DE19628749B4

DE19628749B4 - Hydrophobierungsmittel und Verwendung des Selben zur Hydrophobierung eines mineralischen Materials

Info

Publication number: DE19628749B4
Application number: DE1996128749
Authority: DE
Inventors: Jörg Abraham; Jutta Edel; Andreas Mieth
Original assignee: ROMONTA GmbH
Current assignee: ROMONTA GmbH
Priority date: 1996-07-17
Filing date: 1996-07-17
Publication date: 2007-06-14
Anticipated expiration: 2016-07-18
Also published as: DE19628749A1

Abstract

Hydrophobierungsmittel aus
a) 40 bis 50 Masse-% einer Montanwachsfraktion, die
– aus durch Extraktion von Braunkohle bei Temperaturen von 60 bis 85 °C gewonnen Montanwachs, mittels organischen Lösungsmitteln bei Temperaturen von 10 bis 30 °C extrahiert wurde,
– gegenüber dem Montanwachs einen reduzierten Gehalt an Wachsestern und einen erhöhten Gehalt an Terpenen und/oder Tepenharzen mit eingebauten funktionellen Gruppen aufweist,
– eine Säurezahl zwischen 5 und 30 mg KOH/g besitzt
– und einen Gehalt an Acetonlöslichen von 50 bis 90 % aufweist,
und
b) 40 bis 50 Masse-% Parafin
– mit einem Erstarrungspunkt zwischen 45 und 60 °C
– und einem Ölgehalt bis 25 Masse-%.

Description

Die Erfindung betrifft Hydrophobierungsmittel für ein mineralisches Material, insbesondere Gipshalb- oder -dihydrat.
Darüber hinaus werden Angaben zur Verwendung des Hydrophobierungsmittels gemacht, dahingehend, dass das Hydrophobierungsmittel und das mineralische Material gemeinsam trocken vermahlen werden, wodurch Ersteres fein verteilt auf die Partikeloberflächen des mineralischen Materials aufgebracht wird. Einzuhaltende Bedingungen sind eine bestimmte Partikelgröße, niedrige Mahlgeschwindigkeiten, die Mahldauer und die eingesetzten Mahlapparaturen, und zwar im Hinblick darauf, dass die Mahltemperatur mindestens 20 °C unter dem Steigschmelzpunkt des Hydrophobierungsmittels liegt.

Stand der Technik

Die Zusammensetzung des Hydrophobierungsmittels ist soweit Stand der Technik, als dass solche Mittel Montanwachs enthalten können ( DD 160 516 , DE 38 05 337 C2 , DD 205 882 ). Bekannt sind auch Hydrophobierungsmittel, die u.a. Montanwachse und Parafine ( EP 0 669 377 B1 ), wie auch Montanwachse, Parafine und Fettsäuren enthalten ( DE 37 43 217 C2 ). Bei diesen Produkten sind die notwendigen Einsatzmengen an Montanwachs erfahrungsgemäß recht hoch, was zur Verteuerung führt und Probleme bei der Herstellung und Lagerung bereitet.

Verfahrensseitig werden die bekannten Hydrophobierungsmittel dem Trägermaterial entweder flüssig oder in Granulatform bzw. gemahlen zugesetzt. Die Zugabe erfolgt in die wässrige bzw. flüssige Phase (z.B. DD 221 994 A1 ) oder zum trockenen Trägermaterial (z.B. DD 160 516 ). Für die Erfindung ist die Trockenrockenzugabe von Interesse. Hierbei treten aber die o.g., zum Teil erheblichen Schwierigkeiten auf.

Wegen ihres niedrigen Erweichungspunktes und ihrer Klebrigkeit ist die Mahlung von niedrigschmelzenden Montanwachsprodukten problematisch.

In Folge der Mühlenerwärmung kommt es zu starken Anklebungen an den Mahlelementen oder zur Verstopfung der Mühlenaustragssiebe. Dem ist mit Kühlung Abhilfe zu schaffen, was aber erhöhten Aufwand bedeutet. Außerdem muss zusätzlich ein Handlingproblem gelöst werden, weil die Riesel- und Lagerfähigkeit solcher pulverisierten Montanwachsprodukte ebenfalls nur im gekühlten Zustand zu gewährleisten ist.

Wenn möglich, wird dieses Problem umgangen, indem ein Vormischprodukt durch gemeinsame Zerkleinerung von Hydrophobierungsmittel und Gipshalb- oder -dihydrat hergestellt wird. Bei Montanwachsprodukten ist aber der durch einfache Zerkleinerung erreichbare Dispersionsgrad für den vorliegenden Anwendungsfall nicht ausreichend. Trotz der Mahlwirkung der Gipshalb- oder -dihydratpartikel wird das Hydrophobierungsmittel nicht auf die notwendige hohe Kornfeinheit zerteilt. Das übt negativen Einfluss auf die Hydrophobierungswirkung aus.

Aufgabenstellung

Es ergibt sich somit die Zielstellung, die Hydrophobierung von Gipsbauelementen unter Einsatz von Montanwachsprodukten herstellungsseitig effizienter zu gestalten. Aufgabengemäß war ein Hydrophobierungsmittel zu entwickeln und zu benennen, dass als stabiles pulverförmiges Vormischprodukt hoher Qualität für die Hydrophobierung von mineralischen Materialien zur Verfügung steht. Die einzusetzende Aufwandsmenge an Hydrophobierungsmittel der erfindungsgemäßen Art soll gegenüber bekannten Hydrophobierungsmitteln auf Wachsbasis, die dem Trägermaterial in Granulatform oder gemahlen zugesetzt werden, von üblicherweise 3 % auf 1-2 % reduzierbar sein.

Lösung der Aufgabe

Die Lösung der Aufgabenstellung ist im Patentanspruch 1 angegeben. Verwendungsseitige Angaben finden sich im Patentanspruch 5. Die jeweils zugehörigen untergeordneten Ansprüche enthalten zweckmäßige Ausgestaltungen.

Das erfindungsgemäße Hydrophobierungsmittel besteht aus 40 bis 50 Masse-% einer Montanwachsfraktion und 40 bis 50 Masse-% Parafin.

Montanwachs wird durch Extraktion von Braunkohle bei Temperaturen von 60-85 °C gewonnen. Durch ein temperaturgesteuertes Extraktionsverfahren mit organischen Lösungsmitteln oder Gemischen aus diesen, vorzugsweise Toluen, in niedrigen Temperaturbereichen, vorzugsweise 10-30 °C, wird eine Montanwachsfraktion gewonnen, in der der Ausgangsgehalt an Wachsestern reduziert und der Anteil der Terpene bzw. Terpenharze mit eingebauten funktionellen Gruppen erhöht ist.

Die Montanwachsfraktion kann in ihrer hydrophoben Wirkung durch chemische Umsetzung mit einer technischen Lauge, vorzugsweise Kalilauge, weiter verbessert werden. Die Säurezahl der Montanwachsfraktion liegt zwischen 5 und 30 mg KOH/g. Ihr Gehalt an Acetonlöslichen beträgt 50-90 Masse-%.

Außer der durch das oben beschriebene selektive Löslichkeitsverfahren gewonnenen speziellen Montanwachsfraktion mit hochwirksamen hydrophobierenden Bestandteilen, ist im erfindungsgemäßen Hydrophobierungsmittel weiterhin Paraffin mit einem Erstarrungspunkt im Bereich von 45-60 °C und einen Ölgehalt bis 25 Masse-%, vorzugsweise 5 Masse-%, enthalten.

Gegebenenfalls kann dem vorgenannten Gemisch eine höhere Fettsäure mit einem Erstarrungspunkt von 45-55 °C und einer Säurezahl von 150-220 mg KOH/g zugesetzt werden.

Verwendungsseitig wird das in Rede stehende Hydrophobierungsmittel gemeinsam mit dem mineralischen Material, insbesondere Gipshalb- oder -dihydrat, trocken vermahlen. Innerhalb dieses Mahlprozesses wird das Hydrophobierungsmittel in der Gesamtmischung fein verteilt. Gleichzeitig findet eine Anlagerung von mineralischem Material an die Hydrophobierungsmittelpartikel statt, wodurch eine Reagglomeration verhindert wird. Funktionsfähig ist der Prozess aber nur, wenn die nachfolgend benannten Schritte und Bedingungen eingehalten werden.

Zunächst werden Hydrophobierungsmittel und mineralisches Material gemeinsam in einer Vormahlstufe bei niedrigen Mahlgeschwindigkeiten vermahlen. Das Mahlgut wird hier besonders intensiven Druck-, Scher-, Reibungs- und Knetbeanspruchungen ausgesetzt. Apparativ können dazu Schwing- oder Knetmühlen eingesetzt werden. Die Vormahlstufe kann in Einzelmahlstufen unterteilt werden, wobei in der jeweils folgenden Mahlstufe ein weiterer Anteil von mineralischem Material in den Prozess eingeführt wird.

Zum Erzielen von Partikelgrößen < 0,5 mm schließt sich eine Nachmahlung an. Hier wird das Mischgut weiter dispergiert und die dispergierten Teilchen werden vollständig mit mineralischem Material eingehüllt.

Die Mahldauer, die Mahlgeschwindigkeit und die eingesetzten Mahlapparaturen sind in der Weise aufeinander abzustimmen, dass die Mahltemperatur mindestens 20 °C unter dem Steigschmelzpunkt nach DIN EN ISO 6321 des Hydrophobierungsmittels liegt. Für die Nachmahlung sind Schlagnasen- oder Turbomühlen mit hoher Schlag- und Schneidwirkung bei gleichzeitig starker Verwirbelung mit Luft oder Gasen geeignet.

Der Hydrophobierungsmittelanteil darf in keinem Fall den kritischen Wert erreichen, bei dem die Mahlelemente verkleben und verkrusten. Daher ist es geboten, diesen möglichst niedrig zu halten. Der Verbesserung der Hydrophobierungswirkung, die auf dem Montanwachsanteil beruht, sind somit Grenzen gesetzt.

Es hat sich gezeigt, dass sich der Montanwachsanteil bei gleichbleibenden bzw. verbesserten Gebrauchseigenschaften des Endproduktes erheblich verringern lässt, indem man nicht Montanwachs, sondern eine spezielle Fraktion des Montanwachses als Bestandteil des Hydrophobierungsmittels verwendet.

Ausführungsbeispiel
Zunächst werden die in der vorstehenden Beschreibung verwendeten Begriffe Steigschmelzpunkt, Erstarrungspunkt, Säurezahl und Acetonlösliches näher erläutert.
Steigschmelzpunkt/Erstarrungspunkt:
Eine Glaskapillare, gefüllt mit ca. 1 cm der Probe, wird an einem Thermometer befestigt und in ein Wasserbad eingetaucht. Das Wasserbad wird langsam erwärmt.
Die Temperatur, bei der die Probe schmilzt und durch den Auftrieb in der Kapillare nach oben steigt, wird Steigschmelzpunkt genannt (Phasenübergang von fest nach flüssig). Dem gegenüber beschreibt der Erstarrungspunkt den Phasenübergang von flüssig nach fest.
Säurezahl:
In einer organischen Wachsprobe enthaltene freie Säuren (organische Säuren) werden in einer Lösung in Ethanol/Xylen durch Titration mit alkoholischer KOH bestimmt. Dabei wird der Umschlagspunkt durch die Farbänderung eines Indikators oder durch Änderung der elektrischen Leitfähigkeit der Lösung erfasst.
Acetonlösliches:
Die in einem Wachs enthaltene harzartige Fraktion, die bei 20 °C aus dem fein gemahlenen Ausgangsprodukt durch Schütteln mit Aceton und Zentrifugieren herausgelöst und abgetrennt werden kann, nennt man acetonlösliche Bestandteile bzw. Acetonlösliches.
Ein Hydrophobierungsmittel der erfindungsgemäßen Art weist somit folgende Rezeptur auf

– Montanwachsfraktion	45 Masse-%,
– Paraffin	50 Masse-%
– Fettsäure	5 Masse-%.

Daraus ergeben sich die nachfolgend aufgeführten Produktkennzahlen für das Hydrophobierungsmittel:

– Erstarrungspunkt	60 °C,
– Viskosität bei 90 °C	15 mPas,
– Säurezahl	12 mg KOH/g.

Im Verwendungsfall wird das angegebene Hydrophobierungsmittel gemeinsam mit dem mineralischen Material, nämlich Gipshalb- oder -dihydrat, trocken vermahlen, und zwar zunächst in einer Vormahlstufe in einer Schwing- oder Knetmühlen bei niedrigen Mahlgeschwindigkeiten. Die Vormahlstufe kann in Einzelmahlstufen unterteilt werden. Es schließt sich eine Nachmahlung an, in der Partikelgrößen < 0,5 mm erzielt werden. Die Mahldauer, die Mahlgeschwindigkeit und die eingesetzten Mahlapparaturen sind in der Weise aufeinander abzustimmen, dass die Mahltemperatur mindestens 20 °C unter dem Steigschmelzpunkt des Hydrophobierungsmittels liegt. Für die Nachmahlung sind Schlagnasen- oder Turbomühlen mit hoher Schlag- und Schneidwirkung bei gleichzeitig starker Verwirbelung mit Luft oder Gasen zu verwenden.
Die Masseverhältnisse von erfindungsgemäßem Hydrophobierungsmittel und Gipshalb- oder -dihydrat sind im Bereich zwischen 40 : 60 und 80 : 20 anzusiedeln.
Eine mögliche Zusammensetzung wäre 60 Masse-% Hydrophobierungsmittel und 40 Masse-% Gipshalb- oder -dihydrat.
Ein hydrophobierter Probekörper hatte nach 2 Stunden Wässerung weniger als 10 % Massezunahme zu verzeichnen.
Die Aufwandsmenge an Montanwachsfraktion ist zwischen 0,5 und 3 % der Gesamtmasse des trockenen Gipshalb- oder -dihydrats einstellbar.

Claims

Hydrophobierungsmittel aus a) 40 bis 50 Masse-% einer Montanwachsfraktion, die – aus durch Extraktion von Braunkohle bei Temperaturen von 60 bis 85 °C gewonnen Montanwachs, mittels organischen Lösungsmitteln bei Temperaturen von 10 bis 30 °C extrahiert wurde, – gegenüber dem Montanwachs einen reduzierten Gehalt an Wachsestern und einen erhöhten Gehalt an Terpenen und/oder Tepenharzen mit eingebauten funktionellen Gruppen aufweist, – eine Säurezahl zwischen 5 und 30 mg KOH/g besitzt – und einen Gehalt an Acetonlöslichen von 50 bis 90 % aufweist, und b) 40 bis 50 Masse-% Parafin – mit einem Erstarrungspunkt zwischen 45 und 60 °C – und einem Ölgehalt bis 25 Masse-%.
Hydrophobierungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es bis zu 10 Masse-% Fettsäuren mit einem Erstarrungspunkt von 45 bis 55 °C und eine Säurezahl von 150 bis 220 mg KOH/g enthält.
Hydrophobierungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrophobe Wirkung der Montanwachsfraktion durch chemische Umsetzung mit einer technischen Lauge, vorzugsweise Kalilauge, verbessert ist.
Hydrophobierungsmittel nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Erstarrungspunkt von 50 bis 65 °C, eine Viskosität von 10 bis 25 mPas und eine Säurezahl von 2 bis 40 mg KOH/g aufweist.
Verwendung eines Hydrophobierungsmittels nach den Ansprüchen 1 bis 4 zur Hydrophobierung eines mineralischen Materials, wobei das Hydrophobierungsmittel gemeinsam mit dem mineralischen Material trocken vermahlen und innerhalb des Mahlprozesses fein verteilt auf die Partikeloberflächen des mineralischen Materials aufgebracht wird, indem einer kurzzeitigen Vorvermahlung bei niedrigen Mahlgeschwindigkeiten eine Nachmahlung bis auf eine Partikelgröße < 0,5 mm angeschlossen wird, und die Mahldauer, die Mahlgeschwindigkeit und die eingesetzten Mahlapparaturen in der Weise abgestimmt werden, dass die Mahltemperatur mindestens 20 °C unter dem Steigschmelzpunkt der Montanwachsfraktion des Hydrophobierungsmittels liegt.
Verwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als mineralisches Material Gipshalb- oder -dihydrat hydrophobiert wird.
Verwendung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorvermahlung in Einzelmahlstufen mit stufenweiser Zugabe von mineralischem Material erfolgt.
Verwendung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass für Gipshalb- oder -dihydrat und Hydrophobierungsmittel ein Masseverhältnis von 40 : 60 bis 80 : 20 eingestellt wird.