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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.
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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
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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.
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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.
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Desweiteren
ist aus der
DE-OS-1 471 211 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.
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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.
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Aus
der
DE 238 993 A1 ist
ein Herstellungsverfahren für
organophil gefärbte
Füllstoffe
bekannt, bei welchem eine keramische Masse einem Kalzinationsprozess
und einem anschließenden
Zerkleinerungsprozess unterzogen wird. Die keramische Masse besteht
zu 20 % bis 80 % aus einem tonmineralhaltigen Ausgangsstoff und
zu 80 % bis 20 % aus organischen Stoffen, die bei der Kalzinationstemperatur
eine kohlenstoffhaltige Phase bilden.
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Weiterhin
ist aus der
EP 0 536
576 A1 ein Füllstoff
für wärmeempfindliche
Aufzeichnungsmaterialien bekannt. Dieses Material liegt in Form
von feinteiligen Weißpigmenten
vor, die überwiegend
mit amorpher Fällungskieselsäure verbunden
sind. Hierbei umhüllt
die amorphe Fällungskieselsäure das feinteilige
Weißpigment
entweder schichtförmig
oder in Form feiner Teilchen punktförmig, wobei der Wassergehalt
des Materials 1–10
Gew.-%, vorzugsweise 2–8
Gew.-% beträgt.
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Des
Weiteren ist ein Vermahlen nach einem Verbinden der Weißpigmentteilchen
mit der amorphen Fällungskieselsäure vorgesehen.
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Die
DE 39 27 861 A1 offenbart
weiterhin einen beschichteten Mineralstoff, für dessen Beschichtung drei
Beschichtungsverfahren in Betracht kommen. Dies ist zum einen das
Aufsprühen
eines Gemisches auf den Mineralfüllstoff
in einem Schnellmischer, wobei der Mineralfüllstoff zuvor auf eine Temperatur
oberhalb der Schmelztemperatur des Beschichtungsmittelgemisches
erhitzt wurde. Des Weiteren kann das Beschichtungsmittelgemisch
dem erwärmten
Füllstoff
in einer Mühle
zugegeben werden oder mit dem erwärmten Füllstoff wird ein Fließbett erzeugt,
in welchem das Beschichtungsmittelgemisch flüssig eingedüst wird. Sämtlichen Beschichtungen ist
gemein, dass der Mineralfüllstoff
vor einer Oberflächenbehandlung
einem Erhitzungsprozess unterzogen wird. Ein derartiger separater
Prozessschritt führt
jedoch zu einem hohen Energieverbrauch.
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Die
DE 693 03 877 T2 beschreibt
ein Verfahren zur Herstellung von Pigmentchargen auf Mineralbasis,
welche sich insbesondere zur Verwendung in der Papierindustrie eignen.
Dieses Verfahren beschreibt eine gemeinsame Mahlung eines Kompaktminerals
und eines Schichtminerals und/oder eines Kunststoffpigments in Gegenwart
von zumindest einem Mahlhilfsmittel, wobei letzteres ein Dispegiermittel
umfasst. Der gesamte Mahlvorgang findet hierbei jedoch in einer
wässrigen
Suspension statt. Das Mahlen in einer wässrigen Suspension sowie die
Verwendung eines Mahlhilfsmittels ist herstellungstechnisch relativ
aufwändig
und erfordert einen entsprechend hohen apparativen und personellen
Aufwand. Zudem ist die Verwendung eines Mahlhilfsmittels mit weiteren
Herstellungskosten verbunden.
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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.
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Diese
Aufgabe wird nach der Erfindung im wesentlichen dadurch gelöst, daß ein oder
mehrere Reagenzien oder Additive folgender Gruppe: Paraffine, Stearinsäure, Salze
der Stearinsäure,
Wachse jeglicher Zusammensetzung, Silane, Titanate, Zirkonate, Fluortenside
unmittelbar vor, während
und/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.
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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.
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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.
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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.
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Dabei
hat es sich gemäß einer
weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens als vorteilhaft
erwiesen, daß als
Reagenzien oder Additive insbesondere Hydrophobierungsmittel zugegeben werden.
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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 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.
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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.
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Bevorzugt
kommen chemisch reaktive Additive oder Reagenzien aus der Gruppe
der Silane, Titanate, Zirkonate beziehungsweise Fluortenside zur Anwendung.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.