff eine Schlag- oder Turbomühle mit Austragsieb und starker Blaswirkung zum Einsatz kommt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der notwendige Anteil des abmagernd wirkenden Anwendungsstoffes in der ersten Mahl- und Mischstufe etwa 20 bis 70 % beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der notwendige Zusatz von Anwendungsstoff zum Mahlprodukt der ersten Mahl- und Mischstufe etwa 5 bis 50 % beträgt.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerkleinerung der Mischung aus dem Produkt der ersten Mahl- und Mischstufe und dem zweiten Teil Anwendungsstoff mehrstufig, vorzugsweise zweistufig, durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Zerkleinerungsstufe ein Mühlenaustragssieb mit 1 bis 10 mm Öffnungsweite und in der zweiten Zerkleinerungsstufe ein solches mit einer Öffnungsweite < 1 mm verwendet wird.