DE3024870A1 - Verfahren zur herstellung von oel/wasser-emulsionen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von oel/wasser-emulsionen

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Description

302487Q
Th. Goldschmidt _AG, Essen
Verfahren zur Herstellung von Öl/Wasser-Emulsionen
Patentansprüche: Seite 2
Beschreibung : Seite 3 bis 21
1300Θ3/0Α29
302A87Q
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung feinteiliger, stabiler Emulsionen vom Typ Öl/Wasser. Bei der Herstellung von Emulsionen des Typs öl/Wasser ist es üblich, den Emulgator in der öligen Phase zu verteilen und das Wasser in diese Verteilung langsam einzurühren. Dabei bildet sich in der Regel zunächst eine meist viskose Emulsion vom Typ Wasser/Öl, die bei weiterer Zufuhr von Wasser zu einer Öl/Wasser-Emulsion invertiert.
Verwendet man als Emulgator bzw. als ölige Phase Substanzen, die bei Zimmertemperatur pastös bis fest sind, empfiehlt es sich, die Emulgatoren und/oder die ölige Phase bis zur Erzielung einer niedrigen Viskosität zu erwärmen. In diesen Fällen wird auch das zur Bildung der Emulsion benötigte Wasser zu der vorgelegten Verteilung des Emulgators oder der öligen Phase heiß zugegeben. Die entstehende und/oder die erhaltene Emulsion kann dabei einer Homogenisier- oder Emulgiermaschine zugeführt werden, um die Bildung gleichmäßiger, feinteiliger Emulsionen zu fördern. Häufig wird jedoch auch beobachtet, daß bei Verwendung zu intensiver Rührvorrichtungen der gegenteilige Effekt, nämlich eine Teilchenvergrößerung, eintreten kann.
Sehr häufig bereitet es jedoch Schwierigkeiten, feinteilige, gleichmäßige, lagerstabile Öl/Wasser-Emulsionen herzustellen, wenn man die Menge des verwendeten Emulgators oder Emulgatorengemisches verringert oder wenn man ölige Phasen verwendet, die schwierig zu emulgieren sind. Typische Beispiele schwierig zu
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emulgierender öliger Phasen sind siliciumorganische Verbindungen. Man benötigt hierfür häufig größere Mengen Emulgator, um feinteilige, gleichzeitig stabile und verdünnbare Emulsionen zu erhalten-. Da sich der Emulgator aber zumindest zu einem Teil in der öligen Phase anreichert, werden hierdurch die Eigenschaften der öligen Phase beeinflußt. Siliconölemulsionen werden häufig zu Zwecken der Hydrophobierung verwendet. Hohe Anteile an Emulgator stören diese Verwendbarkeit. Auch bestimmte Wachse, wie z.B. Säurewachse, Esterwachse, Paraffinwachse, die zum Hydrophobieren oder als Gleit- und Trennmittel verwendet werden, müssen in der Regel aus diesem Grunde emulgatorarm emulgiert werden. Auch hier bereitet die Herstellung feinteiliger, stabiler, wasserverdünnbarer Emulsionen häufig Schwierigkeiten.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Emulgierverfahren zu finden, das es gestattet, mit möglichst geringen Mengen Emulgator Emulsionen vom Typ öl/Wasser zu erhalten, die feinteilig und lagerstabil sind und diese Eigenschaften auch bei weiterer Verdünnung beibehalten.
überraschenderweise gelingt dies dadurch, daß man
a) die zum Erhalt einer stabilen Emulsion benötigte Menge Emulgator in, bezogen auf das Gewicht des Emulgators, der 0,5-fachen bis 3-fachen Gewichtsmenge Wasser verteilt,
b) in diese Verteilung die zu emulgierende Menge der öligen Phase einträgt und unter Einwirkung hoher Scherspannungen bis zur
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Bildung eines gleichmäßigen Geles homogenisiert,
c) das erhaltene Gel durch eine Lochscheibe, welche eine Mehrzahl von Löchern eines Durchmessers < 10 mm aufweist, in die restliche Menge Wasser einpreßt und die dabei entstehende Emulsion unter Vermeidung hoher Scherspannungen bis zur vollständigen Auflösung der Gelteilchen rührt.
Im Verfahrensschritt a) wird zunächst die in Vorversuchen ermittelte, zum Erhalt einer stabilen Emulsion benötigte Menge Emulgator in einer geringen Menge Wasser verteilt. Es hat sich dabei gezeigt, daß man, bezogen auf eine Gewichtseinheit Emulgator, die 0,5-fache bis 3-fache Wassermenge verwenden soll. Vorzugsweise wird die 1- bis 2-fache Wassermenge verwendet. Besonders bevorzugt verwendet man etwa gleiche Mengen Emulgator und Wasser. Ist der Emulgator oder das verwendete Emulgatorengemisch bei Raumtemperatur fest oder pastös, empfiehlt es sich, zur besseren Verteilung dieses Emulgators diesen zu erwärmen oder die zur Erzielung der Verteilung benötigte Menge Wasser anzuwärmen. Da man im Regelfalle nicht unter Anwendung von Druck arbeitet, ist die Obergrenze der Temperatur durch den Siedepunkt der wäßrigen Zubereitung gegeben. Bevorzugt ist ein Temperaturbereich von etwa 40 bis 80 0C.
In die so erhaltene Zubereitung wird nun im Verfahrensschritt b) die Gesamtmenge der zu emulgierenden öligen Phase, gegebenenfalls bei erhöhter Temperatur, eingerührt. Gleichzeitig oder anschließend läßt man auf die Verteilung hohe Scherspannungen einwirken,
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wobei sich ein Gel bildet, das in den meisten Fällen klar durchsichtig bis kolloidal trüb anfällt und im allgemeinen thixotrope Eigenschaften hat.
Eine typische Vorrichtung zur Erzielung hoher Scherspannungen liegt bei einer Emulgiermaschine" vor, bei der das zu homogenisierende Gut zwischen einen Rotor und einen Stator eingebracht wird. Die Umfangsgeschwindigkeit des Rotors soll etwa 15 bis 45 m * s betragen. Der Abstand zwischen Rotor und Stator soll dabei etwa 0,05 bis 2 mm betragen.
Eine weitere Vorrichtung zur Erzielung hoher Scherspannungen ist dadurch gekennzeichnet, daß das zu emulgierende Gut durch einen engen Spalt unter hohem Druck gepreßt wird. Man arbeitet dabei mit einem Druck von 150 bis 500 bar. Die Spaltbreite hängt dabei von dem angewendeten Druck und der Viskosität des zu fördernden Gutes ab.
Eine weitere Möglichkeit, auf das zu homogenisierende Gut hohe Scherspannungen einwirken zu lassen, besteht in der Verwendung eines Walzenstuhles.
Weitere geeignete Vorrichtungen sind Zahnscheibenrührer. Die Umfangsgeschwindigkeit soll dabei 10 bis 30 m * s betragen. Die hohen Scherspannungen ergeben sich dabei aus der hohen Viskosität des zu homogenisierenden Gutes.
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Dieses im Verfahrensschritt b) entstandene gleichmäßige, thixotrope Gel läßt sich jedoch schlecht in der zur Bildung der gewünschten Emulsion benötigten restlichen Menge Wasser auflösen. Erzwingt man die Verteilung des Geles in Wasser durch entsprechende Rührvorrichtungen, erhält man meist ungleichmäßige Öl/ Wasser-Emulsionen, welche einen erheblichen Anteil agglomerierter Teilchen enthalten, die aufrahmen und somit nicht lagerstabil sind.
Es ist deshalb ein wesentlicher Punkt des erfindungsgemäßen Verfahrens, daß in dem Verfahrensschritt c) das erhaltene viskose Gel in die restliche Menge Wasser mittels einer geeigneten Pumpe durch eine Lochscheibe gepreßt wird, welche eine Mehrzahl von Löchern eines Durchmessers von < 10 mm aufweist. Beim Hindurchpressen des thixotropen Geles durch die Löcher verflüssigt sich dieses vermutlich vorübergehend, so daß die Verteilung der aus der Lochscheibe austretenden Gelstränge im restlichen Wasser zu tropfenförmigen Gebilden ermöglicht wird. Vorzugsweise weisen dabei die Löcher der Lochscheibe einen Durchmesser von 1 bis 3 mm auf. Das zur Bildung der gewünschten Emulsion notwendige Wasser, in welches das Gel durch die Lochscheibe gepreßt wird, wird im Gegensatz zum Verfahrensschritt b) unter Vermeidung hoher Scherspannungen gerührt. Die Rührung soll dabei lediglich der besseren Verteilung der Gelteilchen im Wasser dienen, die sich aufgrund der vergrößerten Oberfläche wesentlich leichter in der wäßrigen Phase auflösen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der folgenden Beispiele noch näher erläutert.
Vergleichsbeispiel 1 (nicht erfindungsgemäß)
In einem Rührwerkskessel mit 1000 1 Nutzinhalt werden 350 kg Siliconöl mit einer Viskosität von 350 mPas bei 25 0C, 25 kg Nonylphenolpolyglykolather mit einer 14 Äthylenoxid-Gruppen enthaltenden Polyglykolkette und 25 kg Nonylphenolpolyglykolather mit einer 3 Äthylenoxid-Gruppen enthaltenden Polyglykolkette eingefüllt. Die Mischung wird mit einer Zahnscheibe,welche eine Umfangsgeschwindigkeit von U = 21 m · s aufweist, .15 Minuten lang innig vermischt. Das Verhältnis von Rührscheibendurchmesser zu Kesseldurchmesser beträgt 0,33. Anschließend wird die zur Emulgierung benötigte Wassermenge von 600 kg mit einer Zugabegeschwindigkeit von 1(5 l/min, unter den genannten Rührbedingungen eingearbeitet. Es entsteht zunächst eine sehr viskose Emulsion vom Typ Wasser/Öl, die, nachdem etwa 400 1 Wasser eingebracht sind, in eine niedrigviskose Öl/Wasser-Emulsion umschlägt. Wenn die gesamte Wassermenge zugeflossen ist, wird die Emulsion noch 10 Minuten nachgerührt. Nach Abstellen des Rührers wird die Emulsion durch einmaliges Passieren eines Hochdruckhomogenisators (Manton Gaulin M3) bei einem
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Druck von 350 kg/cm nachhomogenisiert. Die fertige Emulsion enthält 35 % Siliconöl.
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Vergleichsbeispiel 2 (nicht erfindungsgemäß)
In einem Rührwerkskessel mit 1000 1 Nutzinhalt werden 38,6 kg Nonylphenolpolyglykoläther mit einer 14 Äthylenoxid-Gruppen enthaltenden Polyglykolkette und 38,6 kg Nonylphenolpolyglykoläther mit einer 3 Äthylenoxid-Gruppen enthaltenden Polyglykolkette mit 77,2 kg Wasser gelöst. Das Lösen der Emulgatoren wird durch Rühren mit einer Zahnscheibe, die in das Gemisch eintaucht und die einen Bodenabstand von etwa 1/5 ihres Durchmessers aufweist, unterstützt. Nachdem die Emulgatoren homogen im Wasser verteilt sind, läßt man während eines Zeitraumes von ca. 35 Minuten 540 kg Siliconöl mit einer Viskosität von 350 mPas bei 25 0C zufließen. Während der Siliconölzugabe wird mit der Zahnscheibe, die ein Verhältnis zwischen Rührscheibendurchmesser und Kesseldurchmesser von 0,33 aafweist, gerührt. Die Umfangsgeschwindigkeit beträgt 21 m · s .Es entsteht ein sehr hochviskoses, transparentes Gel. Wenn alles Siliconöl eingearbeitet ist, rührt man 10 Minuten nach. Das Gel enthält 77,7 % Siliconöl und 11,11 % Emulgator. Dieses Gel wird dann unter den oben genannten Rührbedingungen durch Zugabe von 308 kg Wasser auf einen Gehalt an Siliconöl und Emulgator von 61,5 % verdünnt. Die Wasserzugabe erfolgt zunächst mit einer Geschwindigkeit von ca. 5 l/min, und wird, wenn die Viskosität des Rührgutes soweit abgesunken ist, daß der gesamte Kesselinhalt umgewälzt wird, so erhöht, daß alles Wasser nach etwa 20 Minuten eingearbeitet ist. Nach Abstellen des Rührers wird diese konzentrierte Emulsion durch einmaliges Passieren eines
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Hochdruckhomogenisators bei einem Druck von 350 kg/cm nachhomogenisiert. Die den Hochdruckhomogenisator verlassende Emulsion fließt in einen Rührkessel mit einem Nutzvolumen von 1750 1. Der Kessel ist mit einem dreistufigen MIG-Rührer (Ekato-Werke, Schopfheim) ausgerüstet. Das Rührflügel- : Kesseldurchmesser-Verhältnis beträgt 0,90. Wenn die gesamte homogenisierte Emulsion in den Verdünnungskessel gelangt ist, wird der MIG-Rührer eingeschaltet und auf eine Umfangsgeschwindigkeit von 1,2 m · s~ gebracht. Nun gibt man die zum Verdünnen der Emulsion auf 35 % Silicongehalt benötigten 540,5 kg Wasser mit einer Geschwindigkeit von ca. 30 l/min, zu. Wenn alles Wasser eingeflossen ist, wird noch 10 Minuten nachgerührt.
Beispiel 3 (erfindungsgemäß)
In gleicher Weise wie im Beispiel 2 beschrieben, wird ein hochviskoses, transparentes, bezogen auf den Silicongehalt 77,7 %iges Gel hergestellt. Dieses Gel wird dann mit Hilfe einer geeigneten Kreiskolbenpumpe durch eine Rohrleitung mit einem Innendurchmesser von 5 cm, an der eine Lochscheibe, über deren Querschnitt gleichmäßig 50 Bohrungen mit einem Durchmesser von 2 mm verteilt sind, angebracht ist, in einen Rührkessel mit einem Nutzinhalt von 1750 gepumpt. Die Lochscheibe ist so an der Rohrleitung angebracht, daß die entstehenden Gelstränge direkt in die Verdünnungswassermenge von 848,5 kg, eingeleitet werden. Gleichzeitig wird der Ansatz mit
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dem im Beispiel 2 beschriebenen MIG-Rührer, der mit einer ümfangsgeschwindigkeit von 1,2 m · s rührt, bewegt. Wenn die gesamte Paste während 15 Minuten eingepumpt ist, wird noch etwa IO bis 15 Minuten nachgerührt. Nach dieser Zeit haben sich alle Gelteilchen gelöst und es entsteht eine feinteilige Emulsion.
Beispiel 4 (erfindungsgemäß)
In der im Beispiel 3 beschriebenen Weise wird zunächst ein transparentes, hochviskoses Gel hergestellt. Dieses wird mit Hilfe einer Kreiskolbenpumpe durch eine Lochscheibe, die sich von der in Beispiel 3 beschriebenen Scheibe dadurch unterscheidet, daß sie über ihren Querschnitt gleichmäßig verteilt 8 Bohrungen mit einem Durchmesser von 5 mm enthält, in den im Beispiel 3 beschriebenen Rührkessel gepumpt, in dem es unter denselben Bedingungen gelöst wird.
Beispiel 5 (erfindungsgemäß)
In einem Rührwerkskessel mit 1000 1 Nutzinhalt, der mit einem langsam laufenden MIG-Rührer (Rührflügel : Kesseldurchmesser = 0,9) bestückt ist, werden 38,6 kg Nonylphenolpolyglykoläther mit 14 Äthylenoxid-Gruppen und 38,6 kg Nonylphenolpolyglykoläther mit 3 Äthylenoxid-Gruppen in 77,2 kg Wasser gelöst. In diese
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Lösung werden 540 kg Siliconöl mit einer Viskosität von 350 iriPas gegeben und 30 Minuten mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 1,2 πι · s gerührt. Es entsteht eine niederviskose Mischung, die zur Herstellung des in den Vorbeispielen beschriebenen sehr hochviskosen Geles mit Hilfe einer Kreiskolbenpumpe durch eine unter der Bezeichnung "Supraton" bekannte, nach dem Rotor-Stator-Prinzip arbeitende Homogenisiermaschine gepumpt wird. Der Rotor der Maschine hat einen Durchmesser von 120 mm und rotiert mit einer Drehzahl von 3000 UPM, was einer Umfangsgeschwindigkeit von ~ 19 m . s~ entspricht. Der wirksame Spalt zwischen Rotor und Stator beträgt ~ 2 mm. Durch die Einwirkung der hohen Schergeschwindigkeit entsteht aus der relativ niederviskosen Vormischung ein sehr hochviskoses, transparentes Gel. Dieses wird über eine Rohrleitung mit 50 mm lichter Weite durch die im Beispiel 3 beschriebene Lochscheibe in einen mit 848,5 kg Wasser beschickten Mischkessel gepreßt und unter den ebenfalls im Beispiel 3 beschriebenen Bedingungen in eine feinteilige Emulsion überführt.
Die in den Beispielen 1 bis 5 hergestellten Emulsionen wurden
1. mikroskopisch auf den Durchmesser der dispergierten Öltröpfchen nach bekannten Verfahren untersucht.
2. Zur Ermittlung der Lagerstabilität wurden folgende Kurzzeittes ts angewendet:
a) Lagerung der Emulsionen bei 40 0C,
b) Zentrifugieren der Emulsionen.
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Zu 2a)
Die Bestimmung der Wärmestabilität der Emulsionen bei 40 0C wird wie folgt durchgeführt:
Trockene Standzylinder werden mit der zu untersuchenden Emulsion bis ca. 5 mm unter dem Ende des Normschliffes gefüllt und danach der Stopfen aufgesetzt. Die Sicherung des Stopfens erfolgt durch eine Stahlfeder, die in die seitlich am Zylinder angebrachten Haken eingehängt wird und über den Stopfen gespannt wird.
Der Dampfraum über der Emulsion muß sehr knapp eingestellt sein, um Eindampfen an der Oberfläche, die zu Wirkstoffabscheidung führen kann (Koaleszenzkeime) soweit wie möglich zu vermeiden.
Die Standzylinder werden nun in ein Wasserbad, welches auf 4O C eingestellt ist, gebracht.
Die Proben werden in regelmäßigen Zeitabständen aus dem Bad genommen und auf sichtbare Veränderungen, z.B. ölabscheidung, Aufrahmen oder Ausmagern, untersucht. Es wird die Zeit bis zum ersten Auftreten der ersten sichtbaren Veränderungen notiert. Die Proben können weiter im Wasserbad verbleiben, bis Aufrahmungen oder Phasentrennung eintreten.
Zu 2b)
Die Bestimmung der Zentrifugenstabilität der Emulsionen geschieht auf folgende Weise:
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Trockene Zentrifugengläser werden mit der zu untersuchenden Emulsion genau bis zur 10 ml Marke gefüllt. Die Zentrifugengläser werden nun in die Reduziereinsätze gestellt, so daß beim Zentrifugieren keine Unwucht entsteht. Nötigenfalls muß eine Nachtarierung vorgenommen werden. Nach Schließung des Deckels wird die Umdrehungszahl langsam bis 4 500 Umdrehungen/Minute gesteigert. Nach Erreichen von 4 500 Umdrehungen/Minute wird genau 30 Minuten bei dieser Umdrehungszahl zentrifugiert. Nach Stillstand der Zentrifuge werden die Proben kurzzeitig der Zentrifuge entnommen und auf ölabscheidung, Aufrahmen oder Ausmagern untersucht, ohne daß dabei die Emulsion bewegt (z.B. durch Schütteln) wird. Die aufgerahmte und/oder abgesetzte Menge wird von der Skalierung abgelesen und notiert. Nun wird nochmals 30 Minuten zentrifugiert und die Abscheidung abgelesen. Man zentrifugiert dann weitere 60 Minuten, so daß die Abscheidungen nach 30, 60 und 120 Minuten festgestellt werden können. Die eventuell abgeschiedene obere und untere Phase wird in Prozent der eingesetzten Emulsionsmenge an-
gegeben.
Die Ergebnisse dieser Tests sind in Tabelle 1 zusammengefaßt.
Tabelle 1
Emulsion
nach
Beispiel		 mittlerer
Teilchen
durchmesser		 Wärmetest
bei 40 C		 Zentrif
test
30 min		 ugen-
2 h
Vergleich 1 5-6 μΐη 48 h 5/0 15/5
erfin
dungsgemäß		 2 ca.2 ym - 110 h 0/0 4/0
3 < 1 pm > 240 h 0/0 0/0
4 < 1 ym > 240 h 0/0 0/0
5 < 1 Vm > 240 h 0/0 0/0
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Vergleichsbeispiel 6 (nicht erfindungsgemäß)
In einem Rührwerkskessel mit 1000 1 Nutzinhalt werden 46,3 kg eines äthoxilierten Fettsäureglycerids mit einem HLB-Wert von
17.4 und 30,9 kg eines äthoxilierten synthetischen Fettalkohols mit einem HLB-Wert von 11 mit 77,2 kg Wasser gelöst. Das Lösen der Emulgatoren wird durch Rühren mit einer Zahnscheibe, die in das Gemisch eintaucht und die einen Bodenabstand von etwa 1/5 ihres Durchmessers aufweist, unterstützt. Nachdem die Emulgatoren homogen im Wasser verteilt sind, läßt man während eines Zeitraumes von ca. 35 Minuten 540 kg Siliconöl mit einer Viskosität von 100 000 mPas bei 25 0C zufließen. Während der Siliconölzugabe wird mit der Zahnscheibe·, die ein Verhältnis zwischen Rührscheibendurchmesser und Kesseldurchmesser von 0,33 aufweist, gerührt. Die Umfangsgeschwindigkeit beträgt 21 m · s~ . Es entsteht ein sehr hochviskoses, transparentes Gel. Wenn alles Siliconöl eingearbeitet ist, rührt man 10 Minuten nach. Das Gel enthält 77,7 % Siliconöl und 11,11 % Emulgator. Dieses Gel wird dann unter den oben genannten Rührbedingungen durch Zugabe von 308 kg Wasser auf einen Gehalt an Siliconöl und Emulgator von
61.5 % verdünnt. Die Wasserzugabe erfolgt zunächst mit einer Geschwindigkeit von ca. 5 l/min, und wird, wenn die Viskosität des Rührgutes soweit abgesunken ist, daß der gesamte Kesselinhalt umgewälzt wird, so erhöht, daß alles Wasser nach etwa 20 Minuten eingearbeitet ist. Nach Abstellen des Rührers wird diese konzentrierte Emulsion durch einmaliges Passieren eines Hochdruckhomogenisators bei einem Druck von 350 kg/cm nachhomogenisiert. Die
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den Hochdruckhomogenisator verlassende Emulsion fließt in einen Rührkessel mit einem Nutzvolumen von 1750 1. Der Kessel ist mit einem dreistufigen MIG-Rührer ausgerüstet» Das Rührflügel-·t Kesseldurchmesser-Verhältnis beträgt 0,90. Wenn die gesamte homogenisierte Emulsion in den Verdünnungskessel gelangt ist, wird der MIG-Rührer eingeschaltet und auf eine Umfangsgeschwindigkeit von 1 12 m . s gebracht. Nun gibt man die zum Verdünnen der Emulsion auf 35 % Silicongehalt benötigten 540,5 kg Wasser mit einer Geschwindigkeit von ca. 3O l/min. zu. Wenn alles Wasser eingeflossen ist, wird noch 10 Minuten nachgerührt.
Beispiel 7 (erfindungsgemäß)
In gleicher Weise wie im Beispiel 6 beschrieben, wird ein hochviskoses, transparentes, bezogen auf den Silicongehalt 77,7 %iges Gel hergestellt. Dieses Gel wird dann mit Hilfe einer geeigneten Kreiskolbenpumpe durch eine Rohrleitung mit einem Innendurchmesser von 5 cm, an der eine Lochscheibe, über deren Querschnitt gleichmäßig 50 Bohrungen mit einem Durchmesser von 2 mm verteilt sind, angebracht ist, in einen Rührkessel mit einem Nutzinhalt von 1750 gepumpt. Die Lochscheibe ist so an der Rohrleitung angebracht, daß die entstehenden Gelstränge direkt in die Verdünnungswassermenge von 848,5 kg, eingeleitet werden. Gleichzeitig wird der Ansatz mit dem im Beispiel 2 beschriebenen MIG-Rührer, der mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 1,2 m · s rührt, bewegt. Wenn die gesamte Paste während 15 Minuten eingepumpt ist, wird noch etwa 10 bis
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Minuten nachgerührt. Nach dieser Zeit haben sich alle Gelteilchen gelöst und es entsteht eine feinteilige Emulsion.
Beispiel 8 (erfindungsgemäß)
In einem Rührwerkskessel mit 1000 1 Nutzinhalt, der mit einem langsam laufenden MIG-Rührer (Rührflügel : Kesseldurchmesser =0,9) bestückt ist, werden 46,3 kg eines äthoxilierten Fettsäureglycerids mit einem HLB-Wert von 17,4 und 30,9 kg eines äthoxilierten synthetischen Fettalkohols mit einem HLB-Wert von 11 in 77,2 kg Wasser gelöst. In diese Lösung werden 540 kg Siliconöl mit einer Viskosität von 100 000 mPas gegeben und 30 Minuten mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 1,2 m * s gerührt. Es entsteht eine niederviskose Mischung, die zur Herstellung des in den Vorbeispielen beschriebenen sehr hochviskosen Geles mit Hilfe einer Kreiskolbenpumpe durch eine unter der Bezeichnung "Supraton" bekannte, nach dem Rotor-Stator-Prinzip arbeitende Homogenisiermaschine gepumpt wird. Der Rotor der Maschine hat einen Durchmesser von 120 mm und rotiert mit einer Drehzahl von 3000 UPM, was einer Umfangsgeschwindigkeit von „, 19 m ' s entspricht. Der wirksame Spalt zwischen Rotor und Stator beträgt ~ 2 mm. Durch die Einwirkung der hohen Schergeschwindigkeit entsteht aus der relativ niederviskosen Vormischung ein sehr hochviskoses, transparentes Gel. Dieses wird über eine Rohrleitung mit 50 mm lichter Weite durch die im Bei-
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spiel 3 beschriebene Lochscheibe in einen mit 848,5 kg Wasser beschickten Mischkessel gepreßt und unter den ebenfalls im Beispiel 3 beschriebenen Bedingungen in eine feinteilige Emulsion überführt.
Tabelle 2
Emulsion
nach
Beispiel		 mittlerer
Teilchen
durchmesser		 Wärmetest
bei 40 0C		 Zentrif
test
30 min		 ugen-
2 h
Vergleich 6 3-5 um ~ 80 h 1/4 3/4
Erfindungs- 7 2-3 pm > 140 h 0/0 0/0
gemäß 8 2-3 pm > 160 h 0/0 0/0
Vergleichsbeispiel 9 (nicht erfindungsgemäß)
In einem Rührwerkskessel mit 1000 1 Nutzinhalt werden 29,4 kg eines äthoxilierten Fettsaureglycerids mit einem HLB-Wert von 17,4 und 42,6 kg eines äthoxilierten Fettalkohols mit einem HLB-Wert von 4,9 in 180,0 kg Wasser gelöst. Das Lösen der Emulgatoren wird durch Rühren mit einer Zahnscheibe, die in das Gemisch eintaucht und einen Bodenabstand von 1/5 ihres Durchmessers aufweist, unterstützt. Außerdem wird während des Lösens zusätzlich die Mischung auf 85 0C erwärmt. Nachdem die Emulgatoren homogen im Wasser verteilt sind, läßt man während eines Zeitraumes von ca. 35 Minuten 400,0 kg einer auf 85 0C erwärmten Schmelze eines Paraffinwachses (Schmelzpunkt 52 bis 54 0C) zufließen. Während der Paraffinzugabe wird mit der Zahnscheibe, die ein Rührscheiben-
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: Kesseldurchmesser-Verhältnis von 0,33 aufweist, gerührt. Die Umfangsgeschwindigkeit beträgt 16 m · s . Während der ganzen Zeit wird die Temperatur des Rührgutes auf 85 0C gehalten. Bei dieser Temperatur entsteht ein sehr hochviskoses, transparentes Gel. Wenn die gesamte Paraffinschmelze zugeflossen ist, rührt man noch 10 Minuten nach. Das Gel enthält 59,70 % Paraffin und 13,43 % Emulgator. Dieses Gel wird dann unter den oben beschriebenen Rührbedingungen durch Zugabe von 330,0 kg 85 0C warmen Wassers auf einen Gehalt von 49,0 % Paraffinwachs und Emulgator verdünnt. Die Wasserzugabe erfolgt anfangs mit einer Geschwindigkeit von 5 l/min, und wird, wenn die Viskosität des Rührgutes soweit abgesunken ist, daß der gesamte Kesselinhalt umgewälzt wird, so erhöht, daß alles Wasser nach etwa 30 Minuten eingearbeitet ist. Nach Abstellen des Rührers wird die ca. 85 C warme konzentrierte Emulsion durch einmaliges Passieren eines Hochdruckhomogenisators bei einem Druck von 300 kg/cm homogenisiert und in einen mit 1000,0 kg 85 0C warmen Wassers beschickten Rührwerkskessel mit 2000 1 Nutzinhalt gegeben. Der Kessel ist mit einem dreistufigen MIG-Rührer bestückt, dessen Rührflügel- : Kesseldurchmesser-Verhältnis 0,90 beträgt. Der Rührer läuft mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 1,2 m · s~ . Die Temperatur wird konstant bei 85 C gehalten. Wenn die gesamte homogenisierte, konzentrierte Emulsion in den Verdünnungskessel eingebracht ist, rührt man noch 10 Minuten nach. Dann läßt man die 85 0C warme Emulsion durch einen mit Wasser gekühlten Wärmeaustauscher fließen und kühlt sie möglichst rasch auf eine Temperatur von ca. 30 °c ab.
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Beispiel 10 (erfindungsgemäß)
In einem Rührwerkskessel mit 1000 1 Nutzinhalt, der mit einem langsam laufenden MIG-Rührer (Rührflügel : Kesseldurchmesser = 0,9) bestückt ist, werden 29,4 kg eines äthoxilierten Fettsäureglycerids mit einem HLB-Wert von 17,4 und 42,6 kg eines äthoxilierten Fettalkohols mit einem HLB-Wert von 4,9 in 180,0 kg Wasser gelöst. Das Lösen wird durch Rühren mit dem MIG-Rührer, welcher mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 1,2 m * s läuft, unterstützt. Außerdem wird während des Lösens zusätzlich die Mischung auf 85 0C erwärmt. Nachdem die Emulgatoren homogen im Wasser verteilt sind, werden 400,0 kg einer auf 85 0C erwärmten Schmelze eines Paraffinwachses (Schmelzpunkt 52 bis 54 0C) während ca. 10 Minuten hinzugegeben. Während des Einlaufens der Wachsschmelze wird unverändert weitergerührt. Nach einer Gesamtrührzeit von 30 Minuten wird die entstandene mittelviskose, 85 C wärme Mischung mit Hilfe einer Kreiskolbenpumpe durch eine nach dem Rotor-Stator-Prinzip arbeitende, auf 85 0C vorgewärmte Homogenisiermaschine gepumpt. Der Rotor der Maschine hat einen Durchmesser von 120 mm und rotiert mit einer Drehzahl von 3000 UPM, was einer Umfangsgeschwindigkeit von ~ 19 m · s entspricht. Der wirksame Spalt zwischen Rotor und Stator beträgt ~ 2 mm. Durch die Einwirkung der hohen Schergeschwindigkeit entsteht aus der relativ niederviskosen Vormischung ein sehr hochviskoses, transparentes Gel, welches 59,70 % Paraffin und 13,43 % Emulgator enthält. Dieses Gel wird nun über eine auf 85 0C erwärmte Rohrleitung
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302A87Q
mit 50 mm lichter Weite durch die in Beispiel 3 beschriebene Lochscheibe in einen mit 1330 kg 85 °C warmen Wassers beschickten Rührkessel gepreßt. Die Rührbedingungen sind die gleichen wie in Beispiel 3 beschrieben. Der Kesselinhalt wird während der ganzen Zeit auf 85 0C gehalten. Die auf diese Weise hergestellte feinteilige, warme Emulsion wird nun durch Passieren eines mit Wasser gekühlten Wärmeaustauschers auf eine Temperatur von ca. 30 0C abgekühlt.
Tabelle 3
Emulsion
nach
Beispiel		 mittlerer
Teilchen
durchmesser		 Wärmetest
bei 40 0C		 Zentrif
test
30 min		 ugen-
2 h
Vergleich 9 3-4 um ~ 96 h 2/0 4/2
Erfindungs
gemäß		 10 1-2 .μπι > 220 h 0/0 0/0
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Claims (3)

  1. 302487Q
    Patentansprüche
    Verfahren zur Herstellung feinteiliger, stabiler Emulsionen vom Typ Öl/Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß man
    a) die zum Erhalt einer stabilen Emulsion benötigte Menge Emulgator in, bezogen auf das Gewicht des Emulgators, der 0,5-fachen bis 3-fachen Gewichtsmenge Wasser verteilt,
    b) in diese Verteilung die zu emulgierende Menge der öligen Phase einträgt und unter Einwirkung hoher Scherspannungen bis zur Bildung eines gleichmäßigen Geles homogenisiert,
    c) das erhaltene Gel durch eine Lochscheibe, welche eine Mehrzahl von Löchern eines Durchmessers < 10 mm aufweist, in die restliche Menge Wasser einpreßt und die dabei entstehende Emulsion unter Vermeidung hoher Seherspannungen bis zur vollständigen Auflösung der Gelteilchen rührt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Verfahrensschritte a) und b) bei erhöhten Temperaturen durchführt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man im Verfahrensschritt c) eine Lochscheibe verwendet, deren Löcher einen Durchmesser von 1 bis 3 mm aufweisen.
    130063/0429
    ORIGINAL INSPECTED
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