Die Erfindung betrifft eine Gerüststoffkomponente mit sehr hohem Schüttgewicht sowie Wasch- oder Reinigungsmittel, welche diese Komponente enthalten.
Kristalline schichtförmige Natriumsilikate der Formel NaMSixO2x+1·yH2O, wobei M Natrium oder Wasserstoff bedeutet, x eine Zahl von 1,9 bis 4 und y eine Zahl von 0 bis 20 ist und bevorzugte Werte für x 2, 3 oder 4 sind, haben sich als geeignete Substitute oder Teilsubstitute für die etablierten Gerüststoffe Phosphate und Zeolithe erwiesen. Derartige kristalline Schichtsilikate werden beispielsweise in der europäischen Patentanmeldung EP-A-0 164 514 beschrieben. Bevorzugte kristalline Schichtsilikate sind solche, in denen M für Natrium steht und x die Werte 2 oder 3 annimmt. Insbesondere sind sowohl β- als auch δ-Natriumdisilikate NazSi2O5·yH2O bevorzugt, wobei β-Natriumdisilikat beispielsweise nach dem Verfahren erhalten werden kann, das in der internationalen Patentanmeldung WO-A-91/08171 beschrieben ist. β-Natriumdisilikat ist unter der Bezeichnung SKS 7(R), δ-Natriumdisilikat ist unter der Bezeichnung SKS 6(R) im Handel erhältlich (Handelsprodukte der Hoechst AG, Bundesrepublik Deutschland). Diese Pulver weisen im allgemeinen ein Schüttgewicht unter 600 g/l auf und besitzen hohe Feinkornanteile, üblicherweise mehr als 30 Gew.-%, mit einer Teilchengröße unterhalb 0,1 mm. Da kristalline Schichtsilikate gemäß der Offenbarung der internationalen Patentanmeldung W0-A-92/18594 bei der Sprühtrocknung Wasch- oder Reinigungsmittel-haltiger Slurries Verluste in ihrer Waschwirkung, hervorgerufen durch die Zerstörung ihrer physikalischen Struktur, erleiden, sollten sie vorzugsweise über andere Verfahrensmethoden in Wasch- oder Reinigungsmittel eingearbeitet werden. Aufgrund ihres hohen Feinkornanteils und damit ihrer staubigen Struktur sind diese Pulver jedoch auch nicht geeignet, als Zumischkomponente zu anderen granularen Bestandteilen von Wasch- oder Reinigungsmitteln zu dienen. Da zudem kristalline Schichtsilikate wie kristalline Disilikate eine geringere Lösegeschwindigkeit in Wasser aufweisen als amorphe Silikate, kann es durch lokale Ablagerungen auf den Textilien zu einem Anstieg des pH-Werts auf Werte oberhalb von 12 kommen, wodurch Beschädigungen der Textilfasern entstehen können.
Die internationale Patentanmeldung W0-A-92/18594 beschreibt, wie diese Nachteile vermieden werden können: Die kristallinen Schichtsilikate werden in Form einer granularen Gerüststoffkomponente eingesetzt, die mindestens 10 Gew.-% kristalline Schichtsilikate, 5 bis 90 Gew.-% in Wasser in Form von Ionen vorliegender organischer Säuren und/oder anorganischer oder organischer Salze, wobei das eingesetzte Material allerdings eine Größe von im Durchschnitt 300 µm nicht überschreiten soll, sowie gegebenenfalls weitere Bindemittel, Tenside und weitere übliche Inhaltsstoffe von Wasch- oder Reinigungsmitteln enthalten. Eine bevorzugte Art der Herstellung dieser Gerüststoffkomponente ist die Walzenkompaktierung, wobei ein Preßdruck von 10 bis 50 kN/cm Walzenlänge und vorzugsweise um 25 kN/cm Walzenlänge aufgewendet wird. Derartige Gerüststoffkomponenten weisen zwar in 1%iger wäßriger Lösung immer noch hohe pH-Werte auf; da diese Komponenten jedoch gegenüber dem Pulver eine höhere Lösegeschwindigkeit besitzen, wird das Risiko der lokalen Ablagerungen auf Textilien und damit der Beschädigungen von Textilfasern verringert.
Die Walzenkompaktierung von Wasch- oder Reinigungsmitteln oder einzelner Komponenten von Wasch- oder Reinigungsmitteln ist gesicherter Stand des technischen Wissens. Bereits aus der europäischen Patentanmeldung EP-A-0 253 323 ist bekannt, daß Gerüststoffe wie Zeolith und/oder Phosphat durch Walzenkompaktierung in Granulate mit hohem Schüttgewicht und sehr guten anwendungstechnischen Eigenschaften überführt werden können. In diesem druckschriftlichen Stand der Technik werden ausführlich die Bedingungen geschildert, unter denen eine Walzenkompaktierung üblicherweise durchgeführt wird. Dabei wird ausgeführt, daß der Preßdruck im Walzenspalt und die Verweildauer des Materials in dem Bereich des Preßdrucks so einzustellen sind, daß ein gut ausgebildetes Schülpenband mit hoher Dichte erzeugt wird. Der hohe Verdichtungsgrad ist dabei nicht nur im Hinblick auf moderne Wasch- oder Reinigungsmittel mit hohem Schüttgewicht, sondern auch hinsichtlich einer erhöhten Abriebstabilität der Granulate erwünscht. Dabei muß allerdings beachtet werden, daß zu hohe Preßdrucke die Verfahrenssicherheit beeinträchtigen, da bei ihrem Einsatz das Material auf den Walzen plastifiziert wird und zu Anklebungen führen kann. Dieser unerwünschte Effekt tritt dann auf, wenn eine Erhöhung des Preßdrucks keine weitere Verdichtung des Materials mehr bewirkt und die jetzt zusätzlich eingetragene Preßkraft überwiegend die Erwärmung und Plastifizierung des Materials - beispielsweise durch partielles Aufschmelzen wasserhaltiger Bestandteile - verursacht. Dies ist auch der Grund dafür, daB Walzenkompaktierungen üblicherweise bei nicht zusätzlich extern erhöhten Temperaturen, sondern bei Umgebungstemperatur durchgeführt werden.
Die Aufgabe der Erfindung bestand darin, das Verfahren der Walzenkompaktierung von Gerüststoffkomponenten, welche kristalline Schichtsilikate enthalten, dahingehend weiterzuentwickeln, daß eine weitere Verbesserung des Löseverhaltens von kristallinen Schichtsilikaten bzw. von Gerüststoffkomponenten, welche kristalline Schichtsilikate enthalten, erreicht wird.
Gegenstand der Erfindung ist dementsprechend ein Verfahren zur Herstellung einer Gerüststoffkomponente, welche mindestens 10 Gew.-% kristalline Schichtsilikate der Formel NaMSixO2x+1·yH2O enthält, wobei M Natrium oder Wasserstoff bedeutet, x eine Zahl von 1,9 bis 4 und y eine Zahl von 0 bis 20 ist, durch Walzenkompaktierung bei Preßdrucken bis 50 kN/cm Walzenlänge, wobei die kristallinen Schichtsilikate und gegebenenfalls weitere übliche Inhaltsstoffe von Wasch- oder Reinigungsmitteln bei Walzentemperaturen zwischen 35 und 120 °C kompaktiert werden.
Die Erfindung umfaBt dabei sowohl ein Verfahren zur Walzenkompaktierung allein von kristallinen Schichtsilikaten, also ohne Zuschlagstoffe, als auch von Mischungen aus kristallinen Schichtsilikaten und üblichen weiteren Inhaltsstoffen von Wasch- oder Reinigungsmitteln. Falls Mischungen aus kristallinen Schichtsilikaten und üblichen Inhaltsstoffen von Wasch- oder Reinigungsmitteln eingesetzt werden, so ist es bevorzugt, daß der Gehalt der Mischung an kristallinen Schichtsilikaten 50 bis 99,5 Gew.-% und insbesondere 60 bis 90 Gew.-% beträgt. Als besonders bevorzugte kristalline Schichtsilikate werden Disilikate und dabei vor allem β-Natriumdisilikat und/oder δ-Natriumdisilikat eingesetzt.
Bevorzugte Mischungen, welche bei der Walzenkompaktierung eingesetzt werden, sind solche, die kristalline Schichtsilikate und Salze anorganischer und/oder organischer Säuren, insbesondere mehrbasiger Säuren, enthalten, wobei der Gehalt der Mischung an diesen Salzen vorzugsweise 0,5 bis 50 Gew.-% und insbesondere 10 bis 40 Gew.-% beträgt. Bevorzugte Salze anorganischer mehrbasiger Säuren sind Sulfate und Carbonate, wobei Natriumsulfat insbesondere bevorzugt ist, während an Salzen organischer mehrbasiger Säuren Citrate mit besonderer Bevorzugung von Natriumcitrat bevorzugt sind. Bevorzugte organische Säuren sind Adipinsäure, Bernsteinsäure, Citronensäure und Glutarsäure, wobei in besonders bevorzugten Ausführungsformen auch Citrat und ein oder mehrere organische Säuren eingesetzt werden können. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird dabei die Walzenkompaktierung einer Mischung durchgeführt, die aus 70 bis 90 Gew.-% β-Natriumdisilikat und/oder δ-Natriumdisilikat und aus 10 bis 30 Gew.-% Natriumsulfat und/oder Natriumcitrat besteht.
Die zu kompaktierenden Mischungen können jedoch zusätzlich oder anstelle dieser Salze anorganischer und/oder organischer Säuren andere übliche Inhaltsstoffe von Wasch- oder Reinigungsmitteln enthalten. Welche Inhaltsstoffe dazu gegebenenfalls geeignet sind, kann auch der internationalen Patentanmeldung W0-A-92/18594 entnommen werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden dabei Mischungen eingesetzt, die kristalline Schichtsilikate und herkömmliche Gerüststoffe wie Phosphate und/oder Zeolithe enthält. Dabei ist es insbesondere bevorzugt, daß der Gehalt der Mischung an Zeolith vorzugsweise 0,5 bis 50 Gew.-% und insbesondere 1 bis 20 Gew.-% beträgt. Der eingesetzte feinkristalline, synthetisches und gebundenes Wasser enthaltende Zeolith ist dabei vorzugsweise Zeolith NaA in Waschmittelqualität. Geeignet sind jedoch beispielsweise auch Zeolith NaX und Zeolith P sowie Mischungen aus NaA, NaX und P. Der Zeolith wird vorzugsweise als sprühgetrocknetes Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von weniger als 10 µm (Volumenverteilung; Meßmethode: Coulter-Counter) eingesetzt und enthält vorzugsweise 18 bis 22 Gew.% und insbesondere 20 bis 22 Gew.-% an gebundenem Wasser.
Weiterhin können bei der Walzenkompaktierung Mischungen eingesetzt werden, welche 0 bis 20 Gew.-% und vorzugsweise 0 bis 10 Gew.-% weitere übliche Inhaltsstoffe von Wasch- oder Reinigungsmitteln enthalten. Bei der Herstellung der Mischungen werden die Stoffgemische vorzugsweise in Pulverform miteinander vermischt. Es ist zwar möglich, daß auch flüssige Bestandteile in das Stoffgemisch eingearbeitet werden, es ist jedoch zur Walzenkompaktierung nicht erforderlich. Im Gegenteil ist es sogar bevorzugt, daß Bestandteile von Wasch- oder Reinigungsmitteln, die bei der Verarbeitungstemperatur in flüssiger Form vorliegen, nicht eingesetzt werden; insbesondere ist es bevorzugt, daß Bestandteile von Wasch- oder Reinigungsmitteln, welche auch bei Raumtemperatur in flüssiger Form vorliegen, nicht in Mengen oberhalb 5 Gew.-%, bezogen auf die Mischung, und vorteilhafterweise gar nicht eingesetzt werden. Die Stoffgemische können dabei in üblichen Mischern oder Granulatoren hergestellt werden. Dabei ist auch eine Vorverdichtung des Pulvers möglich.
Die Walzenverpressung selber kann aber ohne oder mit einer Vorverdichtung des vorgemischten pulverförmigen Gutes erfolgen. Das Walzenpaar kann dabei in jeder beliebigen Raumrichtung, insbesondere also vertikal oder horizontal zueinander angeordnet sein. Die zu kompaktierende Mischung oder das alleinige Pulver aus kristallinem Schichtsilikat wird dann entweder durch Schwerkraftfüllung oder mittels einer geeigneten Einrichtung, beispielsweise mittels einer Stopfschnecke dem Walzenspalt zugeführt. Das zu kompaktierende Gut wird dann unter Preßdruck durch den Spalt eines Paares zweier mit etwa gleicher Umfangsgeschwindigkeit gegensinnig laufender Walzen geführt und dabei zu einem plattenförmigen bzw. bandförmigen Preßgut, das auch als Schülpenband bezeichnet wird, verdichtet. Bevorzugte Preßdrucke liegen dabei zwischen 7 und 30 kN/cm Walzenlänge und insbesondere bei Preßdrucken zwischen 10 und 25 kN/cm Walzenlänge.
Überraschenderweise wurde gefunden, daß die Walzenkompaktierung von kristallinen Schichtsilikaten oder von festen Stoffgemischen, welche kristalline Schichtsilikate enthalten, nicht nur problemlos bei erhöhten Temperaturen durchgeführt werden kann, sondern daß durch diese erhöhte Temperatur auch eine weitere Verbesserung des Löseverhaltens der kristallinen Schichtsilikate bzw. der Gerüststoffkomponenten, welche kristalline Schichtsilikate enthalten, erreicht wird. Dabei sind Walzentemperaturen zwischen 40 und 100 °C und insbesondere zwischen 45 und 90 °C besonders bevorzugt. Als besonders vorteilhaft hat sich dabei eine Walzenkompaktierung erwiesen, die bei Walzentemperaturen zwischen 50 und 70 °C und bei Preßdrucken zwischen 12 und 20 kN/cm Walzenlänge durchgeführt wird.
Das Schülpenband wird anschließend einem Zerkleinerungsverfahren unterworfen. Diese Zerkleinerung oder Mahlung kann dabei beispielsweise in einer Mühle erfolgen. Zweckmäßigerweise wird das zerkleinerte Material anschließend einem Sichtungsprozeß zugeführt, wobei grobes Material abgetrennt und in die Zerkleinerungsvorrichtung zurückgeführt wird, während zu feines Material dem Ansatz der pulverförmigen Mischung oder dem pulverförmigen Schichtsilikat wieder beigegeben und erneut der Kompaktierung im Walzenspalt zugeführt wird. Vorzugsweise wird dabei das Schülpenband durch übliche Mahlung in Granulate mit einem Kornspektrum von 0,05 mm bis etwa 2 mm, vorzugsweise mit einem Kornspektrum, das zu mindestens 70 Gew.-% aus Granulaten mit einem Teilchendurchmesser zwischen 0,1 und 1,6 mm besteht, eingestellt, während Feinkornanteile mit Granulatdurchmessern unterhalb 0,05 mm in die Kompaktierung zurückgeführt und Grobkornanteile mit Granulatdurchmessern oberhalb 2 mm in die Mahlung zurückgeführt werden.
In einer bevorzugten Ausführungform der Erfindung wird dabei eine granulare Gerüststoffkomponente erhalten, welche ein Schüttgewicht zwischen 800 und 1100 g/l aufweist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die erhaltenen granularen Gerüststoffkomponenten, welche in diesem Fall vorzugsweise aus 100 Gew.-% kristallinen Schichtsilikaten bestehen, in einem anschließenden Schritt mit weiteren Inhaltsstoffen von Wasch- oder Reinigungsmitteln, vorzugweise mit Imprägnierungsmitteln ausgewählt aus der Gruppe der ethoxylierten nichtionischen Tenside, Mischungen aus nichtionischen und anionischen Tensiden, pastenförmigen wäßrigen nichtionischen und/oder anionischen Tensiden, wobei das Wasser gegebenenfalls nachträglich weggetrocknet wird, sowie der Silikonöle und Paraffinöle, insbesondere mit nichtionischen Tensiden, beaufschlagt. Im Anschluß an diese Imprägnierung können die Gerüststoffkomponenten dann zusätzlich mit pulverförmigen Feststoffen, insbesondere mit pulverförmigen kristallinen Schichtsilikaten abgepudert werden.
Gegenstand der Erfindung ist in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ein Wasch- oder Reinigungsmittel, welches die erfindungsgemäßen Gerüststoffkomponenten enthält. Vorzugsweise enthalten diese Mittel die erfindungsgemäßen Gerüststoffkomponenten in Mengen von 10 bis 70 Gew.-% und insbesondere in Mengen von 20 bis 60 Gew.-%. Insbesondere wenn die Wasch- oder Reinigungsmittel weitere übliche anorganische und/oder organische Gerüststoffe enthalten, sind Gehalte an den erfindungsgemäßen Gerüststoffkomponenten von 25 bis 50 Gew.-% besonders vorteilhaft. Ansonsten können die Wasch- oder Reinigungsmittel alle üblichen Inhaltsstoffe wie anionische, nichtionische, amphotere, kationische und/oder zwitterionische Tenside, weitere Gerüststoffe wie Zeolith und/oder Phosphate, Schichtsilikate wie Bentonite, Polycarboxylate wie Citrate etc., polymere Polycarboxylate wie Salze von Homo- oder Copolymeren der Acrylsäure, Bleichmittel und Bleichaktivatoren, Vergrauungsinhibitoren wie Celluloseether oder Polyvinylpyrrolidon, optische Aufheller, Farb- und Duftstoffe sowie Enzyme und Enzymstabilisatoren enthalten. Auch Schauminhibitoren können enthalten sein. Die Mittel können abgesehen von der zugemischten erfindungsgemäßen Gerüststoffkomponente aus einem Basisgranulat oder aus einem Mehrkomponentengemisch bestehen, wobei Mehrkomponentengemische von Vorteil sein können. Insbesondere werden dabei Enzymgranulate und beispielsweise Bleichaktivatorgranulate, aber auch Schauminhibitorgranulate oder einzelne Bestandteile wie Natriumcarbonat, Natriumsilikat oder Polycarboxylat nachträglich zugemischt. Die einzelnen Komponenten können durch Sprühtrocknung, Granulierung, Extrusion oder andere herkömmliche Techniken hergestellt werden. Insbesondere ist es bevorzugt, daß die Mittel insgesamt ein Schüttgewicht oberhalb 650 g/l, vorzugsweise oberhalb 700 g/l aufweisen. Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Gerüststoffkomponenten in hohen Mengen können auch Wasch- oder Reinigungsmittel mit Schüttgewichten oberhalb 800 g/l hergestellt werden, ohne daß diese Mittel zur Entmischung neigen. Diese Mittel eignen sich ebenfalls zu Konzentraten mit hohen Tensidgehalten. So kann beispielsweise ein hoher Aniontensidgehalt durch Zumischung eines hochkonzentrierten Aniontensid-Compounds, das beispielsweise durch Sprühtrocknung, Sprühneutralisation oder durch Granulierung und gleichzeitige Trocknung in einer Wirbelschicht erhalten wurde, und ein hoher Niotensidgehalt durch Zumischung der erfindungsgemäßen Gerüststoffkomponenten mit hohen Niotensidanteilen erreicht werden. Wasch- oder Reinigungsmittel mit 15 bis 40 Gew.-%, insbesondere mit 18 oder 20 bis 35 Gew.-% anionischen und nichtionischen Tensiden sind dabei bevorzugt. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die erfindungsgemäß hergestellten walzenkompaktierten, vorzugsweise mit Niotensiden beaufschlagten Granulate zu extrudierten Granulaten, welche gegebenenfalls hochkonzentrierte Aniontensid-Compounds enthalten und vorzugsweise Niotensid-arm bis insbesondere Niotensid-frei sind, hinzugemischt.
Kristalline Schichtsilikate des Typs SKS 6(R) (δ-Natriumdisilikat, Handelsprodukt der Hoechst AG, Deutschland) oder die unten angegebenen Mischungen aus SKS 6(R) und den anorganischen bzw. organischen Salzen mehrbasiger Säuren wurden auf einer Walzenpresse des Typs WR 50 N/75 (Alexanderwerk AG, Deutschland) bei den unten angegebenen Temperaturen zu Schülpen von ca. 1 mm Stärke verpreßt. Nach der Zerkleinerung zu einem Granulat mit einem mittleren Kornspektrum von 0,1 bis 1,6 mm wurden Produkte mit den unten angegebenen Schüttgewichten erhalten. Die in der Tabelle angegebenen Lösegeschwindigkeiten wurden für die Siebfraktion 0,6 bis 0,8 mm nach folgendem Test ermittelt:
In einem doppelwandigen und thermostatisierten 1-1-Gefäß wurden 500 ml demineralisiertes Wasser (20°C) eingefüllt, der Schrägblattrührer mit einer Drehzahl von 900 Umdrehungen pro Minute eingeschaltet und die Leitfähigkeitsmeßzelle eingetaucht. Danach wurden 5 g der Gerüststoffkomponente zugegeben. Die Änderung der Leitfähigkeit wurde über einen Schreiber festgehalten. Die Messung erfolgte, bis kein Anstieg der Leitfähigkeit mehr feststellbar war. Die Zeit zum Erreichen der Leitfähigkeitskonstanz ist die Lösezeit der Gerüststoffkomponente (100 %). Die Lösezeiten bei 80%iger, 90%iger und 95%iger Auflösung wurden rechnerisch ermittelt.