FI53662C - Foerfarande foer skumdaempning i vattenhaltiga system medelst emulsioner - Google Patents

Description

rr^n ΓΒΐ nn KUULUTUSJULKAISU cocco

JSff LBJ (11) UTLÄGGNINCSSKRIFT 5>-iOOZ

(45) ^ T ^ (51) Kv.lk.'/Int.CI.* B 01 D 19/04 g y Q |^| | — p | Q (21) Patenttihakemus — Patentansökning 2913/72 (22) Hakemispäivä — Ansöknlngsdag 20.10.72 ^ (23) Alkupäivä — Glltighetsdag 20.10.72 (41) Tullut iulkiseksl — Bllvlt offentllg l8.05-73

Patentti- ja rekisterihallitus .... ....... „ , ...... , 1 (44) Nähtäväksipanon ja kuul.|ulkalsun pvm. —

Patent- och registerstyrelsen Ansökan utlagd och utl.skrlften publicerad 31 - 03.7 8 (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus—Begärd priorltet i7.ll.7i

Saksan Liittotasavalta-Förbundsrepubliken Tyskland(DE) P 2157033.2 -- (71) Badische Anilin- & Soda-Fabrik Aktiengesellschaft, 6700 Ludvigshafen,

Saksan Liittotasavalta-Förbundsrepubliken Tyskland(DE) (72) Franz Poschmann, Mannheimer Str. 1+0, 6703 Limburgerhof, Wolfram Bergold,

Am Waldrand 26, 6900 Heidelberg, Saksan Liittotasavalta-Förbundsrepubliken Tyskland(DE) (7^) Oy Kolster Ab (5^+) Menetelmä vesipitoisten systeemien vaahtoamisen estämiseksi emulsioilla -Förfarande för skumdämpning i vattenhaltiga system medelst emulsioner

Keksinnön kohteena on menetelmä vesipitoisten systeemien vaahtoamisen estämiseksi emulsioilla, jotka perustuvat tunnettuihin teknisiin vaabboamista estäviin korkeampiin alkoholeihin, rasvahappohin, rasvahappoestereihin ja/tai parafiineihin pinta-aktiivisten aineiden ollessa läsnä emulgaattoreina.

Keksinnön kohteena on tarkemmin sanottuna menetelmä vesipitoisten systeemien vaahtoamisen estämiseksi emulsioilla, jotka sisältävät (C^-C^J-alkanoleja ja./tai kaksi- tai k olmi arvoisten alkoholien (C^-C^Krasvahappoestereitä sekä korkeintaan ^ 50 %, laskettuna vedettömien komponenttien painosta, parafiiniöljyjä ja/tei (C12”C22 rasvahappoja vaahtoamisen estäjinä sekä sinänsä tunnettuja anionisia, kationisia tai ionittani a pinta-aktiivi siä lisäaineita emulgaattoreina.,

Teknillisissä prosesseissa, varsinkin sellaisissa, jotka tapahtuvat vesipitoisissa väliaineissa, esiintyy yleensä häiritseviä vaahtoja, jotka ovat jo senkin vuoksi ei-toivottuja, että ne vaikuttavat epäedullisesti lopputuotteen laatuzi tai hidastavat prosessin nopeutta tai aiheuttavat myös ainehukkaa..

2 53662

Koska vettä avuksi käyttävien menetelmien lukumäärä ja laatu on erittäin suuri ja koska mukana olevien aineiden kemiallisen kokoomuksen vaihtelu on käytännössä rajoittamaton, on selvää, että tähän asti suositeltujen veahtoamisen ehkäisymenetelmien ja -aineiden lukumäärä ja laatu on erittäin suuri.

Tämä asiantila käy ilmi erinomaisen laajesta kirjallisuudesta, varsinkin pa-tenttikirjallisuudesta. Tämä kirjallisuus on asiaan kuuluvalle ammattiväelle vastaavilta aloilta tuttua eikä sen vuoksi kaipea erikoismainintaa; sitä käsitellään seuraavassa pääkohdittain.

Raaka-aineina vaahtoamiste ehkäiseviin aineisiin on tähän asti käytetty kaikkia saatavissa olevia hydrofohisia tai vain heikosti hydrofiilisia orgaanisia yhdisteitä. Löytyy sekä kemiallisesti yhtenäisiä tuotteita että myös tuoteseoksia _ mitä erilaisimpina koostumuksina. On sellaisenaan tai seoksena käytettäviä orgaanisia aineita sekä myös tällaisten orgaanisten aineiden vesiemulsioite. Lisänä käytetään runsaasti myös orgaanisia liuottimia tarkoituksena, saavuttaa emulgoitavan aineen hyvä jakautuminen. Vaahtoamista ehkäisevät aineet sisältävät usein ionisie tai ei-ionisia emulgoimis8ineita. Emulgoivat aineet tunnetaan tekniikassa pinta-aktiivisina aineina. Ne aiheuttavat hydrofobisten peruskomponenttien spontaanin jakautumisen. Taloudellisesti tehokkaisiin tuotteisiin pääsemiseksi käytetään usein emulgoimisaineita emulsioita varten, jotka ovat vesi-öljyssä-tyyppiä, koska näillä itsellään useimmiten on vaahtoamista ehkäiseviä ominaisuuksia, kun taas emulgoimis-aineiden kohdalla, jotka aiheuttavat päinvastaisia emulsioita, öljyä-vedessä, asia ei ole näin. Ei-ioniset emulgoimisaineet ovat erittäin edullisia, koska niiden vaahtoamiskyky on suhteellisen pieni ja niitä niinmuodoin voidaan lisätä tästä syntyviin öljy-vedessä-emulsioihin vaahtoamista ehkäiseviksi komponenteiksi.

Vaahtoamista ehkäisevien aineiden valmistamista koskevassa teknisessä kirjallisuudessa kuvataan tavallisesti ainoastaan erikoiskoostumuksia erityisiin vaahto-ongelmiin. Tämä on sikäli ymmärrettävää, kun on otettava huomioon niiden muuttujien suuri lukumäärä, jotka saattavat vaikuttae asiaan. Vaahtoamista ehkäisevät ominaisuudet ja itse substraatin vaahtoamisominaisuudet riippuvat esimerkiksi lämpötilasta, pH-arvosta, läsnäolevista vieraista aineista ja epäpuhtauksista sekä vedenjohto-tavasta, avoimien tai suljettujen säiliöiden virtausnopeudesta, astioista, putki-johdoista jne. Tässä kohdataan runsaasti näennäisiä vaikeuksia, esimerkiksi siten, että kaksi samanlaisiksi luultua rinnakkain erikseen toimivaa laitteistoa ovat vaahdonkehittymisen suhteen täysin erilaiset. Veahtoamisen estoaineiden tuottajien kannalta ei tällainen pakko erikoistuotteiden kehittämiseksi ole toivottava. Teollisuus pyrkii pikemminkin mahdollisimman monipuolisesti käytettäviin koostumuksiin lopullisen käytön yksinkertaistamiseksi yleensä, eikä vähiten nyös nahdollisimman suuriin valmistettaviin määriin.

3 53662 Tämän keksinnön tarkoituksena oli kehittää vesipitoisten systeemien vaahtoa-misen ehkäisemiseksi menetelmä, joka ei ole käyttökelpoinen ainoastaan erityistarkoituksiin, vaan jota voidaan käyttää mahdollisimman yleisesti, jolloin tarpeelliset laitteet ovat valmistettavissa mahdollisimman huokealla ja suurissa määrissä ja jotka ennen kaikkea säästeliäimmälläkin käytöllä antavat suurimman mahdollisen hyötytehon.

On osoittautunut, että vaahtoani sen estoyhdistelmillä., jotka perustuvat vesi-emulsioihin, jotka koostuvat synteettisistä tai luonnon rasva-alkoholeista, resva-happoestereistä, mahdollisesti rasvahapoista ja parafiineista sekä pinta-aktiivi-sista aineista, on edullisia ominaisuuksia useissa systeemeissä, joissa vaahdon-muodostus on otettava huomioon.

Näiden aineiden mielivaltaisilla seoksilla ei kuitenkaan, kun niitä on emul-goitu veteen, ole kaikissa tapauksissa toivottua vaahtoamista ehkäisevää vaikutusta.

On tunnettua estää vesipitoisten systeemien vaahtoaminen käyttämällä vesi-emulsioita, jotka sisältävät vaahdonestoaineina alkanoleja ja/tai kaksi- tai kolmi-arvoisten alkoholien rasvahappoestereitä sekä parafiiniöljyä ja/tai rasvahappoja.

Nyt on keksitty, että saavutetaan teknistä edistystä, kun emulgoitujen veteen liukenemattomien aineiden keskimääräinen hiukkaskoko on U-9 pm.

Keksinnön mukaisesti kysymykseen tulevien emulsioiden lähtöaineina käytetään luonnon tai synteettisiä suoraketjuisiä korkeampia alkanoleja, joissa on 12-22 hiiliatomia, tai alkanoliseoksia. Esimerkkeinä näistä alkanoleista ovat myristyyli-alkcholi, setyylialkoholi, stearyyli alkoholi sekä synteettiset alkoholit, kuten Ziegler-synteettisillä hapettamalla alumiinialkyleeniä. saatavat (C^-C^g)-, (C^g-C^g)-, (C^g-Cgg)- ja (C20~^22)_alkanolit, sekä tunnetulla okso-synteesillä saatavat (C^-C^i-alkanolit, ja niiden seokset.

Näiden lisäksi on lähtöaineina vielä mainittava kaksi- tai kolmiarvoisten al-^ koholien rasvahappoesterit, jotka myös voivat täysin korvata alkoholit. Estereiden perustana olevat rasvahapot sisältävät 12-22 hiiliatomia ja niistä mainittakoot lay-ryylihappo, nyristyylihappo, pamitiinihappo, steariinihappo, maapähkinähappo ja be-^ hen-happo. Edullisesti tulevat kysymykseen palmitiini- ja steariinihappo. Esteröinti- komponenttina kysymykseen tulevat alkoholit ovat kaksi- tai kolmi arvoisia ja ovat edullisesti etyleeniglykoli tai glyseriini. Lisäksi ovat myös mainittujen rasvahap- 4 53662 po jenglyfcoliesterit ja diglyaeridit keksinnön kannalta Otettava huomioon oi«eilisinä komponentteina.

Emulsio sisältää edullisesti vähintään 50 # alkoholeja ja/tai rasvahap-poestereitä, jolloin $-luvut on laskettu vedettömien aineosien painosta.

Mahdollisesti voivat emulsiot ominaisuuksien parantamiseksi sisältää vielä 50 $:iin asti edellä määriteltyjä puhtaita rasvahappoja ja/tai parafiiniöljyjä. Parafiiniöljyillä ymmärretään keksinnön mielessä sellaisia öljyjä, jotka kirjallisuudessa on tällaisiksi määritelty. Lähempi määrittely on sentähden turha, koska kaikki erilaista perua olevat nestemäiset parafiiniöljyt ovat sopivia keksinnön mukaisiin tarkoituksiin, mikäli niiden kiehumapiste ei ylitä 350°C:tta ja mikäli niiden jähmettymispiste ei ole 40°C:een yläpuolella.

Mainittuja alkoholeja tai rasvahappoestereitä voidaan periaatteessa käyttää yksinään emulsion valmistamiseen. On kuitenkin tarkoituksenmukaista, että käytetään edellä esitetyn määritelmän mukaista seosta, koska luonnonmukaisesti sillä päästään vielä parempaan vaahtoamieen estovaikutukseen, koska - kuten jo edellä havaittiin, koska nämä yhdistelmät jo itsestään takaavat mahdollisimman edulliseen kokonaisvaikutukseen pääsyn.

Emulsioiden valmistukseen käytetään tavallisia rajapinta-aktiivisia anionisia, kationisia tai ei-ionisia aineita. Edullisesti käytetään kuitenkin unionisia ja ei-anionisia rajapinta-aktiivisia aineita, joista on mainittava ennen kaikkea korkeampien rasvahappojen natrium- tai ammoniumsuolat, kuten ammoniumoleaatti tai -stearaatti, oksialkyloidut alkyylifenolit, kuten p-iso-oktyylifenoli 25 etyleenioksidi, oksietyloidut tyydyttämättömät öljyt, kuten esim. 40-kertaleesti oksietyloitu risiiniöljy, 80-kertaisesti oksietyloitu valasöljyalkoholi tai moninkertaisesti, edullisesti 8-10-kertaisesti oksietyloitu C12-C1Q-alkoholi.

Aineseos sekoitetaan sinänsä tunnetulla tavalla veteen, edullisesti vettä on 50-80 laskettuna emulsion painosta, jolloin tämä sekoittaminen on toimitettava niin, että hiukkaskoko on 4-9 edullisesti 5,5-7»5 p. Emulgoin-titekniikka on asianomaisen ammattiväen yhteisesti tuntema, niin että yksinkertaiset eeikokeet vaikeuksitta johtavat vaadittuun hiukkaskokoon. Tarkoituksenmukaisesti tähän päästään esim. sopivilla sekoituskierrosnopeuksilla, jolloin nämä riippuvat emulgoitavan yhdistelmän laadusta.

Hiukkasten jakauma on normaalijakauma (gaussin jakauma), ja variaatio-kerroin on 10-15 i tai vähemmän. Variaatiokertoimesta saadaan tällöin selville gaussin käyrän jokaisen käännepisteen ja käyrän huippupisteen välinen välimatka prosentteina huippuarvosta.

Keksinnön mukaisesti käytettäville vesipitoisille emulsioille on löytynyt monipuolista teknistä käyttöä ja nimenomaan kaikissa työprosesseissa, joissa on odotettavissa voimakasta vaahtoamista. Suurin uuden menetelmän käyttöalue on kuitenkin paperiteollisuus, ennen kaikkea kun paperin valmis- 5 53662 tuksessa on kysymyksessä paperikuitususpension vaahtoamisen estäminen ja paperin päällystysmassoj en valmistus.

Vesipitoisten systeemien vaahtoamieen estämiseksi lisätään emulsioita nesteisiin, joiden vaahtoaminen on estettävä, edullisesti sellainen määrä, että 100 osaa kohti vaahtoa muodostavaa ainetta tulee noin 0,02-0,3, edullisesti 0,03-0,3 osaa keksinnön mukaisesti käytettävää emulsiota. Osilla ymmärretään paino-osia· Vaahtoa muodostavalla aineella on tämän keksinnön puitteissa ymmärrettävä vaahtoavan nesteen vedettömiä aineosia, jotka fysikaalisten ominaieuuksiensa johdosta aiheuttavat vaahtojen muodostumista. Niihin kuuluvat puhdas kaseiini, hienojakoiset paperikuidut, paperisivelyvärit, side-" osaset tai biologinen puhdistusliete.

Mainitut käyttöalueet osoittavat selvästi, että keksinnön mukaiset emulsiot ovat täysin riippumattomia nesteiden, joiden vaahtoaminen on ehkäistävä, " pE-arvabta, koska tunnetusti esim. paperikuitususpension pH-arvo on alle 3 ja paperin päällystemassan pH-arvo useimmiten on yli 10, niin että sinänsä oli odotettavissa, että emulsioilla olisi erilaiset vaikutukset vaahdoneston suhteen. Että asia ei ole näin, osoittaa jo yksinään näillä kummallakin käyttöalueella keksinnön mukaisesti käytettävien emulsioiden suuri vaikutustaajuus.

Valikoitujen esimerkkien perusteella kuvataan menetelmää ja keksinnön mukaisten emulsioiden vaikutusta, ilman, että vaikutus toisilla alueilla ei sentähden olisi vähemmän hyvä tutkittavaksi.

Esimerkki 1

Valmistettiin vaahtoamista estävä aine vesipitoiseksi emulsioksi, jonka kuiva-ainepitoisuus oli 40 seuraavista komponenteista: 33 osaa C^-alkoholia, 3 osaa C.c-parafiinia, - lp 3 osaa valkoöljyä (parafiinisekoitus), 2 osaa steariinihappo-oksietylaattia (10mol etyleenioksidia moolia kohti steariinihappoa).

Emulsion keskimääräinen hiukkaskoko oli 3-8 yu. Eräässä kiertopump-pauskokeeeea, jossa oli 6 litraa 20 ^:sta vaahtoavaa kaseiiniliuosta laitteessa, jollainen on kuvattu "Das Papier":ssa, 13, (Ι9έΐ), e. 293-301, saa-tiin vaahtopinta, joka oli vain 113 cm , käyttämällä 0,3 % emulsiota, laskettuna kaseiinista. Samanlainen koe, käyttäen 0,3 ^ juoksevaa vaahdonestoainet- ta, joka pohjautui öljyhappo-oksietylaattiin, jossa oli 3 moolia etyleeniok- 2 sidia (hiukkaskoko >10 /u) antoi ja 930 emin vaahtopinnan. Nollakoe tässä 2 laitteessa samalla kaseiiniliuoksella antoi 2012 cm :n vaahtopinnan. Pumppaus-kierioaika oli 3 minuuttia.

6 53662

Esimerkki 2

Valmistettiin emulsio, jonka koostumus oli: 30 osaa C^g-alkoholia, 10 osaa värttinäsijyä (parafiiniöljyä), 3 osaa 40 moolilla etyleenioksidia oksietyloitua risiiniöljyä ja 36 osaa vettä ja hiukkaskoko keskimäärin 6-7 px Tätä emulsiota homogenisoitiin sen jälkeen, kunnes keskimääräinen hiukkaskoko oli enää 2-3 ^u. Kokeiltaessa vaahtoavaa paperikuitususpensiota (20 l), jätepaperista, edellisessä laitteessa sakeudella 0,1 56 saatiin vaahtoamisen p 0-arvoksi 1750 cm. 10 mg:lla (0,05 $:lla, laskettuna jätepaperista) emulsio- 2 ta, jonka hiukkaskoko oli 6-7 jm saatiin vaahtopinta vähennetyksi 213 cm :iin; 10 mg:lla tämän esimerkin emulsiota saatiin sitävastoin 695 cm2:n vaahtopinta. Pumppauskiertoaika tässä kokeessa oli 5 minuuttia»

Esimerkki 3

Emulsiotahna, jonka kokoomus oli: 25 osaa C^g-C^g -rasva-alkoholia, 15 osaa steariinihappoa, 5 osaa valaanrasva-alkoholia, jossa 25 moolia etyleenioksidia sekä 55 osaa vettä, valmistettiin homogenisoimalla 70°:esa. Keskimääräinen hiukkaskoko oli 4-7 yu.

Voimakkaasti vaahtoavaa sivelyväriä (vesipitoisuus 50 #), joka sisälsi 100 osaa sivelykaoliinia, 0,3 osaa polyakrylaattia, 0,15 osaa natriumhydroksi-dia, 4 osaa kaseiinia ja 11 osaa vesipitoista akryylihappo/metakrylaatti-dis-persiota kiertopumpattiin käyttäen 15 litran vetoista pulloa (sivelyvärin määrä 4 litraa). Lyhyessä ajassa (2 minuuttia) oli pumppausnopeudella 5 litraa/ min. pullon tyhjä tila vaahdon täyttämä. 1 g:11a edellämainittua emulsiota voitiin vaahdon kehittyminen pitää 2 litran vaahtotilavuudessa pysyvästi. Esimerkki 4

Eräässä sulfiittiselluloosaprosessissa voitiin massalajittelu suorittaa ainoastaan vaahtoamisen estoaineita käyttäen. Tällaisten apuaineiden puuttuessa eivät yhteentiivistäaisaineet pystyneet vaadittavaan käyttökelpoisuuteen, koska vaahtokuplat estivät veden läpimenon kuitususpension tiheyttävältä puolelta. Seurauksena oli, että kokoojalaitteet sakeuttamien jälkeen ylikuormittuivat ja aiheuttivat ylijuoksua. Menetelmässä käytettiin lähinnä kiinteätä emulsiotahnaa, jossa oli 5 rasvahappoa (steariinihappoa), 25 $> steariinihappo-oksietylaattia, 70 i» vettä, 7 53662 vaahtoamieta aiheuttavina aineina. Tänä tahna piti ennen käyttöä laimentaa 2 $:ksi, mikä oli käyttötarkoitukseen edullinen. Hiukkaskooksi saatiin yli 10 yu. Vaahtoamisen estämiseksi täytyi lisätä vaadittavassa määrässä 0,21 56 emulsiota («0,07 i> kiinteätä ainetta), selluloosasta laskettuna, ilman että sillä päästiin optimaaliseen vaahtoamisen estämiseen.

Sitävastoin päästiin viskositeetiltään alhaisella, kylmänä laimennettavalla emulsiolla, jossa oli 20 i C^-C ^-rasva-alkoholia, 2 io ammoniumstearaattia, 78 io vettä, ja jonka hiukkaskoko oli keskimäärin 5 yu, erinomaiseen vaahtoamisen estoon lisäämällä 0,1 i («0,022 i» kiinteätä). Vaahtoamieta estävillä aineilla oli riittävä jälkivaikutus, niin että jäteliuoksessa ei enää ollut vaahtoa havaittavissa kuten aikaisemmin.

Esimerkki 5 Käytettäessä hapanta maitoheraa Tornia utiliksella syntyi käymistuot-teen päästessä ilman kanssa kosketukseen voimakas vaahto, jota ei saatu häviämään tavallisilla menetelmillä. Ylijuoksun estämiseksi täytyi lisätä vaah-donestoainetta ja suhteellisen pienin annostuksen, että hiivaviljelyä ei häiriintyisi. Emulsio, jossa oli 28 io ravintotalia, 12 i lauryylialkoholia, 3 i ammoniumoleaattia, 67 i vettä, ja jonka hiukkaskoko oli 4-6 yU, osoitti hyvää kestävyyttä hiivaa vastaan li-säämällä 0,3 i» (0,1 i kiinteästä) ja antoi hyvän vaahdonehkäisyn. Hienojakoisempi emulsio, hiukkaskooltaan 2,3 yu oli 0,6 ^:n («0,2 kiinteästä laskettuna) tehoton.

Esimerkki 6

Eräässä biologisessa, kunnallisessa vedenpuhdistuslaitteistossa, jossa kirkastettava vesi sisälsi 1 ?6:iin asti puhdistuslietettä, syntyi ilmakäsit-telyvaiheessa runsaasti vaahtoa, joka myrskyävällä säällä aiheutti sietämättömiä vaikutuksia ympäristölleen. Nämä häiriöt saatiin voitetuksi emulsiolisäyk-sellä, jossa oli 26 i> C^g-C .^-alkoholia, 4 i> parafiiniöljyä, 3 i öljyhappo-oksietylaattia, jossa 8 moolia AIO sekä 63 i° vettä ja hiukkaskoko oli keskimäärin 6 yu, samalla kun tätä emulsiota 1 /6:11a laimennuksella lisättiin sisäänvirtaukseen 3 ml/m^ annostuksin 8 53662 vaahtoamista ilmetessä. Tällöin tapahtui kummallinen muutos vaahdon rakenteessa. Tähän asti pienikuplainen, tiiviisti yhdessä pysyvä vaahto muuttui kuplien suhteen epähomogeeniseksi. Suuret kuplat hajosivat äkkiä, mistä johtuen kooseapysyvyys ja stabiliteetti häiriintyivät. Kun hiukkaskokoa kuitenkin pienennettiin keskimäärin 3 yu:ksi, täytyi emulsiota lisätä 3- - 4-kertainen määrä lähimain saman vaikutuksen saavuttamiseksi.