DE19730410A1 - Verfahren zur Herstellung und Anwendung von Suspensionen aus Harzen, Wachsen, Bitumina und Pechen mit hohen Schmelzpunkten - Google Patents

Description

Zur Herstellung von stabilen Dispersionen aus Harzen, Wachsen und Bitumina ist bei den herkömmlichen Verfahren der Zusatz von Dispergatoren erforderlich. Dadurch wird gesichert, daß sich die Harz-, Wachs- bzw. Bitumenpartikeln gleichmäßig im Wasser verteilen.

Die Herstellung der Dispersionen erfolgt üblicherweise über die Schmelzphase der Harze, Wachse und Bitumina, wobei das Dispergierhilfsmittel die Reagglomeration der Partikeln beim Abkühlen verhindern soll. Die Verwendung von Harzen, Wachsen, Bitumina und Pechen mit sehr hohen Schmelzpunkten ist nach diesem Verfahren nicht möglich.

Die Dispergierungshilfsmittel verleihen den Harz-, Wachs- und Bitumenpartikeln die notwendigen hydrophilen Oberflächeneigenschaften. Da diese Stoffe bei der Anwendung im Stoffsystem verbleiben, reduzieren sie mehr oder weniger stark die Hydrophobierungs- und/oder Bindewirkung, die durch die Harze, Wachse, Bitumina und Peche erreicht werden soll. Ein weiterer Nachteil der bekannten Dispergatoren besteht darin, daß die Stabilität und die Haftwirkung der Dispersionen zumindest dann unbefriedigend ist, wenn die Schmelztemperatur der Harze, Wachse und Bitumina hoch ist. Dieser Nachteil kann nur bedingt durch den Zusatz von hohen Anteilen an Dispergatoren behoben werden, weil dann die Wirkung der Hydrophobie­ rungs- und Bindehilfsstoffe weitgehend kompensiert wird.

Die Dispergatoren sind immer als Fremdstoffe anzusehen, und sie sind ein erheblicher Kostenfaktor für das Gesamtprodukt. Außerdem werden sie aus ökologischer Sicht kritisch betrachtet, weil eine Kontaminierung von Böden sowie von Grund- oder Oberflächengewässern zu befürchten ist.

Die Herstellung von hochwertigen Suspensionen mit hoher Feinheit der Montanharz- und Montanwachspartikeln wurde neuerlich ohne Einsatz von Dispergatoren durch intensive Naßmahlung mit Schwing- oder Rührwerksmühlen bei Mahltemperaturen von kleiner/gleich 30°C gelöst, die deutlich unter den Schmelzpunkten liegen (Patentanmeldung DE 195 32 538). Die Stabilität der Montanwachs- und Montan­ harzpartikeln in der wäßrigen Suspension wird durch Hydrathüllen erreicht, die sich während der Zerkleinerung durch stabile Anlagerung von Wassermolekülen an die bei der Zerkleinerung entstehenden bindungsaktiven Zentren der Wachs- und Harzoberflächen ausbilden. Die auf diese Weise hergestellten Suspensionen haben sich für viele Hydrophobierungs- und Bindeaufgaben bewährt.

Die Hydrophobierungs- und/oder Hafteigenschaften der durch Naßmahlung erzeugten Harz- und Wachssuspensionen sind insbesondere dann unvollkommen, wenn Güter mit ungünstigen Adsorptionseigenschaften beschichtet werden müssen und die Haftschichten stärkeren Beanspruchungen ausgesetzt sind. Der wichtigste Grund dafür ist, daß das Haftvermögen der Harze und Wachse mit den hohen Schmelzpunk­ ten gegenüber vielen Rohstoffen unbefriedigend bleibt, wenn die Suspensions­ flüssigkeit und die Hydrathüllen bei der nachfolgenden thermischen Nachbehandlung beseitigt werden. Ein weiterer Nachteil sind die zu geringen Kohäsionskräfte im Harz- bzw. Wachsfilm. Die Folgen davon sind ein zu schwacher Adhäsions- und Kohäsions­ verbund, schlechte Haft- oder Bindewirkung und/oder unzureichende Hydrophobie­ rung. Teilweise werden bei nachfolgenden Polierprozessen die Harz- bzw. Wachsbestandteile als Partikeln von der Gutoberfläche abgerissen. Diese Er­ scheinung ist besonders stark ausgeprägt, wenn Harze, Wachse, Bitumina und Peche mit sehr hohen Schmelzpunkten von deutlich über 75°C verwendet werden.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, unter den Bedingungen der intensiven Naßmahlung in Schwing- oder Rührwerksmühlen bei Temperaturen unter 30°C aus Wachsen, Harzen, Bitumina und Pechen mit hohen bis sehr hohen Schmelzpunkten von größer/gleich 65°C Suspensionen zu erzeugen, die sich durch folgende Eigenschaften auszeichnen:

• - sehr hohe Feinheit der Wachs-, Harz-, Biturnen- oder Pechpartikeln mit möglichst hohem Anteil an Teilchen von kleiner/gleich 0,005 mm,
• - hohe Stabilität der Suspensionen aus Wachsen, Harzen, Bitumen oder Pechen mit hohen bis sehr hohen Schmelzpunkten von größer/gleich 65°C,
• - fester Adhäsionsverbund zwischen Wachs-, Harz-, Bitumen- oder Pechpartikeln einerseits und den zu beschichtenden unterschiedlichen Basisrohstoffen anderer­ seits nach der Abtrocknung der Suspensionsflüssigkeit auch dann, wenn Stoffe mit ungünstigen Adsorptionseigenschaften beschichtet werden,
• - fester Kohäsionsverbund zwischen den Harz-, Wachs-, Bitumina- und/oder Pechbe­ standteilen in der getrockneten Suspensionsschicht,
• - gute und gleichmäßige Verteilbarkeit in dünnen Schichten auf die Oberflächen der Basisrohstoffe,
• - gute Polierfähigkeit der ausgetrockneten Suspensionsschichten,
• - hoher Hydrophobierungs-, Binde- und Versiegelungseffekt,
• - geringe Herstellungskosten,
• - hohe Umweltverträglichkeit,
• - Verarbeitung bei Raumtemperatur.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Entwicklung eines Verfahrens gelöst, nach dem die für die Herstellung der Suspension verwendeten Harze, Wachse, Bitumina und Peche mit hohen Schmelzpunkten von größer/gleich 65°C vor der intensiven Naßmahlung mit Wasser in Schwing- oder Rührwerksmühlen bei Temperaturen von kleiner/gleich 30°C mit solchen Naturstoffen vermischt werden, die die Zerkleinerung der Harze, Wachse, Bitumina und Peche auf sehr hohe Feinheit sehr stark begünstigen, die die Verarbeitungseigenschaften der entstehenden Suspension verbessern, die insbesondere das Haft- und Bindevermögen sowie die Hydrophobierungseigenschaften der Suspension nach der Austrocknung beträchtlich erhöhen und die die Polierfähigkeit der Schutzschicht verbessern. Es werden Stoffe zugesetzt, die mit den Wachs-, Harz-, Bitumen- und Pechsubstanzen insbesondere während der intensiven Naßmahlung unter den Bedingungen des wäßrigen Milieus durch mechanisch initiierte Reaktionen und durch Reaktionen während der nachfolgenden Wasserabtrocknung ein neues Stoffsystem bilden, das im Vergleich zu den Naßmahlprodukten aus reinen Harzen, Wachsen, Bitumina und Pechen die oben benannten verbesserten Eigenschaften hat.

Überraschenderweise werden die gewünschten Umwandlungsreaktionen realisiert, wenn die Wachse, Harze, Bitumina und Peche mit den hohen Schmelzpunkten von größer/gleich 65°C mit eiweißreichen oder eiweißhaltigen Naturstoffen wie z. B. Sojaschrot, Raps- und Leinschrot, Eiern und/oder Quark vermischt werden, die Anteile der genannten Zusatzstoffe kleiner/gleich 30%, vorzugsweise 10%, betragen und die Mischungen einer besonders intensiven Naßmahlung bei Temperaturen von kleiner/gleich 30°C in Schwing- oder Rührwerksmühlen unterzogen werden. Der Feststoffanteil muß während der Naßmahlung mit Wasser kleiner/gleich 25% und vorzugsweise 10% betragen. Des weiteren ist es wichtig, daß die aus den Mischgütern erzeugten Suspensionen nach dem Einsatz z. B. als Binde- oder Beschichtungshilfsstoff einer thermischen Nachbehandlung in der Weise unterzogen werden, daß die Nachbehandlungstemperatur maximal 50 K und vorzugsweise 15 bis 30 K über der Schmelztemperatur der jeweiligen Wachse, Harze, Bitumina und Peche liegt.

Der für die Verarbeitung notwendige optimale Feststoffgehalt der Suspension wird bei Bedarf z. B. durch Verdünnung oder durch Filtration eingestellt.

Die verwendeten Naturstoffe bestehen in hinreichender Menge aus Substanzen, die zur Ausbildung der notwendigen stabilen Verbindungen mit den Harzen, Wachsen, Bitumina und Pechen unter den Bedingungen der intensiven kalten Naßmahlung sowie während der thermischen Nachbehandlung befähigt sind und zudem selbst durch irreversible Denaturierungsreaktion zur Ausbildung der verbesserten Gebrauchseigenschaften der Mahlprodukte beitragen. Außerdem enthalten sie keine bzw. keine kritisch werdende Menge an Inhaltsstoffen in Form von z. B. Ölen oder Fetten, die das hohe Niveau der Gebrauchseigenschaften beeinträchtigen. Die Öle der Sojabohnen bzw. der Raps- und Leinsamen sind bei den verwendeten handelsüblichen Soja-, Raps- oder Leinschroten bereits abgetrennt. Die quali­ tätsverbessernde Wirkung der Zusatzstoffe wird vor allem durch die Befähigung ihrer Proteine zur Ausbildung von Mischverbunden mit den Harzen, Wachsen, Bitumina und Pechen unter den beschriebenen Mahl- und Nachbehandlungsbedingungen geprägt. Das ist die Voraussetzung dafür, daß aus den Rohstoffen mit hohen Schmelzpunkten mit relativ geringem Aufwand und ohne Einsatz von umweltrelevan­ ten Additiven Produkte erzeugt werden können, die schon bei Raumtemperatur gut verteilbar sind und die sich nach der Verarbeitung als hochwirksame Schutz-, Hydro­ phobierungs- und Bindehilfsstoffe erweisen. Die Produkte zeichnen sich zudem durch vorteilhafte Poliereigenschaften aus. Die Bindehilfsstoffe eignen sich zur Ag­ glomeration von körnigen Stoffen mit unterschiedlichen Eigenschaften sowie zur Herstellung von verdichteten Werkstoffen aus spänigen oder fasrigen Basisrohstoffen.

Die Erfindung soll nachfolgend an fünf Ausführungsbeispielen näher erläutert werden:

Beispiel 1

90 Mengenanteile des vorzerkleinerten Montanwachsproduktes ROMONTA RH60 mit einem Schmelzpunkt von 73°C und einer Korngröße von etwa 0-1 mm und 10 Mengenanteile Sojaschrotmehl werden gemeinsam in einer gekühlten Rohr­ schwingmühle mit Kugelbesatz naß in Wasser vermahlen. Die Mahltemperatur beträgt 12°C, der Gehalt an Feststoff aus ROMONTA RH60 und Sojaschrotmehl der Mahlsuspension beträgt 10%. Die Mahlparameter Schwingfrequenz, Schwingam­ plitude und Verweilzeit werden so eingestellt, daß der d₅₀-Wert der Feststoffpartikel in der Suspension 13 µm beträgt. Die Suspension ist durch Filtration auf Feststoffkon­ zentrationen bis etwa 35% aufkonzentrierbar. Sie läßt sich andererseits unabhängig von der Feststoffausgangskonzentration durch Wasserzusatz unter Rühren verdünnen. Die Suspension wird auf die Oberflächen von Holz, Beton, Kalksandstein und Porenbeton in dünner Schicht aufgetragen. Beim Auftragen mit einem Pinsel oder mit einer Spritzpistole beträgt die Feststoffkonzentration vorzugsweise 5 bis 15%. Die Anhaftung der eine Oberflächenschicht bildende Suspension an die Oberfläche der genannten Stoffe ist sehr gut. Die Anhaftung wird durch eine nachfolgende Trocknung und thermische Fixierung bei vorzugsweise 90-100°C vervollständigt. Die in der beschriebenen Weise erzeugte Oberflächenschicht ist nach der thermischen Fixierung sehr gut polierbar und ist sowohl im polierten als auch im unpolierten Zustand wasserabweisend. Die Anwendung einer RH60-Mahlsuspension ohne Zusatz von Sojaschrotmehl zur Oberflächenbehandlung in der beschriebenen Weise führt nicht zum gewünschten Erfolg, weil sich infolge schlechter Anhaftung und geringer Kohäsion kein homogener und fester Oberflächenfilm ausbildet.

Beispiel 2

90 Mengenanteile des Destillationsrückstandes der mehrstufigen intensiven Erdölspaltung in Form von HSC-Rückstand mit einem Schmelzpunkt von etwa 90°C werden auf eine Körnung von etwa 0-2 mm vorzerkleinert und mit 10 Mengen­ anteilen Sojaschrotmehl gemäß Beispiel 1 naß vermahlen. Die Mahlsuspension läßt sich wie im Beispiel 1 beschrieben durch Streichen oder Spritzen gleichmäßig auf die Oberfläche von saugfähigen Materialien auftragen, wo sie durch Trocknen und thermische Behandlung bei 110°C eine fest anhaftende, in sich stabile, stark wasserabweisende und polierfähige Schicht bildet.

Eine Mahlsuspension von HSC-Rückstand ohne Sojaschrotzusatz ist aufgrund zu geringer Anhaftung und der geringen inneren Kohäsion nicht in der beschriebenen Weise anwendbar.

Beispiel 3

92 Mengenanteile des Montanwachsproduktes ROMONTA R55 mit einem Schmelz­ punkt von 75°C werden auf eine Körnung von etwa 0-1 mm vorzerkleinert und mit 8% Sauerquark gemeinsam in einer Rohrschwingmühle wie im Beispiel 1 naß vermahlen. Die Suspension hat analoge Anwendungs- und Gebrauchseigenschaften, wie in den Beispielen 1 und 2 beschrieben.

Beispiel 4

88 Mengenanteile des Destillationsrückstandes der mehrstufigen Erdölspaltung in Form von HSC-Rückstand mit einem Schmelzpunkt von etwa 90°C werden auf eine Körnung von etwa 0-2 mm vorzerkleinert und mit 12 Mengenanteilen Soja­ schrotmehl gemäß Beispiel 1 naß in Wasser intensiv vermahlen. Die Mahlsuspension wird auf einen Feststoffanteil von etwa 25% durch Filtration aufkonzentriert. 30 Mengenanteile der aufkonzentrierten Mahlsuspension werden in einem Intensivmi­ scher mit 70 Mengenanteilen an Faserstoffen, z. B. zerfasertes Holz oder zerfaserter Braunkohlenxylit, homogen vermischt. Das Mischgut wird mit den bekannten optimalen Parametern durch Pressen verdichtet. Die Guttemperatur bei der Verdichtung beträgt 80°C. Der Preßdruck für die Verdichtung beträgt 100 MPa. Nach der thermischen Nachbehandlung bei einer Temperatur von 110°C entstehen Platten mit sehr hoher Festigkeit und Wasserbeständigkeit.

Beispiel 5

Die Mahlsuspension nach Beispiel 2 wurde auf einen Feststoffgehalt von 25% durch Filtration aufkonzentriert. 25% Mengenanteil der aufkonzentrierten Mahlgutsuspen­ sion werden mit 75 Mengenanteilen Feinsteinkohle vermischt und mit einer Lochscheiben-Pelletpresse pelletiert. Nach der Trocknung der Pellets auf einen Wassergehalt von kleiner/gleich 6% zeichnen sich diese durch hohe Festigkeit und Wasserbeständigkeit sowie sehr gute Verbrennungseigenschaften aus.

In analoger Weise können andere organische und/oder anorganische, körnige, spänige oder fasrige Stoffe agglomeriert und hydrophobiert werden, wenn die jeweiligen rohstoff- und gerätespezifischen optimalen Prozeßparameter eingehalten werden. Ein besonderes Einsatzgebiet speziell für Suspensionen auf der Basis von Harzen und Wachsen ist die Agglomeration feinkörniger Düngestoffe zu festen Produkten mit einer gezielt einstellbaren Löslichkeit.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung und Anwendung von Suspensionen aus Harzen, Wachsen, Bitumina und Pechen mit hohen Schmelzpunkten von größer/gleich 65°C durch Naßmahlung im wäßrigen Milieu bei tiefen Temperaturen von kleiner/gleich 30°C in Schwing- oder Rührwerksmühlen zur Anwendung als Schutz-, Hydrophobierungs-, Oberflächenvergütungs- und Bindehilfsstoff, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisrohstoffe in Form von Wachsen, Harzen, Bitumina und/oder Pechen mit eiweißreichen bzw. eiweißhaltigen Naturstoffen vermischt werden, die Mischprodukte im Wasser durch die Naßmahlung mit hoher Intensität in stabile Reaktionsverbunde umgewandelt werden und die festen Inhaltsstoffe der entstehenden Suspension nach der Verarbeitung durch eine thermische Nach­ behandlung bei Temperaturen von kleiner/gleich 50 K über den jeweiligen Schmelzpunkten der Basisrohstoffe in Produkte überführt werden, die als hochwertige Schutz-, Hydrophobierungs- und Bindehilfsstoffe wirksam sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Harze, Wachse, Bitumina und/oder Peche vor der Vermahlung mit kleiner/gleich 30% der Naturstoffe und vorzugsweise etwa 10% der Naturstoffe vermischt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoffanteil an Basisrohstoffen und Naturstoffen während der Naßmahlung kleiner/gleich 25% und vorzugsweise etwa 10% beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der stabile Produktver­ bund zwischen Basisrohstoffen und Naturstoffen bei besonders intensiver Naßmahlung in den Schwing- oder Rührwerksmühlen über eine geeignete Einstellung der Mahlintensität und der Verweildauer des Gutes in der Mühle erreicht ist, wenn die Partikelverteilung in der Suspension eine höchstmögliche Feinheit und mindestens einen d₅₀-Wert von kleiner/gleich 30 µm und einen d₉₀- Wert kleiner/gleich 80 µm erlangt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Temperatur bei der thermischen Nachbehandlung der verarbeiteten Suspensionen vorzugsweise 15 bis 25 K über der jeweiligen Schmelztemperatur der verwendeten Basisrohstoffe eingestellt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erzeugten Suspensionen vorzugsweise durch Versprühen oder durch Intensivmischung verarbeitet werden.