CN114126735A - 作为浓缩的水性消泡剂的醇烷氧化物混合物 - Google Patents

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Abstract

醇烷氧化物或醇烷氧化物混合物作为浓缩的消泡剂、防沫剂和/或脱气剂的用途，其中所述醇烷氧化物或醇烷氧化物混合物至少包含醇烷氧化物，其中所述醇烷氧化物具有[I]中所示的分子结构：R‑O‑(CH2(CH3)CHO)m‑(CH2CH2O)n‑H，其中R为具有20至50个碳原子的支链和/或直链的烷基，m＝10至40，并且n＝0至5。

Description

作为浓缩的水性消泡剂的醇烷氧化物混合物
本发明涉及醇烷氧化物(alcohol alkoxylates)或其混合物，以及这样的醇烷氧化物或混合物作为浓缩的水性消泡剂、防沫剂和脱气剂的用途。更具体地，醇烷氧化物涉及直链长链醇烷氧化物，其作为用于防止泡沫、泡沫破坏和脱气的添加剂在多种应用领域中使用。
发明背景和现有技术讨论
在多种工业过程中，泡沫的出现产生了麻烦的环境，其例如可能对反应速率具有负面影响，并且通常阻碍正常的优化操作。当前的用于控制泡沫的方法包括机械手段，比如使用挡板和混合控制系统。通常结合使用化学消泡剂或防沫剂。存在不同种类的用于防止、去除和缓解泡沫形成的添加剂，这些添加剂通过不同的机制起作用，并且对不同泡沫类型(例如大泡沫vs微泡沫)有效。尽管原则上这些种类不同，但是用于定义它们的术语通常可互换地使用。另外，多种(如果不是大多数的话)添加剂不会仅发挥唯一的功能。
防沫剂是从开始就防止或抑制泡沫形成的添加剂，并且一般在泡沫形成之前被加入到可能起泡的溶液中。消泡剂是加入到混合物中以破坏已经产生的泡沫的化合物，其针对表面泡沫(大泡沫)并且目的是带来快速的泡沫破裂。脱气剂以与消泡剂类似的方式起作用，目的也是破坏已经产生的泡沫，但是它们针对表面下的泡沫(微泡沫)。
众所周知的消泡剂、防沫剂和脱气剂包括硅油以及低级亚烷基二醇的嵌段共聚物等。US 6,534,550描述了消泡剂组合物，其包含醇、醇烷氧化物、乳化剂组分和水以防止和抑制泡沫在水性体系中的形成。US 6,534,550的组合物是乳液，其需要多种不同组分的精确混合以实现所述结果。US6,562,875描述了烷氧基化的醇连同乳化剂比如阳离子表面活性剂在造纸工业中作为防沫剂的用途。所有现有技术文件通过引用结合于此用于所有目的。
然而，仍需要稳定、简单、低成本的浓缩形式的水性消泡剂、防沫剂和/或脱气剂以有效地应用于化学、家庭和工业过程行业。
发明目的
本发明的化合物或化合物的混合物及其在水性体系中的用途的优点是提供具有超低粒子尺寸的浓缩表面活性剂。所描述的特定醇烷氧化物的性质导致不溶、但导致超分散的表面活性剂，以用于对多种化学、家庭和工业过程中存在的水性进料进行有效的消泡、防沫和脱气。
发明概述
本发明涉及一系列醇烷氧化物及其作为用于涉及多种应用领域的水相的消泡剂、防沫剂和/或脱气剂的用途。这些包括一般的消泡、防沫和脱气应用，特别是可用于、但不限于油气应用、农用化学品领域、水处理过程，以及诸如制浆造纸、发酵、洗涤剂、金属加工液、油漆和涂料、乳液聚合和建筑的技术领域。
本发明具体地教导了醇烷氧化物或醇烷氧化物混合物作为浓缩的消泡剂、防沫剂和/或脱气剂的用途，其中所述醇烷氧化物或醇烷氧化物混合物至少包含
醇烷氧化物，其中所述醇烷氧化物具有[I]中所示的分子结构：
R-O-(CH2(CH3)CHO)m-(CH2CH2O)n-H [I]
其中R为具有20至50个碳原子、优选20至30个碳原子的支链和/或直链的烷基，
m＝10至40，优选20至25
n＝0至5，优选1至2。
PO的摩尔数与EO的摩尔数的比率优选为14∶1至35∶1，更优选14∶1至20∶1，并且最优选20∶1。
本发明的特征在于所需的极低用量等。醇烷氧化物或醇烷氧化物混合物以50ppm至3,000ppm、更优选100至2,500ppm、并且最优选100至500ppm的浓度加入。
本发明中所述的化合物显示出良好的化学稳定性和热稳定性。使用温度可以在20至100℃并且更优选20至80℃的范围内。
另外，所述醇烷氧化物以浓缩形式提供出色的消泡、防沫和脱气性能，并且具有高活性。在不加入另外的添加剂、液体或固体，比如乳化剂、溶剂和载体时，醇烷氧化物或醇烷氧化物混合物的使用是最有利的。
另外的优点包括但不限于：本发明的化合物不含有有机硅，是防爆、不易燃、高耐盐并且非腐蚀性的。
本发明还描述了一种用于对水性泡沫进行消泡和/或脱气和/或防沫的方法，其中所述水性泡沫包含水相和气体，并且其中所述方法包括：
i)提供至少包含以下成分的组合物：
醇烷氧化物，其中所述醇烷氧化物具有[I]中所示的分子结构：
R-O-(CH2(CH3)CHO)m-(CH2CH2O)n-H [I]
其中R为具有20至50个碳原子、优选20至30个碳原子的支链和/或直链的烷基，m＝10至40，优选20至25，
N＝0至5，优选1至2，以及
ii)使所述水性泡沫与所述组合物接触，由此所述水性泡沫破裂。
本发明的醇烷氧化物或醇烷氧化物混合物的平均粒子尺寸优选地小于45μm，更优选小于15μm，并且最优选小于4μm。低的粒子尺寸改善了消泡剂/防沫剂在水性进料中的分散性，得到在需要最少的混合或搅拌的情况下容易分散的化合物。
与现有技术不同，本发明是浓缩的消泡剂，其不需要乳化剂等来实现泡沫减少/防止。
附图简述
图1示出了在给药各添加剂之后的泡沫高度降低的比较。
图2示出了在给药各添加剂之后的最终泡沫高度的比较。
图3示出了各种消泡剂的消泡性能。
图4示出了示出了剂量为500ppm的各种消泡剂所实现的泡沫减少。
图5示出了各种剂量的C2030-20PO-1EO的消泡性能。
图6示出了在各种温度的C2030-20PO-1EO的消泡性能。
图7示出了消泡剂与商业样品相比的性能。
图8示出了各种消泡剂的半衰期。
图9示出了具有各种数量的PO和EO单元的消泡剂的性能。
优选实施方案详述
本发明的表面活性剂是对于众多各种水相来说有效的消泡剂、防沫剂和/或脱气剂。对于具体的应用领域，可以通过调整化合物的疏水物结构以及亚丙基氧(PO)和/或亚乙基氧(EO)单元的数量来最佳地设计组合物的性能。
材料
按照标准程序(参见实验部分)合成多种表面活性剂，即烷氧基化的醇，并对其性质进行表征。在表1中示出了在各测试中用于确定化合物作为消泡剂/防沫剂/脱气剂的效率的材料：
表1：用于评价消泡/防沫/脱气性质的材料
Figure BDA0003442512960000051
除了来源于Baker Hughes的UNILIN以外，以上用商品名表示的所有实施例都是Sasol Perfor-mance Chemicals所销售的。
表2示出了用于比较实验的商业现有技术消泡剂。
表2：用于比较例的消泡剂
Figure BDA0003442512960000061
*BASF销售的
**Sasol Performance Chemicals销售的
***Carpenter销售的。
表3列出了用于各个消泡实验的发泡剂。
表3：用于消泡实验的商业发泡剂
名称 说明
HF100C* C610-3.5EO硫酸盐
椰油酰DEA 椰油酰二乙醇胺
CAPB 椰油酰胺丙基甜菜碱
C<sub>12-16</sub>APG C<sub>12-16</sub>烷基聚葡糖苷
C<sub>12</sub>LAS C<sub>12</sub>直链烷基化硫酸盐
*可由Thatcher Chemicals获得
实验部分
用于实验的烷氧基化(PO/EO)的醇的合成
采用众所周知的烷氧基化催化剂比如双金属氰化物(DMC)或KOH催化剂对在C12-32范围内的醇进行丙氧基化和乙氧基化。各醇产物的目标是由10至40摩尔的亚丙基氧和0至5摩尔的亚乙基氧组成。在600ml Parr反应器中使用所选择的烷氧基化试剂制备样品。使用纯化的环氧丙烷在130至150℃和40至60psig下对各醇进行丙氧基化，然后在单次连续运行中使用纯化的环氧乙烷在150至160℃和40至60psig下进行乙氧基化。
实验1：
首先测试的参数的目的在于比较添加剂破坏稳定的表面泡沫和用作真实消泡剂的能力。
实验程序：
泡沫减少测试的目的在于比较各消泡剂使已经产生的泡沫减少(knockdown)或破坏的能力。测试通过以下方式进行：将40ml含有2500ppm商业发泡剂(C610-3.5EO硫酸盐)的纳米纯水倒入泡沫分析仪的玻璃柱中。将溶液以8000rpm搅拌30秒，从而产生泡沫。停止搅拌，并且使泡沫稳定1分钟。在1分钟后，记录初始泡沫高度，并且将消泡剂以2500ppm加入到已发泡的溶液中。将溶液以8000rpm搅拌1分钟，并停止。使泡沫稳定30秒，并且记录最终泡沫高度。对于各消泡剂重复该测试。除了不加入消泡剂以外，还采用相同的程序进行空白测试。对各个消泡剂，计算从初始泡沫高度到最终泡沫高度的泡沫减少的总百分比(参见图1)。还比较了所有消泡剂和空白的最终泡沫高度(参见图2)。
图1和2显示了消泡剂性能按如下降低：C2030-20PO-1EO＞C1618-25PO-1EO＞C1618-28PO-2EO＞PDMS(OH封端的)＞PPG 400。
实验2：
实验程序：
将40ml含有在DI-H2O中的2500ppm的HF100C(610-3.5EO硫酸盐-AES)的溶液加入到Kruss泡沫分析仪中，并且通过平均孔径为100至160μm的底部烧结盘以0.2L/min的速率喷入空气。一旦泡沫高度达到～150mm，就在继续喷入空气的同时，将2500ppm的消泡剂加入到溶液中。继续喷气，直到已经经过500秒的总喷气时间，或泡沫高度已经达到Kruss仪器的最大容量。此测试使得能够评价直接在加入消泡剂后的初始泡沫减少的量(消泡)以及消泡剂随时间维持此初始减少的能力(防沫)。
图3清楚地示出了当与商业样品相比时，本发明化合物(C2030-20PO-1EO)的实施例在长时间内的优异的消泡以及防沫性能。
实验3：使用与关于实验1所描述的相同实验程序。图4比较了分别在500ppm剂量的各种添加剂之后的泡沫高度降低。
图4显示，消泡剂性能按如下降低：
C2030-20PO-1EO＞(50/50重量％的C2030-20PO-1EO/GuerbetC2426-25PO-1EO的混合物)＞C2022-20PO-1EO＞GuerbetC2426-25PO-1EO＞GuerbetC32-15PO-1EO＞GuerbetC20-20PO-1EO＞GuerbetC12-32PO-3EO＞C20+-30PO。
实验4：
比较了在经过长时间后通过不同剂量率的C2030-20PO-1EO得到的最大消泡性能。
实验程序：
将含有2500ppm的HC100C(发泡介质)的2000ml水溶液加入到循环发泡装置中，并且在室温循环以产生泡沫。一旦泡沫高度达到30cm，就在继续循环发泡溶液的同时，加入不同浓度(100、200、300和400ppm)的消泡剂C2030-20PO-1EO。记录各种剂量所达到的最小泡沫高度，并且计算％泡沫减少率。
于是，甚至在低至100ppm的低剂量率下，本发明的添加剂仍表现出优异的性能。
实验5：
按照实验4所使用的相同实验程序进行。图8比较了在长时间之后本发明的化合物与商业样品在不同温度的消泡行为的有效性。
如在实验方法中所述，当未观察到消泡性能的额外变化时，与商业添加剂相比，C2030-20PO-1EO添加剂在宽温度范围内表现出优异的消泡性能。
实验6：
按照实验4所使用的相同实验程序。图7示出了与商业样品的性能相比，本发明的化合物的实施例在各种发泡介质中的性能。
当与商业消泡添加剂相比时，本发明的C2030-20PO-1EO添加剂在各种发泡剂的情况下显示出优异的消泡行为。
实验7：
进行防沫测试，以比较各添加剂通过促进液体从薄层和气泡聚并中排出而去除夹带空气从而得到更快速的泡沫衰减的防沫潜能和脱气能力。
实验程序：
防沫测试用Krüss DFA100进行，并且目的在于比较各消泡剂的防沫和脱气能力。测试通过以下方式进行：将含有2500ppm商业发泡剂(C610-3.5EO硫酸盐)和2500ppm消泡剂的40mL纳米纯水倒入仪器的玻璃柱中。然后通过孔径在16至40μm范围内的过滤板以0.3L/min的流速从底部喷入空气。继续喷气并且产生泡沫，持续2分钟或者直到泡沫达到柱的最大高度(210mm)。停止喷气，并且使泡沫衰减15分钟。对于各消泡剂以及不含消泡剂的空白重复该测试。消泡剂的防沫能力可以通过比较它们在2分钟喷气时间期间的最大泡沫高度来确定(参见表4)。比较作为泡沫半衰期的函数的泡沫衰减率(参见图10)，所测试的各泡沫的泡沫体积已经减少到50％时的时间也表明了其有助于静置泡沫的排出和聚并的能力。
表4：在各种消泡剂的情况下达到的最大泡沫高度的比较
消泡剂 最大泡沫高度(mm)
C2030-20PO-1EO 153.5
C1618-28PO-2EO 213.0
PDMS(OH封端的) 213.1
PPG-400 213.6
C1618-25PO-1EO 213.6
空白 214.4
表4示出了C2030-20PO-1EO是唯一观察到的表现出提高的防沫性质的添加剂。其是所测试的最大泡沫高度(153.5mm)未达到210mm泡沫高度设定值的唯一添加剂，所述泡沫高度设定值触发泡沫形成的自动停止。
脱气剂性能可以通过比较泡沫衰减率(图8所示)来检查，所述泡沫衰减率作为泡沫半衰期的函数。
添加剂的比较脱气剂性能如下：C2030-20PO-1EO＞PDMS(OH封端的)＞C1618-28PO-2EO＞C1618-25PO-1EO＞PPG-400。
实验8：
使用关于实验3所描述的实验程序，PO和EO单元的数量有变化，使用相同的疏水物，目的在于通过优化PO/EO平衡来比较各添加剂破坏稳定表面泡沫和用作真实消泡剂的能力。图9示出了分别在各添加剂给药之后的泡沫高度的比较。
结果显示，消泡剂C2030-20PO-1EO表现最佳，但是所有消泡剂都能够在很大程度上减少泡沫。PO的摩尔数与EO的摩尔数的比率优选为14∶1至35∶1，更优选14∶1至20∶1，并且最优选20∶1。
实验9：
当消泡剂/防沫剂在进料中超分散时，它们表现良好。低的粒子尺寸改善了消泡剂/防沫剂在水性进料中的分散性。表5基于粒子尺寸比较了消泡剂。
表5：％泡沫减少率和平均粒子尺寸的比较。
消泡剂 ％泡沫减少率 平均粒子尺寸(微米)
C16—18OH-28PO/2EO 28.14 67.8402
C20-30OH-35PO/1EO 55.83 43.5514
C20-30OH-14PO/1EO 71.1 13.2715
C20-30OH-20PO/1EO 79.93 3.9921
可以看出，与现有技术的消泡剂相比，本发明的醇烷氧化物或醇烷氧化物混合物具有更低的粒子尺寸。本发明的消泡剂/防沫剂的平均粒子尺寸优选地小于45μm，更优选小于15μm，并且最优选小于4μm。

Claims (12)

1.醇烷氧化物或醇烷氧化物混合物作为浓缩的消泡剂、防沫剂和/或脱气剂的用途，其中所述醇烷氧化物或醇烷氧化物混合物至少包含：
醇烷氧化物，其中所述醇烷氧化物具有[I]中所示的分子结构：
R-O-(CH2(CH3)CHO)m-(CH2CH2O)n-H [I]
其中
R为具有20至50个碳原子的支链和/或直链的烷基，
m＝10至40，并且
n＝0至5。
2.权利要求1所述的醇烷氧化物或醇烷氧化物混合物的用途，其中R为支链烷基。
3.权利要求1所述的醇烷氧化物或醇烷氧化物混合物的用途，其中R为直链烷基。
4.权利要求1或2所述的醇烷氧化物或醇烷氧化物混合物的用途，其中R具有20至30个碳原子。
5.上述权利要求中任一项所述的醇烷氧化物或醇烷氧化物混合物的用途，其中m＝20至25，并且n＝1至2。
6.上述权利要求中任一项所述的醇烷氧化物或醇烷氧化物混合物的用途，其中PO的摩尔数与EO的摩尔数的比率为14∶1至35∶1，更优选14∶1至20∶1，并且最优选20∶1。
7.上述权利要求中任一项所述的醇烷氧化物或醇烷氧化物混合物的用途，其中所述醇烷氧化物的平均粒子尺寸小于45μm，更优选小于15μm，并且最优选小于4μm。
8.上述权利要求中任一项所述的醇烷氧化物或醇烷氧化物混合物的用途，其中所述醇烷氧化物或所述醇烷氧化物混合物以50ppm至3000ppm、更优选100至2500ppm、最优选100至500ppm的浓度加入。
9.上述权利要求中任一项所述的醇烷氧化物或醇烷氧化物混合物的用途，其中温度在20至100℃、更优选25至80℃的范围内。
10.上述权利要求中任一项所述的醇烷氧化物或醇烷氧化物混合物的用途，其中不加入另外的添加剂、液体或固体。
11.一种将水性泡沫消泡的方法，所述水性泡沫包含水相和气体，所述方法包括：
提供至少包含以下成分的组合物：
醇烷氧化物，其中所述醇烷氧化物具有[I]中所示的分子结构：
R-O-(CH2(CH3)CHO)m-(CH2CH2O)n-H [I]
其中R为具有20至50个碳原子的支链和/或直链的烷基，
m＝10至40，
n＝0至5，以及
使水性泡沫与所述组合物接触，由此所述水性泡沫破裂。
12.一种防止水性材料中起泡或将水性材料脱气的方法，所述方法包括：
提供至少包含以下成分的组合物：
醇烷氧化物，其中所述醇烷氧化物具有[I]中所示的分子结构：
R-O-(CH2(CH3)CHO)m-(CH2CH2O)n-H [I]
其中R为具有20至50个碳原子的支链和/或直链的烷基，
m＝10至40，
n＝0至5，以及
使水性材料与所述组合物接触，由此(a)防止在所述水性材料中形成泡沫，(b)将所述水性材料脱气，或者(a)和(b)二者兼备。
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