CN1250327C - 用添加剂制备溶液的方法 - Google Patents

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Abstract

在液体基料中制备液体添加剂溶液的方法，其中当所述液体添加剂在低于胶凝温度TG的温度下和液体基料混合时会胶凝，所述方法包括以下步骤：提供在温度TC下的液体基料流，所述TC高于室温并低于胶凝温度TG；将所述料流加入装有混合器进料口的混合器中，为所述料流提供能量；并将所述液体添加剂加到进料口下游的料流，由此所述液体添加剂和液体基料混合，且所述能量抑制了液体添加剂的胶凝。

Description

用添加剂制备溶液的方法
技术领域
本发明涉及用添加剂和表面活性剂制备溶液的方法，更具体的是，本发明涉及有效制备这种溶液的方法，在所述溶液中一种或多种添加剂具有胶凝的倾向。
技术背景
许多工业方法需要用于各种目的的添加剂。这些添加剂可以以高浓度购得，然后通常用液体基料如水稀释成使用所需的浓度。
但是，这种添加剂的简单稀释并不总是有效，因为一些添加剂当直接和水混合时具有胶凝的倾向。这种添加剂具有胶凝温度曲线，且当在低于胶凝温度下进行混合时，胶凝尤其成问题。
表面活性剂是一种类型的添加剂，例如，可以用于制造乳液等，当在低于所述表面活性剂胶凝温度的温度下和水混合时它具有胶凝的倾向。这使得在工业方法中很难使用这种添加剂，给需要使用溶液的方法提出了问题。
因此，本发明的主要目的是提供有效混合液体添加剂和液体基料，且不出现凝胶化的方法。
本发明的另一目的是提供使用不昂贵和可靠的设备，且在各种工业场所中能方便安装的方法。
本发明的其他目的及优点将在下文说明。
发明内容
根据本发明，已容易实现前述目的及优点。
根据本发明，提供了一种在液体基料中制备液体添加剂溶液的方法，其中当在低于胶凝温度TG的温度下和液体基料混合时，所述液体添加剂会胶凝，这一方法包括如下步骤：提供在温度TC下的所述液体基料流体，所述TC高于室温且低于所述胶凝温度TG；将所述料流加入具有混合器进料口的混合器，为所述料流提供能量；并将所述液体添加剂加入所述进料口下游的料流中，由此所述液体添加剂和所述液体基料混合，并且所述能量抑制了所述液体添加剂的胶凝。
具体地说，本发明提供一种在液体基料中制备液体添加剂溶液的方法，其中，当所述液体添加剂在低于其最高胶凝温度TG的温度下和所述液体基料混合时会胶凝，所述方法包括以下步骤：提供在温度TC下的所述液体基料流，所述TC高于室温并低于胶凝温度TG；将所述料流加入装有混合器进料口的静态混合器中，为所述料流提供能量；将所述液体添加剂加到所述静态混合器中进料口的下游的所述料流中，以便形成溶液，由此所述液体添加剂和液体基料在混合器内混合，所述能量的量级有效地抑制了所述液体添加剂在温度TC下的胶凝；所述静态混合器具有一系列的至少为三个的形成涡流的元件，所述元件沿混合器旋转90°对应的长度为Lm，直径为do，所述液体添加剂进料口距第三形成涡流元件开始处的距离Lb＝Lm/4，而且液体添加剂进料口以距离h向内伸入所述形成涡流的元件，h＝do/4。
这一方法对在水中制备表面活性剂溶液尤其有效，其中，所述表面活性剂在典型室温下具有胶凝的倾向。其中，一个这种表面活性剂为乙氧基化壬基苯酚。
在本发明方法的一个具体的优选实施方式中，还包括将可溶于液体基料而不会胶凝的其他添加剂加入所述基料流中的步骤。
附图说明
参考附图对本发明的优选实例进行了详细说明。其中：
图1是根据本发明的方法的示意图；
图2是典型的表面活性剂在水中不同浓度时的凝胶温度分布曲线；
图3是只使用加热来避免胶凝的方法；
图4是本发明的优选实例，该实例施加了一些热，并使用混合能避免凝胶形成；和
图5是根据本发明的一个优选混合器的示意图，图中同时有添加剂注料器的优选部位。
具体实施方式
本发明涉及一种制备添加剂和表面活性剂溶液的方法，其中，利用加热和静态混合器来避免添加剂形成凝胶。
如上所述，许多添加剂以高浓度提供，当稀释或者加入水或其它液体基料中时，这种添加剂具有形成凝胶的倾向，这会影响有效的混合。
图1示意性地说明了一种方法，其中，若干添加剂10、12和14加到水流16中。在本发明的这一实施方案中，添加剂10和14可溶于水，但不胶凝，因此可以在任何合适之处加入。
但是，添加剂12是一种在室温下与水混合时易于胶凝的添加剂。因此将水流16注入加热器18，使水流16的温度由室温升至温度TC，所述温度TC比室温高，且宜低于添加剂12的最高胶凝温度TG。然后，通过静态混合器进料口24，将加热后的料流20注入静态混合器22，为所述料流提供能量。一旦料流获得至少一些能量，就可将添加剂12加入静态混合器中，宜在如图1所示添加剂进料口26处加入。
已经发现尽管料流20的温度还没有加热至胶凝温度TG以上，但在混合器22内料流20所得到的能量已足以防止添加剂12形成凝胶。
流出静态混合器22的料流28包括一种基本上均匀且没有凝胶的水16与添加剂12的混合物，也可有任何按需要提供的其他添加剂10等。
如上所述，添加剂10与14是可溶于水的，可以在任何位置加入。因此，在图1所示实施方案中，将添加剂10加入到加热器18及静态混合器22的上游的水流16中，而添加剂14则加入到混合器22的下游料流中。
仍旧参考图1，温度为TC时，将料流28本身加入另一加工步骤如乳液形成步骤等，尤其是当这种工艺在温度TC下有效时。这种情况是十分有利的，因为用于形成溶液的热量可在乳液制备中再次使用，因而提高了工艺效率。
对于其他需要较低温度的工艺，可将料流28注入所示的冷却装置30中，以便使温度降至TP，使其更适用于所需的工艺。
参考图2-4，图2显示了一种具有胶凝倾向的液体添加剂的典型凝胶温度分布曲线，同时还显示了在水中添加剂各浓度下的胶凝温度TG。如图所示，高浓度时，添加剂基本上在任何温度下都是液体。然而，要清楚的是，如果在低温下仅将这些物质加入水中来降低浓度，则添加剂就肯定会胶凝，从而引起各种问题。
一类具有如图2所示胶凝分布曲线的添加剂是用于制备油/水乳液的表面活性剂。例如，乙氧基化壬基苯酚(NPE)具有如图所示的分布曲线。通常市售的NPE在水中的浓度至少约为80％，通常约为90％或更高，其一般对应于图2中的点32。通常以低于约1％，宜约为0.2％的浓度使用这种表面活性剂，其对应于图2所示的点34。根据本发明，所提供的方法能使添加剂由点32稀释至点34，而不需要加热使温度超过TG，且不会形成凝胶。其它类似会胶凝的添加剂例子包括十三烷基乙氧基化醇类，可溶于水的聚合物等。
图3所示是加热添加剂使其温度达TG以上，从而使其由室温达到加工温度而需要的加热与冷却。虽然这样可避免形成凝胶，但应很容易地理解，加热与冷却的成本将很高。
现在看图4，显示了本发明的优选方法，其中，所述添加剂在加热至温度TC的温度下用水稀释，温度TC比室温高，但低于最高凝胶存在温度TG。这样，添加剂在凝胶形成分布曲线上足够高，从而使得从静态混合器中得到的能量能成功地防止添加剂形成凝胶，并能按需要有效地使其与液体基料或水混合。
很容易理解，与图3所示方法相比，本发明的方法可大大减少加热及冷却的成本。而且，用于提供所需能量的静态混合器同样也能高效操作、可靠并且价廉。
现在来看图5，显示了添加剂进料口的优选位置。图5示意性地显示了一种静态混合器，其中混合器22有一系列形成涡流元件36，每个元件沿混合器22旋转90°对应的长度为Lm。混合器22及元件36直径也为do。。根据本发明，表面活性剂或添加剂进料口38，或者许多进料口38，其位置宜在距第三形成涡流元件36开始处的距离Lb下游处，Lb宜约等于Lm/4。而且，进料口或许多进料口38最好以距离h向内伸入混合器22，h宜约等于do/4。这样宜在低于凝胶形成温度的温度下，在已获得足够涡流能之处注入添加剂，来避免形成凝胶。根据本发明，用这种方法得到了优良结果。
容易理解，所提供的方法可以以连续方式进行，因为表面活性剂浓度在水相中均匀地分布，因而该方法能生产高质量的下游产品如水包粘稠的烃的乳液。而且，容易理解，该方法在获得这些优良结果的同时，用于加热以及/或者冷却的能量最少，所用混合器也只需最少的保养。
以下实施例证实了本发明的优良结果。
实施例1
本实施例中，使用具有3/4英寸×12元件的KenicsTM混合器，在35℃的温度下将乙氧基化壬基苯酚与水混合，水已经由室温加热至35℃。混合在不同的水流速与添加剂流速下进行，由静态混合器提供的混合能则根据注入混合器的物质、工艺温度及混合器特性确定。下表1列出了每种情况所得到的溶解量。
表1
  水流速   添加剂流速   混合能   溶解度
  (1/s)   (ml/min.)   (W/Kg)   (溶解克数/总克数)
  0.42   303   199   0.99
  0.33   240   104   0.98
  0.24   180   40   0.94
  0.12   84   4   0.78
如图所示，对于所示的流速，混合能在40W/Kg以上可获得极好的溶解性。在混合能只有4W/Kg时，只获得78％的溶解度。因此，根据本发明由静态混合器提供的混合能显然有助于防止形成凝胶，促进添加剂的完全溶解。
实施例2
在本实施例中，使用具有1.5英寸×8元件的SulzerTM混合器SMX，如实施例1所示在35℃下混合相同的表面活性剂和水。下表2列出了水的流速、添加剂的流速、混合能和所获得的溶解度。
表2
  水流速   添加剂流速   混合能   溶解度
  (1/s)   (ml/min.)   (W/Kg)   (溶解克数/总克数)
  1.42   1052   341   0.92
  1.24   894   231   0.94
  0.92   666   99   0.69
  0.57   408   85   0.63
如所示的，用这种混合器的溶解度并不如实施例1中的混合器有效。因此，所述混合器的混合元件的几何结构是很重要的，它们在两种市售混合器中结构均不相同。
实施例3
本实施例中，为了说明添加剂注料器的合适位置，将热水流与表面活性剂在混合器的三个不同位置混合。
第一种情况中，将添加剂与水一起在混合器进料口处注入。第二种情况中，根据图5的图示选择一点，在该点处通过单一的注料器将添加剂注入。最后，在第三种情况中，在如图5所示之处，放置有两个注料器，通过这两个注料器将添加剂注入。
在混合器进料口处注入添加剂时，只得到72％的溶解度。用混合器进料口的下游部位的单一注料器注入添加剂，可得到80％的溶解度。用如图5所示的混合器进料口的下游部位的两个注料器注入添加剂，可得到94％的溶解度。因此，根据本发明按需要对添加剂使用的注料器或进料口进行定位也能提高溶解度。
应理解，本发明不限于此处说明和所示的实例，这些实例只是说明了实施本发明的最好方式，同时这些实例允许对元件的形式、尺寸、排列以及操作的细节作出修改。本发明还意在包含在本权利要求书所述的精神与范围内而作出的所有修改。

Claims (10)

1.在液体基料中制备液体添加剂溶液的方法，其中，当所述液体添加剂在低于其最高胶凝温度TG的温度下和所述液体基料混合时会胶凝，所述方法包括以下步骤：
提供在温度TC下的所述液体基料流，所述TC高于室温并低于胶凝温度TG；
将所述料流加入装有混合器进料口的静态混合器中，为所述料流提供能量；
将所述液体添加剂加到所述静态混合器中进料口的下游的所述料流中，以便形成溶液，由此所述液体添加剂和液体基料在混合器内混合，所述能量的量级有效地抑制了所述液体添加剂在温度Tc下的胶凝；
所述静态混合器具有一系列的至少为三个的形成涡流的元件，所述元件沿混合器旋转90°对应的长度为Lm，直径为do，所述液体添加剂进料口距第三形成涡流元件开始处的距离Lb＝Lm/4，而且液体添加剂进料口以距离h向内伸入所述形成涡流的元件，h＝do/4。
2.权利要求1所述的方法，其特征在于所述液体基料在室温下提供，所述方法还包括将所述料流加入加热器中，加热所述料流至所述温度TC。
3.权利要求2所述的方法，其特征在于所述方法还包括将可溶于液体基料而不会胶凝的其他添加剂加入所述基料流中的步骤。
4.权利要求1所述的方法，其特征在于所述液体添加剂以至少为80重量％的浓度提供，并通过和所述液体基料混合稀释到低于1重量％的液体添加剂浓度。
5.权利要求1所述的方法，其特征在于所述静态混合器用于使所述料流形成涡流，所述混合器具有用于所述料流的所述混合器进料口和位于所述混合器进料口下游的液体添加剂进料口。
6.权利要求1所述的方法，其特征在于所述液体基料为水，所述液体添加剂为表面活性剂。
7.权利要求6所述的方法，其特征在于所述表面活性剂包含乙氧基化壬基苯酚。
8.权利要求1所述的方法，其特征在于所述混合器提供一种溶液，该溶液包含所述液体基料和所述液体添加剂的基本均匀的液体混合物。
9.权利要求8所述的方法，其特征在于所述方法还包括将所述液体混合物供给所述温度Tc下的混合工序。
10.权利要求8所述的方法，其特征在于所述方法还包括以下步骤：将所述液体混合物加入冷却器中，提供低于所述温度TC的温度TP的冷液体混合物，将所述冷液体混合物加入另一在所述温度TP下有效的加工步骤。
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