DE69021082T2 - Aus ton und superabsorbierenden polymeren bestehende körner. - Google Patents
Aus ton und superabsorbierenden polymeren bestehende körner.Info
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Description
- Das Gebiet der Technik, auf das sich die Erfindung bezieht, sind feuchtigkeitsabsorbierende Teilchen.
- Feuchtigkeitsabsorbierende Teilchen wie solche, die als Streu für Tiere verwendet werden, wurden aus feuchtigkeitsabsorbierendem Ton - wie in US Patent 4 704 989 beschrieben wurde - hergestellt. In diesem Patent werden Ton-Feinstteilchen mit einer wäßrigen Lösung aus Lignin oder Lignosol vermischt und die Mischung wird in teilweise getrocknete, mehrfach facettierte, voluminöse Aggregate durch die Wirkung einer Verarbeitungsvorrichtung vom Nadeltyp überführt.
- In US Patent 4 343 751 werden Ton-Feinstteilchen entweder allein oder kombiniert mit Flugasche, Papierschlamm, Sägemehl, Erdnußschalen und dergleichen zu Teilchen agglomeriert.
- US Patent 4 591 581 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von feuchtigkeitsabsorbierenden Teilchen aus Ton-Feinstteilchen und wasserdispergierbaren Additiven, die kolloidale Eigenschaften haben, in Wasser.
- Wie in US Patent 4 258 660 beschrieben ist, wurden feuchtigkeitsabsorbierende Pellets zur Anwendung als Streu für Tiere aus Bentonitton-Bindemittel und fein gemahlenem Stroh hergestellt.
- Ein Verfahren zum Entwässern einer wäßrigen Ton-Dispersion und Agglomerieren des Tons zu Teilchen wird in US Patent 4 222 981 beschrieben. Eine hydrophobe organische Überbrükkungsflüssigkeit und ein flüssiges Konditioniermittel, das auf wirkame Weise Wasser aus den Tonteilchen verdrängen kann, werden zu einer wäßrigen Ton-Dispersion gegeben. Unter Rühren agglomerieren die Tonteilchen; sie werden vom Wasser abgetrennt und getrocknet.
- In US Patent 3 935 363 werden ausgeflockte Tonmineral- Aggregate in wasserabsorbierenden Gegenständen verwendet.
- WO-86/04910 betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Gelstärke einer wasserabsorbierenden Zusammensetzung, umfassend ein wasserquellbares hydrophiles Polymer und anorganisches Pulver.
- EP-A-0 298 143 betrifft ein Streu für Tiere, umfassend ein poröses, inertes Feststoff-Substrat in einem trockenen, teilchenförmigen, wasserabsorbierenden Polymer.
- Feuchtigkeitsabsorbierende Teilchen, die in derartigen Anwendungen als Streu für Tiere verwendet werden, müssen befähigt sein, wäßrige Flüssigkeit ohne Zerfallen und Zerbrechen absorbieren zu können; sie müssen befähigt sein, wenn sie feucht oder trocken sind, Druck aushalten zu können ohne zu zerfallen und sie dürfen nicht klebrig werden, als daß sie am Fell des Tieres haften. Es bestehen fortlaufende Bestrebungen die Gesamt-Leistungsfähigkeit von feuchtigkeitsabsorbierenden Teilchen zu verbessern, insbesondere die Fähigkeit größere Mengen Wasser zu absorbieren.
- Die Erfindung bezieht sich auf feuchtigkeitsabsorbierende Teilchen, die aus einer Mischung aus Bentonitton und einem vernetzenden, organischen Hydrocolloid bestehen, wie in den selbstständigen Ansprüchen 1 und 10 sowie in den Unteransprüchen offenbart ist. In einem Aspekt bezieht sich die Erfindung auffeuchtigkeitsabsorbierende Teilchen in Form von zylindrischen Pellets. In einem anderen Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Bildung feuchtigkeitsabsorbierender Teilchen durch ein Druck-Extrusions-Verfahren.
- Die feuchtigkeitsabsorbierenden Teilchen der Erfindung werden aus einer Mischung aus einem Bentonitton und einem festen, wasserquellbaren, organischen, polymeren Hydrocolloid, das in Wasser unlöslich ist, jedoch Wasser absorbieren kann, wobei die Mischung zu Pellets verpreßt wird, hergestellt. Die Mischung enthält etwa 0,5 bis etwa 15 Gew.-% des Hydrocolloids und etwa 85 bis etwa 99,5 Gew.-% Bentonitton, wobei sich die Gewichtsprozente auf das Gesamtgewicht des Hydrocolloids und des Tons beziehen. Es wird Wasser in einer Menge von etwa 5 bis etwa 50 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des Hydrocolloids vor der Pelletisierungsstufe zugegeben. Die Zugabe von amorphem Siliciumdioxid zur Mischung in einer Menge von etwa 0,1 bis etwa 5 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des Hydrocolloids erlaubt es, daß die Pelletisierungsstufe mit einer größeren Geschwindigkeit durchgeführt werden kann.
- Die Zusammensetzung der Erfindung findet breite Anwendung als Absorptionsmittel für Wasser und verschiedene wäßrige Zusammensetzungen. Eine besondere Anwendung ist ihre Verwendung als Streu für Tiere, z.B. Katzenstreu in Boxen für Katzen. Andere Anwendungen umfassen Absorption von wäßrigem, verschüttetem Material, als feuchtigkeitsabsorbierende Mittel in feuchten Umgebungen, als Trockenmittel beim Verpacken industrieller Maschinen, als Feuchtigkeitsbarrieren in und um elektrische(n) Kabelrohre(n), als Barrieren für Füllverluste um Lagertanks herum, als Bodenverbesserer und dergleichen.
- Der Ton, der in der Erfindung brauchbar ist, wird allgemein Bentonitton genannt und wurde zuerst in der Nähe von Fort Benton, Wyoming entdeckt. Dieser Ton verfügt über stark kolloidale Eigenschaften und erhöht sein Volumen beim Kontakt mit Wasser mehrfach durch Aufquellen, wobei eine thixotrope, gelatinöse Substanz gebildet wird. Dieser besondere, in Wyoming gefundene, Ton ergibt sich aus der Verwitterung von vulkanischer Asche vor Ort und besteht hauptsächlich aus Montmorillonit. Jedoch wurde der Begriff "Bentonit" verallgemeinert und jeder Ton, der die oben erwähnten Eigenschaften aufweist, wird Bentonit genannt. Die Bentonit-Tone werden ausführlich in Kirk-Othmer's "Enzyclopedia of Chemical Technology", zweite Auflage, Band 3, Seiten 339-358 (1964) beschrieben.
- Die vernetzten Hydrocolloide, die in der Erfindung nützlich sind, sind feste, wasserunlösliche, jedoch wasserquellbare Polymere, die befähigt sind, das Mehrfache ihres eigenen Gewichts an Wasser oder wäßrigen Lösungen zu absorbieren. Diese Hydrocolloide sind Polymere von wasserlöslichen Acryloder Vinylmonomeren (oder Monomere, die nach dem Hydrolysieren wasserlöslich werden), welche mit einem polyfunktionellen Reagenz leicht vernetzt werden. Derartige vernetzte Polymere umfassen Polyvinylpyrrolidon, sulfoniertes Polystyrol, Polysulfoethylacrylat, Poly(2-hydroxyethylacrylat), Polyacrylamid, Polyacrylsäure, Polymethacrylsäure, die partiellen und vollständigen Alkalimetallsalze der polymeren Säuren und dergleichen. Ebenfalls eingeschlossen als brauchbare Hydrocolloide sind Stärke, modifizierte Polyacrylsäuren, hydrolysiertes Polyacrylnitril, hydrolysierte Polyalkylacrylate, hydrolysiertes Polyacrylamid und die Alkalimetallsalze der Polymeren.
- Brauchbare Hydrocolloide können durch Polymerisation von Acrylsäure und Stärke in einem wäßrigen Medium unter Verwendung eines polyfunktionellen Monomers, z.B. N,N-Alkylen-bisacrylamid als dem Vernetzungsmittel hergestellt werden. Dieses Verfahren ist ausführlich in US Patent 4 076 663 beschrieben. Hydrocolloide können auch durch das Verfahren hergestellt werden, das in US Patent 4 340 706 beschrieben ist, umfassend die Umkehr-Emulsionspolymerisation von Acrylsäure, mit anschließendem Vernetzen mit einer polyfunktionellen Komp6nente, z.B. Epichlorhydrin. Andere brauchbare Hydrocolloide und Verfahren zu ihrer Herstellung werden in den US Patenten 3 669 103, 3 670 731, 4 295 987, 4 587 308 und 4 654 039 offenbart.
- Bevorzugte Hydrocolloide sind solche, die auf Polyacrylsäure, vernetzt mit etwa 0,01 bis etwa 4 Gew.-% eines polyfunktionellen Vernetzungsmittels basieren und teilweise mit einem Alkalimetallhydroxid zu einem pH von etwa 5,5 bis 6,5 neutralisiert sind. Besonders bevorzugte Hydrocolloide sind solche, die etwa 3 bis etwa 10 Gew.-% Stärke in die Polyacrylsäure-Struktur gepfropft enthalten.
- Die feuchtigkeitsabsorbierenden Zusammensetzungen der Erfindung werden durch Vermischen des Bentonittons und des teilchenförmigen Hydrocolloids zusammen mit einer geringen Menge Wasser mit nachfolgendem Zusammenpressen und Extrudieren der Mischung hergestellt, um Pellets zu bilden. Der Bentonitton und das Hydrocolloid werden in auf Gew.-% bezogenen Mengen von etwa 85 bis etwa 99,5% Ton zu etwa 15 bis etwa 0,5% Hydrocolloid vermischt, wobei die Gewichtsprozente auf das Gesamtgewicht der zwei Komponenten bezogen sind. Die bevorzugten Mengen betragen etwa 90 bis 99 Gew.-% Bentonitton zu etwa 1 bis etwa 10 Gew.-% Hydrocolloid. Die Menge an Wasser, die zu der Mischung gegeben wird, kann von etwa 5 bis etwa 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Tons und des Hydrocolloids, und vorzugsweise etwa 10 bis etwa 40 Gew.-% variieren.
- Die Mischungs-Zusammensetzungen werden durch Zusammenpressen und Extrusion in einer gebräuchlichen Pelletisierungsapparatur, wobei die Mischung zusammengepreßt und durch eine Öffnung extrudiert wird, zu Pellets geformt, die eine zylindrische Form haben. Die Größe der Pellets kann von 0,1 bis 0,3 inch (2,54 bis 7,62 mm) Durchmesser und 0,1 bis 1 inch (2,54 bis 25,4 mm) Länge variieren. Vorzugsweise betragen der Durchmesser 0,125 bis 0,25 inch (3,175 bis 6,35 mmm) und die Länge 0,25 bis 0,75 inch (6,35 bis 19,05 mm).
- Nach der Pelletisierungssstufe werden die Pellets bei Raumtemperatur auf einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 5 bis etwa 12 Gew.-% oder durch Erwärmen bei einer Temperatur bis zu etwa 40ºC getrocknet. Die Pellets werden dann für den Versand verpackt.
- Die Pellets der Erfindung absorbieren bis zu siebenmal mehr Feuchtigkeit als Pellets, die nur aus Bentonitton allein hergestellt werden. Sie behalten auch ihre Integrität unter Druck, bevor und nachdem sie Feuchtigkeit ausgesetzt wurden. Die Oberfläche der Pellets ist nichtklebrig und bleibt nichtklebrig, selbst nachdem die maximale Feuchtigkeitsmenge absorbiert worden ist. Die Pellets können, wenn sie zu kleineren Teilchen mit einer Teilchengröße von 0,05 inch bis 0,125 inch (1,27 bis 3,175 mm) gemahlen werden, als Streu für Tiere verwendet werden, wobei sie die Fähigkeit beibehalten, Druck und Aussetzen an Feuchtigkeit zu widerstehen, ohne zu zerfallen oder klebrig zu werden.
- Es wurde gefunden, daß, wenn eine geringe Menge von amorphem Siliciumdioxid zu der Mischung aus Bentonitton und Hydrocolloid gegeben wird, die Geschwindigkeit, mit der die Pelletisierung durchgeführt wird, beinahe verdoppelt werden kann. Jedes amorphe Siliciumdioxid, das in fein zerteilter Form vorliegt, kann in dem Verfahren der Erfindung verwendet werden. Deratige Siliciumdioxide, d.h. Silicagel, präzipitiertes Siliciumdioxid und hochdisperses Siliciumdioxid werden ausführlich in Kirk-Othmer's "Enzyclopedia of Chemical Technology", zweite Auflage, Band 18, Seiten 61-72 (1969) beschrieben. Die Menge an zugefügtem Siliciumdioxid kann von etwa 0,1 bis etwa 5 Gew.-%, vorzugsweise etwa 1 bis etwa 2 Gew.-% variieren, wobei die Gewichtsprozente sich auf das Gewicht des Hydrocolloids in der Mischung beziehen.
- Verschiedene andere Materialien können mit dem Bentonitton und dem Hydrocolloid vermischt werden, wie Faserschnitzel, z.B. Glas, Nylon, Polyester, Rayon, Baumwolle, usw., hydrophile Flüssigkeiten, z.B. Polyoxyalkylenglycole wie Polyethylenglycol mit einem Molekulargewicht von 200 bis 1000, Ballaststoffe, Pigmente, Farbstoffe und dergleichen. Allgemein werden diese Materialien in Mengen von weniger als 5 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung zugegeben.
- Wie bereits vorstehend erwähnt wurde, werden die zylindrischen Pellets der Erfindung durch ein Druck-Extrusions-Verfahren hergestellt, worin die Mischung aus Bentonitton und Hydrocolloid zusammengepreßt und durch eine Öffnung extrudiert wird. Diese zylindrischen Pellets weisen strukturelle Integrität vor und nach dem Einwirken von Feuchtigkeit auf. Die Pellets können beträchtlichem Druck widerstehen ohne zu zerbrechen, und sie können eine beträchtliche Menge Wasser absorbieren ohne zu zerfallen. Wenn Mischungen aus Bentonitton und Hydrocolloid zu Teilchen durch ein Agglomerat bildendes Verfahren geformt werden, wie ein solches unter Anwendung einer Verarbeitungsvorrichtung vom Nadeltyp oder Walzentrommel, fehlt derartigen Teilchen strukturelle Integrität. Agglomerierungsverfahren sind die Größe vergrößernde Verfahren, die kein Zusammenpressen und keine Extrusion umfassen.
- Die folgenden Beispiele beschreiben die Erfindung ausführlicher. Teile und prozentuale Angaben sind gewichtsbezogen, falls nicht anderweitig angegeben.
- Die Hydrocolloide, die in den folgenden Beispielen verwendet werden, sind mit Stärke gepfropfte Natrium-Polyacrylate, die durch das Verfahren hergestellt werden, das in US Patent 4 076 663 beschrieben ist. Diese Hydrocolloide werden von Hoechst Celanese Corporation hergestellt und unter dem Sanwet-Warenzeichen mit den Bezeichnungen IM-1000, IM-1500 und IM-5600 verkauft. Die Hydrocolloide haben die folgenden Eigenschaften: Tabelle A Eigenschaften von Hydrocolloiden Hydrocolloid-Eigenschaften Gesamtabsorption (g/g in 0,9% Salzwasser) Gelstärke (Schermodul, dyn/cm²) Absorptionsrate (verschließen des Gels in Sekunden) Teilchengröße, um Feuchtigkeitsgehalt in %
- Es wurde eine Mischung aus 90 Teilen Bentonitton und 10 Teilen IM-1500F hergestellt. 2 Teile Wasser wurden auf die Mischung gesprüht und die Masse wurde gründlich vermischt. Es wurden Pellets aus der Mischung unter Verwendung einer Model CL Laboratory Pellet Mill (California Pellet Mill Co.) hergestellt. Die Pellets wurden kompaktiert und durch eine Düse von 1/4 inch (6,35 mm) Durchmesser extrudiert, und sie wurden zu Längen von 0,5 inch (12,7 mm) geschnitten und bei Raumtemperatur getrocknet.
- Die Pellets absorbieten 0,8 Gramm deionisiertes Wasser pro Gramm Pellet in 30 Minuten. In Salzwasser (0,9% Salz) absorbierte 1 Gramm Pellet 0,6 Gramm Salzwasser in 1 Minute und 0,7 Gramm in 30 Minuten. Die Pellets behielten ihre Integrität bei und zerfielen nicht. Die Oberflächen der Pellets blieben nichtklebrig.
- Unter Anwendung der gleichen Verfahrensweise wie der, die in Beispiel 1 beschrieben ist, wurden zusätzliche Pellets hergestellt und bewertet. Die Zusammensetzungsdaten und Testergebnisse werden in den Tabellen 1A und 1B gezeigt. Die Prozentanteile an Hydrocolloidin Tabelle 1A beziehen sich auf das Gewicht von Ton und Hydrocolloid. Der prozentuale Wasseranteil bezieht sich auf das Gewicht von Hydrocolloid. Der Durchmesser bezieht sich auf den Durchmesser der Pellets, die zu einer Länge von 0,5 inch (12,7 mm) zerschnitten worden waren. In Tabelle 1B bezieht sich "g/g" auf Gramm absorbierter Feuchtigkeit pro Gramm Pellet. Pellet-Integrität wird nachfolgend in einer Skala von 1 bis 5 eingestuft:
- 1 = ausgezeichnet 4 = gering
- 2 = sehr gut 5 = zerfallen
- 3 = ziemlich gut Tabelle 1A: Zusammensetzungsdaten Beispiel Hydrocolloid Typ % Wasser (%) Durchmesser in inch (1 inch = 25,4 mm) IM-1000* *: 0,5% Siliciumdioxid Tabelle 1B: Testergebnisse Beispiel 2A Absorptionsvermögen; deionisiertes Wasser Absorptionsvermögen,0,9% Salzwasser Pellet-Integrität
- Unter Anwendung der gleichen, in den vorhergehenden Beispielen beschriebenen, Verfahrensweise wurden Pellets hergestellt und getestet. Die Zusammensetzungsdaten und die Testergebnisse werden in den Tabellen 2A und 2B gezeigt. Tabelle 2A: Zusammensetzungsdaten Beispiel Hydrocolloid Typ % Wasser (%) Durchmesser in inch (1 inch=25,4 mm) Tabelle 2B: Testergebnisse Beispiel Absorptionsvermögen, deionisiertes Wasser Absorptionsvermögen, 0,9% Salzwasser Pellet-Integrität
- Unter Anwendung der gleichen, in den vorhergehenden Beispielen beschriebenen, Verfahrensweise wurden Pellets hergestellt und getestet. Die Zusammensetzungsdaten, Verarbeitungsbedingungen und Testergebnisse werden in den Tabellen 3A und 3B gezeigt. Tabelle 3A: Zusammensetzungsdaten Beispiel Hydrocolloid Art % Wasser (%) Additive, Art (%) keine Silica Gel (2) Polyesterfäsern (0,5) hochdisperses Siliciumdioxid (2) PEG 400 (1) Methanol (1) (2 Durchgänge durch die Mühle Tabelle 38: Verarbeitungsbedingungen und Testergebnisse Beispiel Ausstoßrate lbs/hr (1 lb 0,453 kg) Ausstoßtemperatur ºF (ºC) Absorptionsvermögen, deionisiertes Wasser, 30 min, g/g nicht gemessen
- Die Prinzipien, bevorzugten Ausführungsformen und Verfahrensweisen der vorliegenden Erfindung sind in der vorhergehenden Beschreibung beschrieben worden. Die Erfindung, die dadurch geschützt werden soll, wird nicht als einschränkend auf die bestimmten offenbarten Formen angesehen, da diese eher illustrativ als einschränkend angesehen werden sollten. Variationen und Abänderungen können durch den Fachmann durchgeführt werden ohne vom Wortlaut der beigefügten Ansprüche abzuweichen.
Claims (16)
1. Feuchtigkeitsabsorbierende Pellets, umfassend ein Gemisch
aus
(a) 0,5 bis 15 Gew.-% eines festen, in Wasser quellfähigen,
organischen, polymeren Hydrocolloids aus einem vernetzten
polymerisierten Acryl- oder Vinyl-Monomer, worin das
Hydrocolloid in Wasser unlöslich, jedoch zur Aufnahme von
Wasser fähig ist, und
(b) 85 bis 99,5 Gew.-% Bentonit-Ton,
wobei die Gew.-% auf das Gesamt-Gewicht von (a) und (b)
bezogen sind.
2. Pellets nach Anspruch 1, worin (a) in einer Menge von 1
bis 10 Gew.-% vorliegt und (b) in einer Menge von 90 bis
99 Gew.-% vorliegt.
3. Pellets nach Anspruch 1, worin das Hydrocolloid ein
vernetztes Polymer der Acrylsäure ist.
4. Pellets nach Anspruch 3, worin das Hydrocolloid ein
Pfropf-Polymer aus Stärke und Acrylsäure ist.
5. Pellets nach Anspruch 3, worin das Polymer partiell mit
einem Alkalimetallhydroxid neutralisiert ist.
6. Pellets nach Anspruch 4, worin das Polymer partiell mit
Natriumhydroxid bis zu einem pH-Wert von 5,5 bis 6,5
neutralisiert ist.
7. Pellets nach Anspruch 1, enthaltend 0,1 bis 1 Gew.-%
amorphes Siliciumdioxid, bezogen auf das Gewicht des
Hydrocolloids.
8. Pellets nach Anspruch 1 mit einer zylindrischen Form,
wobei die Länge 2,54 bis 25,4 mm (0,1 bis 1 inch) beträgt
und der Durchmesser 2,54 bis 7,62 mm (0,1 bis 0,3 inch)
beträgt.
9. Pellets nach Anspruch 8 mit einer Länge von 6,35 bis
19,05 mm (0,25 bis 0,75 inch) und einem Durchmesser von
3,175 bis 6,35 mm (0,125 bis 0,25 inch).
10. Verfahren zur Bildung feuchtigkeitsabsorbierender
Pellets, umfassend
(A) das Vermengen von
(1) 0,5 bis 15 Gew.-% eines festen, in Wasser
quellfähigen, organischen, polymeren Hydrocolloids aus einem
vernetzten polymerisierten Acryl- oder Vinyl-Monomer,
worin das Hydrocolloid in Wasser unlöslich, jedoch
zur Aufnahme von Wasser fähig ist,
(2) 85 bis 99,5 Gew.-% Bentonit-Ton,
wobei die Gew.-% auf das Gesamt-Gewicht von (1) und (2)
bezogen sind, und
(3) 5 bis 50 Gew.-% Wasser, wobei die Gew.-% auf das
Gewicht von (1) bezogen sind,
(B) das Komprimieren und Extrudieren des Gemenges durch eine
Öffnung zur Bildung von Pellets mit einer zylindrischen
Form und
(C) das Trocknen der Pellets.
11. Verfahren nach Anspruch 10, worin das Hydrocolloid in
einer Menge von 1 bis 10 Gew.-% vorliegt und der
Bentonit-Ton in einer Menge von 90 bis 99 Gew.-%
vorliegt
12. Verfahren nach Anspruch 10, worin das Hydrocolloid ein
vernetztes Polymer der Acrylsäure ist.
13. Verfahren nach Anspruch 12, worin das Hydrocolloid ein
Pfropf-Polymer aus Stärke und Acrylsäure ist.
14. Verfahren nach Anspruch 13, worin das Polymer partiell
mit einem Alkalimetallhydroxid bis zu einem pH-Wert von
5,5 bis 6,5 neutralisiert ist.
15. Verfahren nach Anspruch 10, worin das Gemenge 0,1 bis
1 Gew.-% amorphes Siliciumdioxid, bezogen auf das Gewicht
des Hydrocolloids, enthält.
16. Verfahren nach Anspruch 10, worin die Öffnung einen
Durchmesser 2,54 bis 7,62 mm (0,1 bis 0,3 inch) hat.
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