Patentansprüche
1. Bindemittel oder Gerüststoff auf der Basis eines Kunststoffs oder eines anorganischen Polymers, erhältlich als Adsorptionsverbindung aus dem zerkleinertem Kunststoff oder dem anorganischen Polymer und zumindest einem Pflanzenöl, Pflanzenölbestandteil oder Pflanzenölderivat, gegebenenfalls mit weiteren Bestandteilen oder Zusatzstoffen.
2. Bindemittel oder Gerüststoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff Polystyrol in Form eines Homo- oder Copolymerisats ist.
3. Bindemittel oder Gerüststoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff ausgewählt ist aus einem modifizierten Polystyrol, bevorzugt α-Methylstyrol.
4. Bindemittel oder Gerüststoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff ausgewählt ist aus einem Sty- rol/(Meth)acrylat-Copolymer.
5. Bindemittel oder Gerüststoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit dem Kunststoff oder dem anorganischen Polymer als Dispersion.
6. Bindemittel oder Gerüststoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Pflanzenöl ausgewählt ist aus Rapsöl, Sonnen- blumenkernöl, Sojaöl, Rizinusöl, Olivenöl, Leinöl, Kokosöl, Palmöl, einem Bestandteil oder Derivat und Mischungen davon.
7. Bindemittel oder Gerüststoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Derivat ein Ester ist.
8. Bindemittel oder Gerüststoff nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Derivat ein Glycerinester einer mehrfach ungesättigten Fettsäure ist.
9. Verwendung des nach einem der Ansprüche 1 bis 8 erhaltenen Bindemittels oder Gerüststoffs als Klebstoff oder Dichtungsmasse.
10. Verwendung des nach einem der Ansprüche 1 bis 8 erhaltenen Bindemittels oder Gerüststoffs als Zusatz in Baustoffen, insbesondere hydraulischen Bindemitteln, Gips, nichthydraulischem KaUc und Trockenmörtelprodukten.
11. Verfahren zur Herstellung von Bindemitteln oder Gerüststoffen auf der Basis eines Kunststoffs oder eines anorganischen Polymers mit zumindest einem Pflanzenöl, Pflanzenölbestandteil oder Pflanzenölderivat, bei dem in einem ersten Verfahrensschritt der Kunststoff oder das anorganischen Po- lymer in zerspanter oder feinverteilter Form mit dem Pflanzenöl, Pflanzenölbestandteil oder Pflanzenölderivat reagieren gelassen und anschließend in einem zweiten Verfahrensschritt der so modifizierte Kunststoff oder das Polymer mit demselben oder einem weiteren Pflanzenöl, Pflanzenölbestandteil oder Pflanzenölderivat reagieren gelassen wird.
12. Verwendung des nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder nach dem Verfahren gemäß Anspruch 11 erhaltenen Bindemittels oder Gerüststoffs zur Herstellung eines im wesentlichen gleichförmigen Granulats mit hoher Rieselfähigkeit und Schüttdichte.
13. Verwendung des nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder nach dem Verfahren gemäß Anspruch 11 erhaltenen Bindemittels oder Gerüststoffs als Bestandteil von Wasch- und Reinigungsmitteln.
14. Verwendung des nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder nach dem Verfahren gemäß Anspruch 11 erhaltenen Bindemittels oder Gerüststoffs als Vor- oder Zwischenprodukt für Kosmetika und Produkte der Körperpflege. |
Mit Pflanzenölen und Pflanzenölderivaten modifizierte Bindemittel und
Gerüststoffe
Die Erfindung betrifft mit Pflanzenölen, Pflanzenölbestandteilen oder Pflanzenölderivaten modifizierte Bindemittel und Gerüststoffe, ein Verfahren zur Herstel- hing solcher Bindemittel und Gerüststoffe sowie deren bevorzugte Verwendungen.
Ausgangspunkt für die vorliegende Erfindung bildeten Erkenntnisse, welche sich an eine Erfindung anschließen, die auf denselben Anmelder zurückgeht und als DE-B-41 19 193 veröffentlicht worden ist. Die DE-B-41 19 193 offenbart ein öl bindendes Mittel auf der Basis eines Polystyrolschaumes bzw. -hartschaumes, bei welchem der Polystyrolschaum zerkleinert, z.B. zerspant, vorliegt und mit einem Pflanzenöl belegt worden ist. Das Pflanzenöl benetzt die Oberfläche der zerspanten Polystyrol-Schaumteilchen und verbessert dadurch deren Eigenschaften ganz erheblich. Grundgedanke war dabei die Bereitstellung eines umweltfreundlichen Produkts aus einem nachwachsenden Rohstoff, vorzugsweise sogar einem Abfallprodukt bei der Pflanzenölherstellung.
Das so erhaltene Bindemittel zeigt eine außergewöhnliche Affinität gegenüber weiterem öl, gleich welcher Art, und wurde deshalb als Mittel zum Binden von öl nach Unfällen auf dem Wasser oder dem Land, zum Reinigen von Wasser, zum Reinigen von Behältern oder zum Auffangen von Lecköl vorgeschlagen. Das weitere öl wird dabei von dem durch die Pflanzenölbelegung modifizierten Polystyrol-Hartschaum wie von einem Löschblatt aufgesogen. Bedingt durch die Belegung des Polystyrol-Hartschaums mit dem Pflanzenöl ergab sich außerdem eine erstaunlich verbesserte Handhabbarkeit des Bindemittels in Form einer deutlich höheren Schüttdichte und einer erheblich verbesserten Rie- selfähigkeit.
Labor- und Demonstrationsversuche des Anmelders des vorgenannten Standes der Technik haben überdies gezeigt, daß bei entsprechender Beladung der Polystyrol- Schaumteilchen mit dem Pflanzenöl und bei dem Einsatz zum Binden von Erdöl bei der innerhalb kürzester Zeit erfolgenden Aufnahme des Erdöls gleichmäßige schwarze Kugeln mit einem Durchmesser von ca. 2 - 4 cm entstanden, die eine erstaunliche Stabilität gegenüber Druck aufwiesen, so daß sie das von ihnen aufgenommene Erdöl auch bei deutlicher Druckeinwirkung nicht wieder freigaben.
Erste Erkenntnisse über die Eignung als Bindemittel auch über den bis dahin vorgesehenen Verwendungszweck als ölbindemittel hinaus ergaben sich schon augenscheinlich daraus, daß die sich erstaunlicherweise bei einem bestimmten Belegungsgrad des Polystyrolschaumes mit dem Pflanzenöl beim Aufnehmen des Erdöls bildenden schwarzen Kugeln eine leichte Klebrigkeit aufwiesen. Das Phä- nomen der Bildung der genannten schwarzen Kugeln deutete auf das Vorhandensein bzw. Entstehen starker Ordnungskräfte hin. Um diese zu verstehen, waren überlegungen aus einem völlig anderen technischen Bereich hilfreich.
Im Zusammenhang mit der Phosphatierung von Metallen ist ein Phänomen be- kannt, das sich bei der Verwendung von Schmierstoffen auf Seifenbasis in Verbindung mit Phosphatschichten ergibt. Werden Zink-Phosphatschichten auf einem Werkstück mit Alkaliseifen umgesetzt, entsteht dabei Zinkseife, die zum einen
besonders wirksam ist und zum anderen einen geordneten Aufbau auf der Phosphatschicht aufweist. Es scheinen dabei besondere Ordnungskräfte zu wirken, die technisch nutzbar gemacht werden (siehe Dr. Rausch, „Die Phosphatierung von Metallen", Eugen G. Leuze Verlag, Saulgau/Württ., zweite Auflage 1988). Es war davon auszugehen, daß vergleichbare Ordnungskräfte auch für das Phänomen der starken Bindungswirkung von mit Pflanzenöl belegtem zerkleinertem oder zerspantem Kunststoffschaum, wie dem Polystyrol-(Hart-)Schaum verantwortlich sind. Mit dieser einmal gewonnenen Erkenntnis lag es außerdem auf der Hand, daß die besonderen, bei der Erdölbindung zutage getretenen Eigenschaften des mit dem Pflanzenöl belegten Kunststoffs einer Reihe weiterer interessanter Anwendungen zugeführt werden können.
Davon ausgehend lag der vorliegenden Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, den für die Erdölbindung bekanntgewordenen, mit Pflanzenöl belegten Kunst- Stoffschaum weiteren Anwendungen zuzuführen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Bindemittel oder einen Gerüststoff auf der Basis eines Kunststoffs oder eines anorganischen Polymers, wobei das Bindemittel oder der Gerüststoff als Adsorptionsverbindung aus dem zerkleinerten Kunst- stoff und zumindest einem Pflanzenöl, Pflanzenölbestandteil oder Derivat davon erhältlich ist, gegebenenfalls mit weiteren Bestandteilen oder Zusatzstoffen.
Dabei ist der Begriff der Zerkleinerung weit zu fassen. Die Teilchengröße hängt unter anderem von der Art des eingesetzten Kunststoff- oder Polymermaterials und dem gewünschten Verwendungszweck ab sowie von dem eingesetzten Zerkleinerungsverfahren. Hier können schneidende oder reißende Verfahren eingesetzt werden, wobei der Kunststoff oder das Polymer dann zerspant oder zerbürstet wird, und es kann genauso ein Granulat mit einer je nach Verwendungszweck vorherzubestimmender Korngröße als Ausgangsmaterial dienen. Der Begriff des zerkleinerten Materials umfaßt im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch ein Granulat beliebiger Korngröße.
Bei dem Einsatz von zerspantem oder zerbürstetem Kunststoff- oder Polymermaterial haben sich Teilchengrößen kleiner als ca. 3 mm, bevorzugt etwa in einem Bereich von 1,5 bis 0,5 mm als sinnvoll erwiesen.
Wenn ein Granulat eingesetzt wird, richtet sich die Korngröße nach der Art des gewählten Herstellungsverfahrens und dem Einsatzzweck in der einem Fachmann an sich geläufigen Weise.
Als Kunststoff kann Polystyrol in Form eines Homo- oder Copolymerisats eingesetzt werden. Polystyrol hat den Vorteil, herstellungsbedingt preisgünstig und andererseits in bezug auf die Copolymerisate in Form einer breiten Produktpalette verfügbar zu sein. Gleichwertig oder für bestimmte Anwendungen bevorzugt kann auch ein modifiziertes Polystyrol Verwendung finden. Modifizierte Polystyrole sind vielfältig bekannt. Beispielhaft ist α-Methylstyrol zu nennen.
Für bestimmte Anwendungsformen ist ein Polystyrol-Copolymerisat als Kunststoffmaterial zu bevorzugen, das z. B. ausgewählt ist aus einem Styrol/(Meth-) Acrylat-Copolymer. Dieses Styrol/(Meth-)Acrylat-Copolymer, aber auch ein Ho- mopolymerisat bzw. ein weiterer Kunststoff oder ein anderes Polymermaterial kann in seiner zerkleinerten Form ebenso als Dispersion eingesetzt werden.
Das für die Bildung der Adsorptionsverbindung und damit des erfindungsgemäßen Bindemittels oder Gerüststoffs dienende Pflanzenöl ist vorzugsweise ausgewählt aus Rapsöl (auch Rüböl oder Rüpsenöl genannt), Sonnenblumenkernöl, Sojaöl, Rizinusöl, Olivenöl, Leinöl, Kokosöl, Palmöl, einem Bestandteil oder De- rivat und Mischungen davon. Es soll aber an dieser Stelle darauf hingewiesen werden, daß es sich dabei um eine exemplarische Aufzählung der gängigen Pflanzenöle handelt, und daß grundsätzlich jegliches Pflanzenöl für die Zwecke der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann.
Als Derivat des Pflanzenöls sind besonders die Ester und Glycerinester der mehrfach ungesättigten Fettsäuren hervorzuheben.
Es ist hinlänglich bekannt, daß die natürlichen pflanzlichen öle Glycerinester der höheren geradzahligen Fettsäuren, d. h. der Glyceride darstellen und bis zu ca. 97% aus Triglyceriden, bis zu ca. 3% aus Diglyceriden und bis ca. 1% aus Mo- noglyceriden aufgebaut sind. Tri-, Di- und Monoglyceride bestehen jeweils aus einem Molekül Glycerin, verestert mit 3 Molekülen, 2 Molekülen bzw. 1 Molekül Fettsäure. Die chemischen, physikalischen und biologischen Eigenschaften der Pflanzenöle werden von der Art der Fettsäurekomponente und ihrer Verteilung über die Triglyceridmoleküle bestimmt. Es ist außerdem hinlänglich bekannt, daß der Schmelzpunkt im allgemeinen mit zunehmendem Anteil an langkettigen Fett- säuren bzw. mit abnehmendem Anteil an kurzkettigen oder ungesättigten Fettsäuren steigt. Die Eigenschaften eines Triglycerids werden auch durch die Stellung der verschiedenen Fettsäuregruppen innerhalb des Triglyceridmoleküls bestimmt.
Die Fettsäuren selbst sind überwiegend geradzahlige, geradkettige, aliphatische Monocarbonsäuren mit Kettenlängen von C 4 bis C 24 . Der Schmelzpunkt einer Fettsäure fällt mit abnehmender Kettenlänge und zunehmender Anzahl von Doppelbindungen. Pflanzenöle sind bei Zimmertemperatur flüssig wegen ihres erheblichen Anteils an ungesättigten Fettsäuren.
Wenn das jeweilige Pflanzenöl als Ester der jeweiligen mehrfach ungesättigten Fettsäuren eingesetzt wird, sind grundsätzlich die Methylester von besonderem Interesse. Hier sind insbesondere Rapsfettsäuremethylester, Rizinolsäuremethy- lester, ölsäuremethylester, Linolsäuremethylester, Laurinsäuremethylester zu nennen, wobei diese Aufzählung lediglich exemplarisch ist. Die Möglichkeiten sind mannigfaltig und die Auswahl sowie die gegebenenfalls weitere Umsetzung des pflanzlichen öls oder seiner Bestandteile mit weiteren Fettsäuren ist für den Fachmann aufgrund seines allgemeinen Fachwissens ohne weiteres möglich.
Die eingangs gestellte Aufgabe wird auch gelöst durch die Verwendung des erfin- dungsgemäßen Bindemittels bzw. Gerüststoffs als Klebstoff oder Dichtungsmasse. Dabei sind Klebstoffe und Dichtungsmassen jeglicher Art und Verwendung gemeint und mitumfaßt.
Ausgehend von den zuvor im Hinblick auf die Bildung der kugelförmigen Gebilde bei der Bindung des Erdöls beobachteten klebrigen Eigenschaften wurden erfolgreich verschiedene Versuche durchgeführt, welche sogar eine herausragende Eignung des erfindungsgemäßen Bindemittels als Klebstoff und Dichtungsmasse bestätigten.
Grundsätzlich bestehen Klebstoffe in ihrer einfachsten Zusammensetzung aus einem Bindemittel, dem noch ein Weichmacher zur Eigenschaftsverbesserung zugesetzt wird. Obwohl solche Weichmacher für die Anwendbarkeit der Klebstof- fe als erforderlich angesehen werden, sind doch aus dem Stand der Technik verschiedene Nachteile bekannt, welche mit dem Einsatz solcher Weichmacher einhergehen. Einer der wesentlichen Nachteile ist z.B. eine verringerte Haftungseigenschaft. Aus dieser resultiert der bei den herkömmlichen Klebern bekannte Hinweis, ihn nur auf sauberen, trockenen, fett- und ölfreien Oberflächen zu ver- wenden.
Es ist ebenso seit langem bekannt und üblich, als Grundlage der Klebstoffe Bindemittel auf der Basis der Homo- oder Copolymere des Styrols oder ein modifiziertes Polystyrol einzusetzen. In einer bevorzugten Verwendung wird erfindungsgemäß als Kunststoff ein modifiziertes Polystyrol, bevorzugt α-Methylstyrol, eingesetzt.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kleber und Dichtungsmassen wurde gemäß einer weiteren bevorzugten Verwendung auf eine vielfältige Palette von Sty- rol/(Meth)acrylat-Copolymeren zurückgegriffen, welche von der BASF im Handel erhältlich sind. Als wesentlichstes und bekanntestes Produkt ist hierbei Acro- nal verschiedenster Spezifikation, wie Acronal 290D, Acronal S360D usw. zu nennen. Weitere Vertreter der von der BASF erhältlichen Styrol-Copolymerisate sind beispielsweise Neocryl A 621 als Copolymer von Styrol mit Acrylsäureester, Pliotec LSl als Terpolymer aus Styrol, Butylacrylat und Methacrylsäure, Rhodo- pas SB 012 als Copolymer von Styrol mit Butadien oder Synthomer VL 10286 als Terpolymer von Styrol mit Butadien und Acrylnitril.
In bezug auf die Pflanzenölkomponente, die erfindungsgemäß als Weichmacher dient, ist es bevorzugt, weniger das öl selbst als ein Derivat hiervon einzusetzen. Hier sind insbesondere die Fettsäuren und besonders deren Ester, ganz besonders deren Methylester, wie ausgehend von Rapsöl Rapsfettsäuremethylester (auch kurz RME genannt), ölsäuremethylester und Linolsäuremethylester, hervorzuheben. Die Auswahl des oder der jeweiligen Methylester für die Zwecke der vorliegenden Verwendung hängt unter anderem von wirtschaftlichen Erwägungen ab, d.h. welche(r) Methylester kostengünstig zur Verfügung stehen.
Der Anteil der Pflanzenölkomponente in dem erfindungsgemäßen Klebstoff oder der Dichtungsmasse liegt bevorzugt bei etwa 5 - 20%, besonders bevorzugt bei etwa 7 - 15%.
Dem Klebstoff oder der Dichtungsmasse können des weiteren ansonsten übliche und als solches bekannte Zusätze, wie beispielsweise Pigmente, zugegeben wer- den, ohne seine Wirkung nachteilig zu beeinflussen.
Eine weitere bevorzugte Verwendung des erfindungsgemäßen Bindemittels bzw. Gerüststoffs betrifft den Bausektor, d. h. spezifische Produktverbesserungen der im Bausektor eingesetzten Bindemittel, wie hydraulische Bindemittel, Trocken- mörtelprodukte, Gips und (nichthydraulischer) Kalk.
Unter hydraulischen Bindemitteln werden solche Bindemittel verstanden, die sowohl an der Luft als auch in Wasser erhärten und Zement, hydraulischen KaUc, Putz- und Mauerbinder umfassen. Langwierige Versuche haben hier eine Reihe von erstaunlichen Produktverbesse- rungen ergeben, zu denen eine verbesserte Form- und Bearbeitbarkeit, eine Steigerung der Elastizität, Erhöhung der Zug-, Druck-, Biegewechsel- und Torsionsfestigkeit, eine geringere Feuchtigkeitsaufhahme, Erhöhung der Langlebigkeit und nicht zuletzt eine heute besonders beachtete und damit vorteilhafte umweltgerechte Entsorgung bedingt durch die biologische Abbaubarkeit gehören.
Die mit dem erfindungsgemäßen Bindemittel bzw. Gerüststoff hergestellten Produkte zeichnen sich außerdem durch ein geringes Schüttgewicht und eine erhöhte
Rieselfähigkeit aus. Sie zeigen eine drastisch verminderte Staubentwicklung und eine Reduktion der elektrostatischen Aufladung.
Die sich stellende Aufgabe wird ebenso gelöst durch ein Verfahren zur Herstel- lung eines Bindemittels oder Gerüststoffs auf der Basis eines Kunststoffs oder eines anorganischen Polymers mit zumindest einem Pflanzenöl, Pflanzenölbestandteil oder Pflanzenölderivat, bei dem in einem ersten Verfahrensschritt der Kunststoff oder das anorganischen Polymer in zerspanter oder feinverteilter Form mit dem Pflanzenöl, Pflanzenölbestandteil oder Pflanzenölderivat reagieren gelas- sen und anschließend in einem zweiten Verfahrensschritt der so modifizierte Kunststoff oder das Polymer mit demselben oder einem weiteren Pflanzenöl, Pflanzenölbestandteil oder Pflanzenölderivat reagieren gelassen wird.
Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren hat der Anmelder die bereits in seiner ersten Anmeldung dargelegte, aber noch auf ein öl bindendes Mittel bezogene Erkenntnis weiterentwickelt, wonach im Anschluß an den ersten Verfahrensschritt, d. h. dort die Belegung des Kunststoffs mit dem Pflanzenöl, nur noch „öl zu öl kommt", wodurch die besonderen Produkteigenschaften des bekannten öl bindenden Mittels, aber auch die besonderen Produkteigenschaften des durch das hier vorgestellte erfindungsgemäße Verfahren gewonnenen Bindemittels in seinen verschiedenen Verwendungsmöglichkeiten begründet sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich von der Herstellung des bekannten öl bindenden Mittels im wesentlichen dadurch, daß es dort für die Her- Stellung des Mittels lediglich des ersten Verfahrensschrittes bedurfte, d. h. der Kunststoff, wie Polystyrol, wurde mit dem Pflanzenöl belegt und die dabei bereits gewonnenen besonderen und modifizierten Eigenschaften des Polystyrols ergaben das einsatzbereite ölbindemittel. Der zweite, hier erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahrensschritt, das weitere Belegen mit öl, geschah bei dem bekannten öl bindenden Mittel erst bei seiner Verwendung, d.h. bei seinem Einsatz in der Praxis. Entsprechend war es auch Erdöl oder eine ölverschmutzung, die an das gemäß dem ersten Verfahrensschritt modifizierte Polystyrol gebunden wurde und
nicht, wie hier erfindungsgemäß vorgesehen, ein weiteres Pflanzenöl, dessen Bestandteil oder Derivat. Das erfindungsgemäß hier vorgestellte Bindemittel bzw. der Gerüststoff auf der Basis von Polystyrol als bevorzugt zu verwendendem Kunststoff oder auf der Basis eines anorganischen Polymers ist erst nach Durch- führen auch des zweiten Verfahrensschritt fertig und für vielfältige Verwendungen einsetzbar.
Aufgrund der Unterschiede zwischen der Herstellung des bekannten öl bindenden Mittels und des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Bindemit- tels war es auch erforderlich, daß weniger ein z. B. durch Zerspanen zerkleinertes Polystyrol als vielmehr ein feinverteiltes Polystyrol bzw. ein feinverteilter Kunststoff oder eine Polystyrol- bzw. Kunststoffdispersion zum Einsatz kommt. Auch können die Verwendungsmöglichkeiten des Bindemittels dadurch erweitert werden, daß Polystyrol nicht allein, sondern z. B. in Form von Copolymerisaten des Polystyrols mit weiteren Polymeren eingesetzt wird. Als solche Copolymerisate sind insbesondere solche auf der Basis von Styrol/Acrylat zu nennen. Vorzugsweise werden das feinverteilte Polystyrol oder die Polystyrol-Copolymerisate in Form von Dispersionen eingesetzt.
Die Erfindung betrifft genauso die Verwendung des erfindungsgemäßen Bindemittels oder Gerüststoffs sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens zu dessen Herstellung im Bereich der Wasch- und Reinigungsmittel.
Dabei lag auch dieser Verwendung die Beobachtung zugrunde, daß sich der mit dem Pflanzenöl verbundene Kunststoff oder das Polymer dann, wenn weiteres öl hinzukommt, zu im wesentlichen gleichmäßigen kugelförmigen Strukturen zusammenballt, die eine hohe Stabilität aufweisen.
Die Tatsache, daß durch die Verbindung des Kunststoffs oder Polymers mit dem Pflanzenöl eine echte chemische Verbindung geschaffen und eine besonders hohe Schüttdichte sowie eine besonders gute Rieselfähigkeit des erzielten Produkts erreicht wird, kann für eine besonders bevorzugte Verwendung zunutze gemacht werden, welche den Einsatz zur Herstellung eines granulierten Wasch- und Reinigungsmittels betrifft.
Eigenschaften wie eine hohe Schüttdichte und eine verbesserte Rieselfähigkeit sind von jeher das Ziel bei der Entwicklung von nichtflüssigen Wasch- und Reinigungsmitteln gewesen, da dadurch bei gleichbleibender oder sogar verbesserter Waschkraft eine verringerte Verpackungsgröße möglich wird, was die Transportkosten und das Gewicht für die Waschmittelverpackungen deutlich vermindert. Seit längerem wird daher im Stand der Technik daran gearbeitet, Granulierverfahren zu entwickeln, die zu der Bildung von im wesentlichen gleichmäßig kugelförmigen Granulaten führen.
Mit dem erfindungsgemäßen granulierten Wasch- und Reinigungsmittel geht auch eine Erhöhung der Waschkraft einher. Dies wird auf die Bildung einer Adsorptionsverbindung zwischen den sonstigen Bestandteilen des Granulats und dem verwendeten Pflanzenölderivat in Form eines Fettalkoholpolyglykolethers zurückge- fuhrt. Bekanntlich ist für die Reinigungskraft eines Waschmittels das Benetzungs- gleichgewicht an der Grenzfläche fest/flüssig und damit die Benetzungsspannung von erheblicher Bedeutung. Diese wird durch das Tensid stark verändert, weil der Randwinkel des Schmutzes auf der Faseroberfläche verändert wird. Bedingt durch das tensidhaltige Waschmittel kommt es grundsätzlich schon zu einer Verkleinerung des Randwinkels auf der Faseroberfläche des verschmutzten Textils, bedingt durch die hydrophoben Reste des Tensids. Untersuchungen des Anmelders lassen nun den Schluß zu, daß die besondere, erfindungsgemäß durch die Adsorptionsverbindung mit dem Pflanzenölderivat erzielte Granulatstruktur des Waschmittels den Umnetzungsprozeß, mit dem die Schmutzteilchen unter den dynamischen Bedingungen in einer Waschmaschine abgelöst und in der tensidhal- tigen Waschlauge solubilisiert und damit von dem Textil entfernt werden, erheblich steigert.
Silikate, zu denen auch die Zeolithe gehören, sind bei der Herstellung von Wasch- mittein als Gerüstbildner bekannt. Ihnen werden zur Herstellung des fertigen
Waschmittels als feste Bestandteile insbesondere noch Bleichmittel, Aniontenside und gegebenenfalls weitere bekannte Zusatzstoffe zugegeben. Genauso wie das
organische Polymer, z.B. das Polystyrol im Fall der Klebstoffe, dient auch hier das anorganische Polymer in Form des Silikats bzw. Zeoliths und in Ergänzung dazu noch die weiteren genannten festen Bestandteile als Trägermaterial für die Granulate. Diese werden in einer ersten Verfahrensstufe vorzugsweise nicht mit einem Pflanzenöl als solchem reagieren gelassen, sondern mit dem Bestandteil eines Pflanzenöls bzw. einem Pflanzenölderivat, wobei hier insbesondere Fettalkohole und ganz besonders die ethoxylierten Fettalkohole mit 8 bis 20 C-Atomen, bevorzugt 12 bis 18 C-Atomen, zu nennen sind. Wahlweise werden sie in Form von wäßrigen Lösungen eingesetzt. Im Gegensatz zu der Herstellung von Kleb- Stoffen ist hier die Konzentration des eingesetzten Fettalkohols so zu wählen, daß die Granulate nicht kleben.
Bei den verwendeten Fettalkoholen kann es sich um ungesättigte oder Gemische aus gesättigten und ungesättigten Fettalkoholen handeln. Im Stand der Technik sind Verfahren bekannt, um diese Fettalkohole herzustellen. Dabei geht man üblicherweise von den in den Pflanzenölen enthaltenen Triglyceriden aus, die dann durch Druckspaltung in die Fettsäuren aufgespalten werden. Eine Variante geht dahin, diese Fettsäuren dann noch zu den Fettsäuremethylestern umzuestern. Die Fettsäuren selbst oder diese Fettsäuremethylester werden dann zu dem Fettalkohol hydriert.
Wenn man von Pflanzenölen ausgeht, um die Fettalkohole herzustellen, dann weisen diese eine hohe Oxidationsstabilität und im wesentlichen keinen Eigengeruch auf. Ausgangspunkte für die Fettalkoholherstellung sind auch hier wieder ungesättigte oder zumindest teilweise ungesättigte pflanzliche öle, wie Rapsöl, PaIm- kernöl, Kokosöl, Sonnenblumenöl, Sojaöl, Erdnußöl oder Olivenöl.
Im folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und den bei- gefügten Abbildungen näher erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. Ia: eine lichtmikroskopische Aufnahme eines mit Rapsöl belegten Polystyrol-Granulats in zehnfacher Vergrößerung, Fig. Ib: eine lichtmikroskopische Aufnahme, wie in Fig. Ia, jedoch in 57- facher Vergrößerung,
Fig. 2a: rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines Polystyrol-
Granulat-Partikels, mit Rapsöl belegt, in 50-facher Vergrößerung, Fig. 2b: eine Aufnahme nach Fig. 2a, jedoch in 200-facher Vergrößerung,
Fig. 3: kugelförmiges Gebilde aus Polystyrol-Hartschaum, nach der Aufnahme von Erdöl, Angabe des Durchmessers jeweils in mm,
Fig. 4a: eine lichtmikroskopische Aufnahme eines mit Erdöl belegten Polystyrol-Granulats in 32-facher Vergrößerung, Fig. 4b: eine Abbildung nach Fig. 4a, jedoch in 57-facher Vergrößerung,
Fig. 5a: eine weitere lichtmikroskopische Aufnahme eines mit Erdöl beleg- ten Polystyrol-Granulats in 32-facher Vergrößerung,
Fig. 5b: eine Aufnahme nach Fig. 5a, jedoch in 57-facher Vergrößerung,
Fig. 6a: eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines Querschnitts eines mit Erdöl belegten Polystyrol-Granulat-Agglomerats in 50- facher Vergrößerung und
Fig. 6b: eine Abbildung nach Fig. 6a, jedoch in 200-facher Vergrößerung.
Beispiel 1 :
Das für die Zwecke dieses Versuchsbeispiels verwendete organische Polymer ist ein Kunststoff-Hartschaum aus Polystyrol in Form eines Polystyrol-Granulats. Dieses Polystyrol-Granulat wird mit dem Rapsöl in der Weise belegt, daß auf 100 g des Granulats etwa 5 g öl gerechnet werden, die im Fall dieses Ausführungsbeispiels durch Zerstäuben des öls auf dem Granulat verteilt werden. Bei dem Polystyrol-Granulat handelt es sich um ein handelsüblich von der BASF AG, Deutschland, erhältliches Granulat.
Nach der Belegung des Polystyrol-Granulats mit dem Rapsöl fühlt sich das Granulat bei stärkerem Druck leicht klebrig an, ohne jedoch besonders zusammenzuklumpen.
Das auf diese Weise mit dem Rapsöl belegte Polystyrol-Granulat ist mit einem Stereo-Lichtmikroskop vom Typ Olympus SZX 9 in zehnfacher Vergrößerung aufgenommen worden und hier als Fig. Ia dargestellt. Mit der weiteren Fig. Ib ist ein Ausschnitt desselben mit dem Rapsöl belegten Granulats, jedoch in 57-facher Vergrößerung dargestellt. Die Rapsöl-Belegung ist hier gut zu erkennen.
Die gleichen Aufnahmen werden zusätzlich mit einem digitalen Rasterelektronenmikroskop von Typ DSM 940 von Zeiss durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Fig. 2a mit 50-facher Vergrößerung und in Fig. 2b mit 200-facher Vergrößerung dargestellt.
In einer einfachen Versuchsanordnung, bestehend aus einem mit Wasser gefüllten Glaszylinder mit einem Durchmesser von 40 cm und einer Höhe von 50 cm, wurde Erdöl als dünne Schicht auf die Wasseroberfläche in der Weise aufgebracht, daß sich ein zusammenhängender ölteppich ergab. Anschließend wurde zerspan- ter Polystyrol-Schaum, der mit einem Rapsöl fein belegt war, auf diese Oberfläche geschüttet. Innerhalb kurzer Zeit wurde das auf der Wasseroberfläche befindliche Erdöl von dem mit dem Rapsöl belegten Polystyrol- Schaum schubweise
aufgesogen, ohne daß die Oberfläche in irgendeiner Form gerührt oder berührt worden ist. Selbst bewußt auf der Oberfläche angehäufte Mengen des zerkleinerten Polystyrol-Schaums wurden von dem Erdöl erreicht. Es war erstaunlich zu beobachten, daß das Erdöl sogar auf die Haufen heraufkletterte. Es war quasi eine Sogwirkung zu beobachten. Bei entsprechend ausgewählten Mengenverhältnissen entstanden im wesentlichen regelmäßig geformte kugelförmige Gebilde, die aufgrund des Erdöls schwarz aussahen. Die so erhaltenen kugelförmigen Gebilde aus dem das Erdöl aufnehmenden Polystyrol-Schaum sind in Fig. 3 näher dargestellt.
Zur weiteren Untersuchung wurde ein so erhaltenes kugelförmiges Gebilde aus dem Polystyrol-Hartschaum, welche das Erdöl aufgenommen hat, mit einer Rasierklinge durchtrennt und der Querschnitt mit einem Stereo-Lichtmikroskop vom Typ Olympus SZX 9 aufgenommen. In der lichtmikroskopischen Aufnahme ist die feine äderung des Polystyrol-Granulats, welches das Erdöl aufgenommen hat, sowie die sich um ein mittig durchtrenntes Korn drängende Erdölmasse deutlich zu erkennen. Die Aufnahme zeigt eine 32-fache Vergrößerung und ist hier als Fig. 4a dargestellt.
Den gleichen Querschnitt durch ein solches kugelförmiges Gebilde als lichtmikroskopische Aufnahme wieder mit dem Stereo-Lichtmikroskop vom Typ Olympus SZX 9, jedoch in 57-facher Vergrößerung ist als Fig. 4b abgebildet und zeigt die in Fig. 4a dargestellten Details noch einmal etwas deutlicher.
Das durch die Aufnahme des Erdöls von dem mit dem Rapsöl belegten Polystyrol-Granulat resultierende kugelförmige Gebilde wurde an einer weiteren Stelle ebenfalls mittels einer Rasierklinge nochmals durchtrennt und zwar in der Weise, daß ein nahe der äußerlich sichtbaren Begrenzung befindliches Granulatkorn angeschnitten wurde. Die daraus resultierende, mit dem gleichen Lichtmikroskop wie zuvor durchgeführte Aufnahme in 32-facher Vergrößerung zeigt Fig. 5a. In dieser Abbildung ist der Drang des Erdöls und seine Ausrichtung auf dem Granu- latkorn vergleichbar mit der Wirkung eines Magneten auf Eisenfeilspäne deutlich sichtbar.
Dieselbe Aufnahme, jedoch in 57-facher Vergrößerung, ist in Fig. 5b dargestellt und zeigt das Phänomen der Ausrichtung des Erdöls in Richtung auf das Granulatkorn noch einmal deutlicher.
Die gleichen Aufnahmen wurden zusätzlich mit einem digitalen Rasterelektronenmikroskop vom Typ DSM 940 von Zeiss durchgeführt. Sie dienen dazu, nähere Auskünfte über die Oberflächenstruktur des sich auf dem mit Rapsöl belegten Polystyrolgranulatkorns anordnenden Erdöl zu geben und gleichzeitig nähere Aufschlüsse über die Verbindung zwischen dem Polystyrol-Granulatkorn und dem Erdöl zu geben.
Eine erste rasterelektronenmikroskopische Aufnahme des Querschnitts durch das kugelförmige Gebilde zeigt in Fig. 6a ein vollkommen von dem Erdöl umschlossenes Granulat-Korn in 50-facher Vergrößerung. Dabei wird der Schichtaufbau des Erdöls deutlich sichtbar. Da die Arbeitsspannung des verwendeten Elektronenmikroskops 15.000 Volt betrug, sind die Elektronenstrahlen des Mikroskops in der Lage, das Erdöl zu durchdringen, so daß sie es nicht schwarz, sondern weiß erscheinen lassen. Dieselbe Aufnahme, jedoch mit 200-facher Vergrößerung ist in Fig. 6b darge- stellt. Der dadurch sichtbare Ausschnitt von der Oberfläche des auf dem Granulat- Korn gebundenen Erdöl ist dadurch zwar kleiner, zeigt aber die Erdöl-Schichtung nochmals deutlicher.
Mit diesen rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen ist nicht nur ein näherer Aufschluß über die schon vermutete innige Verbindung zwischen dem Erdöl und dem mit dem Rapsöl belegten Polystyrol-Granulat anschaulich dargestellt worden, sondern es läßt sich auch über die Natur der Verbindung zwischen dem Granulat und dem Erdöl ein Rückschluß ziehen. Bekanntlich sind rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen nur durch Anlegen eines Vakuums, in das die zu untersu- chende Probe eingebracht wird, möglich. Das hier verwendete Mikroskop vom Typ DSM 940, das in einem Vergrößerungsbereich von 5 bis 100.000 arbeitet, verwendete ein Hochvakuum von 10 "4 Torr bei der Aufnahme der Proben. Wenn
die Verbindung zwischen dem Granulat und dem davon angezogenen und daher darauf angelagertem Erdöl nur physikalischer Natur wäre, hätte diese Verbindung unter Einwirkung des Hochvakuums keinen Bestand haben können und als Folge davon hätte sich das Erdöl von der Oberfläche des Granulats lösen und das hoch- empfindliche Rasterelektronenmikroskop verschmutzen müssen. Aufgrund der Tatsache, daß die durch die Aufnahme des Erdöls gebildeten kugelförmigen Gebilde aus dem Polystyrol-Hartschaum bzw. der Teil davon, der zur Untersuchung des Querschnitts in das Hochvakuum des Rasterelektronenmikroskop befördert wurde, keine Spur des angelagerten Erdöls freigegeben hat, wird deutlich, daß die Verbindung zwischen dem Erdöl und dem Polystyrol-Granulat keinesfalls physikalischer, sondern chemischer Natur sein muß. Es handelt sich somit um eine durch Adsorption hervorgerufene echte chemische Verbindung der beiden Komponenten.
In vielfältigen Versuchen wurde festgestellt, daß sich aufgrund dieser Adsorptionsverbindung zwischen dem Polystyrol-Hartschaum bzw. Polystyrol-Granulat mit dem öl und damit mit dem Aufbringen des öls auf das Kapillarsystem des in zerspanter oder grundsätzlich verkleinerten Form vorliegenden Polystyrols die ihm ohnehin schon innewohnende Fähigkeit zum ölbinden verstärkt und vor al- lern die Feuchtigkeits- und Wasseraufhahme verhindert wird. Die festgestellte leichte Klebrigkeit läßt schon auf die Fähigkeit dieses neuen Produkts als Bindemittel schließen. Die Anwendungsmöglichkeiten sind jedoch sehr vielfältig und sollen mit den folgenden Beispielen exemplarisch dargestellt werden. Dabei ist zu beachten, daß bei diesen Einsatzgebieten zweckmäßigerweise nicht nur das pflanzliche öl als solches, sondern in Form seiner Bestandteile bzw. Derivate verwendet wird. Bei den nachfolgend in den Beispielen eingesetzten Bestandteilen und Derivaten handelt es sich um in der Regel handelsüblich erhältliche Produkte oder ihre Herstellung ist im Stand der Technik hinlänglich bekannt.
Beispiel 2: Herstellung eines Klebstoffs
Beispiel 2a:
90 Gew.-Teile eines handelsüblich als Acronal 290 D von der BASF AG, Deutschland erhältlichen wäßrigen Styrol/Butylacrylat-Dispersion wurden mit 10 Gew.-Teilen Rapsöl unter Temperaturerhöhung zu einer homogenen Dispersion verrührt, auf verschiedenen Oberflächen, wie Holz, Kunststoff und Pappe aufgetragen und antrocknen gelassen. Die so erhaltenen Oberflächen wurden mit Papier abgedeckt, das sich nicht mehr ohne Zerreißen abziehen ließ.
Beispiel 2b:
85 Gew.-Teile eines handelsüblich als Acronal 290 D von der BASF AG, Deutschland erhältlichen wäßrigen Styrol/Butylacrylat-Dispersion wurden mit 15 Gew.-Teilen RME unter Temperaturerhöhung zu einer homogenen Dispersion verrührt, auf verschiedenen Oberflächen, wie Holz, Kunststoff und Pappe aufgetragen und antrocknen gelassen. Die so erhaltenen Oberflächen wurden mit Papier abgedeckt, das sich ebenfalls nicht mehr ohne Zerreißen abziehen ließ.
Beispiel 3: Herstellung eines Zusatzes für hydraulische Bindemittel
Die weiter oben beschriebenen Klebstoffzusammensetzungen dienen ebenfalls als Basis für die Vergütung von Baustoffen, wobei hier wieder Acronal 290 D verwendet und für folgende Einsatzzwecke getestet wurde:
a) Zusatz in Mörtel-Schlämmen:
Die Verwendung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung als Vergütung in den Mörtel-Schlämmen verbesserte die Plastizität und Verarbeitbarkeit des Mörtels, ohne den Wasseranteil zu erhöhen. Außerdem wurde eine verbesserte Festigkeit, Zähigkeit, Haftung und ein verbessertes Spannungsverhalten festgestellt.
b) Zusatz in Zementmörtel und Betonspachtelmassen:
Hier war eine erhöhte Festigkeit und Elastizität und ein besserer Haftverbund zu verzeichnen. Die Rißbildung und der Abrieb wurden vermindert. Besonders ist hervorzuheben, daß in Langzeitversuchen eine Verbesserung des Korrosi- onsschutzes festzustellen war.
c) Zusatz für Estrich- und Verlegemörtel:
Im Vergleich zu herkömmlichen Produkten konnten dünnere Verbund-Estrich- Schichten verwendet werden. Die Abriebfestigkeit und Elastizität wurde erhöht und die Haftung des Mörtels und/oder der Putzschichten auf glattem Untergrund verbessert. Auch der Haftverbund von Verlegemörteln für Fliesen und Platten aus Naturstein war deutlich höher als bei herkömmlichen Produkten.
d) Ausbesserungsarbeiten Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen konnten ohne Schwierigkeiten auch für Reparaturen an schon bestehenden Betonteilen, einschließlich Betonfertigteilen, Estrichen und an Putz verwendet werden.
Beispiel 4: Herstellung eines Waschmittelgranulats mit hoher Schüttdichte
Das Waschmittelgranulat wurde auf der Basis folgender Zusammensetzung hergestellt, wobei sich die grundsätzliche Zusammensetzung im wesentlichen nicht von herkömmlichen, üblichen Waschmittelformulierungen unterscheidet. Der erfin- dungsgemäße Erfolg einer gleichmäßigen Granulatbildung mit hoher Schüttdichte und erstaunlich guter Rieselfähigkeit des erhaltenen Produkts stellt sich auch bei weiteren abweichenden Zusammensetzungen ein, die ebenfalls untersucht worden sind. Die Grenzen der dabei eingesetzten Mengenverhältnisse sind jeweils zusätzlich in eckigen Klammern angegeben.
Zusammensetzung:
l l,0 Gew.-% [ 8-12 Gew.-%] C 9 - Ci 3 Alkylbenzolsulfonat,
2,0 Gew.-% [ 1-3,5 Gew.-%] Talgfettalkohol-7-Polyglykolether 5,0 Gew.-% [ 1- 5 Gew.-%] Ci 2 - Ci S Fettsäureseife und Silikonöl als
Schauminhibitoren,
20,0 Gew.-% [20-30 Gew.-%] Zeolith A, 4,0 Gew.-% [ 4- 7 Gew.-%] Polyacrylsäure/Maleinsäure-Copolymer (Sokalan CP 5 der BASF AG, Deutschland) 15,0 Gew.-% [12- 18 Gew.-%] Natriumcarbonat
16,0 Gew.-% [10-20 Gew.-%] Natriumperborat
2,0 Gew.-% [0,2-2,0 Gew.-%] Magnesiumsilikat als Stabilisator,
3,5 Gew.-% [ 2- 7 Gew.-%] Natriumsilikat,
2,0 Gew.-% [ 2-20 Gew.-%] Natriumsulfat,
5,0 Gew.-% [ 4- 8 Gew.-%] Ci 2 - C 18 Fettalkohol-7- Polyglykolether
Weitere Bestandteile sind Wasser, Enzyme (Proteasen, Lipasen), optische Aufheller, Duft- und gegebenenfalls Farbstoffe und Bleichmittelaktivatoren.
Der wesentliche Unterschied bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Waschmittelgranulats gegenüber der herkömmlichen Vorgehensweise liegt in der zwei- phasigen Produktionsführung.
Zunächst wird ein in üblicher und bekannter Weise, z. B. durch Sprühtrocknung erhaltenes Vorgranulat aus Alkylbenzolsulfonat als Aniontensid, Perborat als Bleichmittel, einem im Handel erhältlichen Zeolith, Natriumcarbonat und Sokalan als Co-Builder, Natriumsilikat, Komplexbildner und Wasser hergestellt, mit den weiteren genannten Einsatzstoffen vermischt und anschließend mit dem weiteren Ci 2 - Cj 8 Fettalkohol-7- Polyglykolether zu dem fertigen Granulat verarbeitet. Die Granulation wird bei der gewünschten Granulatteilchengröße abgebrochen.
Es wurde ein staubarmes, gleichförmiges Granulat mit hoher Schüttdichte und hoher Rieselfahigkeit erhalten. Die Granulation wurde so abgebrochen, daß ein Schüttgewicht von 885 g/l erreicht wurde.