DE19628751A1 - Öle und Fette aufnehmendes Schwimmgut und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Öle und Fette aufnehmendes Schwimmgut und Verfahren zu dessen Herstellung

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Description

Die Erfindung betrifft ein Schwimmgut, das in der Lage ist, auf Wasseroberflächen schwimmende Öle und Fette aufzunehmen. Es ist insbesondere für die Aufnahme von schweren und leichten Mineralölen, Erdölen, tierischen und pflanzlichen Ölen und Fetten sowie Motorkraftstoffen vorgesehen. Einsatzmöglichkeiten ergeben sich u. a. bei Havarien von Tankern, Pipelines oder Kesselwagen, wie auch bei der Reinigung von Abwässern, beispielsweise aus der Lebensmittelindustrie. Außerdem werden Verfahrenslösungen zur Herstellung des Schwimmgutes vorgestellt.
Bindemittel für den angegebenen Verwendungszweck sind bekannt und im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere Stoffe mit porösen Oberflächen zum Einsatz kommen, die die Öle oder Fette aufsaugen. Hierzu werden auch Biostoffe vorgeschlagen, zum Beispiel gepuffte Getreidekörner (DE 42 03 928), Granulate aus Torf, kompostierfähigen Rohstoffen, Kokosschalen-, Stroh- oder Sägemehl bei Vorhandensein eines Bindemittels, sämtlich zusammengefaßt zu einem Ölaufsaugelement (DE 92 13 809), weiterhin zellulosehaltige Stoffe, wie z. B. Altpapier (DE 39 16 131) oder tierisches Material (DE 34 31 157).
Verfahrensseitig ist in der OS 32 27 749 vorgeschlagen worden, pflanzliche Fasern mit einem Hydrophobierungsmittel zu behandeln, und zwar in der Weise, daß man ein faserförmiges Material mit einem flüssigen oder in Lösung befindlichen Polymer und mit üblichen Zusätzen imprägniert, um eine molekülvergrößernde Reaktion in Gegenwart von Wärme zu erzielen.
Es soll nun ein besonders umweltverträgliches, schwimmfähiges Produkt zur Verfügung gestellt werden, mit dem die Entfernung von auf Gewässeroberflächen schwimmenden Ölen und Fetten kostengünstig durchführbar ist. Das Produkt soll durch ein effektives Verfahrens herstellbar sein, möglichst unter Rückgriff auf naturbelassene Rohstoffe.
Darüberhinaus werden an das neu zu schaffende Schwimmgut folgende Mindestanforderungen gestellt:
  • - Das Produkt muß spezifische Oberflächeneigenschaften besitzen, die ein schnelles und stabiles Anhaften von größeren Öl- und Fettbestandteilen ermöglichen.
  • - Nach der Öl- und Fettanhaftung soll sich das Produkt zu Agglomeratstrukturen formieren.
  • - Nach der Aufnahme von Öl und/oder Fett muß das Produkt noch langanhaltend schwimmfähig sein. Damit soll gewährleistet werden, daß ausreichend Zeit zur Verfügung steht, die Agglomeratstrukturen einzusammeln, z. B. durch Abschöpfen oder Abkämmen, bevor diese auf den Gewässergrund absinken.
Erfindungsgemäß besteht das Öle und Fette aufnehmende Schwimmgut aus zerkleinerten und zerfaserten pflanzlichen oder biostämmigen Faserstoffen mit einer Faserlänge von 15 mm, vorzugsweise 1-5 mm, die mit einem stabilen hydrophoben Schutzfilm aus Montanharz überzogen sind.
Als Faserstoffe eignen sich alle gut schwimmfähigen Stoffe pflanzlicher oder biostämmiger Natur, wie beispielsweise Holzspäne, ausgewählte Stroh- oder Schilfspäne sowie gereinigter Braunkohlenxylit. Die konditionierten Faserstoffe haben einen Feuchtegehalt von etwa 5 bis 20% und sind mit diesem Feuchtegehalt anwendungsbereit und lagerbar. Sie haben eine hohe Umweltvertäglichkeit und zeichnen sich durch gute Schwimmfähigkeit aus. Äußerliche Merkmale sind eine geringe Staubigkeit und ein gutes Streuverhalten bei einer etwas eingeschränkten Rieselfähigkeit.
Die Fasern erfüllen drei wesentliche Funktionen. Sie dienen als Auftriebsmittel zur Gewährleistung der Schwimmfähigkeit und sind Trägerstoff für den Haftvermittler, der garantiert, daß Öle und Fette schnell und stabil an den genannten Fasern anhaften. Sie müssen außerdem gewährleisten, daß das Schwimmgut gut verstreubar ist und nach der Anhaftung der Öle und Fette Agglomeratstrukturen ausbildet. Deshalb ist der Einsatz von kurzen Fasern und Spanen erforderlich. Die Faselänge sollte 15 mm, vorzugsweise 1-5 mm, betragen.
Zur Gewährleistung der Auftriebswirkung ist ein hohes, für Wasser nicht zugängliches Hohlraumvolumen erforderlich. Die Einhaltung dieser Eigenschaft wird aber durch den zwingenden Einsatz von kleinen, gut verstreubaren und sich leicht zu Agglomeratstrukturen formierenden Spänen und Fasern beeinträchtigt, in der Weise, daß sich z. B. Holzspäne bekanntlich schnell mit Wasser vollsaugen und dann aufgrund der hohen Reindichte des Holzes von etwa 1,3 bis 1,5 g/cm³ ihre Schwimmfähigkeit verlieren.
Das beschriebene Problem wird erfindungsgemäß verfahrensseitig durch die Merkmale des Anspruchs 1, gelöst. In den Ansprüchen 6 und 7 finden sich zweckmäßige Verfahrenslösungen zur Ausgestaltung des Anspruchs 1.
Die zerkleinerten Späne und Faserstoffe werden zunächst mit Wasser gesättigt und danach mit einem stabilen hydrophoben Film überzogen. Nachfolgend wird das Wasser aus den Poren der Faserstoffe durch schonende Trocknung wieder entfernt.
Durch den Trocknungsprozeß darf die hydrophobe Schutzhülle nicht zerstört werden. Vielmehr muß erreicht werden, daß sich der Schutzfilm infolge der Erwärmung vor allem in der Endphase der Trocknung weiter verteilt und die Oberfläche der Faserstoffe vollständig hydrophobiert. Das wird erfindungsgemäß durch den Einsatz von Montanharz mit besonders guten Hafteigenschaften und vorteilhaftem Vereilungsvermögen auf der Faseroberfläche vor und während der Trocknung gesichert. Des weiteren ist eine spezielle Mischtechnologie erforderlich.
Das gute Verteilungsvermögen ist durch Ausbildung eines dünnen Schutzfilmes ohne tiefes Eindringen in die Poren des Trägermaterials gekennzeichnet.
Das eingesetzte Montanharz ist, wie die Faserstoffe, ein biostämmiges Produkt. Es hat seine ursprüngliche pflanzentypische Struktur während des Inkohlungsprozesses nahezu vollständig bewahrt und zeichnet sich daher durch hohe Umweltverträglichkeit aus.
Außerdem wurde erkannt, daß Montanharz aufgrund seiner chemischen Stoffgruppenzusammensetzung ein besonders geeigneter Haftvermittler für Öle und Fette an den beschriebenen Faserstoffen, z. B. an Holzspänen, ist.
Für das feste Anhaften des Montanharzes an den Fasern und für seine öl- und fettsammelnde Wirkung ist sein bifunktioneller Charakter, der durch das Vorhandensein von sowohl hydrophilen als auch hydrophoben funktionellen Molekülgruppen bedingt ist, von gewichtiger Bedeutung.
Bekanntlich ist die Beschichtung von mit Wasser gesättigten Materialien mit heiß verflüssigtem Montanharz, mit einem Schmelzbereich von etwa 75 bis 85°C, nicht möglich, weil heiße flüssige Produkte, wie Öle, Fette, Wachse und Harze nicht an feuchten Oberflächen haften und zudem schwierige Mischbedingungen durch Wasserdampfbildung auftreten. Es mußte deshalb ein Hydrophobierungsstoff gefunden werden, der eine stabile Haftung an der feuchten Oberfläche des Trägermaterials weit unterhalb seiner Schmelztemperatur ermöglicht, und der außerdem gewährleistet, daß die Schutzschicht bei der Trocknung erhalten bleibt. Außerdem mußte die Verfahrenstechnik ermittelt werden, die eine homogene Beschichtung der mit Wasser gesättigten Faserstoffe mit dem erstarrten Hydrophobierungshilfsstoff ermöglicht.
Für die homogene Verteilung und Fixierung des Montanharzes auf der feuchten Faseroberfläche wurden Verfahrenslösungen gemaß den Ansprüchen 6 und 7 gefunden, die durch die nachfolgend bezeichneten Verfahrensschritte gekennzeichnet sind:
Verfahrenslösung 1)
  • - Vorzerkleinerung des Montanharzes,
  • - Vorzerkleinerung der pflanzlichen oder biostämmigen Faserstoffe auf eine Faserlänge 15 mm vorzugsweise 1-5 mm, mit nachfolgender Befeuchtung bis zum Erreichen des wassergesättigten Zustandes mit einem Feuchtegehalt von zumeist 40-70%,
  • - Gemeinsame intensive Zerkleinerung von Montanharz und Faserstoffen, beispielsweise mittels einer Schwingmühle,
  • - Schonende Nachtrocknung auf einen Feuchtegehalt von 3-20%.
Das Verfahren ist in Fig. 1 schematisch dargestellt.
Verfahrenslösung 2)
  • - Vorzerkleinerung des Montanharzes,
  • - Vorzerkleinerung der pflanzlichen oder biostämmigen Faserstoffe auf eine Faserlänge 1 5 mm vorzugsweise 1-5 mm, mit nachfolgender Befeuchtung bis zum Erreichen des wassergesättigten Zustandes mit einem Feuchtegehalt von zumeist 40-70%,
  • - Herstellung einer feindispersen Mahlsuspension aus Montanharz und Wasser mit hohem Harzgehalt und ohne Einsatz umweltrelevanter Stabilisatoren,
  • - Auftragen der Suspension auf den Faserstoff durch Intensivmischung, beispielsweise in einem Wirbelmischer mit hohem Energieeintrag,
  • - Schonende Nachtrocknung auf einen Feuchtegehalt von 5-20%.
Hierzu wird auf Fig. 2 verwiesen.
Um die gewünschten Effekte bestmöglich zu erzielen, ist es erforderlich, die Faserstoffe im wassergesättigten Zustand mit Feuchtegehalten wie oben angegeben einzusetzen, weil dann die Verteilung des Montanharzes auf der Faseroberfläche am besten gelingt. Wenn die Fasern mit Wasser gefüllt sind, wird verhindert, daß Montanharz von den Faserhohlräumen aufgenommen und somit in seiner Wirksamkeit beeinträchtigt wird.
Bei beiden vorgeschlagenen Verfahren wird das Produkt nach dem Mischprozeß auf den angegebenen Feuchtegehalt getrocknet. Während der Trocknung des konditionierten Faserstoffes wird dessen inneres Porenvolumen frei, das den starken Auftrieb ermöglicht. Gleichzeitig findet aufgrund der Erwärmung innerhalb des Trocknungsprozesses eine weitere Vergleichmäßigung des auf der Oberfläche der Faserstoffe befindlichen Montanharzfilmes statt.
Beide Verfahren führen zu einem Endprodukt mit den bereits beschriebenen Eigenschaften.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele angegeben, die unter Laborbedingungen zu guten Ergebnissen geführt haben:
Beispiel 1)
Als Faserstoff werden Waldhackschnitzel verwendet. 85 Mengenanteile der auf eine Faserlänge von ca. 0 bis 6 mm vorzerkleinerten und auf einen Wassergehalt von 58% befeuchteten Holzspäne werden mit 15 Mengenanteilen Montanharzpulver RH60, dessen Körnung 0 bis 1 mm beträgt, vermischt. Die Intensivmischung und Kontaktierung der Feststoffphasen erfolgt in einer Rohrschwingmühle. Die Mahldauer beträgt 10 Minuten. Das Mischprodukt wird anschließend auf einen Feuchtegehalt von 13% getrocknet. Bei Anwendungstests erwies sich das Produkt als perfekter "Ölbinde". Als Testgefäß wurde ein großes Becherglas verwendet, das zu drei Viertel mit Wasser und einer aufschwimmenden, ca. 5 mm dicken Ölschicht gefüllt war. Der "Ölbinder" wurde von Hand auf den Ölspiegel aufgetragen. Das Aufnehmen des Öls und die Bildung von schwimmenden Agglomeraten waren, unterstützt durch leichtes Schütteln des Probengefäßes, nach wenigen Sekunden abgeschlossen. Das in den Agglomeraten gebundene Öl konnte vollständig abgeschöpft werden, ohne sichtbar verbleibende Ölspuren auf der Wasseroberfläche und an der Gefäßwand.
Beispiel 2)
Verwendung finden Faserstoffe aus Waldhackschnitzeln, wie im Beispiel 1. 60 Mengenanteile der zerkleinerten und befeuchteten Holzspäne werden mit 40 Mengenanteilen Montanharzsuspension vermischt. Die Montanharzsuspension wird durch Schwingmahlung bei einem Montanharz RH60: Wasser- Verhältnis von 1 : 3 hergestellt. Die Mischung erfolgt in einem Wirbelmischer mit schnellaufendem Wirbler. Die Mischdauer beträgt 10 Minuten. Das Mischprodukt wird anschließend auf einen Feuchtegehalt von 17,2% getrocknet. Unter den im Beispiel 1 angegebenen Testbedingungen erweist es sich als perfekter "Ölbinder".
Beispiel 3)
Aus Braunkohle wird Faserxylit durch intensive Zerkleinerung und nachfolgende Siebung als Siebüberlauf mit der Korngröße < 15 mm abgetrennt. Er wird auf eine Faserlänge von maximal 15 mm zerkleinert, danach mit Wasser "kohlefrei" gewaschen und dabei auf einen Wassergehalt von 62% befeuchtet. 80 Mengenanteile des befeuchteten Xylit werden mit 20 Mengenanteilen Montanharzpulver RH60, dessen Körnung 0 bis 2 mm beträgt, vermischt. Die Intensivmischung und Kontaktierung der Feststoffphasen erfolgt in einer Rohrschwingmühle. Die Mahldauer beträgt 10 Minuten. Das Mischprodukt wird anschließend auf einen Feuchtegehalt von 9% getrocknet. Bei Anwendungstests erwies sich das Produkt als perfekter "Ölbinder". Als Testgefaß wurde ein großes Becherglas verwendet, das zu drei Viertel mit Wasser und einer aufschwimmenden, ca. 5 mm dicken Ölschicht gefüllt war. Der "Ölbinder" wurde von Hand auf den Ölspiegel aufgetragen. Das Aufnehmen des Öls und die Bildung von schwimmenden Agglomeraten waren, unterstützt durch leichtes Schütteln des Probengefäßes, nach wenigen Sekunden abgeschlossen. Das in den Agglomeraten gebundene Öl konnte vollständig abgeschöpft werden, ohne sichtbar verbleibende Ölspuren auf der Wasseroberfläche und an der Gefäßwand.

Claims (7)

1. Öle und Fette aufnehmendes Schwimmgut und Verfahren zu dessen Herstellung, gekennzeichnet durch zerkleinerte und zerfaserte pflanzliche oder biostämmige, gut schwimmfähige Faserstoffe, die mit einem stabilen hydrophoben Schutzfilm aus Montanharz umhüllt sind und durch folgende Verfahrensschritte hergestellt werden:
  • - Zerkleinerung der Faserstoffe,
  • - Sättigung der zerkleinerten Faserstoffe mit Wasser
  • - Überziehen der mit Wasser gesättigten, zerkleinerten Faserstoffe mit einem stabilen hydrophoben Film,
  • - Entfernung des Wassers aus den Poren der konditionierten Faserstoffe durch schonende Trocknung, wobei der hydrophobe Überzug erhalten bleibt.
2. Schwimmgut nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Faserstoffe eine Faserlänge von 15 mm, vorzugsweise 1-5 mm, aufweisen.
3. Schwimmgut nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die mit Montanharz konditionierten Faserstoffe einen Feuchtegehalt von etwa 5 bis 20% haben.
4. Schwimmgut nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Fasestoffe alle gut schwimmfähigen Stoffe pflanzlicher oder biostämmiger Natur, wie beispielsweise Holzspäne, ausgewählte Stroh- oder Schilfspäne sowie gereinigter Braunkohlenxylit, zum Einsatz kommen.
5. Schwimmgut nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung als Ölbinder, z. B. bei Havarien von Tankern, Pipelines und Kesselwagen, oder bei der Abwasserreinigung.
6. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
  • - Vorzerkleinerung des Montanharzes,
  • - Vorzerkleinerung der pflanzlichen oder biostämmigen Faserstoffe mit nachfolgender Befeuchtung bis zum Erreichen des wassergesättigten Zustandes mit einem Feuchtegehalt von zumeist 40-70%,
  • - Gemeinsame intensive Zerkleinerung von Montanharz und Faserstoffen, beispielsweise mittels einer Schwingmühle,
  • - Schonende Trocknung auf einen Feuchtegehalt von 5-20%.
7. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
  • - Vorzerkleinerung des Montanharzes,
  • - Vorzerkleinerung der pflanzlichen oder biostämmigen Faserstoffe mit nachfolgender Befeuchtung bis zum Erreichen des wassergesättigten Zustandes mit einem Feuchtegehalt von zumeist 40-70%,
  • - Herstellung einer feindispersen Mahlsuspension aus Montanharz und Wasser mit hohem Harzgehalt und ohne Einsatz umweltrelevanter Stabilisatoren,
  • - Auftragen der Suspension auf den Faserstoff durch Intensivmischung, beispielsweise in einem Wirbelmischer mit hohem Energieeintrag,
  • - Schonende Trocknung auf einen Feuchtegehalt von 5-20%.
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