WO2011045266A1 - Verfahren zur herstellung eines pulvers enthaltend eines oder mehrere komplexbildnersalze - Google Patents

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spray
complexing agent
aqueous solution
drying
salts
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Frank Mrzena
Ulrich Menge
Michael SCHÖNHERR
Thomas Heidenfelder
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Basf Se
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    • C11D17/00—Detergent materials or soaps characterised by their shape or physical properties
    • C11D17/06—Powder; Flakes; Free-flowing mixtures; Sheets

Definitions

  • the invention relates to a process for the preparation of a powder containing one or more complexing agent salts of general formula I.
  • aminopolyphosphonates, polycarboxylates or aminopolycarboxylates such as ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), which are frequently used as complexing agents, for example in detergents and cleaners, are only slightly biodegradable.
  • EDTA ethylenediaminetetraacetic acid
  • glycine-N, N-diacetic acid derivatives such as methylglycine-N, N-diacetic acid (MGDA) and its salts - e.g. the trialkali metal salts - which have beneficial toxicological properties and are readily biodegradable.
  • MGDA methylglycine-N, N-diacetic acid
  • salts e.g. the trialkali metal salts - which have beneficial toxicological properties and are readily biodegradable.
  • the use of MGDA and related glycine-N, N-diacetic acid derivatives in detergents and their syntheses are e.g. in WO-A 94/029421 or US 5,849,950.
  • For a cost-effective production of glycine-N, N-diacetic acid derivatives high demands are placed on the yield of the individual synthesis steps and purity of the isolated intermediates.
  • MGDA is prepared in particular by reaction of iminodiacetonetril with acetaldehyde and hydrocyanic acid or of alpha-alanine nitrile with formaldehyde and hydrocyanic acid and alkaline hydrolysis of the intermediate methylglycinediacetonitrile (MGDN) with sodium hydroxide solution, the trisodium salt of the MGDA being obtained.
  • MGDN is generally isolated as an intermediate and used as a pure substance in the subsequent hydrolysis step.
  • the problem with the hydrolysis of alkylglycinnitrile-N, N-diacetonitriles is their thermal lability, especially in the alkaline medium.
  • the object is achieved by a process for producing a powder comprising one or more complexing agent salts of the general formula
  • n and m are each an integer from 0 to 5 and
  • R '" is hydrogen or a Ci-Ci2-alkyl radical or a C 2 -C 2 -alkenyl radical, which may be additionally substituted with up to 5 hydroxyl groups, or one of the moieties
  • M is independently of one another hydrogen, alkali metal, alkaline earth metal, ammonium or substituted ammonium in the corresponding stoichiometric amounts
  • the sputtering step with the addition of crystalline particulate matter of the same or the same complexing agent salts, as contained in the aqueous solution, or one or more different complexing agent salts of the above formula I, with an upper limit for the average particle diameter of the crystalline particulate matter by at least the Factor 2 is smaller than the lower limit of the mean particle diameter of the powder obtained by the method,
  • a spray is made available which in a continuous phase of an inert gas, in particular air, as a disperse phase liquid droplets of the aqueous starting solution containing the one or more complexing agent salts and next to another disperse solid Phase, containing the crystalline fine dust of one or more complexing agent salts.
  • the crystalline fine dust offers crystallization nuclei during the drying process, during which the droplets of the aqueous solution crystallize out and grow up.
  • the particle size in the drying zone can be increased and the granulometry of the powder obtained in the process can be positively influenced.
  • the crystalline fine powder also has the effect of powdering the wet powder obtained in the spray-drying plant.
  • the term powder is understood to mean a flowable solid which has mean particle sizes in the range from about 1 ⁇ m to about 10 mm; for the coarser particles from the range defined above, from about 100 ⁇ , the term "granules" is alternatively used.
  • the powder containing one or more of the above complexing agent salts is prepared according to the invention in a spray-drying process.
  • spray-drying method in the present case as a generic term all processes in which a liquid starting material which may be present as a solution or dispersion is atomized and dried with the aim of producing a solid.
  • a spray-drying process is characterized by the atomization and drying steps. These can be carried out in the same apparatus or also in rear-connected areas of the same apparatus.
  • the first process step of any spray-drying process is to atomize the liquid starting material into an inert gas, usually air, to give a spray, wherein the spray as the continuous phase is the inert gas, usually air, and as dis-continuous phases finely divided liquid droplets of the liquid starting material and additionally in addition, according to the method of the invention disperse solid phase formed from the crystalline particulate matter of the one or more complexing agent salts.
  • the spray is characterized by a particular droplet size distribution and droplet size distribution width (Span).
  • Span droplet size distribution width
  • Spray drying in the strict sense, agglomerative spray drying, spray agglomeration and spray granulation.
  • Spray drying in the narrower sense is the historically oldest spray drying process. It is carried out in spray towers.
  • the first spray towers were built by Niro in the 1930s. Although the types of spray towers are different, the principle is always the same: each droplet of the spray obtained in the spray tower should produce exactly one particle at a time. Since the residence time in the spray towers is limited, the droplets in the spray tower may only be very small in order to dry in the spray tower.
  • the average particle size of spray powders, which is obtained by spray drying in the strict sense is often in the range of about 50 ⁇ to about 300 ⁇ .
  • so-called agglomerative spray drying developed by spray tower manufacturers in the 1980's may be carried out to reduce the dust content in the spray powder.
  • the fine fraction of the spray powder is separated in the spray tower and recycled into the area of the atomizer.
  • There the particles come in contact with the still liquid spray and can agglomerate, i. two or more small particles combine to form a larger particle, the so-called agglomerate.
  • a fluidized bed is integrated into the spray tower to increase the residence time.
  • Such spray towers with integrated fluidized bed are known, for example, as Fluidized Spray Dryer (FSD) from Niro or Spray Bed Dryer (SBD) from Anhydro.
  • the so-called spray agglomeration powder which is present in a mixer with moving internals is connected to larger particles, so-called agglomerates, by spraying binder liquid.
  • a dryer In the spray agglomeration in a mixer, a dryer must be connected downstream, which may be in particular a fluidized bed. The spray agglomeration can be carried out both continuously and discontinuously.
  • the so-called spray granulation the liquid starting material is sprayed into a fluidized bed. The drops of the spray are predominantly deposited on the granules already present in the fluidized bed and contribute to their further growth.
  • the final product is often recovered via sieving or sifting from the wider fluid bed bed fraction. Coarse material is often ground and recycled together with the separated fines in the fluidized bed. The process is thus more complicated than the spray drying in the strict sense or the spray agglomeration. However, larger particles and narrower particle size distributions can be achieved.
  • the spray-drying process according to the invention can preferably be carried out in each of the process variants described above, it being imperative that crystalline particulate matter of the same or the same complexing agent salts as contained in the aqueous starting solution or one or more different complexing agent salts of the above formula I are used in the sputtering step , with an upper limit for the average particle diameter of the crystalline particulate matter which is at least a factor of 2 smaller than the lower limit of the mean particle diameter of the powder obtained after the spray-drying process.
  • the average particle diameters of the crystalline particulate matter and the powder obtained by the process of the present invention are usually determined by methods such as laser diffraction (e.g., Malvern) or optical methods (e.g., CamSizer).
  • the mean particle diameters of the powders thus obtained are often in a range of about 50 to 300 ⁇ m.
  • crystalline fine dust with an upper limit for the mean particle diameter of not more than 25 ⁇ m must be used in the atomization step.
  • powders are obtained which frequently have an average particle diameter in the range from about 200 to 2000 ⁇ m.
  • crystalline fine dust must be used for which the permissible upper limit for the mean particle diameter is at most 100 ⁇ m.
  • the proportion by weight of the addition of crystalline fine dust in the spray-drying process according to the invention is in the range from about 0.1 to 20% by weight, based on the weight of the powder obtained by the process, preferably about 4 to 10 Wt .-%, based on the total weight of the obtained by the process powder.
  • the one or more complexing agent salts correspond to the general formula
  • R ' is hydrogen or one of the groupings
  • n and m are each an integer from 0 to 5 and
  • R '" is hydrogen or a Ci-Ci2-alkyl radical or a C 2 -C 2 -alkenyl radical, which may be additionally substituted with up to 5 hydroxyl groups, or one of the moieties
  • M is independently hydrogen, alkali metal, alkaline earth metal, ammonium or substituted ammonium in the corresponding stoichiometric amounts. These are preferably derivatives of glycine-N, N-diacetic acid or derivatives of glutamine-N, N-diacetic acid. Also preferred are derivatives of ethylenediaminetriacetic acid or nitrilotriacetic acid.
  • Alkali salts of methylglycine-N, N-diacetic acid are particularly preferred as derivatives of glycine-N, N-diacetic acid.
  • the drying step of the spray-drying process is preferably carried out at a pressure in the range from about 0.1 bar absolute to 10 bar absolute, in particular at a pressure in the range from about 0.8 bar absolute to 2 bar absolute.
  • the residence time in the drying step is preferably in a range of about 10 seconds to 1 hour.
  • the invention also provides a formulation comprising the powder obtained according to the process described above or an aqueous solution thereof as a complexing agent for alkaline earth and heavy metal ions, in the amounts customary therefor, in addition to other conventional constituents of such formulations.
  • the formulations may in particular be detergent and cleaner formulations.
  • Another object of the invention is also the use of a powder obtained by the above process for the production of press agglomerates, and a use of the press agglomerates for use in solid detergents.
  • the above cleaning agents may be provided in particular for automatic dishwashers.
  • these may be tabs for dishwashers.
  • the spray-drying process according to the invention can also be carried out with mixtures of one or more complexing agent salts and other substances.
  • Further substances are to be understood as meaning, in particular, auxiliaries and additives customarily used in the washing and cleaning industry.
  • auxiliaries and additives customarily used in the washing and cleaning industry.
  • surfactants, polymers, inorganic salts, and / or citrates can be used.
  • inorganic salts such as carbonates, sulfates, phosphates, silicates
  • organic salts such as citrates
  • Polymers such as polycarboxylates or sulfonated polymers or phosphonates.
  • Such mixtures make the production process for the production of detergents and cleaners easier.
  • the powders obtained by the above process can also be used in particular in blends with customary auxiliaries and additives.
  • a methylglycine-N, N-diacetic acid trisodium salt powder having a degree of crystallinity of> 30% and comprising a first crystalline modification with the following d values in angstroms at the diffraction angles 2-theta in ° can be obtained by the process according to the invention:
  • FIGS. 2 to 4 X-ray diffractograms for each powder obtained according to embodiments 2 to 4 (according to the invention).
  • the X-ray powder diffractometer measurements were carried out on a D8 Advance® diffractometer from Bruker AXS (Karlsruhe). Measured was in reflection with Cu-K a radiation with a variable aperture setting on the primary and secondary side. The measuring range was 2 ° to 80 ° 2-theta, the step size 0.01 ° and the measuring time per angular step 3.6 seconds.
  • the degree of crystallinity was determined in a known manner by determining, as usual, the area ratio of the crystalline phase and the amorphous phase, and from this the crystallinity degree, KG, as the ratio of the area of the crystalline phase, l c , to the total area calculated from the area of the amorphous phase, l a , and the area of the crystalline phase, l c ,
  • the determination of the degree of crystallinity can be carried out in particular using a software program, for example the software program TOPAS® from Bruker AXS.
  • an amorphous sample is first measured and the line course is fitted with the aid of six individual lines in a profile fit. Thereafter, the line positions of these lines and their half-widths are fixed and these values are stored as "amorphous phase".
  • the area fraction of the crystalline phase and the area fraction of the amorphous phase are determined and from this the crystallinity degree KG is calculated according to the formula given above.
  • the amorphous phase is used as defined above.
  • the underground is fitted as a polynomial of the first degree.
  • the program TOPAS® calculates the optimal fit between the measured diffractogram and the theoretical diffractogram consisting of amorphous and crystalline phase. embodiments
  • EMBODIMENT 1 (Comparative) Conventional Spray Drying Without Addition of Crystalline Fine Dust
  • a mass flow of 60 kg / h of an aqueous solution of Na3-MGDA with a solids content of 40% was carried out in a plate heat exchanger evaporator (heating surface). 1, 7 m 2 ) to a solids content of 59% and deposited in a separating vessel.
  • the evaporation took place at a wall temperature of 152 ° C. (steam heating) and at a pressure of 2.5 bar abs in the separator.
  • the evaporated solution was metered at a temperature of about 128 ° C with a gear wheel pump in the downstream piston diaphragm pump and sprayed with a single-fluid nozzle in a spray tower.
  • the spray tower had a diameter of 800 mm and a length of 12 m.
  • the spray tower was operated with an air volume of 1400 kg / h and a gas inlet temperature of 160 ° C.
  • the product outlet temperature was 127 ° C. and the solids content of the dry product was 94.1%.
  • the product was deposited via a 2-point discharge (directly at the spray tower and at the downstream filter).
  • the product thus prepared was a free-flowing powder.
  • the bulk density was 529 kg / m 3 .
  • the X-ray structure analysis shows that the product is amorphous.
  • the storage behavior of this sample was evaluated in the desiccator test. For this purpose, a sample of 3 g is stored in an open weighing dish in a desiccator at 20 ° C and a relative humidity of 76% over a period of 144 hours. Subsequently, the mass increase of the sample is determined and the flowability of the sample is evaluated. The mass increase was 27.1% and the sample was annealed, i. she was wet and no longer pourable.
  • Exemplary embodiment 2 (according to the invention) Spray tower with addition of crystalline fine dust
  • a mass flow of 75 kg / h of an aqueous solution of Na3-MGDA with a solids content of 40% was evaporated in a plate heat exchanger evaporator (heating surface 1.7 m 2 ) to a solids content of 60% and deposited in a separating vessel.
  • the evaporation took place at a wall temperature of 156 ° C. (steam heating) and at a pressure of 2.5 bar abs in the separator.
  • the evaporated solution was metered at a temperature of about 130 ° C with a gear wheel pump in the downstream piston diaphragm pump and sprayed with a single-fluid nozzle in a spray tower.
  • the spray tower had a diameter of 800 mm and a length of 12 m.
  • the spray tower was operated with an air volume of 1400 kg / h and a gas inlet temperature of 202 ° C.
  • a mass flow of 4 kg / h of crystalline fine dust Na3-MGDA was injected by means of an injector.
  • the product outlet temperature was 99 ° C and the solids content of the dry product 90.2%.
  • the product was deposited via a 2-point discharge (directly at the spray tower and at the downstream filter).
  • the product thus prepared was a free-flowing powder.
  • the bulk density was 568 kg / m 3 .
  • the X-ray structure analysis shows that the product is crystalline.
  • the storage behavior of this sample was evaluated in the desiccator test. For this purpose, a sample of 3 g is stored in an open weighing dish in a desiccator at 20 ° C and a relative humidity of 76% over a period of 144 hours. Subsequently, the mass increase of the sample is determined and the flowability of the sample is evaluated. The mass increase was 20.4% and the sample was baked only slightly and could be brought by light tapping back into the free-flowing state.
  • Embodiment 3 (According to the Invention) Agglomerating Spray Drying in a Spray Tower with Integrated Fluidized Spray Drives (FSD)
  • 500 g of a 41% Na3-MGDA aqueous solution having a total solids content of 46% by weight was diluted with 150 g of deionized water.
  • the solution was then stirred in a glass flask with stirrer at room temperature and then fed into a spray dryer with integrated fluidized bed on a laboratory scale, under supply of drying air at 130 ° C, a supply air temperature of the fluidized bed of 1 10 ° C and atomized via a two-fluid nozzle.
  • the liquid droplets were dried, forming the granulation nuclei in the bed.
  • the bed temperature was then lowered to initiate the granulation phase, with the granulation cores being agglomerated with feed solution.
  • the resulting granules were continuously withdrawn from the spray dryer.
  • the granulation of the solution was carried out in a range for the bed temperature between 64 ° C and 74 ° C.
  • the product had a residual moisture content of 6.5% by weight, a high bulk density of 700 kg / m 3 and was very free flowing.
  • the product After 144 hours in an eksiccator at 20 ° C and 76% relative humidity, the product remained free-flowing and the X-ray diffraction pattern (Figure 3) shows a crystalline content of 70%.
  • Exemplary embodiment 4 (according to the invention) spray granulation with the addition of crystalline fine dust
  • Aqueous Na3-MGDA solution having a solids content of 48.8% was spray granulated on a continuous laboratory spray fluidized bed.
  • the conical fluidized bed with a diameter of 150 mm at the bottom and 300 mm at the top had internal hose filters and a pneumatic atomizing nozzle, which was sprayed into the fluidized bed from below.
  • the fluidized bed was operated with 55 Nm 3 / h of nitrogen inlet temperature of 140 ° C and a fluidized bed temperature of 79 ° C.
  • Na3-MGDA - spray granules from previous experiments was filled as a template. Over a period of 1, 92 hours, a total of 6.03 kg of solution was sprayed.
  • the pneumatic atomizing nozzle was operated with 4.7 Nm 3 / h of nitrogen at room temperature and at a pressure of 3.3 bar (absolute). Solid was released via a screw from the Fluidized bed discharged so that the fluidized bed height remained constant. The discharged solid was sifted out every 30 minutes. In the particle size range of 355 to 1250 ⁇ were 46.8% of the discharged particles. The bulk density of this fraction was 778 kg / m 3 and its water content was 1 1, 8 mass%. The screened fine fraction of less than 355 ⁇ m was returned to the fluidized bed every 30 minutes.
  • the product thus produced was a free-flowing granulate.
  • the X-ray structure analysis shows that the product contains crystals of the above-defined first modification and is 71% crystalline.
  • the storage behavior of this sample was evaluated in the desiccator test. For this purpose, a sample of 3 g is stored in an open weighing dish in a desiccator at 20 ° C and a relative humidity of 76% over a period of 144 hours. Subsequently, the mass increase of the sample is determined and the flowability of the sample is evaluated. The mass increase was 25.8% and the sample was baked only slightly and could be brought by light tapping back into the free-flowing state.

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Abstract

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Herstellung eines Pulvers enthaltend eines oder mehrere Komplexbildnersalze der allgemeinen Formel (I) ausgehend von einer wässrigen Lösung, enthaltend das eine oder die mehreren Komplexbildnersalze in einer Konzentration von 10 bis 80 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der wässrigen Lösung, - in einem Sprühtrocknungsverfahren, umfassend einen Zerstäubungsschritt und einen Trocknungsschritt, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Zerstäubungsschritt unter Zusatz von kristallinem Feinstaub desselben oder derselben Komplexbildnersalze, wie sie in der wässrigen Lösung enthalten sind, oder eines oder mehrerer hiervon verschiedener Komplexbildnersalze, mit einer Obergrenze für den mittleren Partikeldurchmesser des kristallinen Feinstaubs, die um mindestens den Faktor 2 kleiner ist als die Untergrenze des mittleren Partikeldurchmessers des nach dem Verfahren erhaltenen Pulvers, in einem Anteil von 0,1 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des nach dem Verfahren erhaltenen Pulvers, durchgeführt wird.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Pulvers enthaltend eines oder mehrere Komplexbildnersalze
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Pulvers enthaltend eines oder mehrere Komplexbildnersalze der allgemeinen Formel I
Figure imgf000003_0001
sowie eine Verwendung der obigen Pulver.
Die häufig als Komplexbildner beispielsweise in Wasch- und Reinigungsmitteln eingesetzten Aminopolyphosphonate, Polycarboxylate oder Aminopolycarboxylate, wie Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA), sind nur in geringem Maße biologisch abbaubar.
Eine preiswerte Alternative stellen die Glycin-N,N-diessigsäurederivate, wie die Methylglycin-N,N-diessigsäure (MGDA) und deren Salze - z.B. die Trialkalimetallsalze - dar, welche vorteilhafte toxikologische Eigenschaften aufweisen und gut biologisch abbaubar sind. Die Verwendung von MGDA und von verwandten Glycin-N,N- diessigsäurederivaten in Reinigungsmitteln sowie deren Synthesen sind z.B. in WO-A 94/029421 oder US 5,849,950 beschrieben. Für eine kostengünstige Produktion der Glycin-N,N-diessigsäurederivate werden hohe Anforderungen an die Ausbeute der einzelnen Syntheseschritte und Reinheit der isolierten Zwischenprodukte gestellt.
MGDA wird insbesondere durch Umsetzung von Iminodiacetontril mit Acetaldehyd und Blausäure oder von alpha-Alaninnitril mit Formaldehyd und Blausäure und alkalischer Hydrolyse des als Zwischenprodukt erhaltenen Methylglycindiacetonitrils (MGDN) mit Natronlauge hergestellt, wobei das Trinatriumsalz des MGDA erhalten wird. Um hohe MGDA-Ausbeuten und -Reinheiten zu erzielen, wird MGDN in der Regel als Zwischenprodukt isoliert und als Reinstoff in dem sich anschließenden Hydrolyseschritt eingesetzt. Problematisch bei der Hydrolyse von Alkylglycinnitril-N,N-diacetonitrilen ist ihre thermische Labilität, insbesondere im alkalischen Milieu. Durch die sterisch anspruchsvolle Alkylsubstitution werden Rückspaltungsreaktionen begünstigt. Deshalb sind Verfahren entwickelt worden, die möglichst zu nebenproduktarmen Formen des MGDA und seiner Salze führen. Ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von nebenproduktarmen Salzen des MGDA wird in der WO 2006/120129 beschrieben. Die moderneren Herstellverfahren führen im Allgemeinen zu etwa 35-40 gew.-%igen wässrigen Lösungen, aus denen danach die Salze in fließfähiger Form hergestellt werden. Eines der bekannten Aufarbeitungsverfahren im Stand der Technik ist die Überführung derartiger wässriger Lösungen in einen Sprühturm. Dabei entstehen überwiegend amorphe Pulver mit einer Restfeuchte in der Größenordnung von beispielsweise 5 Gew.-%. Höhere Restfeuchten sind zwar denkbar, aber in einem Sprühturm eher schwierig zu erzeugen und darüber hinaus auch unerwünscht, weil es dann bei der späteren Lagerung beim Abnehmer oder bei der Verarbeitung Verklumpungen der Pulver geben kann. Es ist weiterhin bekannt, dass ein Granulat solche Nachteile nicht hat und sich deshalb problemloser verarbeiten lässt. Allerdings verlangt die Granulaterzeugung einen zusätzlichen Umarbeitungsschritt nach der Pulvererzeugung im Sprühturm und ist deshalb relativ teuer. Bei diesem Umarbeitungsschritt wird dem Pulver aus dem Sprühturm zusätzliche Feuchtigkeit zugeführt, und es wird unter Erwärmen und Kneten bei einer Verweilzeit in der Größenordnung einer Stunde über eine Kristallisation granuliert. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in EP-A 08 45 456 beschrieben. Es war demgegenüber Aufgabe der Erfindung, ein technisch einfaches Verfahren zur Herstellung von Pulvern der obigen Komplexbildnersalze zur Verfügung zu stellen, die die für den weiteren Einsatz derselben gewünschten Eigenschaften aufweisen, insbesondere gute Lager- und Verarbeitungseigenschaften, die einen erhöhten Kristallinitätsgrad und eine erhöhte Restfeuchte im Bereich von etwa 7 bis 14 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Pulvers, aufweisen, und granulatförmig sind.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Pulvers enthaltend eines oder mehrere Komplexbildnersalze der allgemeinen Formel
Figure imgf000004_0001
in der R' Wasserstoff oder eine der Gruppierungen
R"
oder (CH2)n-N
CO2M (CH2)m— CO2M bedeutet, wobei
R" Wasserstoff, ein C Ci2-Alkylrest oder ein -(CH2)q-COOM-Rest mit q = 1 bis
5 ist
n und m jeweils eine ganze Zahl von 0 bis 5 sind und
R'" Wasserstoff oder ein Ci-Ci2-Alkylrest oder ein C2-Ci2-Alkenylrest ist, der zusätzlich mit bis zu 5 Hydroxylgruppen substituiert sein kann, oder eine der Gruppierungen
-CO2M
"(CH2)- -CO2M oder (CH2)p— N
-CO2M ist, in der o und p jeweils eine ganze Zahl von 0 bis 5 sind, und
M unabhängig voneinander Wasserstoff, Alkalimetall, Erdalkalimetall, Ammonium oder substituiertes Ammonium in den entsprechenden stöchiometrischen Mengen bedeutet,
- ausgehend von einer wässrigen Lösung, enthaltend das eine oder die mehreren Komplexbildnersalze in einer Konzentration von 10 bis 80 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der wässrigen Lösung,
- in einem Sprühtrocknungsverfahren, umfassend einen Zerstäubungsschritt und einen Trocknungsschritt,
das dadurch gekennzeichnet ist, dass
der Zerstäubungsschritt unter Zusatz von kristallinem Feinstaub desselben oder der- selben Komplexbildnersalze, wie sie in der wässrigen Lösung enthalten sind, oder eines oder mehrerer hiervon verschiedener Komplexbildnersalze der obigen Formel I, mit einer Obergrenze für den mittleren Partikeldurchmesser des kristallinen Feinstaubs, die um mindestens den Faktor 2 kleiner ist als die Untergrenze des mittleren Partikeldurchmessers des nach dem Verfahren erhaltenen Pulvers,
in einem Anteil von 0,1 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des nach dem Verfahren erhaltenen Pulvers, durchgeführt wird.
Es wurde gefunden, dass es möglich ist, in einem einfachen Sprühtrocknungsverfahren Pulver der obigen Komplexbildnersalze zu erhalten, die die zur Lagerung und Verarbei- tung erwünschten Eigenschaften aufweisen, indem von einer wässrigen Lösung derselben ausgegangen wird, die in Gegenwart eines kristallinen Feinstaubes zerstäubt wird, das wesentlich kleinere Partikeldimensionen aufweist als die Untergrenze des mittleren Partikeldurchmessers des nach dem Verfahren erhaltenen Pulvers.
Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es wesentlich, dass im Zerstäubungsschritt ein Spray zur Verfügung gestellt wird, das in einer kontinuierlichen Phase eines Inertgases, insbesondere Luft, als disperse Phase Flüssigkeitströpfchen der wässrigen Ausgangslösung, enthaltend das eine oder die mehreren Komplexbildnersalze und daneben eine weitere disperse feste Phase, enthaltend den kristallinen Feinstaub eines oder mehrerer Komplexbildnersalze, enthält. Es wird angenommen, dass der kris- talline Feinstaub Kristallisationskeime während des Trocknungsprozesses anbietet, an denen die Tröpfchen der wässrigen Lösung auskristallisieren und aufwachsen können. Darüber hinaus kann durch Rückführung des feinen, getrockneten Sprühpulvers in die Trocknungszone die Partikelgröße in derselben erhöht und die Granulometrie des im Verfahren erhaltenen Pulvers positiv beeinflusst werden. Das kristalline Feinpulver hat darüber hinaus auch die Wirkung einer Abpuderung des in der Sprühtrocknungsanlage erhaltenen feuchten Pulvers.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff Pulver ein fließfähiger Feststoff verstanden, der mittlere Partikelgrößen im Bereich von ca. 1 μηη bis ca. 10 mm aufweist; für die gröberen Partikel aus dem vorstehend definierten Bereich, ab ca. 100 μηη, ist alternativ auch die Bezeichnung "Granulat" gebräuchlich.
Das Pulver enthaltend eines oder mehrere der obigen Komplexbildnersalze wird erfindungsgemäß in einem Sprühtrocknungsverfahren hergestellt.
Die historisch gewachsenen fachspezifischen Begriffe auf dem Gebiet der Sprühtrocknung werden häufig nicht einheitlich angewandt; daher sollen im Folgenden die für die vorliegende Erfindung maßgeblichen Begriffe erläutert werden: Der Begriff Sprühtrocknungsverfahren bezeichnet vorliegend als Oberbegriff sämtliche Verfahren, bei denen ein flüssiger Ausgangsstoff, der als Lösung oder Dispersion vorliegen kann, mit dem Ziel der Herstellung eines Feststoffes zerstäubt und getrocknet wird. Ein Sprühtrocknungsverfahren ist durch die Verfahrensschritte Zerstäubung und Trocknung gekennzeichnet. Diese können in demselben Apparat oder auch in hinterei- nandergeschalteten Bereichen desselben Apparates durchgeführt werden.
Der erste Verfahrensschritt jedes Sprühtrocknungsverfahrens ist die Zerstäubung des flüssigen Ausgangsstoffes in ein Inertgas, in der Regel Luft, unter Erhalt eines Sprays, wobei das Spray als kontinuierliche Phase das Inertgas, in der Regel Luft, und als dis- kontinuierliche Phasen feinverteilte Flüssigkeitströpfchen des flüssigen Ausgangsstoffes und darüber hinaus zusätzlich, entsprechend dem Verfahren der Erfindung, eine disperse feste Phase umfasst, gebildet aus dem kristallinen Feinstaub des einen oder der mehreren Komplexbildnersalze. Das Spray wird durch eine bestimmte Tröpfchengrößenverteilung und Tröpfchengrößenverteilungsbreite (Span) charakterisiert. Unter den Oberbegriff Sprühtrocknungsverfahren werden insbesondere die nachfolgend aufgeführten besonderen Verfahren subsumiert:
Die Sprühtrocknung im engeren Sinne, die agglomerierende Sprühtrocknung, die Sprühagglomeration sowie die Sprühgranulation.
Die Sprühtrocknung im engeren Sinne ist das historisch älteste Sprühtrocknungsverfahren. Sie wird in Sprühtürmen durchgeführt. Die ersten Sprühtürme wurden in den 1930er Jahren von der Firma Niro gebaut. Obwohl die Bauarten von Sprühtürmen unterschiedlich sind, ist das Prinzip stets das gleiche: Aus jedem Tröpfchen des im Sprühturm erhaltenen Sprays soll jeweils genau ein Partikel entstehen. Da die Verweilzeit in den Sprühtürmen begrenzt ist, dürfen die Tröpfchen im Sprühturm nur sehr klein sein, um im Sprühturm trocknen zu können. Die mittlere Partikelgröße von Sprühpulvern, die durch Sprühtrocknung im engeren Sinne erhalten wird, liegt häufig im Bereich von ca. 50 μηη bis etwa 300 μηη.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Sprühtrocknung in Sprühtürmen kann eine so genannte agglomerierende Sprühtrocknung durchgeführt werden, die von Sprühturmherstellern in den 1980er Jahren entwickelt wurde, um den Staubanteil im Sprühpulver zu reduzieren. Bei diesem Verfahren wird der Feinanteil des Sprühpulvers im Sprühturm separiert und in den Bereich des Zerstäubers rezykliert. Dort kommen die Partikeln mit dem noch flüssigen Spray in Kontakt und können agglomerieren, d.h. zwei oder mehrere kleine Teilchen verbinden sich zu jeweils einem größeren Teilchen, dem so genannten Agglomerat. Da die Agglomerate längere Trocknungszeiten benötigen gegenüber Einzelpartikeln, wird in den Sprühturm zwecks Erhöhung der Verweil- zeit eine Wirbelschicht integriert. Derartige Sprühtürme mit integrierter Wirbelschicht sind beispielsweise als Fluidized Spray Dryer (FSD) der Firma Niro oder Spray Bed Dryer (SBD) der Firma Anhydro bekannt.
In einer weiteren Variante eines Sprühtrocknungsverfahrens, der so genannten Sprüh- agglomeration, wird Pulver, das in einem Mischer mit bewegten Einbauten vorliegt, durch Einsprühen von Bindeflüssigkeit zu größeren Teilchen, so genannten Agglomeraten, verbunden. Bei der Sprühagglomeration in einem Mischer muss ein Trockner nachgeschaltet werden, der insbesondere eine Wirbelschicht sein kann. Die Sprühagglomeration kann sowohl kontinuierlich als auch diskontinuierlich durchgeführt werden. In einer weiteren Verfahrensvariante der Sprühtrocknungsverfahren, der so genannten Sprühgranulation, wird der flüssige Ausgangsstoff in eine Wirbelschicht eingesprüht. Die Tropfen des Sprays werden dabei überwiegend auf den in der Wirbelschicht bereits vorhandenen Granulaten abgeschieden und tragen zu deren weiterem Wachstum bei. Das Endprodukt wird häufig über Sieben oder Sichten aus der breiteren Wirbelschicht-Bettfraktion gewonnen. Grobgut wird oft gemahlen und gemeinsam mit dem abgetrennten Feingut in die Wirbelschicht zurückgeführt. Der Prozess ist damit komplizierter als die Sprühtrocknung im engeren Sinne oder die Sprühagglomeration. Es können jedoch größere Partikeln und engere Partikelgrößenverteilungen erzielt wer- den.
Das erfindungsgemäße Sprühtrocknungsverfahren kann bevorzugt in jeder der oben geschriebenen Verfahrensvarianten durchgeführt werden, wobei jeweils zwingend ist, dass im Zerstäubungsschritt kristalliner Feinstaub desselben oder derselben Komplexbildnersalze wie sie in der wässrigen Ausgangslösung enthalten sind, oder eines oder mehrere hiervon verschiedene Komplexbildnersalze der obigen Formel I eingesetzt werden, mit einer Obergrenze für den mittleren Partikeldurchmesser des kristallinen Feinstaubs, der um mindestens den Faktor 2 kleiner ist als die Untergrenze des mittleren Partikeldurchmessers des nach dem Sprühtrocknungsverfahren erhalte- nen Pulvers.
Die mittleren Partikeldurchmesser des kristallinen Feinstaubs sowie des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Pulvers werden üblicherweise nach Methoden wie Laserbeugung (z.B. Malvern) oder optischen Verfahren (z.B. CamSizer) be- stimmt.
Wenn als Sprühtrocknungsverfahren eine Sprühtrocknung im engeren Sinne durchgeführt wird, liegen die mittleren Partikeldurchmesser der hiernach erhaltenen Pulver häufig in einem Bereich von ca. 50 bis 300 μηη. Entsprechend muss im Zerstäubungs- schritt kristalliner Feinstaub mit einer Obergrenze für den mittleren Partikeldurchmesser von maximal 25 μηη eingesetzt werden.
Wird als Sprühtrocknungsverfahren eine Sprühgranulation durchgeführt, so werden Pulver erhalten, die häufig einen mittleren Partikeldurchmesser im Bereich von etwa 200 bis 2000 μηη aufweisen. Entsprechend muss kristalliner Feinstaub eingesetzt werden, für den die zulässige Obergrenze für den mittleren Partikeldurchmesser maximal 100 μηη beträgt.
Der Gewichtsanteil für den Zusatz an kristallinem Feinstaub im Sprühtrocknungsver- fahren liegt erfindungsgemäß im Bereich von etwa 0,1 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des nach dem Verfahren erhaltenen Pulvers, bevorzugt etwa 4 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des nach dem Verfahren erhaltenen Pulvers.
Bevorzugt wird von einer wässrigen Lösung, die nach der entsprechenden Synthese erhalten wird, ausgegangen, die ca. 30 bis 50 Gew.-% des einen oder der mehreren Komplexbildnersalze enthält, und die in einem dem Sprühtrocknungsverfahren vorgeschalteten Verfahrensschritt in einem Wärmetauscher oder einem Dünnschichtverdampfer auf ca. 55 bis 80 Gew.-% an Komplexbildnersalzen, bezogen auf das Gesamtgewicht der wässrigen Lösung, aufkonzentriert wird.
Das eine oder die mehreren Komplexbildnersalze entsprechen der allgemeinen Formel
Figure imgf000009_0001
in der
R' Wasserstoff oder eine der Gruppierungen
Figure imgf000009_0002
2)m-CO bedeutet, wobei
R" Wasserstoff, ein C Ci2-Alkylrest oder ein -(CH2)q-COOM-Rest mit q = 1 bis
5 ist
n und m jeweils eine ganze Zahl von 0 bis 5 sind und
R'" Wasserstoff oder ein Ci-Ci2-Alkylrest oder ein C2-Ci2-Alkenylrest ist, der zusätzlich mit bis zu 5 Hydroxylgruppen substituiert sein kann, oder eine der Gruppierungen
-CO2M
— (CH2)o— CO2M oder (CH2)— N
-CO2M ist, in der o und p jeweils eine ganze Zahl von 0 bis 5 sind, und
M unabhängig voneinander Wasserstoff, Alkalimetall, Erdalkalimetall, Ammonium oder substituiertes Ammonium in den entsprechenden stöchiometrischen Mengen bedeutet. Bevorzugt handelt es sich hierbei um Derivate der Glycin-N,N-Diessigsäure oder Derivate der Glutamin-N,N-Diessigsäure. Bevorzugt sind auch Derivate der Ethylendiamintriessigsäure oder der Nitrilotriessigsäure.
Besonders bevorzugt sind als Derivate der Glycin-N,N-Diessigsäure Alkalisalze der Methylglycin-N,N-diessigsäure, im Folgenden als MGDA bezeichnet.
Der Trocknungsschritt des Sprühtrocknungsverfahrens wird bevorzugt bei einem Druck im Bereich von etwa 0,1 bar absolut bis 10 bar absolut, insbesondere bei einem Druck im Bereich von etwa 0,8 bar absolut bis 2 bar absolut, durchgeführt.
Die Verweilzeit im Trocknungsschritt liegt vorzugsweise in einem Bereich von etwa 10 Sekunden bis zu 1 h.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Formulierung, enthaltend das gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren erhaltene Pulver oder eine wässrige Lösung desselben als Komplexbildner für Erdalkali- und Schwermetallionen, in den hierfür üblichen Mengen, neben anderen üblichen Bestandteilen solcher Formulierungen.
Die Formulierungen können insbesondere Wasch- und Reinigungsmittelformulierungen sein.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung eines nach dem obi- gen Verfahren erhaltenen Pulvers zur Herstellung von Pressagglomeraten, sowie eine Verwendung der Pressagglomerate zum Einsatz in festen Reinigungsmitteln.
Die obigen Reinigungsmittel können insbesondere für automatische Geschirrspülmaschinen vorgesehen sein. Insbesondere kann es sich hierbei um Tabs für Geschirr- Spülmaschinen handeln.
Das erfindungsgemäße Sprühtrocknungsverfahren kann auch mit Mischungen aus einem oder mehreren Komplexbildnersalzen und weiteren Stoffen durchgeführt werden. Unter weiteren Stoffen sind insbesondere üblicherweise in der Wasch- und Reini- gungsmittelindustrie eingesetzte Hilfs- und Zusatzstoffe zu verstehen. Beispielsweise können Tenside, Polymere, anorganische Salze, und/oder Zitrate eingesetzt werden. Für den Einsatz im Bereich der maschinellen Geschirrreinigung bieten sich beispielsweise anorganische Salze, wie Carbonate, Sulfate, Phosphate, Silikate; organische Salze wie Zitrate; Polymere, wie Polycarboxylate oder sulfonierte Polymere oder Phosphonate an. Durch derartige Mischungen lässt sich der Produktionsprozess für die Herstellung von Wasch- und Reinigungsmitteln einfacher gestalten. Die nach dem obigen Verfahren erhaltenen Pulver können insbesondere auch in Abmischungen mit üblichen Hilfs- und Zusatzstoffen eingesetzt werden.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann insbesondere ein Methylglycin-N,N- Diessigsäure-Trinatriumsalzpulver mit einem Kristallinitätsgrad von >30 % enthaltend eine erste kristalline Modifikation mit den nachfolgend angegebenen d-Werten in Angström bei den Beugungswinkeln 2-theta in ° erhalten werden:
Figure imgf000011_0001
und/oder eine zweite kristalline Modifikation, mit den d-Werten in Angström bei den jeweiligen Beugungswinkeln 2-theta in ° im Röntgen-Pulver-Diffraktogramm entsprechend der nachfolgenden Tabelle: 2-theta (°) d Wert (Angström)
8.2 10.80
10.5 8.40
15.55 5.70
16.47 5.38
17.09 5.18
18.10 4.90
18.82 4.71
21.00 4.23
21.35 4.16
22.64 3.92
23.69 3.75
24.73 3.60
26.75 3.33
28.93 3.08
29.88 2.99
31.46 2.84
31.88 2.80
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung sowie von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen im Einzelnen:
Figur 1 ein Röntgendiffraktogramm für das nach Ausführungsbeispiel 1 (zum Vergleich) erhaltene Pulver, die Figuren 2 bis 4 Röntgendiffraktogramme für jeweils nach den Ausführungsbeispielen 2 bis 4 (erfindungsgemäß) erhaltene Pulver.
Hierbei ist in den Figuren auf der Abszisse der Beugungswinkel 2-theta in °, und auf der Ordinate die gemessene Intensität, in Counts (Impulse) (dimensionslos) aufgeführt.
Die Röntgenpulverdiffraktometer-Messungen wurden an einem Diffraktometer D8 Advance® der Fa. Bruker AXS (Karlsruhe) durchgeführt. Gemessen wurde in Reflexion mit Cu-K a-Strahlung mit einer variablen Blendeneinstellung primär- und sekundärsei- tig. Der Messbereich betrug 2° bis 80° 2-theta, die Schrittweite 0,01 ° und die Messzeit pro Winkelschritt 3,6 Sekunden. Aus den Rontgenpulverdiffraktogrammen wurde der Kristallinitatsgrad in bekannter Weise ermittelt, indem, wie üblich, der Flächenanteil der kristallinen Phase und der amorphen Phase bestimmt wurde und hieraus der Kristallinitatsgrad, KG, als das Verhältnis der Fläche der kristallinen Phase, lc, zur Gesamtfläche, bestehend aus der Flä- che der amorphen Phase, la, und der Fläche der kristallinen Phase, lc, berechnet:
KG = IJ(IC+Ia).
Die Bestimmung des Kristallinitätsgrads kann insbesondere mit einem Softwarepro- gramm, beispielsweise dem Softwareprogramm TOPAS® der Fa. Bruker AXS durchgeführt werden.
Hierzu wird zunächst eine amorphe Probe vermessen und der Linienverlauf mit Hilfe von sechs Einzellinien in einem Profilfit angefittet. Danach werden die Linienlagen die- ser Linien sowie ihre Halbwertsbreiten fixiert und diese Werte als„amorphe Phase" abgespeichert.
Bei der zu vermessenden Probe, für die der Kristallinitätsgrad bestimmt werden soll, wird nun der Flächenanteil der kristallinen Phase und der Flächenanteil der amorphen Phase bestimmt und hieraus nach der vorstehend angegebenen Formel der Kristallinitätsgrad KG berechnet.
Die amorphe Phase wird wie oben definiert verwendet. Die kristalline Phase kann ebenfalls über ihre Einzellinienlagen analog zur amorphen Phase definiert werden, oder anhand folgender Gitterkonstanten, als sog. (hkl)-Phase (a = 33,63, b = 1 1 ,36 und c = 6,20 und Raumgruppe Pbcm), wobei die Gitterparameter frei verfeinerbare Variablen sind. Der Untergrund wird als Polynom 1. Grades angefittet.
Das Programm TOPAS® berechnet die optimale Anpassung zwischen gemessenem Diffraktogramm und dem theoretischen Diffraktogramm bestehend aus amorpher und kristalliner Phase. Ausführungsbeispiele
Ausführungsbeispiel 1 (zum Vergleich) klassische Sprühtrocknung ohne Zusatz von kristallinem Feinstaub Ein Mengenstrom von 60 kg/h einer wässrigen Lösung von Na3-MGDA mit einem Feststoffgehalt von 40% wurde in einem Plattenwärmetauscher-Verdampfer (Heizflä- che 1 ,7 m2) auf einen Feststoffgehalt von 59% eingedampft und in einem Abscheidebehälter abgeschieden. Die Eindampfung erfolgte bei einer Wandtemperatur von 152°C (Dampfbeheizung) und bei einem Druck von 2,5 bar abs im Abscheider. Die eingedampfte Lösung wurde bei einer Temperatur von ca. 128°C mit einer Zahn- radpumpe in die nachgeschaltete Kolbenmembranpumpe dosiert und mit einer Einstoffdüse in einem Sprühturm versprüht.
Der Sprühturm hatte einen Durchmesser von 800 mm und eine Länge von 12 m. Der Sprühturm wurde mit einer Luftmenge von 1400 kg/h und einer Gaseintrittstemperatur von 160°C betrieben. Die Produktaustrittstemperatur betrug 127°C und der Feststoff- gehalt des Trockenproduktes 94,1 %. Das Produkt wurde über einen 2-Punktaustrag (direkt am Sprühturm und am nachgeschalteten Filter) abgeschieden.
Das so hergestellte Produkt war ein rieselfähiges Pulver. Das Schüttgewicht betrug 529 kg/m3. Die Röntgenstrukturanalyse zeigt, dass das Produkt amorph ist.
Das Lagerverhalten dieser Probe wurde im Exsikkator-Test bewertet. Dazu wird eine Probe von 3 g in einem offenen Wägeschälchen in einen Exsikkator bei 20°C und einer relativen Luftfeuchte von 76% über einen Zeitraum von 144 Stunden gelagert. Anschließend wird die Massezunahme der Probe ermittelt und die Rieselfähigkeit der Probe bewertet. Die Massezunahme betrug 27,1 % und die Probe war angelöst, d.h. sie war nass und nicht mehr rieselfähig.
Ausführungsbeispiel 2 (erfindungsgemäß) Sprühturm mit Zugabe von kristallinem Feinstaub
Ein Mengenstrom von 75 kg/h einer wässrigen Lösung von Na3-MGDA mit einem Feststoffgehalt von 40% wurde in einem Plattenwärmetauscher-Verdampfer (Heizfläche 1 ,7 m2) auf einen Feststoffgehalt von 60% eingedampft und in einem Abscheidebehälter abgeschieden. Die Eindampfung erfolgte bei einer Wandtemperatur von 156°C (Dampfbeheizung) und bei einem Druck von 2,5 bar abs im Abscheider. Die eingedampfte Lösung wurde bei einer Temperatur von ca. 130°C mit einer Zahn- radpumpe in die nachgeschaltete Kolbenmembranpumpe dosiert und mit einer Einstoffdüse in einem Sprühturm versprüht.
Der Sprühturm hatte einen Durchmesser von 800 mm und eine Länge von 12 m. Der Sprühturm wurde mit einer Luftmenge von 1400 kg/h und einer Gaseintrittstemperatur von 202°C betrieben. In den Sprühturm wurde mittels eines Injektors ein Massenstrom von 4 kg/h kristalliner Feinstaub Na3-MGDA eingeblasen. Die Produktaustrittstemperatur betrug 99°C und der Feststoffgehalt des Trockenproduktes 90,2%. Das Produkt wurde über einen 2-Punktaustrag (direkt am Sprühturm und am nachgeschalteten Filter) abgeschieden.
Das so hergestellte Produkt war ein rieselfähiges Pulver. Das Schüttgewicht betrug 568 kg/m3. Die Röntgenstrukturanalyse zeigt, dass das Produkt kristallin ist. Das Lagerverhalten dieser Probe wurde im Exsikkator-Test bewertet. Dazu wird eine Probe von 3 g in einem offenen Wägeschälchen in einen Exsikkator bei 20°C und einer relativen Luftfeuchte von 76% über einen Zeitraum von 144 Stunden gelagert. Anschließend wird die Massezunahme der Probe ermittelt und die Rieselfähigkeit der Probe bewertet. Die Massezunahme betrug 20,4% und die Probe war nur gering verbacken und ließ sich durch leichtes Klopfen wieder in den rieselfähigen Zustand bringen.
Ausführungsbeispiel 3 (erfindungsgemäß) agglomerierende Sprühtrocknung in einem Sprühturm mit integrierter Wirbelschicht (Fluidized Spray Drver (FSD))
500 g einer 41 %igen wässrigen Na3-MGDA-Lösung mit einem Gesamt-Feststoffgehalt von 46 Gew.-%, wurde mit 150 g deionisiertem Wasser verdünnt. Die Lösung wurde anschließend in einem Glaskolben mit Rührer bei Raumtemperatur gerührt und danach in einem Sprühtrockner mit integrierter Wirbelschicht im Labormaßstab zugeführt, unter Zuführung von Trocknungsluft bei 130°C, einer Zuluft-Temperatur der Wirbelschicht von 1 10°C und über eine Zweistoffdüse zerstäubt. In der ersten Phase des Trocknungsprozesses wurden die Flüssigkeitströpfchen getrocknet, unter Ausbildung der Granulationskeime im Bett. Die Betttemperatur wurde sodann abgesenkt, um die Gra- nulationsphase zu initiieren, wobei die Granulationskerne mit Feedlösung agglomeriert wurden. Das erhaltene Granulat wurde kontinuierlich aus dem Sprühtrockner entnommen. Die Granulation der Lösung wurde in einem Bereich für die Betttemperatur zwischen 64°C und 74°C durchgeführt. Das Produkt hatte eine Restfeuchte von 6,5 Gew.- %, eine hohe Schüttdichte von 700 kg/m3 und war sehr gut rieselfähig. Nach 144 Stun- den im Eksikkator bei 20°C und 76 % relative Feuchtigkeit blieb das Produkt rieselfähig, das Röntgendiffraktogramm (Figur 3) weist einen kristallinen Anteil von 70 % aus.
Ausführungsbeispiel 4 (erfindungsgemäß) Sprühgranulation unter Zusatz von kristallinem Feinstaub
Wässrige Na3-MGDA -Lösung mit einem Feststoffgehalt von 48,8% wurde auf einer kontinuierlich betriebenen Labor-Sprühwirbelschicht sprühgranuliert. Die konische Wirbelschicht mit einem Durchmesser unten von 150 mm und oben von 300 mm hatte innenliegende Schlauchfilter und eine pneumatische Zerstäubungsdüse, mit der von unten in die Wirbelschicht eingesprüht wurde. Die Wirbelschicht wurde mit 55 Nm3/h Stickstoff einer Eintrittstemperatur von 140°C und einer Wirbelschichttemperatur von 79°C betrieben. In die Wirbelschicht wurde Na3-MGDA - Sprühgranulat aus vorhergehenden Versuchen als Vorlage eingefüllt. Über einen Zeitraum von 1 ,92 Stunden wurde insgesamt eine Menge von 6,03 kg Lösung eingesprüht. Dazu wurde die pneumati- sehe Zerstäubungsdüse mit 4,7 Nm3/h Stickstoff bei Raumtemperatur und bei einem Druck von 3,3 bar (absolut) betrieben. Feststoff wurde über eine Schnecke aus der Wirbelschicht ausgetragen, so daß die Wirbelschichthöhe konstant blieb. Der ausgetragene Feststoff wurde aller 30 Minuten ausgesiebt. Im Partikelgrößenbereich von 355 bis 1250μηι lagen 46,8% der ausgetragen Partikeln. Die Schüttdichte dieser Fraktion betrug 778 kg/m3 und ihr Wassergehalt betrug 1 1 ,8 Massen%. Der ausgesiebte Fein- anteil kleiner 355 μηη wurde aller 30 Minuten in die Wirbelschicht zurückgeführt.
Das so hergestellte Produkt war ein rieselfähiges Granulat. Die Röntgenstrukturanaly- se zeigt, dass das Produkt Kristalle der vorstehend definierten ersten Modifikation enthält und 71 % kristallin ist.
Das Lagerverhalten dieser Probe wurde im Exsikkator-Test bewertet. Dazu wird eine Probe von 3 g in einem offenen Wägeschälchen in einen Exsikkator bei 20°C und einer relativen Luftfeuchte von 76% über einen Zeitraum von 144 Stunden gelagert. Anschließend wird die Massezunahme der Probe ermittelt und die Rieselfähigkeit der Probe bewertet. Die Massezunahme betrug 25,8% und die Probe war nur gering verbacken und ließ sich durch leichtes Klopfen wieder in den rieselfähigen Zustand bringen.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Herstellung eines Pulvers enthaltend eines oder mehrere Komplexbildnersalze der allgemeinen Formel
Figure imgf000017_0001
Wasserstoff oder eine der Gruppierungen
R"
R"
oder /
(CH2)n-N
CO2M (CH2)m— CO2M bedeutet, wobei
R" Wasserstoff, ein C Ci2-Alkylrest oder ein -(CH2)q-COOM-Rest mit q =
1 bis 5 ist
n und m jeweils eine ganze Zahl von 0 bis 5 sind und
R'" Wasserstoff oder ein Ci-Ci2-Alkylrest oder ein C2-Ci2-Alkenylrest ist, der zusätzlich mit bis zu 5 Hydroxylgruppen substituiert sein kann, oder eine der Gruppierungen
-CO2M
— (CH2)o— CO2M oder (CH2)— N
-CO2M ist, in der o und p jeweils eine ganze Zahl von 0 bis 5 sind, und
M unabhängig voneinander Wasserstoff, Alkalimetall, Erdalkalimetall, Ammonium oder substituiertes Ammonium in den entsprechenden stöchiometrischen Mengen bedeutet,
- ausgehend von einer wässrigen Lösung, enthaltend das eine oder die mehreren Komplexbildnersalze in einer Konzentration von 10 bis 80 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der wässrigen Lösung,
- in einem Sprühtrocknungsverfahren, umfassend einen Zerstäubungsschritt und einen Trocknungsschritt, dadurch gekennzeichnet, dass
der Zerstäubungsschritt unter Zusatz von kristallinem Feinstaub desselben oder derselben Komplexbildnersalze, wie sie in der wässrigen Lösung enthalten sind, oder eines oder mehrerer hiervon verschiedener Komplexbildnersalze, mit einer Obergrenze für den mittleren Partikeldurchmesser des kristallinen Fein- staubs, die um mindestens den Faktor 2 kleiner ist als die Untergrenze des mittleren Partikeldurchmessers des nach dem Verfahren erhaltenen Pulvers, in einem Anteil von 0,1 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des nach dem Verfahren erhaltenen Pulvers, durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Sprühtrocknungsverfahren in einem Sprühturm durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Sprühtrocknungsverfahren eine Sprühgranulation ist, bei der im Zerstäubungsschritt die wässrige Lösung, enthaltend das eine oder die mehreren Komplexbildnersalze in eine Wirbelschicht eingesprüht wird, die ein Granulat des einen oder der mehreren Komplexbildnersalze der Formel I enthält.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Sprühturm eine Wirbelschicht integriert ist und eine agglomerierende Sprühtrocknung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Sprühtrocknungsverfahren eine Sprühagglomeration ist, die in einem Mischer mit bewegten Einbauten durchgeführt wird, unter Erhalt eines Agglomerats, das anschließend in einem weiteren Apparat, insbesondere in einer Wirbelschicht, fertig getrocknet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass von einer wässrigen Lösung, die nach der entsprechenden Synthese erhalten wird, ausgegangen wird, die ca. 30 bis 50 Gew.-% des einen oder der mehreren Komplexbildnersalze enthält, und die in einem dem Sprühtrocknungsverfahren vorgeschalteten Verfahrensschritt in einem Wärmetauscher oder einem Dünnschichtverdampfer auf ca. 55 bis 80 Gew.-% an Komplexbildnersalzen, bezogen auf das Gesamtgewicht der wässrigen Lösung, aufkonzentriert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Trocknungsschritt bei einem Druck im Bereich von 0,1 bar absolut bis 10 bar ab- solut, vorzugsweise bei einem Druck im Bereich von 0,
8 bar absolut bis 2 bar absolut, durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass d Verweilzeit im Trocknungsschritt im Bereich von 10 Sekunden bis zu 1 h liegt.
9. Formulierungen, enthaltend das gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 hergestellte Pulver oder wässrige Lösungen hiervon als Komplexbildner für Erdalkali- und Schwermetallionen, in den hierfür üblichen Mengen, neben anderen üblichen Be- standteilen solcher Formulierungen.
10. Formulierungen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um Wasch- und Reinigungsmittelformulierungen handelt.
1 1 . Verwendung des nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 hergestellten Pulvers zur Herstellung von Pressagglomeraten.
12. Verwendung der Pressagglomerate nach Anspruch 1 1 zum Einsatz in festen Reinigungsmitteln.
13. Verwendung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die festen Reinigungsmittel zum Einsatz in Geschirrspülmaschinen bestimmt sind.
14. Verwendung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsmittel für automatische Geschirrspülmaschinen in Form von Tabs vorliegen.
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