DE69224706T2 - Granulares Produkt mit hohem spezifischem Gewicht, insbesondere ein Zusatz für Waschmittel sowie Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verführen zur Herstellung eines granularen Produktes, das Natriumsilikat und sein chemisch gebundenes Kristallwasser enthält, ein mit dem der gewöhnlichen Komponenten vergleichbares spezifisches Gewicht besitzt und gewöhnlich in pulverisierten Zusammensetzungen von Reinigungsmitteln verwendet wird.
• Es ist wohlbekannt, daß Natruimsilikate in der Reinigungsindtistrie lange vor dem Aufkommen voll synthetischen Tensiden intensiv als Basiskomponenten für Seifen benutzt worden sind, insbesondere aufgrund ihrer wohlbekannten Chelatbildenden Eigenschaften bei Magnesium und Calcium.
• Weiterhin wirken sie als Anti-Korrosionsmittel und sind effektiv bei der Verh in derung von Verschlechtertungen von Waschmaschinen, insbesondere von deren Metallteilen.
• Kommerzielle alkalische Silikate sind im allgemeinen charakterisiert durch ihr SIO&sub2; : Na&sub2;O - Verhältnis in den Molekülen. Die in Reinigungsmittel- Zusammensetzungen verwendeten Silikate haben ein Verhältnis größer als 1, im allgemeinen ungefähr 2,4.
• Ein alkalisches Silikat mit einem Verhältnis von 1:1, d.h. Natriummetasilikat, wird als zu korrodierend eingeschätzt, um sicher und in großem Umfang in von Reinigungsmittelztisammensetzungen für den häuslichen Gebrauch verwendet zu werden. Statt dessen wird es für diesen Zweck allgemein als nötig angesehen, das Natriummetasilikat durch eine äquivaleute Menge von Natriumsilikat zu ersetzen.
• In Bezug aufflüssige Zusammensetzungen, die im allgemeinen für flüssige Waschmittel verwendet werden, stellt die Verwendung von Natriumsilikat keine Schwierigkeit dar, während eine ähnliche Verwendung bei pulverisierten Reinigungsmitteln Probleme ergeben hat, die bis jetzt akzeptiert werden mußten.
• Aufgrund der Art und Weise, in der trockenes Natriumsilikat bisher hergestellt wurde, hat es ein relativ geringes spezifisches Gewicht in der Größenordnung von 0,2 - 0,4 und in jedem Fall ein wesentlich geringeres spezifisches Gewicht als die trockenen Komponenten, mit denen es in der übergeordneten Zusammensetzung des pulverisierten Reinigungsmittels kombiniert wird. Aus diesem Grund neigt die Reinigungsmittel-Zusammensetzung zum Trennen, während sie gelagert wird oder während einer Zeitspanne, in der sie in Ruhe ist, was im wesentlichen die erwünschte Uniformität des Verhaltens von Portionen, die verschiedenen Bereichen der Packung entnommen werden, verringert.
• Um dieses Problem zu überwinden, ist erwogen worden, die anderen Komponenten mit gleichem geringen spezifischen Gewicht herzustellen, aber in diesem Fall führte das zum Verkauf und zur Verwendung von sehr leichten pulverisierten Reinigungsmitteln. Die großen Volumina dieser Zusammensetzungen waren verbunden mit wesentlichen Transport-, Lager- und Verpackungskosten etc.
• Die bisher verwendeten Verfahren zum Trocknen des Natriumsilikats sind durchgeführt worden unter Verwendung von Sprühwäschern, die mit Lösungen mit geringen Silikatkonzentrationen (im allgemeinen 20% des Trokkeninhalts) versorgt werden, oder unter Verwendung von Drehtrommeltrocknern, die mit Lösungen höherer Konzentration versorgt werden.
• In beiden Fällen ist es bisher nicht möglich gewesen, trockenes Natritimsilikat mit einem spezifischen Gewicht zu erhalten, das größer als der oben erwähute Wert von 0,4 ist, insbesondere deshalb, da das Silikat, wenn es einer drastischen Trockenbehandlung bei Hitze ausgesetzt wird, in einem Phänomen explodiert, das bekannt ist als der "Popcorn"-Effekt, wobei die durch solche Explosionen erzeugten Flocken Luft beinhalten und deshalb sehr geringe Dichten und geringe spezifische Gewichte haben.
• Verschiedene Versuche sind unternommen worden, das "Gewicht" von Natriumsilikat-Granulaten anzuheben, hauptsächlich unter der Verwendung von Drehtrommeltrocknern. Diese Versuche bestehen im wesentlichen in einem periodischen Befeuchten der Silikatgranulate während des Trocknens, was zu einer Wiederverdichtung ("Recompaction"), wie es in dieser Branche genannt wird, des Silikatpulvers führt. Die Granulate, die schließjich vom Trockner in einer befriedigenden Korngröße ausgegeben werden, haben ein geeignetes spezifisches Gewicht, d.h. ungefähr bei 1, sind aber gänzlich unlöslich. Dieser negative Aspekt scheint sich zu ergeben aus dem tiotwenigerweise verlängerteil Kontakt der Grantilate mit den Einrichtungen zur. Erhitzung, was einhergeht mit einer durchgehenden Dehydrierung wenigstens einer Oberflächenschicht der Granulate und der Eliminierung des chemisch gebundenen Kristallwassers des Natriumsilikats. Die daraus resultierende Verglasung dieser Oberflächenschichten macht das komplette Granulat unlöslich.
• Die Patentanmeldung Nr. Fr-A-2638154 offenbart einen Zweischritt-Prozeß zur Vorbereitung eines Natriumsilikatgranulates mit einer Dichte, die offensichtlich höher ist als 0,9 kg/l, und umfaßt einen ersten Granlllationsschritt durch vorbereitendes Trocknen und dann einen Verdickungsschritt, wobei beide Schritte in Drehtrommeln ausgeführt werden.
• Die Anmeldung Nr. Fr-A-2685498 befaßt sich mit einem Prozeß zur Herstellung von Alkalisilikatgranulaten mit einer offensichtlichen Dichte von 0,6- 1,2, was die Schritte eines Spruhens einer wässrigen Silikatlosung über eine bestimmte Art von verflussigter Grundlage beinhaltet, sowie ein Verdicken der so erhaltenen Granulate und ein Trocknen.
• Die etiropäische Anmeldung Nr. 0526976 mit dem Veröffentlichungdatum 10.02.93 (Dokument unter Artikel 54 (3)) offenbart einen Prozeß zur Granulierung von Alkalimetallsilikaten in einem einzigen Schritt, indem eine erhitzte Losung in eine erhitzte Trommel gesprüht wird, die eine Vielzahl von Armen aufweist, die an einem sich sehr schnell drehenden zentralen Schaft befestigt sind, und indem gleichzeitig ein erhitztes Gas in die Trommel eingeleitet wird. Das Problem, das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, besteht darin, ein Natriumsilikat bereitzustellen, das durch ein Verfahren im industriellen Rahmen hergestellt werden kann und das solche physikalischchemischen Eigenschaften hat, daß die derzeitigen Anforderungen auf dem Reinigungssektor befriedigt werden, wie sie oben spezifiziert wurden, und das gleichzeitig die Probleme, wie sie unter Bezugnahme auf den Stand der Technik erwähnt worden sind, überwindet.
• Dies Problem wird nach der vorliegenden Erfindung gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Natriumsilikatgrantilat, das die Merkmale aufweist, wie sie in den folgenden Ansprüchen dargelegt sind. Die Vorteile und Merkmale dieser Erfindung werden deutlicher aus der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform eines Verfahrens fur die Herstellung von Natriumsilikatgranulat, wie sie unten angegeben wird unter Bezugnahme auf die beigefugte Zeichnung, die nur als nicht begrenzendes Beispiel gedacht ist und schematisch eine Vorrichtung zum Ausführen dieses Verfahrens zeigt.
• Unter Bezugnahme auf die Zeichnung ist die Vorrichtung, die zur Herstellung eines Natriumsilikatgranula (es entsprechend der Erfindung verwendet wird, im allgemeinen von einem Typ, der mit "Turbotrocknergrantilator" ("turbodryer-granulator") bezeichnet wird, und umfaßt im wesentlichen ein zylindrisches röhrenförmiges Gehäuse 1, das an den gegenüberliegenden Wänden durch Endwände 2, 3 geschlossen ist, und eine koaxiale Wärmekammer 4 aufweist, die vorgesehen ist, um zum Beispiel von wärmedurchlässigem Öl durchflossen zu werden.
• Das röhrenförmige Gehätise 1 hat eine Einlaßöffnung 5 für das Natriumsilikat, das getrocknet und granuliert werden soll, und eine Auslaßöffnung 6 für das granulierte Produkt, die durch eine Röhrenleitung 7 mit einer Zyklonzentrifuge 8 in Verbindung steht.
• Ein Schaufelrotor 9 ist in dem röhrenförmigen Gehäuse 1 drehbar gelagert. Die Schaufeln 10 dieses Rotors sind schraubenartig angeornet und so orientiert, daß sie das behandelte Produkt ausschleudern und gleichzeitig in Richtung Auslaß befördern. Ein Motor 13 wird bereitgestellt zum Drehen des Rotors bei Geschwindigkeiten, die variabel sind zwischen 200 und 1500 Umdrehungen pro Minute.
• Eine Natriumsilikatlösung wird kontinuierlich durch den Trocknergranulator 1 durch die Einlaßöffnung 5 zugeführt und von diesem Einlaß mechanisch verarbeitet durch die Schaufeln des Rotors 9, der mit einer geeigneten Geschwindigkeit gedreht wird.
• Genauer gesagt schleudern die Schaufeln des Rotors 9 die Lösung gegen die innere erhitzte Wand des Trocknergranulators und schieben sie in Richtung Auslaßöffnung 6.
• Gleichzeitig mit der Natriumsilikatlösung wird dein Trocknergranulator eine Heißluftströmung zugeführt und bewirkt in Zusammenarbeit mit der heißen Wand das Trocknen des Natriumsilikats.
• Die Temperatur der Wand, diejenige der fleißluft und die Geschwindigkeit der Drehung des Schaufelrotors werden so gewählt, daß die Silikatlösung graduell, aber dennoch rapide, Feuchtigkeit verliert und in relativ kurzer Zeit von ihrem ursprünglich flössigen Zustand in einen im wesentlichen pseudoplastischen viskosen Zustand übergeht, zum Beispiel innerhalb von 0,1 bis 8-10 Minuten.
• Unter diesenr liegt der Anteil an freiem Wasser der pseusoplastischen Masse zwischen 5 und 12 Gewichtsprozent.
• Es ist fundamental und ausschlaggebend, daß ein solch pseudoplastischer Zustand erreicht wird, um die vorliegende Erfindung ausführen zu können, wie es anhand der folgenden Beschreibung klarer werden wird.
• Zu diesem Zweck wird eine Natriumsilikatlösung mit einem 40-60 %- igentrockengewichtanteil dem Trocknergranulator 1 zugeführt, in dem eine Wandtemperatur zwischen 160º und 200º herrscht und eine l-Ieißlufttemperatur zwischen 220º und 260º, während die Drehgeschwindigkeit des Schaufelrotors 8 innerhalb eines Bereiches von 400-1500 Umdrehungen pro Minute kontrolliert wird.
• Weiterhin wird zu diesem Zweck die Heißluftströmung der Natritimsilikatlösung vorteilhafterweise gleichströmig ("equicurrent") zugeführt. Genauer gesagt und in Übereinstimmung mit einem Merkmal der Erfindung werden die Strömungen von Heißluft und Silikatlösung durch dieselbe Einlaßöffnung 5 zugeführt, wobei die Luft die Lösung teilweise zerstäubt.
• Offensichtlich kann der Trocknergranulator 1 aus technischen Gründen eine oder mehr Einlaßöffnugen 5 aufweisen, durch die die Heißluft und die Silikatlösung gleichzeitig zugeführt werden können.
• Wenn das Silikat den Zustand der pseudoplastischen Masse erreicht hat, bilden sich kontinuierlich pseudoplastische Massen (Granulate) aufgrund der Wirkung der Schaufeln, die bei einer vorbestimmten Geschwindigkeit in der Masse rotieren, wobei diese Granulate gegen die heiße Wand des Trocknergranulators ausgeschleudert werden (während sie, wie man sich erinnern sollte, außerdem in Richtung Auslaßöffnung geschoben werden) und wobei sie eine kontinuierliche Dehydrierung erfahren und graduell in sphäroidische Granulate umgeformt werden.
• Es sollte angemerkt werden, daß aufgrund der Temperatur der erhitzten Wand und der Behandlungsluft, aufgrund der kurzen Kontaktzeiten mit der heißen Wand (Zeiten, die von dem Moment, an dem sich jede kleine pseudoplastische Masse bildet, und der Ausgabe des entsprechenden getrockneten Granulates zwischen 0,1 und 10 Minuten variieren) und aufgrund von Heißluft und Feuchtigkeit (im Grenzfall Dampf) die Dehydrierung der kleinen pseudoplastischen Massen kaum das chemisch gebundene Kristallwasser des Natritimsilikates beeinflußt und somit jede Oberflächenverglasung der Granulate sicher vermieden wird.
• Die so erhaltenen Natriumsilikatgranulate (die, um es zu wiederholen, ihr gesamtes chemisch gebundenes Kristallwasser behalten) sind insbesondere erstaunlich dicht mit spezifischen Dichten zwischen 0,5 und 1,2 und vollständig lösbar in Wasser bei Umgebungstemperatur.
• Die Korngröße der so erhaltenen Natriumsilikate kann leicht gesteuert werden durch Steuerung der funktionalen Parameter des Trocknergranulators.
• Bei der Ausgabe aus dem Trockner sollte der Auslaßstrom, der getrocknete Natriumsilikatgranulate, Luft und Dampf enthält, eine Temperatur zwischen 95º und 115ºC aufweisen. Bei niedrigeren Temperaturen kann das Produkt klumpen, während bei höheren Temperaturen das sogenannte "popcorn"- Phänomen auftreten kann, d.h. die Explosion der gerade erzeugten Granulate, in Verbindung mit der Bildung von Flocken geringer Dichte und geringen spezifischen Gewichts.
• Die den Trocknergranulator verlassende Strömung wird einer Zyklonzentrifuge 8 zugefuhrt, von der das gewünschte Produkt ausgegeben und zum Verpacken verteilt wird.
Beispiel 1
• Unter Verwendung der schematisch beschriebenen Vorrichtung und unter Befolgung des Verfahrens der Erfindung wurde eine Natriumsilikatlösung mit einem 52 %-igen Trockenanteil kontinuierlich dem Trocknergranulator 1 zugegeben unter gleichzeitiger Zufuhr von Heißluft bei einer Temperatur von 220ºC, was zu einer ursprünglichen Zerstäubung der Lösung führte.
• Die Wandtemperatur wurde bei ungefähr 160ºC gehalten, während die Drehgeschwindigkeit des Scllaufelrotors konstant bei 850 Umdrehungen pro Minute gehalten wurde. Nach ungefähr 7 Minuten mechanischer Arbeit des Rotors und Wärmeaustausch mit der heißen Wand und der heißen Luftströmung wurde die ursprungliche Natriumsilikatlösung in eine pseusoplastische Masse umgewandelt mit einem Anteil freien Wassers von ungefähr 10 Gewichts-%. Bei Ausgabe aus dem Trocknergranulator hatte die Strömung, die Natriumsilikatgranulate, Luft und Dampf enthielt, eine kontrollierte Temperatur von ungefähr 100ºC. Getrocknete Natriumsilikatgranulate wurden von der folgenden Zyklonzentrifuge bei einer Temperatur von ungefähr 20ºC und mit einer Korngröße innerhalb des Bereiches von 200-400um ausgegeben.
• Diese Natriumsilikatgranulate hatten ein spezifisches Gewicht von 0,9 und waren vollständig lösbar in Wasser bei 20ºC.
• Weiterhin ergab eine Analyse der so erhaltenen Granulate, daß das Natriumsilikat, aus dem sie gebildet wurden, sein gesamtes chemisch gebundenes Wasser behalten hatte.
Beispiel 2
• Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt unter Verwendung einer Natriumsilikatlösung mit einem 60 %-igen Trockengewichtsanteil und Heißluft bei 260ºC. Die Wandtemperatur wurde bei 180ºC, die Drehgeschwindigkeit des Schaufelrotors bei 980 Umdrehungen pro Minute gehalten. Nach ungefähr 9 Minuten wurde die ursprüngliche Natriumsilikatlösung in eine pseudoplastische Masse umgewandelt mit einem Anteil freien Wassers von ungefähr 6%. Die Temperatur der Strömung, die getrocknete Granulate, feuchte Luft und Dampf enthielt, wurde kontrolliert bei ungefähr 110ºC.
• Die von der Zyklonzentrifuge ausgegebenen trocknen, kalten Granulate hatten ein spezifisches Gewicht von 1,0, waren vollständig lösbar in Wasser bei 20ºC und hatten eine Korngröße von zwischen 800um und 1mm.
• Eine Analyse jedes Granulates ergab, daß das Natriumsilikat sein gesamtes chemisch gebundenes Kristallwasser behalten hatte.
• Die so erdachte Erfindung kann variiert und verändert werden, ohne daß der Rahmen des Schutzes verlassen wird. Während die fundamentalen wesentlichen Bedingungen des Verfahrens der Erfindung zum Erhalten von Natriumsilikatgranulat mit einem hohen spezifischen Gewicht, das vollständig lösbar in Wasser ist, die gleichen bleiben, indem es sich um die Bildung von kleinen pseudoplastischen Massen aus einer pseusoplastischen Masse von Natriumsilikat handelt, die einen vorher bestimmten Anteil an freiem Wasser aufweisen, und in denen das Silikat sein ganzes chemisch gebundenes Kristallwasser enthält und wobei die termische Dehydrierung dieser kleinen pseudoplastischen Massen in einer Luftströmungsumgebung stattfindet, können viele Änderungen sogar schon bei der Zusammensetzung der zugeführten Lösungen angebracht werden, wie die physikalisch-chemischen Größen und die strukturellen Eigenschaften der Vorrichtung, die alle davon abhängen, welche besonderen Eigenschaften das beabsichtigte granulierte Produkt über diejenigen des von der vorliegenden Erfindung gesuchten hinaus aufweisen soll. Daher kann die Natriumsilikatlösung zum Beispiel andere Zusatzstoffe wie zum !3eispiel Dispersionsmittel enthalten, um die Geschwindigkeit, mit der sich die Silikatgranulate in kaltem Wasser lösen, zu erhöhen u.s.w.
• Es sollte ferner angemerkt werden, daß das Verfahren der Erfindung wie es unter Bezugnahme auf Natriumsilikat beschrieben wurde, auch för die Herstellung von Granulaten aus anderen Substanzen verwendet werden kann, wenn es dartim geht, deren spezifisches Gewicht zu erhöhen.

Claims (3)

1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung eines granularen Produktes, das Natriumsilikat und sein chemisch gebundenes Kristallwasser enthält, ein spezifisches Gewicht von 0,5 bis 1,2 besitzt und vollständig bei Umgebutigstemperatur in Wasser löslich ist, wobei ein Trockengranulator verwendet wird, der ein röhrenförmiges zylindrisches Gehäuse mit einem Heizmantel mit Einlaß- und Auslaßöffnungen und einen im zylindrischen röhrenförmigen Gehäuse drehbar angebrachten Schaufelrotor umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die aufeinanderfolgenden Schritte umfaßt:

gleichzeitige kontinuierliche Zufuhr einer Natriumsilikat-Lösung mit einem trockenen Inhalt von 40-60% und eines heißen Luftstromes bei einer Temperatur zwischen 220ºC und 260ºC an den Trockengranulator durch die Einlaßöffnung, wobei sich die Wandtemperatur des Trockengranulators zwischen 160ºC und 200ºC bewegt;

mechanisches Verarbeiten der Lösung mittels eines Schaufelrotors, der bei geeigneter Geschwindigkeit gedreht wird, um eine pseudoplastische Masse mit einem Anteil von freiem Wasser zwischen 5 und 12 Gewichts-% zu erhalten;

kontinuierliches Formen - immer noch mittels der medianischen Arbeit des Schaufelrotors - der pseudoplastischen Masse in kleine Massen oder pseudoplastische Granulate, die gegen die heiße Wand des Trockengranulators geschleudert werden, wo sie eine kontinuierliche Dehydratisierung in einer heißen Luftstromumgebung erfahren;

Ausgabe einer Natriumsilikat-Granulate, Luft und Dampf enthaltenden Strömung aus dem Trockengranulator bei einer Temperatur, die innerhalb des Bereichs von 95ºC und 115ºC gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der heiße Luftstrom die Natriumsilikat-Lösung im wesentlichen zerstaubt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Trockengranulator zugeführte Natriumsilikat-Lösung atich Zusatzstoffe wie Dispersionsmittel enthält.