DD247651A1 - Stabile, pumpfaehige waessrige suspensionen wasserunloeslicher alumosilikate iii - Google Patents

Stabile, pumpfaehige waessrige suspensionen wasserunloeslicher alumosilikate iii Download PDF

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DD247651A1
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pumpable
suspension
alumosilicates
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DD24459582A
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Peter Knop
Wolfgang Roscher
Bernd Noll
Gerd Schreiner
Helmut Fuertig
Werner Hoese
Helmut Schuette
Karlheinz Chojnacki
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Bitterfeld Chemie
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Abstract

Die Erfindung betrifft stabile, pumpfaehige waessrige Suspensionen wasserunloeslicher Alumosilikate mit einem Gehalt von 10 bis 45 Gew.-% an Alumosilikaten, 0,1 bis 5 Gew.-% eines aethoxylierten Alkylphenols mit 12 bis 20 Mol Aethylenoxid pro Mol Alkylphenol und 0,1 bis 5 Gew.-% Natrium-Kalium-Hexametaphosphat.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft stabile, pumpfähige wäßrige Suspensionen wasserunlöslicher Alumosilikate.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Die Anwendung von amorphen und kristallinen Alkalialumosilikaten, natürlichen und synthetischen Zeolithen—die Gesamtheit dieser Verbindungsklasse wird im folgenden „Alumosilikate" genannt — auf den Gebieten Adsorption, Katalyse und Ionenaustausch ist seit Jahrzehnten bekannt und praktiziert. Dabei gelangen die Alumosilikate in der Regel in Form von Pulver, Kugeln oder Granalien zur Anwendung. In der letzten Zeit hat sich als Einsatz- und vor allem als Transportform der Alumosilikate auch die wäßrige Suspension mit Feststoffgehalten von vorzugsweise 20 bis 40% durchgesetzt. Jedoch weisen derartige Suspensionen thixotrope Eigenschaften auf, sind nach längerem Stehen nicht mehr pumpfähig und nur sehr schwer aufrührbar. Daraus resultieren Probleme beim Transport über größere Entfernungen, z. B. beim Entleeren von Kesselwagen bzw. anderen Behälterfahrzeugen oder beim Entleeren von Tanklagern. Damit wird die Stabilität von Alumosilikatsuspensionen zu einer relevanten Eigenschaft
Es ist bekannt, daß es zur Suspensionsstabilisierung drei grundsätzliche Möglichkeiten gibt:
1. Herabsetzung der Grenzflächenspannung aufwerte S1 erg/cm2;
2. Ausbildung einer strukturierten Schicht an der Grenzfläche, die der Annäherung der suspendierten Teilchen untereinander einen hinreichenden mechanischen Widerstand entgegensetzt;
3. Erhöhung der Viskosität der flüssigen Phase der Suspension.
Alledrei Effekte wirken meist gleichzeitig und werden hervorgerufen durch Zusatz bestimmter Dispergatoren und Stabilisatoren zur Suspension.
Die aus der Literatur bekannten Dispergatoren lassen sich grundsätzlich in sechs Gruppen einteilen:
1. Organische, makromolekulare^Carboxyl- und/oder Hydroxylgruppen aufweisende Polymerverbindungen;
2. Phosphonsäuren, die wenigstens eine weitere Phosphonsäure- und/oder Carboxylgruppe aufweisen;
3. Phosphorsäurealkylester-Emulgatoren mit 3 bis 20 C-Atomen in der Alkylkette;
4. Nichtionische Tenside, die in wäßriger Butyldiglykollösung einen Trübungspunkt unterhalb von 90°C aufweisen (bestimmt nach DIN 53917);
5. Oberflächenaktive Sulfonate;
6. Quellfähige, wasserunlösliche Silikate mit Schichtstruktur.
Bei den nichtionischen Tensiden der Gruppe 4 handelt es sich um praktisch wasserunlösliche Verbindungen, die als hydrophoben Rest einen langkettigen, meist 10 bis 20 C-Atome enthaltenden Alky- oder Alkylenrest aufweisen, während die hydrophile Gruppe durch Polyalkoholreste (z. B. Äthylenglykol-, Propylenglykol-, Polyäthylenglykol- oder Glyzerinreste) gebildet wird, welche über Ester-, Amid-, Äther- oder Amingruppen mit dem hydrophoben Rest verbunden sind. Ein wichtiger Verbindungstyp in dieser Gruppe sind die Alkylenoxidaddukte. Die Alkylenoxidaddukte sind in der Regel keine einheitlichen Verbindungen, sondern Gemische, in welchen Addukte unterschiedlichen Äthoxylierungsgrades vorliegen in statischer Verteilung.
Der mittlere Äthoxylierungsgrad kann durch Bestimmung des Trübungspunktes in Wasser oder in wäßriger Butyldiglykollösung ermittelt werden und liegt zwischen 1 und 8 Mol Äthylenoxid pro Mol Tensid, wobei sich Trübungspunkte — bestimmt nach DIN 53917 in wäßriger Butyldiglykollösung — im Bereich von etwa 55 bis 850C ergeben.
Als stabilisierend wirksam werden ausschließlich niedrigäthoxylierte Verbindungen angegeben, z. B. Carbonsäureester mit 1 bis 3 Mol ÄO (ÄO = Äthylenoxid) pro Mol Carbonsäure, wobei auch Produkte mit 4 bis 10ÄO in Frage kommen; bei Carbonsäureamiden liegt die Zahl der ÄO-Einheiten meist beil bis 6, vorzugsweise beil bis 4. Auch ÄO-Addukte von Alkoholen mit 1 bis 8, vorzugsweise 2 bis 6 Mol ÄO pro Mol des Alkohols sind als wirksam bekannt. Weiterhin werden Äthoxylierungsprodukte von Fettaminen mit 1 bis 8 Mol ÄO pro Mol des Amins beschrieben. Als geeignete Alkylphenolprodukte werden Addukte mit 6 bis 7 Mol ÄO pro Mol Phenol angegeben, wobei die obere und untere Grenze des Äthoxylierungsgrades bei 5 bzw. 8 liegt.
Viele bekannte Stabilisatoren, sowohl organische Verbindungen (z. B. Amine) als auch anorganische Stoffe (z. B. Schichtsilikate) können jedoch zu Rekristallisationserscheinungen führen, wenn die Suspension hydrothermalen Bedingungen unterworfen wird (z.B. beim Eindampfen). Andererseits wird durch eine Reihe von bekannten Stabilisatoren das Filtrationsverhalten der Suspension negativ beeinflußt bzw. die Stabilisatoren lassen sich nicht wieder entfernen.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung sind stabile, pumpfähige wäßrige Suspensionen wasserunlöslicher Alumosilikate, die die Mängel des Standes der Technik nicht aufweisen.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Überraschenderweise wurde gefunden, daß bei Alumosilikatsuspensionen durch geringe Dosen höheräthoxylierter Alkylphenole mit mehr als 12Äthoxylierungseinheiten pro Mol Alkylphenol und Trübungspunkten in wäßriger Butyldiglykollösung über 95°C ihre Theologischen Eigenschaften im Sinne geringerer Absetzbarkeit und guter Pumpfähigkeit Verändert werden, wenn zugleich Natrium-Kalium-Hexametaphosphat zugegen ist. Dagegen ist höheroxäthyliertes Alkylphenol allein nicht bzw. erst in hohen Dosen wirksam,z.B. Nonylphenol 16ÄO.
Natrium-Kalium-Hexametaphosphat allein bewirkt lediglich eine Verflachung der Kornverteilungskurven, nicht jedoch eine Verringerung des Absetzverhaltens bzw. Erhaltung der Pumpfähigkeit der Suspension nach längeren Standzeiten. Dagegen verbessert eine Kombination beider Komponenten in Mengen von jeweils 0,1 bis 5%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Suspension, unerwartet spürbar die Theologischen Eigenschaften der Suspension sowohl bei Suspensionen gewaschener Alumosilikate mit pH-Werten um 9 als auch alkalischer Suspensionen mit pH-Werten bis zu 14. Die erfindungsgemäßen Suspensionen bestehen zu 10 bis 45Gew.-% aus wasserunlöslichen Alumosilikaten der allgemeinen Formel
(M2O)x AI2O3 · (SiO2)y, I
wobei M ein einwertiges Kation, χ eine Zahl zwischen 0,8 und 1,6 und y eine Zahl zwischen 1,8 und 3 bedeuten, und enthalten 0,1 bis 5Gew.-% Natrium-Kalium-Hexametaphosphat und 0,1 bis 5Gew.-% Alkylphenol · 12 bis 20ÄO, wobei sich die Prozentzahlen auf das Gesamtgewicht der Synthesemischung beziehen. Die flüssige Phase ist Wasser oder verdünnte Natronlauge. Bevorzugt werden 1 bis3Gew.-%Natrium-Kalium-Hexametaphosphatund 1 bis3Gew.-%äthoxyliertes Nonylphenol mit 12 bis 20 Mol Äthylenoxid pro Mol Nonylphenol eingesetzt.
Die erfindungsgemäßen Suspensionen werden erhalten, indem man Zeolithpulver in Wasser suspendiert und mit den genannten Ingredienzien versetzt, oder indem die Ingredienzien nach der hydrothermalen Kristallisation gleich der „Synthesemischung" zugegeben werden.
Ausführungsbeispiele Beispiel 1
850g einer Synthesemischung der molaren Zusammensetzung
SiO2=AI2O3 = 2,0 Na2O: SiO2 = 2,0 H2O: Na2O =30
werden 3 Stunden bei 90°C hydrothermal kristallisiert, wobei reiner Zeolith A entsteht. Nach Abhebern von 450ml Mutterlauge wird die Synthesemischung in zwei Hälften geteilt. Zu der einen Hälfte der Suspension werden unter Rühren 6g Nonylphenol.
16ÄO und 6g Natrium-Kalium-Hexametaphosphat zugesetzt.
Nach 24stündigem Stehen ohne Bewegung werden Absetzgrad (Höhenverhältnis Bodensatz zu überstehender flüssiger Phase) und Pumpfähigkeit (ermittelt mittels Dickstoffpumpe KRD-1-40, Pumpenwerk Erfurt 1966) der beiden Suspensionen verglichen.
Absetzgrad ohne Ingredienzien: 1:1,6
Absetzgrad mit Ingredienzien: 1:0,3
Pumpfähigkeit ohne Ingredienzien: Bodensatz fest und thixotrop, nicht pumpfähig Pumpfähigkeit mit Ingredienzien: Bodensatz ist an- und umpumpbar.
Beispiel 2
10kg Zeolith 4A werden in 3Ol Wasser suspendiert und mit je 0,75kg Nonylphenol. 16ÄOund Natrium-Kalium-Hexametaphosphat versetzt und umgepumpt. Nach anschließendem 24stündigem Stehen erfolgt eine Testung analog Beispiel
1. Parallel dazu erfolgt die Testung einer gleichartig hergestellten Suspension ohne Stabilisator.
Absetzgrad:
ohne Stabilisator 1:1,3
mit Stabilisator 1:0,7
Pumpfähigkeit:
ohne Stabilisator: Bodensatz fest und thixotrop
mit Stabilisator: Bodensatz an- und umpumpbar.

Claims (2)

  1. Erfindungsanspruch:
    1. Stabile, pumpfähige wäßrige Suspensionen wasserunlöslicher Alumosilikate der allgemeinen Formel
    (M2O)x · AI2O3 · (SiO2)y, - (I)
    wobei M ein einwertiges Kation, χ eine Zahl zwischen 0,8 und 1,6 und y eine Zahl zwischen 1,8 und 3 bedeuten, mit einem Gehalt zwischen 10 und 45 Gew.-% an Verbindungen der Formel I, gekennzeichnet dadurch, daß sie 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Suspension, eines äthoxylierten Alkylphenols mit 12 bis 20 Mol Äthylenoxid pro Mol Alkylphenol und 0,1 bis 5Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Suspension, Natrium-Kalium-Hexametaphosphat enthalten.
  2. 2. Stabile, pumpfähige wäßrige Suspensionen nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß sie 1 bis 3Gew.-% Ndnylphenol (12 bis 20) ÄO und 1 bis 3Gew.-% Natrium-Kalium-Hexametaphosphat enthalten.
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