DE69526085T2 - Verfahren zur vermeidung von staub - Google Patents

Verfahren zur vermeidung von staub

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Description

    Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Staubverhinderung eines pulvrigen Materials durch die Verwendung eines hochgradig staubverhindernden Polytetrafluorethylens (im Folgenden als PTFE bezeichnet).
    • Hintergrund
  • Die japanische Patentveröffentlichung Nr. 52-32877 offenbart ein Verfahren zur Staubverhinderung eines pulvrigen Materials, indem das pulvrige Material mit PTFE vermischt wird, und das Gemisch bei einer Temperatur von ungefähr 20 bis 200ºC einer Kompressions-Scher-Behandlung ausgesetzt wird, wodurch das PTFE fibrilliert wird, um das Stauben des pulvrigen Materials zu verhindern. Das dort offenbarte PTFE beinhaltet ein feines Pulver oder einer Emulsionsform eines Homopolymers von Tetrafluorethylen, bezeichnet als TEFLON® 6 oder TEFLON® 30 und außerdem ein feines Pulver oder eine Emulsionsform eines modifizierten Polymers von Tetrafluorethylen, bezeichnet als TEFLON® 6C oder TEFLON® 64. Danach wurden "TEFLON® K-10" (feines PTFE-Pulver) und "TEFLON® K-20" (PTFE-Emulsion) entwickelt und diese wurden für Staubverhinderungszwecke verkauft.
  • Hinsichtlich des obigen PTFE tritt jedoch eine Fluktuation des staubverhindernden Effekts aufgrund unzureichender Fibrillierung, unzureichender Festigkeit der Fibrillen und ungleichmäßiger Verteilung von PTFE in dem pulverförmigen Material auf. Insbesondere wenn das staubverhindernde Mittel ein Emulsionstyp ist, gibt es Probleme hinsichtlich der Emulsion selbst, wie beispielsweise Abscheidung und Koagulation von kolloidalen PTFE-Teilchen, was durch mechanische Einflüsse während des Transports, Einwiegen und Verdünnung hiervon bewirkt wird, was ein Verstopfen von Rohren, Pumpen und Öffnungen mit sich bringt und die Konzentration an PTFE in der Emulsion weiter vermindert, was zu einem fehlerhaften Mischverhältnis von PTFE zum pulverförmigen Material führt. Überdies sind als Ergebnis der Verwendung einer großen Menge an staubverhindernden Mitteln vom Emulsionstyp für pulverförmige Materialien wie Dünger, Bodenstabilisatoren und Regenerierungsmaterialien wie Kohlenasche, oberflächenaktive Mittel, die als Emulsionsstabilisatoren eingesetzt werden, mögliche Schadstoffe für Grundwasser, Seen und Flüsse geworden. Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, ein Verfahren zur wirksamen Staubverhinderung bzw. Staubverhütung pulverförmiger Materialien durch Verwendung einer wässrigen Lösung eines Tetrafluorethylen-Homopolymers bereitzustellen, wobei die Emulsion hochgradig stabil ist und für Grundwasser weniger ein möglicher Schadstoff ist.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung eines Verfahrens zur Staubverhinderung bzw. Staubverhütung bzw. Staubvermeidung eines pulverförmigen Materials, indem das pulvrige Material mit PTFE vermischt wird und das Gemisch einer Druck-Scher- Beeinflussung bei Temperaturen von ungefähr 20 bis 200ºC unterzogen wird, wird das PTFE dadurch fibrilliert, um das Stauben des pulvrigen Materials zu verhindern. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das verwendete PTFE eine wässrige Emulsion eines Homopolymers von Tetrafluorethylen ist, wobei das Homopolymer ein spezifisches Gewicht von nicht größer als 2,20 und eine mittlere Teilchengröße von 0,10-0,50 um aufweist, und die Emulsion ein anionisches oberflächenaktives Mittel auf Kohlenwasserstoffbasis mit nicht weniger als 1,0 Gew.-% des PTFE als Emulsionsstabilisator aufweist.
    • Beste Ausführungsform der Erfindung
  • Das für die vorliegende Erfindung verwendbare PTFE ist ein Homopolymer, obwohl PTFE sogenannte Homopolymere von Tetrafluorethylen und ein sogenanntes modifiziertes Polymer beinhaltet, welches ein Copolymer aus Tetrafluorethylen und einem Comonomer von nicht mehr als 1% ist. Ein Staubverhinderungsmittel, bei dem eine wässrige Emulsion des modifizierten PTFE-Polymers eingesetzt wird, weist einen geringeren Staubverhinderungseffekt auf als das der vorliegenden Erfindung und erfordert regelmäßig über 50% überschüssige Mengen des Mittels, um den gleichen Effekt zu zeigen.
  • Das für die vorliegende Erfindung geeignete PTFE weist einen mittleren Teilchengrößenbereich von 0,10-0,50 um, vorzugsweise 0,10-0,30 um auf, sowie eine spezifische Dichte von nicht größer als 2,20, vorzugsweise nicht größer als 2,18. Kolloidale Teilchen mit einer mittleren Teilchengröße kleiner als 0,10 um führen zu einer schlechteren Staubverhinderungswirkung und solche, die größer als 0,50 um sind, ergeben instabile Emulsionen. PTFE mit einer spezifischen Dichte von größer als 2,20 führt zu einer geringeren Staubverhinderungswirkung. Die mittlere Teilchengröße der PTFE-Teilchen kann durch ein Zentrifugen-Sedimentations- Verfahren bestimmt werden, und für die vorliegende Erfindung wurde ein Teilchengrößenverteilungs-Bestimmungsgerät vom Zentrifugen-Sedimentations-Typ (Shimazu Corp.; SA-CP4L) verwendet. Die spezifische Dichte wurde gemessen, indem koagulierte kolloidale Teilchen gemäß dem im US-Patent Nr. 3,142,665 beschriebenen Verfahren verwendet wurden.
  • Die oben erwähnten PTFE-Teilchen sind durch solche Emulsionspolymerisations- Verfahren, wie in US-Patent Nr. 2,559,752 offenbart, erhältlich, wobei Tetrafluorethylen unter Druck in ein wässriges Medium eingebracht wird, welches einen wasserlöslichen Polymerisationsinitiator und ein anionisches oberflächenaktives Mittel mit hydrophoben Fluoralkylresten als Emulsionsstabilisator enthält, damit eine Polymerisation erfolgen kann, um die wässrige PTFE-Emulsion zu bilden. Da so erhaltene wässrige PTFE-Emulsionen eine geringe Stabilität aufweisen, erfordert die Emulsion die Zugabe eines Emulsionsstabilisators.
  • Die für die vorliegende Erfindung verwendeten Emulsionsstabilisatoren, sind anionische oberflächenaktive Mittel auf Kohlenwasserstoffbasis, bei denen eine Verunreinigung von Flüssen, Seen und Grundwasser verhindert wird, welche durch oberflächenaktive Mittel aufgrund ihrer in Wasser durch Umsetzung mit Calcium, Aluminium und Eisen, die wesentliche Bestandteile von Böden sind, gebildeten unlöslichen oder kaum löslichen Salze bewirkt wird. Es seien solche anionischen oberflächenaktiven Mittel auf Kohlenwasserstoffbasis erwähnt, wie Salze höherer Fettsäuren, Salze höherer Alkoholschwefelsäureester, Salze von Fettöl- Schwefelsäureestern, Salze aliphatischer Alkohol-Phosphorsäureester, Salze zweiwertiger Fettsäureestersulfonate, Salze von Alkylarylsulfonaten. Hierunter seien Na-,K-, Li- und NH&sub4;-Salze von Polyoxyethylenalkylphenyletherethylensulfonat mit -(CH&sub2;CH&sub2;O)&sub1;&submin;&sub6;- und C&sub8;&submin;&sub1;&sub1;-Alkyl, Alkylbenzolsulfonate mit C&sub1;&sub0;&submin;&sub1;&sub2;-Alkyl und Dialkylsulfosuccinsäureester mit C&sub8;&submin;&sub1;&sub0;-Alkyl beispielhaft als bevorzugt zur Bereitstellung von wässrigen PTFE-Emulsionen mit einer hohen mechanischen Stabilität genannt. Die zuzugebende Menge an Emulsionsstabilisator beträgt nicht weniger als 1,0 Gew.-%, vorzugsweise 1,5-5 Gew.-% des PTFE. Eine Menge von weniger als 1,0 Gew.-% ergibt nicht zufriedenstellend stabilisierte wässrige PTFE- Emulsionen und eine Menge größer als 5 Gew.-% ist nicht wirtschaftlich.
  • Obwohl der Gehalt an PTFE in der Emulsion nicht besonders beschränkt ist, ist ein niedrigerer Gehalt für eine verbesserte Verteilung von PTFE in dem staubenden Material bevorzugt. Andererseits kann ein hoher Gehalt die Transportkosten der Emulsion verringern. Der PTFE-Gehalt ist daher üblicherweise nicht niedriger als 10 Gew.-% und beträgt vorzugsweise 20-70 Gew.-%. Ein noch höherer Gehalt ist nicht vorteilhaft, da darunter die Emulsionsstabilität leidet. Dem gemäß ist es üblich, dass ein herkömmliches Staubverhinderungsmittel einen PTFE-Gehalt von 20-70 Gew.-% aufweist, und das Produkt mit Wasser verdünnt wird, um den PTFE-Gehalt vor Mischen mit dem staubenden Material auf unter 5 Gew.-% zu bringen.
  • Die mechanische Stabilität der wässrigen PTFE-Emulsion kann durch Beobachtung eines erhöhten Verhältnisses der erkennbaren Größen der zugehörigen kolloidalen Teilchen bewertet werden, die bei Kollision während des Hochgeschwindigkeitsrührens der Emulsion entstehen. Ein Teil der durch das Rühren bzw. Schütteln entstandenen koagulierten kolloidalen Teilchen haftet an dem Rührrotor und an der Wand des Behälters oder bilden Flocken, die sich von der Emulsion abscheiden. Wenn dieses Phänomen auftritt, wird die Emulsion als eine schlechte Stabilität aufweisend angesehen, trotz Veränderungen der Größe der in der Emulsion verbleibenden kolloidalen Teilchen.
  • In der vorliegenden Erfindung wird die mechanische Stabilität über das erhöhte Verhältnis der Teilchengröße, gemessen nach dem nachfolgenden Verfahren, bestimmt. In einen Kolben mit 60 mm innerem Durchmesser werden 200 ml einer Emulsion mit einer mittleren Teilchengröße von S&sub1; gebracht. Ein Rührer (ULTRA- TURRAX: JANKE & KUNKEL GmbH & Co. KG), der einen Schaft mit einem Generator aufweist, wird so aufgebracht, dass der Schaft 15mm über der Unterseite des Kolbens und 5 mm dezentriert angeordnet ist. Nachdem der Rotor bei 20.500 rpm für 5 Minuten rotiert wurde, wird die mittlere Teilchengröße (S&sub2;) der Emulsion gemessen. Das erhöhte Verhältnis der Teilchengröße wird wie folgt berechnet:
  • Erhöhtes Verhältnis der Teilchengröße (%) = (S&sub2;-S&sub1;)/S&sub1; · 100
  • Die mechanische Stabilität wird wie folgt bewertet:
  • Gut, wenn "das erhöhte Verhältnis der Teilchengröße" > 0% - < 5% ist,
  • Normal, wenn "das erhöhte Verhältnis der Teilchengröße" &ge;5% - < 10% ist,
  • Schlecht, wenn "das erhöhte Verhältnis der Teilchengröße" &ge;10% ist.
  • Eine Einstufung als schlecht wird auch vorgenommen, wenn eine große Menge koagulierter Teilchen beim Rühren auftaucht.
  • Der Staubverhinderungsgrad wird nach dem folgenden Verfahren bestimmt. Von einem Ende eines schachtelartigen Luftschachts mit 34 cm Höhe · 23 cm Breite · 1,8 m Länge wird Luft mit einer Geschwindigkeit von 0,25 m/sec unter Verwendung einer Blasvorrichtung eingeführt. Durch einen Trichterauslass mit 2 cm Durchmesser, der oberhalb des Auslasses des Schachts angeordnet ist, wird ein staubverhinderter gelöschter Kalk mit einer konstanten Rate (3-10 g/sec) fallengelassen, und der auf einem 34 cm · 34 cm-Tablett, das unter dem Auslass angeordnet ist, angehäufte Kalk wird als die Menge an staubverhindertem Kalk angesehen. Der Staubverhinderungsgrad wird wie folgt berechnet:
  • Staubverhinderungsgrad (%) = Gewicht des staubverhinderten Kalks/Gewicht des durchgegangenen bzw. durchgefallenen Kalks · 100
    • Test 1
  • Je 18ml einer wässrigen PTFE-Emulsion A, B, C, D, E, F, G oder H, die in den Tabellen 1 und 2 erwähnt sind, wurden mit 800 ml Wasser vermischt und die Mischung wurde jeweils auf 20 kg gebrannten Kalk mit einer Teilchengröße nicht über 5mm gesprüht. Der mit der PTFE-Emulsion gemischte gebrannte Kalk wurde für 2 Minuten einer Kompressions-Scher-Behandlung in einem 50-Liter Mörtelmischer unterzogen, wobei währenddessen die Temperatur des Inhalts in dem Mischer aufgrund der Reaktion zwischen dem gebrannten Kalk und Wasser in der wässrigen Emulsion erhöht wurde und Dampf erzeugt wurde, wobei Wasser substantiell entfernt wurde. Auf diese Weise wurde ein staubverhinderter gebrannter Kalk erhalten, der eine geringe Menge an gelöschtem Kalk enthielt, welcher durch die Umsetzung zwischen gebrannten Kalk und Wasser erhalten wurde. Der Staubverhinderungsgrad wurde für jede so erhaltene Probe gebrannten Kalk bestimmt, und das Ergebnis ist in den Tabellen 1 und 2 gezeigt. Es sei bemerkt, dass jedes Beispiel, bei dem eine wässrige PTFE-Emulsion der vorliegenden Erfindung verwendet wurde A, B, C oder D, einen Staubverhinderungsgrad zeigt, der höher ist als der eines Vergleichsbeispiels, bei dem Emulsion F verwendet wird, welche eine spezifische Dichte der PTFE-Teilchen größer als 2,20 aufweist oder eine Emulsion G, welche eine wässrige Emulsion eines modifizierten PTFE ist. Weiterhin war ein Vergleichsbeispiel, bei dem eine Emulsion E verwendet wurde, die 0,5 Gew.-% des Emulsionsstabilisator enthält, aufgrund von Koagulation in der Emulsion nicht brauchbar.
    • Test 2
  • Portland-Zement wurde durch Vermischen von Zementklinker mit einer geeigneten Menge an Gips und Mahlen des Gemischs in einer Feinmühle hergestellt. Das Produkt wies eine Teilchengröße von 1,1% Rest auf einem 88 um Standardsieb auf, eine spezifische Oberfläche von 3300 cm²/g, gemessen mit dem Blaine-Verfahren und eine Temperatur von 100-120ºC. Der Portland-Zement mit 100-120ºC aus der Feinmühle wurde mit einer kontinuierlichen volumetrischen Zufuhreinrichtung einem biaxialen gegenrotierenden Paddelrührer mit einer Geschwindigkeit von 5T/H zugeführt. Gleichzeitig wurde jede wässrige 30 gew.-%ige PTFE-Emulsion A, B, C, D oder H, die in den Tabellen 1 und 2 erwähnt sind, mit einer Dosierpumpe mit einer Geschwindigkeit von 16,7 kg/H (PTFE Feststoff 5kg/H) zugeführt, um verteilt und gemischt zu werden. Das PTFE fibrillierte sofort und verteilte sich homogen in dem Portland-Zement, wodurch kontinuierlich eine pulverförmige Zusammensetzung hergestellt wurde. Während des Betriebs konnte jede Emulsion A, B, C oder D kontinuierlich für 200 Stunden oder mehr zugeführt werden, jedoch Emulsion H, die das nicht ionische oberflächenaktive Mittel enthielt, bewirkte eine Verklumpung der Pumpe mit koaguliertem PTFE, wodurch es erforderlich war, dass der Betrieb nach 15-20 Stunden unterbrochen werden musste, um koagulierte Bestandteile zu entfernen. Tabelle 1 Tabelle 2
    • Test 3
  • Zu je 100 g gebranntem Kalk, welcher mittels der in Test 1 verwendeten Emulsionen A, B, C, D oder H staubverhindert wurde, wurden 1000 ml Wasser gegeben und es wurde mit einem Rührer (anfängliche Hitzeerzeugung) gerührt, um eine Kalkmilch herzustellen. Die Kalkmilch wurde zwei Tage absetzen gelassen und die überstehende Flüssigkeit wurde mit einer Flüssigchromatographie analysiert, um den Emulsionsstabilisator nachzuweisen. Als Ergebnis wurde nur für Emulsion H 0,2% Anteil des Stabilisators nachgewissen.
    • Gewerbliche Anwendbarkeit
  • Das Staubverhinderungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine verbesserte Staubverhinderungswirksamkeit für pulverförmige Materialien auf und vermindert mögliche Verunreinigungen von Grundwasser.

Claims (4)

1. Verfahren zur Staubverhinderung eines pulvrigen Materials, indem das pulvrige Material mit einem Polytetrafluorethylen vermischt wird, und das Gemisch einer Druck-Scher-Beeinflussung bei Temperaturen von 20 bis 200ºC unterzogen wird, wodurch das Polytetrafluorethylen fibrilliert wird, um das Stauben des pulvrigen Materials zu verhindern, dadurch gekennzeichnet, dass das Polytetrafluorethylen eine wässrige Emulsion eines Homopolymers von Tetrafluorethylen ist, wobei das Homopolymer ein spezifisches Gewicht von nicht größer als 2,20 und eine mittlere Teilchengröße von 0,10-0,50 um aufweist und die Emulsion ein anionisches oberflächenaktives Mittel auf Kohlenwasserstoffbasis mit nicht weniger als 1,0 Gew.-% des Polytetrafluorethylens als Emulsionsstabilisator aufweist.
2. Verfahren zur Staubverhinderung eines pulvrigen Materials nach Anspruch 1, wobei das anionische oberflächenaktive Mittel auf Kohlenwasserstoffbasis aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Na-, K-, Li- und NH&sub4;-Salzen eines Polyoxyethylen-alkylphenylether-ethylensulfonats, welches -(CH&sub2;CH&sub2;O)&sub1;&submin;&sub6;- und C&sub8;&submin;&sub1;&sub1;-Alkyl aufweist.
3. Verfahren zur Staubverhinderung eines pulvrigen Materials nach Anspruch 1, wobei das anionische oberflächenaktive Mittel auf Kohlenwasserstoffbasis aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Na-, K-, Li- und NH&sub4;-Salzen einer Alkylbenzolsulfonsäure, welche C&sub1;&sub0;&submin;&sub1;&sub2;-Alkyl aufweist.
4. Verfahren zur Staubverhinderung eines pulvrigen Materials nach Anspruch 1, wobei das anionische oberflächenaktive Mittel auf Kohlenwasserstoffbasis aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Na-, K-, Li- und NH&sub4;-Salzen eines Dialkylsulfosuccinsäureesters, welcher C&sub8;&submin;&sub1;&sub0;-Alkyl aufweist.
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