DE69207990T2

DE69207990T2 - Silicate

Info

Publication number: DE69207990T2
Application number: DE69207990T
Authority: DE
Inventors: Francois Delwel; Theo Jan Osinga; Joseph Pierre H Theunissen; Jack Martinus Vrancken
Original assignee: Joseph Crosfield and Sons Ltd
Current assignee: Ineos Silicas Ltd
Priority date: 1991-07-02
Filing date: 1992-06-25
Publication date: 1996-05-30
Anticipated expiration: 2012-06-26
Also published as: US5340559A; JPH07106891B2; FI923049A0; FI923049A; ATE133637T1; HUT66697A; KR930002237A; MX9203827A; ES2083690T3; EP0526978B1; CN1068277A; EP0526978A3; ZA924919B; EP0526978A2; HU9202194D0; BR9202454A; CA2072723A1; DE69207990D1; JPH05208809A; KR960010782B1

Description

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft die Herstellung von Alkalimetallsilicatkörnern, die zur Einverleibung in Reinigungsmittelformulierungen geeignet sind. Bei dem Verfahren wird eine Alkalimetallsilicatlösung als Ausgangsmaterial verwendet.

Hintergrund der Erfindung

Reinigungsmittelzusammensetzungen zum mechanischen Geschirrspülen erfordern gewöhnlich eine Komponente, die in der Waschflüssigkeit eine erhebliche Alkalinität erzeugen kann. Alkalimetallsilicate mit einem molaren SiO&sub2;/M&sub2;O-Verhältnis von etwa 1,5:1, vorzugsweise von 1,8:1, bis etwa 3,3:1, vorzugsweise bis 2,2:1, sind für diesen Zweck besonders geeignet, und sie schützten ferner die Glasgegenstände vor Korrosion.
Gewebewaschzusammensetzungen erfordern ebenfalls die Gegenwart von Alkalimetallsilicaten, und der Druck auf dem Markt drängt derartige Zusammensetzungen in Richtung einer Verwendung von Produkten mit höherer Schüttdichte. Gewöhnlich haben derartige Zusammensetzungen eine Schüttdichte von etwa 700 g/l, vorzugsweise von mehr als 850 g/l und insbesondere bis zu 1,0 kg/l. Üblicherweise werden diese Zusammensetzungen phosphatfrei hergestellt, und dieser Weg erfordert die Gegenwart eines anderem Builders, wie Zeolithen. Die letztere Komponente bildet bei Sprühtrocknung in einer Silicate enthaltenden Aufschlämung unlösliche Agglomerate, und so besteht die Notwendigkeit, Silicate geeigneter Schüttdichte später zuzugeben. Alkalimetallsilicate, die getrennt in Pulverform oder zu Körnern in einem Sprühtrocknungsschritt hergestellt werden, haben geringere Schüttdichten von z.B. etwa 650 g/l, neigen zum Zusammenbacken und sind staubig.
Alkalimetallsilicate in granularer Form können durch ein Kompaktierungsverfahren gebildet werden, das sich der in der US 3 875 282 (Stauffer Chemical Co) und der US 3 931 036 (Philadelphia Quartz Co) beschriebenen Arbeitsweisen bedient. Eine Schüttdichte von etwa 900 g/l ist erhältlich, die Teilchenform ist jedoch nicht optimal, weil sie sich von einer aufgebrochenen komprimierten Tafel ableitet; zusätzlich werden von den Teilchenkanten durch gegenseitige Kollosion der Teilchen während der Handhabung Feinststoffe gebildet. In der Praxis kann eine maximale Schüttdichte von nur etwa 850 g/l mit einem Kompaktierungsverfahren erreicht werden.

Allgemeine Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung stellt ein Verfahren bereit, bei dem aus einer Lösung, die etwa 30 bis etwa 53 % Gew./Gew. Alkalimetallsilicat, vorzugsweise 40 bis 53 % Gew./Gew., mit einem molaren SiO&sub2;:M&sub2;O-Verhältnis im Bereich von 1,5:1 bis 3,3:1, vorzugsweise 1,8 bis 2,2:1, insbesondere 1,9:1 bis 2,1:1 und am meisten bevorzugt von etwa 2,0:1, enthält, in einem einzigen Trocknungs- und Granulierungsschritt Körner einer durchschnittlichen Teilchengröße im Bereich von etwa 0,2 bis etwa 2 mm gebildet werden, bei dem die Silicatlösung in eine Trommel eingeführt wird, die eine Vielzahl rotierender Arme nahe ihrer inneren Oberfläche enthält,. die eine Temperatur von etwa 150 bis etwa 200ºC hat; und Gas bei einer Temperatur im Bereich von etwa 175 bis etwa 250ºC in die Trommel eingeführt wird. Das Gas wird vorzugsweise nahe der Stelle eingeführt, wo die Silicatlösung eingeführt wird. Auf diese Weise treten die Flüssigkeit und das Gas gleichzeitig in die Trommel ein, was eine vorteilhafte Temperaturverteilung über die gesamte Trommel ergibt, d.h. von einer relativ hohen Temperatur, bei der eine große Menge Flüssigkeit vorliegt, bis zu einer relativ niedrigen Temperatur, bei der die Bildung der Körner vollständig ist. Das verwendete Gas ist nicht kritisch, obgleich es keine Wechselwirkung mit der Silicatlösung eingehen darf; vorzugsweise wird Luft verwendet.
Die Silicatflüssigkeit wird vorzugsweise in den oberen Bereich auf einer Seite der Trommel eingeführt, und das Gas wird in den unteren Bereich der Trommel eingeführt. Das übliche Alkalimetall ist Natrium, und die vorliegende Erfindung ist. insbesondere auf Natriumsilicat gerichtet. Nach diesem Verfahren ist es jedoch auch möglich, Kalium- und Lithiumsilicate zu granulieren.
Es besonderes Merkmal des Verfahrens besteht darin, daß feine und grobe Siebfraktionen, die außerhalb des gewünschten Bereiches von 0,2 bis 2 mm liegen, in die Silicatlösung zurückgeführt werden können. Diese Fraktionen können der Siliöatlösung ohne weitere Bearbeitung, z.B. Mahlen, zugefügt werden, und sie werden zurückgeführt,. selbst wenn sie sich in der Lösung nicht lösen können. Die Körner mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von weniger als 0,2 mm werden vorzugsweise durch Einführung derselben in die Trommel mit dem Gasstrom oder benachbart dazu zurückgeführt, wodurch ein Verbacken auf der Wand der Trommel minimiert wird.
Klassen von Reinigungsmittelformulierungen höherer Schüttdichten, d.h. von mehr als 850 g/l, sind solche Formulierungen, die zur Verwendung in mechanischen Geschirrspülern und zum Waschen von Geweben beabsichtigt sind. Die Schüttdichten können erheblich oberhalb des genannten Wertes liegen, übersteigen jedoch 1000 g/l gewöhnlich nicht. Die Herstellung von Reinigungsmittelpulvern mit relativ hoher Schüttdichte ist in zahlreichen Patentschriften beschrieben. So beschreibt die EPA 0 367 339 (Unilever) ein zweistufiges Verfahren, bei dem der Reihe nach ein Hochgeschwindigkeits-Mischerverdichter und ein Granulatorverdichter angemessener Geschwindigkeit eingesetzt werden. Das beschriebene Verfahren bedient sich eines besonderen Ausgangsmaterials. In der EPA 0 220 024 (Procter & Gamble) ist ein Verfahren unter Verwendung eines sprühgetrockneten Reinigungsmittelpulvers als Ausgangsmaterial beschrieben, das unter Verwendung einer Walzenkompaktierungsvorrichtung einer Kompaktierung unterworfen wird. Im allgemeinen enthalten die Reinigungsmittelformulierungen, auf die die vorliegende Erfindung änwendbar ist, etwa bis etwa 40 Gew.-% oberflächenaktives Mittel, etwa 10 bis etwa 70 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 50 Gew.-%, eines Reinigungsmittelbuilders, z.B. Zeolithe, Citrate, NTA.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren bereit, das die Bildung von Alkalimetallsilicatkörnern in einem einstufigen Verfahren ermöglicht. Diese Silicate können mit der nötigen höheren Schüttdichte und physikalischen Eigenschaften hergestellt werden, die für Reinigungsmittel für mechanische Geschirrspüler und zur nachfolgenden Zugabe in Reinigungsmitteln für Gewebe geeignet sind.
Zusätzlich können die Reinigungsmittelformülierungen polymere Materialien enthalten, um die Beständteile zu stabilisieren oder während des Waschvorganges günstige Ergebnisse zu erzielen, z.B. die Suspension von Schmutz. Ferner können sie die Dispersion der in der Waschflüssigkeit vorliegenden Komponenten, d.h. optische Aufheller, keimtötende Mittel und insbesondere Silicatkomponenten, begünstigen. Neben der Erzielung eines Alkalinitätsgrades in der Waschflüssigkeit wirken die Silicatkomponenten auch, um in Waschmaschinen die Korrosion zu verringern und Glas gegen die Effekte einer hohen Alkalinität beim Geschirrspülen zu schützen.
Im allgemeinen gibt es keine Beschränkung hinsichtlich des aktiven Reinigungsmittelmaterials oder der Waschkraftbuilder, die mit den erfindungsgemäßüen Alkalimetallsilicatkörnern verwendet werden können. So können die auch als oberflächenaktive Mittel bezeichneten aktiven Reinigungsmittelstoffe aus anionischen, nichtionischen, ampholytischen, zwitterionischen Materialien oder Mischungen davon ausgewählt sein. Die anionischen oder nichtionischen oberflächenaktiven Mittel können allein oder als Mischungen verwendet werden. Beispiele geeigneter oberflächenaktiver Mittel sind wasserlösliche Alkalimetallsalze organischer Sulfate und Sulfonate mit C&sub8;-C&sub2;&sub2;-Alkylresten. Alkylsulfate können erhalten werden, indem man höhere C&sub8;-C&sub1;&sub8;-Alkohole, die aus natürlichen Quellen, wie z.B. Talg oder Kokosnußöl,erhalten worden sind, sulfatiert. Natrium- und Kaliumalkyl(C&sub9;--
C &sub0;)benzolsulfonate und insbesondere lineare sekundäre Natriumalkyl(C&sub1;&sub0;-C&sub1;&sub5;)benzolsulfonate sind bevorzugte oberflächenaktive Mittel. Geeignete nichtionische oberflächenaktive Mittel schließen die Reaktionsprodukte von Verbindungen mit einer hydrophoben Gruppe und einem reaktiven Wasserstoffatom, z.B. ahphatische Alkohole, Säuren&sub1; Amide.oder Alkylphenole mit Alkylenoxiden, insbesondere Ethylenoxid allein oder mit Propylenoxid, ein.

Testverfahren

Schüttdichte: Bin Zylinder (Höhe/Durchmesser-Verhältnis etwa 2) wird mit Pulver auf ein gemessenes Volumen von etwa 1 l gefüllt, und die Probe wird gewogen.
Brüchigkeit in der Kugelmühle (BMF = ball mill friability): Diese mißt den Zerfall von Körnern unter Bedingungen, die ein Mischen unter hoher Scherwirkung repräsentieren.
Die Granlatprobe wird zur Entfernung von zu großem Material (> 1200 um) und zu kleinem Material (< 200 um) gesiebt und dann in zwei Teile geteilt. Ein Teil wird zum Messen der Größenverteilung durch Sieben verwendet. Der andere Teil wird in die Kugelmühle gegeben.
Die Kugelmühle ist ein 10 x 10 cm Zylinder, der 50 Porzellankugeln von 1 cm Durchmesser enthält und bei 90 U/min beLneben wird, wobei er auf eine Neigung von 16º eingestellt ist. Nach 5 min langem Mahlen wird die Probe entfernt und zur Bestimmung der Größenverteilung gesiebt. Die Brüchigkeit in der Kugelmühle ist als prozentuale Erhöhung von Feinststoffen < 200 um ausgedrückt.
Teilchengröße: Gemessen unter Verwendung von Standard-Sieben (Retsch).

Spezielle Beschreibung der Erfindung

Es wird nun ein Beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens gegeben, um die Erfindung zu veranschaulichen, jedoch nicht zu beschränken. In der einzigen Figur ist ein vertikaler diagramma-. tischer Schnitt durch die Granulierungsvorriöhtung gezeigt.
Die verwendete Vorrichtung umfaßte eine horizontal montierte doppelwandige rohrförmige Trommel 1. Erhitzes Öl wurde durch den Hohlraum 2 der Doppelwand geleitet, um die innere Oberfläche der Trommel auf die geforderte Temperatur zu erhitzen. Die Trommel hatte eine Länge von 2 m und einen Durchmesser von 0,35 m. Entlang der Zylinderachse war eine rotierbare Welle 3 mit etwa 100 Armen 4 angeordnet, die sich entlang ihrer Länge in gleichem Abstand befanden, wobei 4 Arme an.jedem Kontaktpunkt fixiert waren. Diese Arme haben verlängerte Paddelenden, um mit der Innenwand fast in Kontakt zu stehen. Die Welle wird mit 1100 U/min rotiert.
Natriumsilicatlösung mit einem molaren SiO&sub2;/Na&sub2;O-Verhältnis von 2:1 und einer Dichte von 1,56 kg/l, d.h. 46 % Gew./Gew., wurde am einem Einlaß 5 unmittelbar oberhalb der Achse an einer Seite der Trommel mit einer Geschwindigkeit von etwa 110 l/h und bei einer Temperatur von 60ºC in die Trommel gesprüht. Luft, die mittels Wärmeaustauscher auf 220ºC erhitzt war, trat mit einer Geschwindigkeit von 700 m³/h am einem Einlaß 6 unmittelbar neben der Achse und nahe des Punktes ein, wo die Silicatflüssigkeit an dem gleichen Ende der Trommel eingeführt wurde. Das granulare und luftgetrocknete Silicatprodukt verließ die Trommel am anderen Trommelende durch Leitung 7. Die Temperatur der Trommelwand wurde auf 175ºC gehalten.
Die Silicatlösung wurde durch die Kraft der Luftbewegung schnell in Tröpfchen aufgebrochen und schlug durch die Rotationsenergie der Paddel gegen die Trommelwand. Die Tröpfchen schlugen kontinuierlich gegen die Wand, während sie durch den Luftdruck durch die Trommel weiterliefen.
Das Silicatprodukt wurde am tiefsten Punkt der Trommel abgezogen und bestand, wie gefunden wurde, aus im wesentlichen kugelförmigen Teilchen mit einer Teilchengrößenverteilung von
weniger als 200 um 40 Gew.-%
200 bis 1000 um 50 Gew.-%
mehr als 1000 um 10 Gew.-%.
Das Produkt klebte nicht an der Trommelwand oder anderen sich bewegenden Teilen und war freifließend. Es hatte einen Wassergehalt von 22 % Gew./Gew., eine Schüttdichte von 1,0 kg/l und einen Abrieb in der Kugelmühle von weniger als 015 % für Teilchen mit mehr als 200 um Es wurde gesiebt, um nach Abtrennung von Luft und Wässerdampf mittels eines Zyklons das gewünschte Produkt mit einem Teilchenbereich van 0,2 bis 2,0 mm zu erhalten. Die Teilchen außerhalb dieses Bereiches wurden durch Zugabe zur Silicatlösung zurückgeführt.
Bei einem Vergleichsbeispiel wurde die Silicatlösung bei Umgebungstemperatur in die Trommel eingeführt, die Trommelwand wurde auf 250ºC gehalten, und die Temperatur der Trocknungsluft betrug 300ºC. Dieses Prdoukt hatte eine Schüttdichte im Bereich von 400 bis 500 g/l und war ein glasiges flockenartiges Produkt mit schlechten Fließeigenschaften. Wenn es einer Reibwirkung unterworfen wurde, zerfiel es leicht.
Die Zugabepunkte von Silicatlösüng undluft in die Trommel sind nicht kritisch, vorausgesetzt, die Lösung und die Luft werden kontaktiert, um die Lösung zu Tröpfchen aufzubrechen. Somit kann die Lösung in die Trommel gesprüht oder in Masse eingeführt werden, damit der Luftstrom sie zu Tröpfchen aufbrechen kann. Die Lösungs- und Luftströme können am flachen Ende der Wand oder durch die zylindrische Seitenwand eingeführt werden.
Die zurückgeführten Feinststoffe können mit dem Luftstrom oder benachbart dazu eingeführt werden, um so eine Verwirbelung der Feinststoffe zu erhalten, bevor der Luftstrom die Silicatlösung kontaktiert. Diese Arbeitsweise minimiert ein Verbacken an der Wand.

Claims

1 Verfahren zur Herstellung von Alkalimetallsilicatkörnern, bei dem aus einer Lösung, die etwa 30 bis etwa 53 % Gew./Gew. Alkalimetallsilicat mit einem molaren SiO&sub2;:M&sub2;O-Verhältnis im Bereich von 1,5:1 bis 3,3:1 enthält, Körner mit einer durchschnittlichen Teilchengröße im Bereich von etwa 0,2 bis etwa 2 mm in einer einzigen Trocknungs- und Granulierungsstufe gebildet werden, bei dem die Silicatlösung in eine Trommel eingeführt wird,, die eine Vielzahl rotierender Arme nahe ihrer inneren Oberfläche enthält, die eine Temperatur von etwa 150 bis etwa 200ºC hat, und ein Gas bei einer Temperatur im Bereich von etwa 175 bis 250ºC in die Trommel eingeführt wird.

2 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung 40 bis 53 % Gew./Gew. Alkalimetallsilicat enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas nahe der Stelle eingeführt wird, wo die Silicatlösung eingeführt wird.

4. Verfahren näch einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Silicatlösung in den oberen Bereich der, Trommel und das Gas in den unteren Bereich der Trommel eingeführt wird.

Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Gas Luft verwendet wird.

6 Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das Silicat ein molares Verhältnis von SiO&sub2;:M&sub2;0 von 1,8:1 bis 2,2:1 hät.

7. Verfahren nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, daß das Silicat ein molares Verhältnis von SiO&sub2;M&sub2;O von 1,9:1 bis 2,1:1 hat.

8. Verfahren nach irgendeinem verhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkalimetallsilicat Natriumsilicat ist.

9 Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche&sub1; dadurch gekennzeichnet, daß die Körner mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von weniger als 0,2 mm und mehr als 2 mm zurückgeführt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Körner mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von weniger als 0,2 mm durch Einführung derselben in die Trommel mit dem Gasstrom oder benachbart zu diesem zurückgeführt werden.