DE4027887A1

DE4027887A1 - Koerniges agglomerat und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE4027887A1
Application number: DE4027887A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Koepff; Helmuth Stahl; Eberhard Dick; Brigitte Uhe; Klaus Dr Braeumer
Original assignee: Stoess & Co Gelatine
Current assignee: Stoess & Co Gelatine
Priority date: 1990-09-03
Filing date: 1990-09-03
Publication date: 1992-03-05
Also published as: DE4027887C2; WO1992004398A1

Description

Die Erfindung betrifft ein körniges Agglomerat bestehend aus dispersen Partikeln wenigstens eines Feststoffes und einem diese Partikel agglomerierenden Bindemittel, wobei zwischen den Partikeln Poren frei bleiben.

Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen eines solchen körnigen Agglomerats.

Es ist bekannt, feindisperse, insbesondere staubförmige Feststoffe zu Agglomeraten zusammenzubinden, weil der agglomerierte Zustand gegenüber dem feindispersen Zustand des staubförmigen Produkts beträchtliche Verarbeitungs vorteile mit sich bringt. Ein wesentlicher Vorteil des körnigen Agglomerats liegt in seiner staubfreien Handha bung, wodurch eine Beeinträchtigung der Umwelt und Mate rialverluste durch Staubabsetzung vermeidbar werden. Sol che Agglomerate haben weiterhin ein definiertes Fließver halten und in vielen Fällen ein geringeres Schüttgewicht, was beim Verpacken pulverförmiger Materialien vorteilhaft sein kann.

Man hat beispielsweise bereits Agrarchemikalien, Lebens mittel, Keramik, Metallpulver, Waschmittel oder Ionentau scher agglomeriert, wobei als Bindemittel beispielsweise Wachse, Kohlehydrate, Proteine oder Kunststoffe verwendet wurden. Die bekannten Agglomerate sind häufig nicht in dem erwünschten Maße wasserlöslich, die Bindekraft des verwen deten Bindemittels liefert nicht in allen Fällen den er forderlichen inneren Zusammenhalt der Feststoffpartikel, weiterhin ist das Bindemittel häufig biologisch nicht ab baubar, was zu unerwünschten Umweltbelastungen führt, und in den meisten Fällen können die Agglomerate nur in einem langwierigen Arbeitsverfahren mit aufwendigen Apparaturen hergestellt werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Agglomerat mit einem Bindemittel herzustellen, welches vollkommen wasserlöslich und biologisch abbaubar ist sowie eine gesteigerte Binde kraft besitzt, wobei das Agglomerat zusätzlich in einfach ster Weise herstellbar ist.

Ein erfindungsgemäßes Agglomerat zeichnet sich durch fol gende Merkmale aus:
A. Das Bindemittel ist wasserhaltige Gelatine;
B. der Vol.-%-Anteil an Gelatine ist kleiner als der Vol.-%-Anteil der Poren im Agglomerat, so daß die Gelatine die Poren nicht voll ausfüllt;
C. die im Agglomerat enthaltene, auf den Wassergehalt der Gelatine zurückgehende Wassermenge ist kleiner als 2 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des Agglo merats und entspricht dem natürlichen Wassergehalt der Ausgangsgelatine.

Ein Verfahren zur Herstellung dieses körnigen Agglomerats ist durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet:
A. Man stellt in einem ersten Bereich eines Extruders, insbesondere Schneckenextruders durch kontinuierliche Zugabe von Gelatine und Lösungsmittel, insbesondere Wasser, unter Erwärmung eine niedrigviskose Gelatine lösung her;
B. man bringt in einen anschließenden Bereich des Extru ders unter fortgesetzter Erwärmung wenigstens einen zu agglomerierenden Feststoff in die niedrigviskose Gelatinelösung ein und erzeugt durch homogenes Vermi schen des Feststoffes mit der Lösung und unter Druck eine hochviskose Masse;
C. man extrudiert diese hochviskose Masse aus dem Extru der durch eine Düse in Form eines Stranges;
D. man trocknet den Strang vor und granuliert ihn zu dem körnigen Agglomerat und
E. man trocknet schließlich das Granulat auf Gleichge wichtsfeuchte.

Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsfor men der Erfindung dient im Zusammenhang mit einigen Bei spielen und einer Zeichnung der weiteren Erläuterung. Auf der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 und 2 schematisch Beispiele für den inneren Aufbau eines erfindungsgemäßen Agglo merates.

Das erfindungsgemäße Agglomerat ist nicht thermoplastisch und enthält als Bindemittel wasserhaltige Gelatine, welche die einzelnen Feststoffpartikel fest aneinander bindet. Dabei ist es wichtig, eine möglichst geringe Menge an Ge latine einzusetzen, so daß die Eigenschaften der Gelatine die an sich im Vordergrund stehenden Eigenschaften der Feststoffpartikel nicht nachteilig beeinträchtigen. Das Bindevermögen ist auch dann noch ausreichend, wenn der Vol.-%-Anteil an Gelatine kleiner als der Vol.-%-Anteil der Poren in den Agglomeratkörnern ist, so daß die Gelati ne die Poren nicht voll ausfüllt. Weiterhin soll die in dem körnigen Agglomerat enthaltene auf die Gelatine zu rückgehende Wassermenge dem natürlichen Wassergehalt von Gelatine entsprechen. Dieser ist von der herrschenden Luftfeuchtigkeit abhängig ("Gleichgewichstfeuchte"). Er liegt normalerweise zwischen etwa 10 und 12 Gew.-%, kann jedoch bei hoher Luftfeuchtigkeit bis zu etwa 16 Gew.-% betragen.

Die rheologischen Eigenschaften der Agglomerate entspre chen denen der Ausgangsstoffe. Dies bedeutet, daß bei nicht thermoplastischen festen Ausgangsstoffen auch die daraus hergestellten Agglomerate diese Eigenschaften haben.

Von Vorteil ist es bei dem erfindungsgemäßen Agglomerat, daß es ein schnelles Dispergieren und Auflösen, beispiels weise bei sogenannten "Instantprodukten" gestattet, daß Entmischungsvorgänge, beispielsweise bei agglomerierten Arznei- und Futtermitteln, vermieden werden können und daß sich auch durch entsprechende Zusätze bei der Agglomera tion eine Depotwirkung, insbesondere bei Düngemitteln und Pflanzenschutzmitteln erreichen läßt.

Besonders vorteilhaft werden die erfindungsgemäßen körni gen Agglomerate mit Hilfe von Extrudern, insbesondere Schneckenextrudern in einem einzigen Arbeitsdurchlauf her gestellt.

Dabei wird die Fähigkeit der Gelatine ausgenutzt, sich in Wasser zu lösen. Mittels Temperatur und Lösungsmittelmenge läßt sich jede beliebige Viskosität einstellen. Auch ande re Lösungsmittel als Wasser kommen in Frage, beispielswei se Glycerin oder Mischungen von Glycerin und Wasser.

Bei den zur Herstellung des erfindungsgemäßen Agglomerats verwendeten Extrudern handelt es sich vorzugsweise um gleichläufige Doppelschneckenextruder von relativ großer Verfahrenslänge. Die große Verfahrenslänge des Doppel schneckenextruders ist erforderlich, da im Extruder alle für die Herstellung des Agglomerats wesentlichen Arbeits prozesse ablaufen: Das Bindemittel (Gelatine, Gelatinehy drolysat oder eine Mischung aus Gelatine und Gelatinehy drolysat) wird im Lösungsmittel gelöst, erwärmt, Additive werden beigemischt, die zu agglomerierenden Stoffe werden zugegeben und homogen eingearbeitet.

Ein Doppelschneckenextruder ist deshalb von Vorteil, weil sich mit seiner Hilfe eine besonders gute Homogenisierung erzielen läßt. Die Homogenisierung wird zum einen durch das Kneten im Spalt zwischen den beiden Schnecken und den Einsatz spezieller Mischteile erreicht, zum anderen wird aber bei den in gleicher Richtung umlaufenden Doppel schnecken keine vollständige Kammerabsperrung erreicht, so daß die Masse um die beiden Schnecken herum zurückströmen kann. Beide Effekte garantieren eine ausreichende Vermi schung des Bindemittels mit dem Lösungsmittel sowie Einar beitung der Feststoffpartikel und Homogenisierung der zu extrudierenden, hochviskosen pseudoplastischen Masse.

In einem ersten Bereich des Schneckenextruders wird das Bindemittel, z. B. Gelatine, an einer ersten Dosierstation zugegeben. Über eine weitere Dosierstation erfolgt die Zu gabe des flüssigen Lösungsmittels, z. B. Wasser. Bei spielsweise über eine Länge von 15 D wird unter kontinu ierlicher Temperaturerhöhung und unter steigendem Druck gemischt. In einem Endabschnitt dieses ersten Bereiches, der eine Länge von 20 bis 25 D haben kann, erfolgt die weitere Auflösung der Gelatine und die Homogenisierung der Lösung. ("D" ist der Innendurchmesser des Schneckenextru ders.) In einem anschließenden zweiten Bereich, der eine Länge von 13 bis 18 D haben kann, erfolgt die Zugabe der zu kom paktierenden staubförmigen Feststoffe. Die Zugabe kann beispielsweise über eine an sich bekannte Stopfschnecke erfolgen.

Durch die Zugabe der Stoffe wird die Viskosität der Masse stark erhöht. Je nach Teilchengröße und Menge kann die Viskosität auf ein Vielfaches der niedrigviskosen Gelati nelösung ansteigen.

Diese nunmehr hochviskose, "pseudoplastische" Masse wird durch eine Strangdüse gepreßt und als Endlosstrang ausge formt, wobei gleichzeitig auch mehrere Stränge aus mehre ren Düsenöffnungen austreten können. Die Stränge werden z. B. mit einem Förderband abgezogen. Gleichzeitig wird durch Verdampfung des Lösungsmittels, beispielsweise im Warm luftstrom, der Strang auf Gleichgewichtsfeuchte getrocknet so daß die nun wieder auf ihren natürlichen Wassergehalt zurückgeführte Gelatine nur einen geringen Volumanteil der Poren im Inneren des Agglomerats ausfüllt.

Aufgrund der starken Klebekraft der Gelatine erreicht man, daß bei nur geringen Mengen an Gelatine nach Austreiben des Lösungsmittels ein noch fest zusammenhängender Strang vorliegt. Der Strang wird anschließend mit einem an sich bekannten Granulator auf beliebige Korngröße geschnitten, so daß sich als Endprodukt ein körniges Agglomerat ergibt.

Die Fig. 1 zeigt schematisch eine erste typische Form des inneren oder mikroskopischen Aufbaus eines erfindungsgemä ßen Agglomerates. Einzelne Partikel 1 eines Feststoffes, beispielsweise eines staubförmigen Pigments, sind (auf grund der beschriebenen Verarbeitung im Extruder, insbe sondere Schneckenextruder) im wesentlichen vollständig von einer dünnen Gelatinehaut umgeben, welche aufgrund ihrer Klebekraft die einzelnen Partikel fest aneinander bindet oder agglomeriert. Dabei verbleiben zwischen den einzelnen Partikeln 1 gelatinefreie Poren 3.

Das in Fig. 2 schematisch dargestellte Agglomerat unter scheidet sich von demjenigen nach Fig. 1 im wesentlichen dadurch, daß die Gelatine 3 die Partikel 1 - z. B. wegen schlechter Benetzbarkeit - nicht vollständig umhüllt, son dern nur bereichsweise am Umfang der Partikel vorhanden ist und dort eine "Verklebung" der einzelnen Partikel be wirkt. Die relative Gelatinemenge ist so gering, daß die Poren zwischen den Partikeln 1 nicht voll mit Gelatine 2 gefüllt sind.

Beispiel 1

In einen ersten Bereich (Einzugszone) eines Doppelschnek kenextruders von 48 D werden kontinuierlich 300 g/h Gela tine mit einem der Gleichgewichtsfeuchte entsprechenden Wassergehalt von etwa 11 Gew.-% eindosiert. In dem glei chen Bereich werden an einer anderen Dosierstelle über ein Ventil kontinuierlich 300 g/h Wasser zugegeben. Die Tempe ratur in diesem Bereich steigt über dessen Länge hinweg stetig von 25 auf 80°C.

In einem anschließenden Bereich des Extruders wird die Temperatur auf 95°C gesteigert. Die Gelatine wird in die sem Bereich mit Hilfe der Doppelschnecke vollständig und homogen gelöst.

In einem anschließenden Bereich werden über eine Stopf schnecke 2,7 kg/h staubförmiger Farbstoff zudosiert und homogen in die Gelatinelösung eingemischt. Die nunmehr hochviskose, pseudoplastische Masse wird unter einem Druck von 40 bar und bei einer Temperatur von 95°C aus einer Strangdüse mit vier Öffnungen extrudiert. Die Stränge wer den während des Abzuges im Luftstrom getrocknet und an schließend granuliert.

Das so erhaltene körnige Agglomerat ist sehr fest und die einzelnen Körner haben eine glatte Oberfläche.

Beispiel 2

Man verfährt wie in Beispiel 1. Es werden jedoch 500 g/h an Gelatine eindosiert und über ein Ventil werden 250 g/h an Wasser zugegeben. Über eine Stopfschnecke werden 2 kg/h an Zucker zugeführt. Die so gewonnene pseudoplastische Masse wird mit einem Druck von 20 bar extrudiert. Die ex trudierten Stränge werden getrocknet und zu einem körnigen Agglomerat granuliert. Das Agglomerat eignet sich bei spielsweise als Compound zur Verwendung in der Süßwarenin dustrie.

Beispiel 3

Man verfährt wie in Beispiel 1. Es werden jedoch 250 g/h an Gelatinehydrolysat bei Zugabe der gleichen Wassermenge verwendet. Über die Stopfschnecke werden 2 kg/h einer Mischung aus Zucker, Zitronensäure, gelber und roter Farbe sowie Orangenaroma zudosiert. Es tritt keine Entmischung der Einzelkomponenten ein, sondern es ergibt sich vielmehr ein körniges Agglomerat aus diesen Komponenten, welches einer Weiterverarbeitung in der Süßwarenindustrie zuge führt werden kann.

Beispiel 4

Man verfährt wie in Beispiel 2. Es werden jedoch 125 g/h Gelatinehydrolysat und 125 g/h Gelatine verwendet. Die Wasserzugabe ist unverändert. In die so gewonnene Lösung werden anschließend kontinuierlich 250 g/h an Herbiziden eingemischt.

Der in den Schneckenextruder eingegebenen Gelatine lassen sich in bekannter Weise jeweils Additive, insbesondere Weichmacher, Emulgatoren, Benetzungsmittel und/oder Anti haftmittel beimischen. Geeignete Weichmacher sind bei spielsweise Glycerin oder Sorbit, als Benetzungsmittel kommen beispielsweise Aminoxid oder Na-Lauryl-Sulfat in Frage. Als Antihaftmittel haben sich Mg-Stearat oder Mon tanwachse als brauchbar erwiesen.

Generell kann die Wassermenge, in welcher die Gelatine gelöst wird, zwischen 50 und 300 Gew.-% bezogen auf das Gelatinegewicht liegen. Im Schneckenextruder arbeitet man bei Temperaturen zwischen 30 und 140°C, vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 30 und 100°C. Der im Extruder herr schende, erhöhte Druck kann zwischen 5 und 100 bar liegen.

Claims

1. Körniges Agglomerat bestehend aus dispersen Partikeln wenigstens eines Feststoffes und einem diese Partikel agglomerierenden Bindemittel, wobei zwischen den Par tikeln Poren frei bleiben, gekennzeichnet durch fol gende Merkmale:
A. Das Bindemittel ist wasserhaltige Gelatine;
B. der Vol.-%-Anteil an Gelatine ist kleiner als der Vol.-%-Anteil der Poren, so daß die Gelatine die Poren nicht voll ausfüllt;
C. die im Agglomerat enthaltene, auf den Wassergehalt der Gelatine zurückgehende Wassermenge ist kleiner als 2 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des Agglomerats und entspricht dem natürlichen Wasser gehalt der Ausgangsgelatine.

2. Agglomerat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelatine die Poren bis maximal 60 Vol.-% aus füllt.

3. Verfahren zum Herstellen eines körnigen Agglomerats nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
A. Man stellt in einem ersten Bereich eines Extru ders, insbesondere Schneckenextruders durch konti nuierliche Zugabe von Gelatine und Lösungsmittel, insbesondere Wasser, unter Erwärmung eine niedrig viskose Gelatinelösung her;
B. man bringt in einen anschließenden Bereich des Ex truders unter fortgesetzter Erwärmung wenigstens einen zu agglomerierenden Feststoff in die nie drigviskose Gelatinelösung ein und erzeugt durch homogenes Vermischen des Feststoffes mit der Lö sung und unter Druck eine hochviskose pseudoplas tische Masse;
C. man extrudiert diese hochviskose pseudoplastische Masse aus dem Extruder durch eine Düse in Form ei nes Stranges;
D. man trocknet den Strang vor und granuliert ihn zu dem körnigen Agglomerat und
E. man trocknet schließlich das Granulat auf Gleich gewichtsfeuchte.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Gelatine durch Gelatinehydrolysat oder eine Mischung aus Gelatine und Gelatinehydrolysat er setzt.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Gelatine mit Weichmachern, Emulgatoren, Benetzungsmitteln und/oder Antihaftmitteln versetzt.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man mit Bezug auf die Gelatine zwischen 50 und 300 Gew.-% an Wasser als Lösungsmittel zugibt.

7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das Lösen und Vermischen im Extruder bei Tem peraturen zwischen 30 und 100°C vornimmt.

8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das Lösen und Vermischen im Extruder bei Drücken zwischen 5 und 100 bar vornimmt.

9. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strang im Luftstrom getrocknet wird.