JP2004509828A - 過炭酸ナトリウム−流動床粒状物及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、低いTAM値(貯蔵の際のエネルギー放出のマイクロカロリメーターによる測定、Thermometric AB社、Jaerfaella (SE)のTAM(R) Thermal Activity Monitorを用いて測定)、特に8μW/g未満のTAM値を有する顆粒状の過炭酸ナトリウムに関するものであり、その際、過炭酸ナトリウム−粒状物粒子は、流動床−噴霧造粒により入手可能であるような構造を有し、かつ粒子中に1つ又はそれ以上の安定剤が本質的に均一に分布している。さらに、本発明は、本発明による顆粒状の過炭酸ナトリウムの製造方法に関するものであり、その際、過酸化水素水溶液及びソーダ水溶液又はソーダ懸濁液は、1つ又はそれ以上の安定剤と共に、過炭酸ナトリウム粒子から形成された流動床中へ噴霧され、かつ同時に水が流動床から蒸発される。
【0002】
洗剤及び清浄剤中の漂白成分として使用される一般式2Na2CO3・3H2O2の過炭酸ナトリウムの製造のために、特に結晶化法及びいわゆる流動床−噴霧造粒法が工業的規模で使用される。結晶化法の場合に例示的に、US−特許4,146,571に指摘されており、過酸化水素及びソーダは、食塩を含有している母液中で反応される。結晶化を制御するため及び過炭酸ナトリウムの安定性を改善するために、過酸化水素溶液と共に、同時に0.2〜2質量%の量のマグネシウムイオンが導入される。付加的に、系にヘキサメタリン酸ナトリウム0.5〜3質量%が供給される。こうして得られた過炭酸ナトリウムは、本来、確かに良好に貯蔵されうるものであり、かつ低いTAM値を有するが、特にゼオライトのような洗剤成分の存在での結晶化物の活性酸素安定性は、芽の出たような(spriessig)表面及びあまり密ではない構造に基づき不満足である。洗剤成分の存在での結晶化法により生じた過炭酸ナトリウムの貯蔵安定性は、確かに、過炭酸ナトリウム粒子を、安定化作用を有している成分、例えば硫酸ナトリウム及び他の水和物形成性物質で被覆することにより、確かに改善されうるが、しかしながら、今日、そのような生成物になされた要求はしばしば、もはや十分には満たされない。
【0003】
ドイツ連邦共和国特許(DE−PS)第26 44 147号明細書に記載された過炭酸ナトリウムの製造のための結晶化法によれば、マグネシウム塩及びヘキサメタリン酸ナトリウムに加えて、付加的に水ガラスが併用される:結晶化からの母液の不純物は、ケイ酸マグネシウムの沈殿の際にこれに吸着され、かつ母液のろ過により、その再使用の前に分離される。しかし前記の欠点は、未だに存在したままである。
【0004】
流動床−噴霧造粒法の場合に、製造に制約されて殻形構造及びより高い貯蔵安定性を有する本質的に球形の密な過炭酸ナトリウム粒子は、結晶化により取得された生成物として得られる。方法の実施のためには、過酸化水素水溶液及びソーダ水溶液又は場合によりまたソーダ懸濁液は、直径が製造すべき粒子の直径よりも小さい過炭酸ナトリウム粒子を含有する流動床中へ噴霧される。水性媒体中に存在している反応相手の噴霧の間に、水は40〜95℃の範囲の流動床温度で蒸発される。
【0005】
ドイツ連邦共和国特許出願公開(DE−OS)第27 33 935号明細書による流動床−噴霧造粒法において、過酸化水素溶液及びソーダ溶液は、噴霧直前に混合される。ノズル内部の早期の結晶化を回避するために、縮合リン酸アルカリ金属塩又はリン酸アンモニウムは添加されなければならない。付加的に、過酸化水素溶液に、安定剤、例えば硫酸マグネシウムが、及び/又は炭酸ナトリウム溶液に、ケイ酸ナトリウムが添加されてよい。しかしながら、前記の安定剤の添加は、必要不可欠ではないとみなされる。実施例において挙げられた量の硫酸マグネシウムは、1kg当たり1gを上回る過炭酸ナトリウム中のマグネシウム含量をまねく。
【0006】
ドイツ連邦共和国特許(DE−PS)第43 29 205号明細書による顆粒状の過炭酸ナトリウムの製造のための流動床−噴霧造粒法において、縮合リン酸塩の使用の必要条件は、反応相手を含有している溶液の外部混合部を備えた特別に成形された三成分ノズルが使用されることにより回避される。この方法によっても、噴霧すべき溶液に、安定性を高める添加剤、例えばマグネシウム塩、水ガラス、錯化剤、スズ酸塩及び二ピコリン酸が添加されてよい。この刊行物からは、添加剤の使用量、錯化剤の物質上の選択並びに様々な安定剤の可能な組合せに関する提案は引き出され得ない。
【0007】
取扱い安全性、特にサイロ中での過炭酸ナトリウムの貯蔵の際に高められた安全性の理由から、今日ますます、これまでに比べてさらに減少したTAM値に相当する、さらに改善された貯蔵性を有する過炭酸ナトリウムが必要とされる。過炭酸ナトリウムのTAM値は、確かにある範囲内では、不活性化材料での過炭酸ナトリウムの被覆により改善されうる、すなわち低下しうるが、しかしながら、これで達成可能な効果は、多くの場合になお十分ではない。ドイツ連邦共和国特許出願公開(DE−OS)第27 33 935号明細書による方法において、縮合リン酸塩及び硫酸マグネシウムの例示的に挙げられた量の使用下に、確かに低いTAM値が得られるが、しかしながら安定剤使用量は極めて多い。
【0008】
それに応じて、本発明の課題は、流動床−噴霧造粒による顆粒状の過炭酸ナトリウムの別の製造方法を示すことであり、それにより、できるだけ低いTAM値を有する顆粒状の過炭酸ナトリウムが、できるだけ僅少量の1つ又はそれ以上の安定剤の使用下に入手可能である。別の課題によれば、できるだけ良好な安定化、すなわち低いTAM値で、同時に過炭酸ナトリウムの溶解速度は減少するのではなくて、むしろ高められるべきである。
【0009】
この課題及び別の課題は、これらが以下の説明から導き出されるように、本発明による方法により解決される。
【0010】
それに応じて、流動床−噴霧造粒による顆粒状の過炭酸ナトリウムの製造方法が見出され、その際、炭酸ナトリウム水溶液又は炭酸ナトリウム懸濁液及び過酸化水素水溶液は、少なくとも1つの安定性を高める添加剤の存在で、過炭酸ナトリウム粒子を含有している流動床中へ噴霧され、かつ同時に水が40〜95℃の範囲の流動床温度で蒸発され、前記方法は、添加剤として、マグネシウム化合物がMg2+ 50〜2,000ppmの量で及び/又はヒドロキシカルボン酸、アミノカルボン酸、アミノホスホン酸、ホスホノカルボン酸、ヒドロキシホスホン酸並びに前記の酸のアルカリ金属塩、アンモニウム塩又はマグネシウム塩の中からのキレート錯化剤が50〜2,000ppmの量で使用されることにより特徴付けられ、その際、その都度使用量は製造すべき過炭酸ナトリウムに基づくものであり、かつマグネシウム塩と縮合リン酸塩とからなる組合せを除く。従属請求項は、本発明による方法の好ましい実施態様に向けられている。
【0011】
安定剤として使用すべきマグネシウム化合物の中では、水溶性の化合物、例えば硫酸マグネシウム、塩化マグネシウム及び酢酸マグネシウムが好ましい。特に有利には、ヒドロキシカルボン酸、アミノカルボン酸、アミノホスホン酸、ホスホノカルボン酸及びヒドロキシホスホン酸の中からのキレート錯化剤のマグネシウム塩を使用することである。そのような塩は、それらのマグネシウム分並びに錯化剤分に基づき相乗作用する。好ましい一実施態様によれば、マグネシウム化合物は、Mg2+ 100〜1000ppm(ppm=100万分の1部)及び特に好ましくは100〜500ppm及び特にMg2+ 200〜250ppmに相応する量で使用される。有利には、マグネシウム化合物は、方法の実施の際に、噴霧すべき過酸化水素溶液に添加される。
【0012】
本発明により使用すべきキレート錯化剤の中では、ニトリロ三酢酸、イミノ二酢酸、エチレンジアミン四酢酸、イミノジスクシネート、酒石酸、グルコン酸、アミノトリ(メチレン)ホスホン酸、エチレンジアミンテトラ(メチレン)ホスホン酸、ジエチレントリアミンペンタ(メチレン)ホスホン酸、トリ−、テトラ−、ペンタ−及びヘキサメチレンテトラ(メチレン)ホスホン酸及び1−ヒドロキシエタン−1,1−ジホスホン酸及びその水溶性の塩、特にナトリウム塩、アンモニウム塩及びマグネシウム塩の中からの化合物が使用される。キレート錯化剤の使用量は、好ましくは100〜1,000ppm、特に200〜1,000ppmの範囲である。別の好ましい一実施態様によれば、キレート錯化剤又はその塩は、噴霧すべきソーダ溶液もしくはソーダ懸濁液に添加される。
【0013】
安定化の目的には、噴霧すべきソーダ溶液もしくはソーダ懸濁液に、好ましくは付加的に水ガラスも添加される。通常、水ガラスは、過炭酸ナトリウムに対して、SiO2約1質量%の量で使用される。多量すぎる水ガラスを使用する1つの欠点は、過炭酸ナトリウムの溶解速度が低下することである。この欠点を最小限にするために、当工業界は、SiO2−含量を過炭酸ナトリウムに対して、明らかに1質量%未満の値に減少させることに興味を持っている。1つ又はそれ以上の本発明により使用すべき安定化作用を有している添加剤及び付加的に水ガラスの使用により、SiO2含量を、SiO2 約0.5質量%及びそれ未満、またSiO2 0.1質量%の値に低下させることが可能である。
【0014】
過炭酸ナトリウムの製造のための流動床−噴霧造粒法の実施のための方法は、当工業界に公知であり、−例示的にドイツ連邦共和国特許出願公開(DE−OS)第27 33 935号明細書及びドイツ連邦共和国特許出願公開(DE−OS)第43 29 205号明細書に指摘されており、その開示内容は本明細書中に取り入れられる。
【0015】
本方法の好ましい一実施態様によれば、30〜75質量%の過酸化水素溶液及び20〜60質量%の、好ましくは30〜50質量%のソーダ溶液もしくはソーダ懸濁液は、過炭酸ナトリウム粒子を含有する流動床中へ噴霧される。これらの溶液の少なくとも1つ又は懸濁液は、本発明により使用すべき少なくとも1つの安定化添加剤を有効な濃度で含有し;好ましくは、相乗作用的な安定剤の組合せが使用される。特に好ましくは、双方の溶液又は溶液及び懸濁液は、溶液の外部混合部を備えた三成分−又は四成分−噴霧ノズルの使用下に、流動床中へ噴霧される。前記のノズルは、1つの中央管及びその周りに配置された2つ又は3つのジャケット管を含み、その際、中央管は中央管半径の2〜10倍だけジャケット管を越えて延在している。三成分ノズルの場合に、H2O2溶液は、好ましくは中央管に及びソーダ溶液又はソーダ懸濁液は、隣接したジャケット管に導通され;外側のジャケット管に、溶液の噴霧のための噴霧ガスは導かれる。四成分−噴霧ノズルの使用下での実施態様の場合に、好ましくは、中央管に隣接したジャケット管に並びに最も外側のジャケット管に噴霧ガスは導かれ;この配置により、双方の溶液は外部混合され、かつ同時に微気候(Mikroklima)が生じる。過炭酸ナトリウムの限定された安定性に関して、双方の溶液もしくはH2O2溶液及びソーダ懸濁液の噴霧の間の流動床の温度を、50〜70℃の範囲の流動床中の温度に維持することが有利である。
【0016】
好ましい一実施態様によれば、流動床−噴霧造粒は、反応器中の核形成又は 核導入(Keimeinschleusung)及び粒状物の分級作用を有している吐出しを備え、連続的に運転される流動床装置中で実施される。
【0017】
特にゼオライトのような洗剤成分の存在での過炭酸ナトリウムの貯蔵安定性を高めるために、本発明によれば入手可能な顆粒状の過炭酸ナトリウムはその形成に引き続いて、単層又は多層に被覆することは有利である。この際、当工業界に公知の方法が、過炭酸ナトリウムを被覆するのに使用されてよい。被覆成分は、主に、それ自体で水和物を形成しうる化合物、例えば硫酸ナトリウム、硫酸マグネシウム、炭酸ナトリウム及び重炭酸ナトリウム、ホウ酸塩及び過ホウ酸塩である。付加的に、しばしば水ガラスは、複数の成分を含有している被覆中の成分として使用される。特に好ましい一実施態様によれば、被覆は、本質的に硫酸ナトリウム及びその水和物である。
【0018】
本発明の別の対象は、本発明による方法により入手可能な顆粒状の過炭酸ナトリウムに向けられている。過炭酸ナトリウム粒子は、流動床−噴霧造粒に典型的であるような、本質的に球形であり、かつ層状粒子構造を有する。生成物は、粒子中に本質的に均一に分布して、Mg2+ 50〜2,000ppm、好ましくは100〜1000ppm及び特にMg2+ 200〜500ppmの範囲の量のマグネシウム塩含量及び/又は50〜2,000ppm、特に200〜1,000ppmの量の1つ又はそれ以上の前もって開示されたようなキレート錯化剤含量を有するが、しかしながらマグネシウム塩と縮合リン酸塩とからなる組合せを含有しない。生成物は、さらに、8μW/gに等しいか又はそれ未満、特に7μW/g未満、及び特に好ましくは約4〜6Mw/gのTAM値を有することにより特徴付けられている。記載されたTAM値は、Thermometric AB社、Spjutvaegen 5a、S−175 61 JaerfaellaのThermal Activity Monitorsを用いる測定に基づき;記載された測定値は、40℃で48hの貯蔵後に測定セル中で見出された測定値である。好ましくは、生成物は付加的に1〜3のSiO2/Na2O率を有する水ガラスを0.1〜0.5質量%の範囲の量で含有する。Mg2+及びSiO2の組合せにより、低いSiO2使用量の場合にも低いTAM値及び同時に短い溶解時間が達成されうる。
【0019】
本発明の利点は、低いTAM値を有する顆粒状の過炭酸ナトリウムが、本発明による安定化作用を有している添加剤及び添加剤組合せの使用による公知の流動床−噴霧造粒法により入手可能であることにある。低いTAM値により、過炭酸ナトリウムを安全面の危険なしに多量に貯蔵することが可能である。本発明による安定化添加剤の選択により、付加的に、約1質量%のケイ酸含量を有する多くの市販製品よりも迅速に溶解する製品を提供することが可能である。次の例は、本発明を説明する。
【0020】
実施例
一般的な作業規定:
ダストリサイクル及び核導入のための装置並びに分級作用を有している吐出しを備えた流動床−噴霧造粒のための実験室装置中で、装入された過炭酸ナトリウムの流動化後に、三成分−噴霧ノズルを用いて、43質量%の過酸化水素水溶液及び30質量%のソーダ溶液を噴霧した。噴霧速度は:H2O2溶液3.42kg/h及びソーダ溶液9.54kg/hであった。マグネシウム塩として、それぞれ硫酸マグネシウムを使用し、かつH2O2溶液に添加した。使用されるキレート錯化剤を、ソーダ溶液に添加した。過炭酸ナトリウム中のSiO2含量の調節のために、1.8〜2(SiO2/Na2O)の範囲の率を有する水ガラスを噴霧すべきソーダ溶液に添加した。次の第1及び2表からは、それぞれ製造すべき過炭酸ナトリウムに対して、様々な安定化添加剤及び添加剤組合せ並びに様々な添加剤−使用量の使用下での実験、及び40℃で48h後に測定した生じたTAM値が引き出されうる。実験から、硫酸マグネシウムの使用によりSiO2含量が減少されうるので、低いTAM値−約5μW/g−及び同時に高い溶解速度も有する生成物が得られることが結論される。
【0021】
第3表に表された実験が示すように、過炭酸ナトリウムの溶解時間は、一定の低いSiO2含量(ここでは0.1質量%)でMg2+量が増加するにつれ意外なことに激しく低下する。
【0022】
マグネシウムとキレート錯化剤との組合せにより、低いTAM値を有する生成物が得られるだけではなくて、むしろ同時に、不溶性マグネシウム塩の沈殿による運転上の妨害も回避される。
【0023】
本発明によるキレート錯化剤の使用が、TAM値の低下をもたらすのに対して、活性酸素化合物用の他の公知の安定剤、例えば二ピコリン酸は、TAM値の低下に基づいて殆ど有効ではないことが判明した。
【0024】
溶解時間の測定:溶解時間は、使用された過ホウ酸ナトリウム試料2gの95%が水1l当たり15℃で溶解される時間を記載した。この時間は、電気伝導率の変化に関して測定される。測定のためには、ガラスからなるサーモスタット付き測定セル(D:=90mm、H1=150mm)が使用される。測定の間に、毎分回転数340±5で4翼−撹拌機で撹拌される。
【0025】
【表1】
【0026】
【表2】
【0027】
【表3】
Claims (10)
- 炭酸ナトリウム水溶液又は炭酸ナトリウム懸濁液及び過酸化水素水溶液を、少なくとも1つの安定性を高める添加剤の存在で、過炭酸ナトリウム粒子を含有している流動床中へ噴霧し、かつ同時に水を40〜95℃の範囲の流動床温度で蒸発させることによって、流動床−噴霧造粒により顆粒状の過炭酸ナトリウムを製造する方法において、
添加剤として、マグネシウム化合物をMg2+ 50〜2,000ppmの量で及び/又はヒドロキシカルボン酸、アミノカルボン酸、アミノホスホン酸、ホスホノカルボン酸、ヒドロキシホスホン酸並びに前記の酸のアルカリ金属塩、アンモニウム塩又はマグネシウム塩の中からのキレート錯化剤を50〜2,000ppmの量で使用することを特徴とする、流動床−噴霧造粒による顆粒状の過炭酸ナトリウムの製造方法、
但し、その都度使用量は製造すべき過炭酸ナトリウムに基づくものであり、かつマグネシウム塩と縮合リン酸塩とからなる組合せを除く。 - 水溶性のMg化合物、特に硫酸Mg、酢酸Mg又はキレート錯化剤のMg塩を、Mg2+ 100〜1000ppm、特に200〜1000ppmの量で使用する、請求項1記載の方法。
- Mg化合物を噴霧すべきH2O2水溶液に添加する、請求項1又は2記載の方法。
- ニトリロ三酢酸、イミノ二酢酸、エチレンジアミン四酢酸、イミノジスクシネート、酒石酸、グルコン酸、アミノトリ(メチレン)ホスホン酸、エチレンジアミンテトラ(メチレン)ホスホン酸、ジエチレントリアミンペンタ(メチレン)ホスホン酸、トリ−、テトラ−、ペンタ−及びヘキサメチレンテトラ(メチレン)ホスホン酸及び1−ヒドロキシエタン−1,1−ジホスホン酸又は前記の酸のNa塩、K塩又はMg塩の中からの錯化剤を使用する、請求項1から3までのいずれか1項記載の方法。
- 錯化剤を100〜1,000ppm、特に200〜1,000ppmの範囲の量で使用し、かつこの錯化剤をH2O2溶液及び/又はソーダ溶液又はソーダ懸濁液に添加する、請求項1から4までのいずれか1項記載の方法。
- 付加的に、1〜3、特に1〜2の範囲のSiO2/Na2O率を有する水ガラスを、過炭酸ナトリウムに対してSiO2 0.1〜1質量%、特に0.1〜0.5質量%に相応する量で、安定剤として使用する、請求項1から5までのいずれか1項記載の方法。
- 30〜75質量%のH2O2水溶液及び20〜60質量%、特に30〜50質量%の範囲のNa2CO3含量を有するソーダ溶液又はソーダ懸濁液を、1つの中央管及びその周りに配置された2つ又は3つのジャケット管を、含んでいる外部混合部を備えた三成分−噴霧ノズル又は四成分−噴霧ノズルの使用下に噴霧し、その際、この少なくとも1つの溶液又は懸濁液が、Mg化合物及び/又は前記のキレート錯化剤の中からの添加剤を含有しており、中央管が、中央管半径の2〜10倍だけジャケット管を越えて延在している、請求項1から6までのいずれか1項記載の方法。
- (i)流動床−噴霧造粒により得ることができる粒子構造、
(ii)粒子中に本質的に均一に分布し、Mg2+ 50〜2,000ppmの量のマグネシウム化合物含量及び/又は50〜2,000ppmの量の、ヒドロキシカルボン酸、アミノカルボン酸、アミノホスホン酸、ホスホンカルボン酸、ヒドロキシホスホン酸並びに前記の酸のアルカリ金属塩、アンモニウム塩及びマグネシウム塩の中からの1つ又はそれ以上のキレート錯化剤含量を特徴とする、顆粒状の過炭酸ナトリウム、
但し、Mg塩と縮合リン酸塩とからなる組合せ、及び40℃で48h後に測定した、8μW/gに等しいか又はそれ未満、特に7μW/g未満のTAM−値を除く。 - 1つ又はそれ以上の水和物形成性塩からなる単層又は多層の安定化被覆を有している、請求項8記載の顆粒状の過炭酸ナトリウム。
- 粒子中に、付加的に水ガラスが、SiO2 0.1〜1質量%、特にSiO2 0.1〜0.5質量%の範囲の量で、本質的に均一に分布して存在している、請求項8又は9記載の顆粒状の過炭酸ナトリウム。
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