DE19846744A1 - Verfahren zur Modifizierung der Oberfläche eines Tonmineralgemisches und nach diesem Verfahren hergestellte Stoffe - Google Patents
Verfahren zur Modifizierung der Oberfläche eines Tonmineralgemisches und nach diesem Verfahren hergestellte StoffeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Modifizierung
der Oberfläche eines Tonmineralgemisches, insbesondere zur
Hydrophobierung oder Ladungsveränderung beziehungsweise
Funktionalisierung, beispielsweise durch Anlagerung
funktioneller Gruppen, durch Zugabe von Reagenzien oder
Additiven, wobei das Tonmineralgemisch einem Mahlvorgang
unterworfen wird.
Derartige insbesondere hydrophobierte Tonmineralgemische haben
insbesondere Bedeutung im Bautenschutz, beispielsweise als
Zuschlagsstoffe, für im Trockenausbau eingesetzte Baustoffe.
Weitere Anwendungen für hydrophobierte Tonmineralgemische
ergeben sich beispielsweise bei der Erhaltung der
Fließfähigkeit von Schüttgütern allgemein und der
Feuchtigkeitsaufnahme von hydraulisch und/oder sulfatisch
abbindenden Baustoffen. Ein weiteres Einsatzgebiet für
oberflächenmodifizierte Tonmineralgemische ist die verbesserte
Dispergierung und chemische Kopplung in organischen System,
wie beispielsweise in Kautschuk, Dichtungsmassen oder
Thermoplasten oder dergleichen
Die Aufbereitung des Tonmineralgemisches erfolgt im
wesentlichen nach folgendem Prinzip: Das zuvor gemischte und
homogenisierte, d. h. standardisierte Tonmineralgemisch wird
zur weiteren Verarbeitung und zur Oberflächenvergrößerung
zerkleinert. Hierzu ist es erforderlich, das Rohgut
vorzutrocknen und über ein Vorsilo in eine Mahleinrichtung
einzubringen, um unter mechanischer Belastung eine
entsprechende Aufbereitung des Tonmineralgemisches zu
ermöglichen. Die Gewährleistung kontrollierter Korngrößen
erfolgt durch Steuerung der Heißluftführung mittels
Windsichter (Zyklonen). Diese Vorrichtung zur Durchführung des
Mahlvorganges besteht aus einem Mühlenvorsilo, der
eigentlichen Mahlbahn und einem nachgeschalteten Windsichter.
Einzelheiten derartiger Aufbereitungsanlagen sind
beispielsweise in den Prospekten "Aufbau und Arbeitsprinzip"
und "Allgemeine Produktinformation" der Anmelderin näher
beschrieben.
Aus der DE-OS-18 13 173 ist bereits ein Verfahren zum Abändern
von Kaolinton mit den eingangs genannten Merkmalen bekannt.
Hierbei wird eine wäßrige Dispersion eines wasserunlöslichen
Metallstearats mit Kaolinton vermischt, um die Tonteilchen mit
einem dünnen, verhältnismäßig gleichmäßigem Überzug zu
umhüllen. Anschließend wird der umhüllte Ton in einem weiteren
Schritt getrocknet und schließlich in einem Mahlvorgang
pulverisiert. Dabei kann die Dispersion in Kontakt mit
verhältnismäßig trockenem Ton gebracht werden, indem die
Dispersion auf das von einem Förderband transportierte
Tonmineralgemisch aufgesprüht wird. Danach erfolgt eine
Durchmischung und Trocknung des Gemenges mit nachfolgender
Pulverisierung. Nachteilig an diesem Verfahren ist, daß für
die Modifizierung der Oberflächenstruktur des
Tonmineralgemisches eine Vielzahl von Verfahrensschritten
erforderlich sind, welche neben einem hohen konstruktiven
Aufwand der Vorrichtung auch einen hohen Energieaufwand zur
Folge haben.
Desweiteren ist aus der DE-OS-14 71 211 ein Verfahren zur
Herstellung eines oberflächenmodifizierten Kaolintons bekannt,
bei dem der Kaolinton in Wasser suspendiert und mit einer
solchen Menge an einer metallorganischen Komplexverbindung mit
Carbonsäure vom Werner-Typ umgesetzt wird, daß der erhaltene
oberflächenmodifizierte Ton als Oberflächenüberzug 0,1-10 Gew.-%
des Werner-Komplexes, bezogen auf Ton, aufweist.
Hierdurch soll eine knetbare Masse als Füllmittel für solche
Anwendungsgebiete bereitgestellt werden, bei denen hydrophobe
und organophile Eigenschaften von Bedeutung sind. Dies ist zum
Beispiel der Fall bei Papier, Kunststoffen, Anstrichfarben und
Schmiermitteln. Der Kaolinton wird nach dieser Druckschrift
dadurch modifiziert, daß einer gerührten Tonaufschlemmung der
Werner-Komplex zugegeben wird, die Mischung filtriert und
anschließend das abgetrennte Produkt getrocknet wird. Da
dieser Stand der Technik hydrophobe knetbare Massen betrifft,
ist die Durchführung eines Mahlvorganges für das
Tonmineralgemisch nicht vorgesehen.
Ausgehend von dem Verfahren mit den eingangs genannten
Merkmalen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das
Verfahren dahingehend weiterzuentwickeln, daß bei geringerem
Energieaufwand eine reduzierte Anzahl von Verfahrensschritten
notwendig ist, wobei zusätzlich eine bessere Verteilung und
ein besseres Anhaften der Reagenzien oder Additive auf der
Oberfläche des Tonmineralgemisches ermöglicht sind.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung im wesentlichen dadurch
gelöst, daß die Reagenzien oder Additive unmittelbar vor,
während oder unmittelbar nach dem Mahlvorgang dem
Tonmineralgemisch zugegeben werden und die Reagenzien oder
Additive sich dem gemahlenen Tonmineralgemisch unter
Ausnutzung der im Tonmineralgemisch aufgrund der Trocknung und
des Mahlvorganges gespeicherten Wärmeenergie anlegen
beziehungsweise dieses benetzen oder eine chemische Verbindung
mit dem Tonmineralgemisch eingehen.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird erreicht, daß das
feinvermahlene Tonmineralgemisch mit Hilfe der bei Trocknung
und Mahlvorgang erzeugten und in dem Tonmineralgemisch
gespeicherten Wärmeenergie äußerst gleichmäßig benetzt wird.
Dabei wird auch die Tatsache ausgenutzt, daß das Tongemisch in
Folge des Mahlvorganges weitestgehend aufgeschlossen ist, so
daß eine gleichmäßige Benetzung feinster Partikel und damit
eine gleichmäßige und optimale Umhüllung der Partikel erreicht
wird, was bei der Zugabe der Reagenzien oder Additive während
des Mahlvorganges noch durch die erhöhte Druckbeanspruchung
des Tonmineralgemisches während des Mahlvorganges unterstützt
wird.
Es sei angemerkt, daß im Rahmen dieser Anmeldung unter
Tonmineralgemisch wasserhaltige Aluminiumsilikate verstanden
werden, die beispielsweise durch Verwitterung
gesteinsbildender Minerale entstehen. Auch werden von dem
Begriff Tonmineralgemisch die Stoffe Ton, Kaolin und/oder
dergleichen umfaßt.
Nach einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung des
erfindungsgemäßen Verfahrens werden das Tonmineralgemisch
einerseits und die Reagenzien oder Additive andererseits der
Eingangsstufe einer Vorrichtung zur Durchführung des
Mahlvorganges zugeführt. Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß
die Reagenzien oder Additive sich den Partikeln des
Tonmineralgemisches während des Mahlvorganges sehr homogen
anlagern, wozu insbesondere die Wärmeentwicklung und die
Druckbeanspruchung während des Mahlvorganges beitragen.
Dabei hat es sich gemäß einer weiteren Ausgestaltung des
erfindungsgemäßen Verfahrens als vorteilhaft erwiesen, daß als
Reagenzien oder Additive insbesondere Hydrophobierungsmittel
zugegeben werden.
Es kommen bevorzugt ein oder mehrere Reagenzien oder Additive
aus der Gruppe der Paraffine, Stearinsäure, Salze der
Stearinsäure, Wachse jeglicher Zusammensetzung als Zugabe zu
dem Tonmineralgemisch in Betracht.
Nach einer anderen besonders vorteilhaften Ausgestaltung der
Erfindung werden die Reagenzien oder Additive dem
feingemahlenen Tonmineralgemisch nach dem Mahlvorgang
zugegeben. Diese Zugabe erfolgt unmittelbar nach dem
Mahlvorgang des Tonmineralgemisches, so daß die dann noch in
dem Tonmineralgemisch gespeicherte Wärmeenergie ebenfalls für
eine gleichmäßige Benetzung, Anlagerung oder Verbindung
zwischen den Partikeln des feingemahlenen Tonmineralgemisches
und den Additiven beziehungsweise Reagenzien sorgt. Dabei kann
die Zugabe der Additive oder Reagenzien im Bereich der
Feinaustragung der Vorrichtung zur Durchführung des
Mahlvorganges oder auch in einem unmittelbar nachgeschalteten
Trockenmischer erfolgen. Diese weitgehend homogene
Feinbenetzung der Partikel des Tonmineralgemisches geschieht
dabei unter Ausnutzung der Wärme aus dem vorangegangenen
Mahlvorgang, wobei zusätzlich auch die geringe Restfeuchte von
unter 1% Wasser auf der Oberfläche des Tonmineralgemisches
ausgenutzt wird.
Dabei bietet es sich von Vorteil an, daß dem Tonmineralgemisch
insbesondere zur spezifischen Oberflächenmodifizierung
chemisch reaktive Additive oder Reagenzien zugegeben werden,
die sich über eine chemische Reaktion den Partikeln des
insbesondere feingemahlenen Tonmineralgemisches anlagern.
Bevorzugt kommen chemisch reaktive Additive oder Reagenzien
aus der Gruppe der Silane, Titanate, Zirkonate beziehungsweise
Fluortenside zur Anwendung.
Die Reagenzien oder Additive können nach einer anderen
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung in Trockenform oder
als Dispersion dem Tonmineralgemisch zugegeben oder in dieses
eingebracht werden.
Die Erfindung betrifft auch Stoffe, die aus einem nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Tonmineralgemisch
bestehen oder Zusätze eines derartigen Tonmineralgemisches
enthalten. So hat es sich als vorteilhaft erwiesen, Baustoffe
insbesondere für den Trockenausbau, aus dem Tonmineralgemisch
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herzustellen,
beziehungsweise diesen Baustoffen ein derartiges
Tonmineralgemisch beizufügen. Durch diese Maßnahme wird die
Feuchtigkeitsaufnahme der Baustoffe reduziert.
Eine weitere Einsatzmöglichkeit besteht darin, nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren behandelte Tonmineralgemische
Thermoplasten, Polypropylenen oder dergleichen beizumischen.
Während bei der Zugabe von nicht konditionierten
Tonmineralgemischen in Thermoplaste die mechanischen
Eigenschaften verbessert werden, ergibt sich unter anderem
aufgrund der Ladungsverhältnisse der Partikel zum Beispiel ein
ungünstiges Alterungsverhalten der Thermoplaste. Diese
Nachteile können überwunden werden, wenn
oberflächenmodifizierte, das heißt nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren konditionierte Tonmineralgemische eingesetzt werden.
Dabei hat es sich auch gezeigt, daß solchermaßen
konditionierte Tonmineralgemische ein wesentlich verbessertes
Dispersionsverhalten gegenüber nicht konditionierten
Tonmineralgemischen in organischen Systemen, wie
beispielsweise Polypropylen, Kitten, Dichtungsmassen, Farben,
Lacken oder dergleichen aufweisen, so daß es nicht zu einer
inhomogenen Struktur innerhalb des Systems, beispielsweise
einem Absetzverhalten der nicht konditionierten
Tonmineralgemische, kommt.
Eine weitere Anwendungsmöglichkeit von nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren modifizierten Tonmineralgemischen
besteht darin, daß insbesondere silanisierte
Tonmineralgemische in Bitumenemulsionen zu einer deutlich
früheren Hautbildung und einer deutlich verminderten
Wasseraufnahme des Bitumenfilms führen. Gegenüber nicht
modifizierten Tonmineralgemischen, bei denen die
Wasseraufnahme im Bitumenfilm bis zu 40% und mehr betragen
kann, wird durch den Einsatz derartiger, speziell
modifizierter Tonmineralgemische eine Wasseraufnahme von
lediglich 20% oder weniger gemessen. Insoweit dienen die
erfindungsgemäßen Tonmineralgemische besonders vorteilhaft als
Zuschlagsstoffe in bituminösen Baustoffen, wie beispielsweise
für Außenanstriche, als Dichtungen und dergleichen. Beim
Einsatz von mit funktionellen Additiven oder Reagenzien
behandelten Tonmineralgemischen kommt es zu einer Verstärkung
der Systeme, das heißt eine Verbesserung der Festigkeit,
Restfestigkeit, Zugfestigkeit und dergleichen.
Von Vorteil kommen nach einer weiteren Ausführungsform der
Erfindung solche Tonmineralgemische zur Anwendung, die eine
spezifische Oberfläche von ca. 8 m2/g oder mehr aufweisen.
Claims (12)
1. Verfahren zur Modifizierung der Oberfläche eines
Tonmineralgemisches, insbesondere zur Hydrophobierung oder
Ladungsveränderung beziehungsweise Funktionalisierung,
beispielsweise durch Anlagerung funktioneller Gruppen,
durch Zugabe von Reagenzien oder Additiven, wobei das
Tonmineralgemisch einem Mahlvorgang unterworfen wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die Reagenzien oder Additive
unmittelbar vor dem Mahlvorgang, während des Mahlvorganges
und/oder unmittelbar nach dem Mahlvorgang dem
Tonmineralgemisch zugegeben werden und die Reagenzien oder
Additive dem gemahlenen Tonmineralgemisch unter Ausnutzung
der im Tonmineralgemisch aufgrund des Mahlvorganges
gespeicherten beziehungsweise von dem Tonmineralgemisch
aufgenommenen Wärmeenergie anlagern beziehungsweise dieses
benetzen oder eine chemische Verbindung mit dem
Tonmineralgemisch eingehen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Tonmineralgemisch einerseits und die Reagenzien oder
Additive andererseits der Eingangsstufe beziehungsweise dem
Einlaßbereich einer Vorrichtung zur Durchführung des
Mahlvorganges zugeführt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß als Reagenzien oder Additive insbesondere unspezifische
Hydrophobierungsmittel zugegeben werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein
oder mehrere Reagenzien oder Additive folgender Gruppe dem
Tonmineralgemisch zugegeben werden: Paraffine,
Stearinsäure, Salze der Stearinsäure, Wachse jeglicher
Zusammensetzung oder dergleichen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Reagenzien oder Additive dem
feingemahlenen Tonmineralgemisch nach dem Mahlvorgang
zugegeben werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß dem Tonmineralgemisch insbesondere zur
spezifischen Oberflächenmodifizierung chemisch reaktive
Additive oder Reagenzien zugegeben werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine
oder mehrere Reagenzien oder Additive folgender Gruppe dem
Tonmineralgemisch zugegeben werden: Silane, Titanate,
Zirkonate, Fluortenside oder dergleichen.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Reagenzien oder Additive in
Trockenform oder als Dispersion dem Tonmineralgemisch
zugegeben werden.
9. Baustoffinsbesondere für den Trockenausbau, versetzt mit
oder bestehend aus einem Tonmineralgemisch, welches nach
dem Verfahren wenigstens einer der Ansprüche 1 bis 8
hergestellt ist.
10. Thermoplaste, Polypropylen, Kitte, Dichtungsmassen oder
dergleichen, versetzt mit einem Tonmineralgemisch, welches
nach dem Verfahren wenigstens einer der Ansprüche 1 bis 8
hergestellt ist.
11. Bitumen oder Bitumenemulsion, versetzt mit einem
Tonmineralgemisch, welches nach dem Verfahren wenigstens
einer der Ansprüche 1 bis 8 hergestellt ist.
12. Stoff nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß das Tonmineralgemisch eine spezifische
Oberfläche von ca. 8 m2/g oder mehr aufweist.
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