FI78626C - Dispergeringsmedel. - Google Patents

Description

1 78626

Dispergointiaine Tämä keksintö kohdistuu aineeseen kiinteiden osasten disper-goimiseksi veteen, menetelmään sen valmistamiseksi ja erityisesti sen käyttöön hiiliosasten dispergoimiseksi veteen. Keksinnön dispergointiaine perustuu mäntypikeen.

Mäntypikeä valmistuu jäännöksenä tislattaessa raakaa mäntyöljyä, kraft- tai sulfaattiselluloosaprosessin sivutuotetta. Mäntypiki on viskoottinen, tehdasmainen aine, joka muodostuu erilaisten vapaiden ja yhdistyneiden hartsi-happojen, rasvahappojen ja näiden johdannaisten sekä saippuoitu-mattoman osan seoksesta. On yritetty löytää erilaisia käyttöaloja pielle, esimerkiksi kumin ja muoviaineen tai eristysmas-sojen ja sentapaisten ainesosana, mutta pääosa poltetaan taloudellisesti.

Kolloidaalista kokoa, so. alle 0,1 ^um, olevat paljaat varautu-mattomat osaset kuten myös suuremmat osaset, nk. karkeat dis-pergoituneet osaset, pyrkivät agglomeroitumaan, kun ne disper-goidaan nestefaasiin muodostaen osasaggregaatteja. Tämä voidaan tunnettujen periaatteiden mukaisesti ehkäistä, mm. stabiloimalla steerisesti tai elektrostaattisesti osaset. On kauan tiedetty, että parhaimpien polymeerien tulee steeristä stabilointia varten polymeeriadsorptiolla osasten pintaan, sisältää osa, jolla on korkea affiniteetti dispergointiväliaineeseen ja toinen osa, jonka osanen vetää puoleensa. On myös tunnettua, että ioniryhmiä sisältävien aineiden lisäys lisää dispersion stabiliteettia sähköisellä kaksoiskerroshylkimisellä. Suuremmille osasille, jotka laskeutuvat painovoiman vaikutuksesta, tarvitaan myös sedimentaation säätelyä. Uudestaan vaikeasti dispergoituvan tiheän sakan muodostuminen voi tehdä dispersion epäsoveliaaksi kaikkeen käytännölliseen tarkoitukseen.

US-patenttijulkaisuussa 4 358 293 on esitetty hiiliosasten dispersio vedessä, jossa dispergointiaineena käytetään ei- 2 78626 ionista pinta-aktiivista polyalkyleenioksidiyhdistettä, jolla on hydrofobinen ja hydrofiilinen osa, ja jossa hydrofiilinen osa sisältää vähintään 100 yksikköä etyleenioksidia.

WO-patenttihakemuksesta 83/00500 on myös tunnettua dispergoi-da hiiliosasia veteen usealla erilaisella lisäaineella, kuten tensidillä, joka absorboituu osaspintaan aiheuttaen osasten työntymistä poispäin toisistaan, ja vuorovaikuttavilla hydro-fiilisilla polymeereillä, joiden oletetaan aikaansaavan eteerisen esteen.

Nyt on havaittu, että kiinteiden osasten dispergoimiseksi veteen hyvin soveltuva reaktiotuote aikaansaadaan esteröi-mällä mäntypikeä polyalkyleeniglykolilla. Keksinnön disper-gointiaineelle on tunnusomaista, että se on mäntypiki, joka on osittain esteröity polyalkyleeniglykolilla, joka muodostuu pääasiallisesti etyleenioksidiyksiköistä, joiden keskimääräinen molekyylipaino on yli 600 tai sen monoesteristä tai monoeetteristä, ja jonka jäännöshappoluku on suurempi kuin 3.

Keksinnön mukaisen dispergointiaineen, joka muodostuu polyal-kyleeniglykoliketjuista sekä mäntypikeen sitoutuneista ioniryhmistä, oletetaan toimivan vedessä sekä elektrostaatti-silla että eteerisillä työntyövoimilla. Reaktiotuotteella on luonnontuotteista peräisin olevia hydrofobisia osia, joihin hydrofiilisiä ryhmiä on sitoutunut, nimittäin hydroksi-, karboksyylihapporyhmiä ja niiden saippuoita, sekä polyalky-leeniglykoliketjuja. Reaktiotuote absorboituu vesiliuoksessa kiinteisiin osasiin pien hydrofobisella osalla, josta polyal-kyleeniglykoliketjut työntyvät dispergointiväliaineeseen, so. veteen ja antavat steerisen suojan.

On olennaista, että saadun tuotteen jäännöshappoluku on korkeampi kuin 3, so. että jäljellä on riittävä lukumäärä vapaita karboksyylihapporyhmiä piessä reaktion jälkeen, koska nämä ryhmät myötävaikuttavat dispergoitavien osasten väliseen elektrostaattiseen työntövoimaan. Tuotteilla joiden jäännös- 3 78626 happoluku on alle ja noin 3 on ala-arvoiset ominaisuudet verrattuna vastaaviin tuotteisiin, joilla on korkeampi jäännös-happoluku. Paras mahdollinen jäännöshappoluku määrätylle seos-suhteelle riippuu reaktioseoksen happoluvun alenemisesta ja lähtöpien happoluvusta.

Lähtöaineena voidaan käyttää mäntypikeä, jonka happoluku, riippuen valmistusprosessista, on suurin piirtein 20-75, tavallisesti 25-55. Jos happoluku on liian alhainen, voidaan karb-oksyylihapporyhmiä lisätä, esimerkiksi maleiinihappoanhydri-dillä Diels-Alder-reaktiolla.

On edullista, että lähtöaineena käytetyllä mäntypiellä on korkea viskositeetti, sillä kiinteiden osasten vesidisper-sio saa täten paremman varastointikestävyyden kuin käytettäessä pikeä, jolla on alempi viskositeetti. Mäntypien viskositeettia voidaan, jos se on liian alhainen, korottaa millä tahansa tunnetulla prosessilla, esimerkiksi kuumentamalla su-muavan rikkihapon läsnäollessa tai puhaltamalla ilmaa Lewis-hapon, kuten BF^jn läsnäollessa.

Mäntypien ominaisuudet riippuvat pääasiallisesti sulputus-prosessin puuraaka-aineen koostumuksesta, sellutehtaan prosessi-parametreista ja raa'an mäntyhartsin tislausolosuhteista ja mäntyhartsisaippuan hapotuksesta. Kuten yllä esitettiin sisältää piki alhaisessa lämpötilassa haihtuvia neutraaliaineita, kuten estereitä, hiilivetyjä ja hydroksidia sisältäviä yhdisteitä, kuten steroleja, fenoliyhdisteitä ja alifaattisia alkoholeja, kuten myös korkeassa lämpötilassa kiehuvia hartsihappo-ja ja rasvahappoja ja niiden kondensaatio-, hapetus- ja hajoa-mituotteita. Lopuksi siinä on pieni osa alhaisen molekyylipai-non omaavia vapaita happoja, pääasiallisesti hartsihappoja.

Testit ovat osoittaneet, että erilaista alkuperää ja koostumukseltaan erilaiset mäntypiet, johtavat keksinnön mukaisia dispergointiaineisiin, joilla on suhteellisen tasaiset dispergointiominaisuudet.

4 78626

Esteröinnissä käytetty polyalkyleeniglykoli muodostuu pääasiallisesti etyleenioksidiyksiköistä, sillä on olennaista, että se on hydrofiilinen. Sen monoesteriä tai monoeetteriä voidaan myös käyttää. Esimerkkeinä monoestereistä mainittakoon tyyppiä R-COOH, jossa R on 1-19, edullisesti 1-4 hiiliatomia sisältävä hiilivetyradikaali, olevien karboksyylihappojen kuten etikka-hapon, propionihapon, voihapon, kapronihapon, kapryylihapon, pelargoonihapon, palmitiinihapon, steariinihapon, öljy-hapon, linolihapon tai näiden seosten, kuten mäntyhartsi-ras-vahapon ja soija-rasvahapon esterit. Polyalkyleeniglykolin monoeetterit ovat alkyylieettereitä, joissa alkyyliryhmä voi sisältää 1-20 hiiliatomia, edullisesti 1-5 hiiliatomia. Esimerkkinä mainittakoon polyetyleeniglykolin monoeetterit, joilla on kaava R-O- (CI^CI^O) n-CH2”CH2~OH, joissa R on 1-5 hiiliatomia sisältävä alkyyli ja n on suurempi tai yhtä kuin 12. Taloudellisista syistä polyetyleeniglykoli on kuitenkin edullisin.

Polyalkyleeniglykolin molekyylipaino on myös tärkeä. Jotta dispergointiaineen vaikutus tehostuisi, tulee polyalkyleeniglykolin molekyylipainon olla yli 600. Molekyylipaino 4000 -14 000 antaa kiinteiden osasten dispersion vedessä, jolla on alhainen viskositeetti, jolloin korkea molekyylipaino vähentää laskeutumis- ja aggregoitumispyrkimystä verrattuna alempaan molekyylipainoon. Vieläkin korkeampia molekyylipainoja voidaan käyttää.

Osittain esteröity piki voidaan haluttaessa aminoida saattamalla se reagoimaan polyamiinin tai alkanoliamiinin kanssa, jolloin reaktio on keskeytettävä, jotta jäännöshappoluku ei jäisi alle 3. On osoittautunut, että aminoryhmien liittäminen osittain : esteröityyn pikeen antaa positiivisen vaikutuksen hiiliosasten dispergointiin veteen. Tässä yhteydessä polyamiini käsittää myös diamiinit ja erilaisten amiinien seokset. Esimerkkeinä : mainittakoon etyleenidiaraiini, dietyleenitriamiini, aminoetyyli- etanoliamiini, aminoetyylipiperatsiini, piperatsiini, triety-leenitetramiini, korkeammat polyetyleenipolyamiinit, etanoli-: amiini, dietanoliamiini, trietanoliamiini tai kahden tai 5 73626 useamman tällaisen aineen seokset, kuten "Berolamiini 20", polyetyleeniamiinin ja korkeassa lämpötilassa kiehuvien alka-noliamiinien seos, jota toimittaa Berol Kemi AB.

Keksinnön mukaisen dispergointiaineen valmistamiseksi kuumennetaan mäntyhartsipikeä polyalkyleeniglykolin kanssa, joka pääasiallisesti muodostuu etyleenioksidiyksiköistä, joiden keskimääräinen molekyylipaino on yli 600 tai sen monoesterin tai monoeetterin kanssa lämpötilassa 200-285°C niin kauan, että reaktioseoksen korkein happoluku tässä lämpötilassa alenee vähintäin kaksi yksikköä. Mäntypiki ja polyalkyleeniglyko-li voidaan saattaa reagoimaan suhteessa 10:90 - 70:30, edullisesti 30:70 - 50:50 sekoittamalla ja kuumentamalla. Suurempi pikiosuus antaa halvemman tuotteen.

Mahdollinen jälkireaktio polyamiinin tai alkanoliamiinin kanssa suoritetaan sellaisessa lämpötilassa ja niin kauan kuin käytetyn amiinin perusteella on tarpeen. Tämä reaktio tapahtuu tavallisesti 170°C:ssa.

Jos polyetyleeniglykolia käytetään reagenssina, voidaan reaktio suorittaa esitetyssä lämpötilassa 1-12 h, riippuen lähtöaineiden molekyylipainosta ja halutusta jäännöshappoluvusta. Reaktio voi tapahtua alemmassa lämpötilassa, 160°C:sta, mutta tällöin vaaditaan pidempi reaktioaika. Reaktioseoksen kuumennuksen aikana voidaan joskus havaita pieni kohoaminen happoluvussa alussa, ennen sen sitä seuraavaa alenemista. Edellä mainittu happoluvun aleneminen tulee siten suhteuttaa saatuun maksimi-lukuun .

Polyetyleeniglykolin ja mäntypien reaktio on helppo suorittaa suuressa mittakaavassa ja saatu tuote voidaan toimittaa kiinteässä olotilassa tai edullisesti väkevänä vedidispersiona, jonka kuiva-ainepitoisuus on korkeintaan n. 40 paino-%.

Keksinnön dispergointiainetta voidaan käyttää hiiliosasten dispergoimiseen veteen hiili-vesilietteen valmistamiseksi, 6 78626 jonka hiilipitoisuus on >70 % ja jolla on sellaiset ominaisuudet, että sitä voidaan käyttää polttoaineena. Dispergointiai-netta käytetään siten noin 0,1-5 %, edullisesti 0,3-1 % dispersion kokonaispainosta laskettuna.

Erilaisia menetelmiä hiili-vesilietteiden valmistamiseksi ja stabiloimiseksi on ehdotettu. Syy tähän on, että korkean hiili-pitoisuuden sisältävät lietteet mahdollistavat hiilen kuljetuksen ja polttamisen nestemäisessä muodossa. Tällä tavoin aikaansaadaan vähemmän riskialtis ja ympäristöystävällisempi käsittely verrattuna kuivan kiinteän hiilen käsittelyyn. Hiili-vesilietteen saattamiseksi juoksevaksi kyseisillä pitoisuusalueilla, on kemikaaleja lisättävä. Tarkoituksena on siten tasapainottaa korkea hiilipitoisuus, hyvä juoksevuus, so. alhainen viskositeetti, alhainen saostumispyrkimys ja parhaimmat mahdolliset palamisominaisuudet. Korkealla viskositeetilla sedimentin muo-dostumisaika jää tavallisesti pienemmäksi. Käyttökelpoisen tuotteen saamiseksi on aikaisemmin tarvittu useita erilaisia lisä-ainetyyppejä. Aikaisemmin käytetyt dispergointiaineet tekevät pumpattavan jauhetun hiilen vesidispersion valmistamisen kalliimmaksi ja siten uuden tekniikan käytön vaikeammaksi. Keksinnön mukaisella dispergointiaineella, mäntyhartsipien polyalky-leeniglykolieetteri, joka sisältää vaihtelevia määriä ioniryh-miä, tällainen kemikaali voidaan aikaansaada halvalla, mikä on erittäin tärkeää hiili -vesilietteiden kaupalliselle käytölle. Toinen etu tässä yhteydessä on, että mäntypiki luokitellaan rikkiköyhäksi polttoaineeksi, jolla on korkea lämpöarvo.

Systeemissä dispergointiaine-vesi on pH-arvolla suuri merkitys seoksen ominaisuuksille. Lisäämällä alkalia keksinnön mukaisen dispergointiaineen vesidispersioon saadaan hiili-vesiliete, jolla on parantunut varastointikestävyys. Tämä viittaa siihen, että elektrostaattisia työntövoimia vaikuttaa järjestelmässä. Liian suuri alkalilisäys aiheuttaa kuitenkin ei-toivotun visko-siteettilisäyksen. Koska keksinnön mukainen dispergointiaine ei ole stabiili hydrolyysiä vastaan,vesidispersion pH-arvon ei tule olla alle 2 tai yli 10. pH-arvon tulee yleensä olla 5-10.

7 78626

Hiili-vesilieteen juoksevuus ja stabiliteetti riippuvat lisäksi dispergointiaineen tyypistä ja sen määrästä ja seoksessa olevan hiilen määrästä. Hiilen osaskoko on myös tärkeä dispersiolle. Hiiliosasten bimoodinen osaskokojakautuma mahdollistaa huomattavasti suurempien hiilimäärien dispergoimisen kuin homogeeninen osaskokojakautuma. Hiilen pintaominaisuudet, so. hiilen tyyppi vaikuttaa myös dispergointiin.

Mäntypikeen perustuva keksinnön mukainen dispergointi-aine osoittaa selvästi paremman tehon dispergoitaessa kiinteitä osaisa veteen verrattuna tavanomaisiin tensideihin, kuten poly-etyleeniglykoliesteröity rasvahappo. Mäntyhartsipikeä on myös etoksyloitu sinänsä tunnetuilla menetelmillä ja on todettu, että saadulla reaktiotuotteella on paljon huonommat disper-gointiominaisuudet kuin polyetyleeniglykolilla esteröidyllä mäntyhartsipiellä. Keksinnön mukaisella dispergointiaineella on myös vaahdonesto-ominaisuuksia. Tämä voidaan lukea pien polaaristen neutraalien aineiden vaikutuksen ansioksi, kuten sterolien, korkeampien alkoholien, fenolisten aineiden ja esterien.

Eri lisäaineita voidaan käyttää yhdessä dispergointiaineen kanssa, esimerkiksi polysakkarideja, kuten ksantaanikumia dispersion stabiliteetin parantamiseksi.

Keksintöä selostetaan alla lähemmin esimerkkien avulla, joissa prosentit ja suhteet perustuvat painoon.

Hiilen laadun pitämiseksi niin hyvin määriteltynä kuin mahdollista dispergointiainetta arvioitaessa näissä esimerkeissä on käytetty yhtä ainoaa hiilityyppiä hiili-vesiseosten valmistuksessa, nimittäin tsekkiläistä bitumipitoista hiiltä, jolla on alhainen rikkipitoisuus. Hiilen osaskoko on pääasiallisesti alueella 1-200 ^um.

Esimerkeissä 1-3 valmistettujen reaktiotuotteiden dispergointi-ominaisuuksia on määritetty samalla tavoin kuin pigmentin öl-jyluku (SIS 17 61 05); annettu arvo määrittää kuitenkin niiden 8 78626 hiiliosasten määrän, jotka voidaan dispergoida vapaasti juoksevaksi tuotteeksi. Käytetään seuraavaa menettelytapaa: 1 g hiiltä punnitaan puhalletulle lasilevyllä. 3 % dispergointi-ainetta sisältävää vettä lisätään. Se määrä vesifaasia, joka on lisättävä hiililietteen saattamiseksi vapaasti juoksevaksi, kun jauhettua hiiltä työstetään spatulalla merkitään muistiin. Tarkkuus on + 0,5 %.

Hiili-vesiseoksen (CWM) virtausominaisuudet ja stabiliteetti, jotka ovat kriittisiä sen pumpattavuudelle ja varastointikes-tävyydelle, riippuvat mm. siitä millä tavoin seos on valmistettu. Reprodusoitavien CWM-testien saamiseksi, on esimerkeissä 4-9 käytetty seuraavaa menettelytapaa:

Dispergointiainetta paisutetaan 80°C:ssa vedessä ja homogenisoidaan sen jälkeen Ultraturrex-sekoittimessa. Alkalia lisätään sen jälkeen haluttaessa. Tätä nestettä lisätään annoksittain jauhettuun hiileen, joka muodostuu seulotuista osasista, jotka ovat läpäisseet 250 ^um-seula-aukon. Esisekoitettu CWM-näyte hienonnetaan hienonnuslaitteessa 2000 kierr/min 20 min.

Näiden CWM-näytteiden viskositeetti mitattiin Brookfield-visko-siteettimittarissa, tyyppiä LVF, sekoitin n:o 3, 30 kierr/min. Tällä tavoin saadaan näennäisviskositeetti. Varastointikestä-vyys mitattiin alla olevalla läpäisytestillä, joka osoittaa CWM-näytteen aggregoitumis- ja/tai sedimentoitumispyrkimykset. Lasipuokon, (2 g, halkaisija 1,7 mm) annetaan pudota tilavuudeltaan 100 ml:n CWM-näytteen pohjalle, jonka korkeus on 173 mm ja vaadittu aika mitataan.

Newton-nesteen viskositeetin vaikutus läpäisyaikaan tutkittiin kahdella erilaisella glyseriiniliuoksella: η = 1040 mPa*s läpäisyaika 4 s η = 612 mPa*s " 2,5 s 9 73626

Esimerkki 1 Reaktioni Mäntypikeä (happoluku 38), 260 g, syötetään 1000 ml:n vetoiseen reaktoriin, joka on varustettu suoja-atmosfäärin syöt-töputkella, mekaanisella sekoittimella, termoelementillä ja kolonnilla posliinisella kolonnitiivisteellä yhdistettynä reaktioveden vastaanottoastiaan. Pikeä kuumennetaan noin 100° C:een ja sulaa polyetyleeniglykolia, 390 g, (molekyylipaino 4000) lisätään. Reaktorin lämpötila nostetaan 280°C:een kuumen-nusvaipalla ja pidetään tässä lämpötilassa 2 h 15 min. Reaktio-seoksen happoluku on tämän jälkeen 10.

Reaktio_II

Reaktioseoksen I lämpötilaa alennetaan 170°C:een ja aminoetyyli-etanoliamiinia (H2N-C2H4-NH-C2H4-OH), 12,4 g, lisätään. Reaktio pidetään tässä lämpötilassa 1,5 h, minkä jälkeen happoluku on 5.

Reaktio_III

Puhtaita polyamiineja voidaan myös käyttää. Jos reaktion I tuotteeseen lisätään piperatsiinia, 21 g, saadaan tuote, jonka jään-nöshappoluku on 5 140°C:ssa.

Reaktioiden I-III reaktiotuotteet siirrettiin 3 %:siin vesi-dispersioihin, joiden kyky dispergoida hiiltä testattiin, Vertailun vuoksi testattiin myös tislattua vettä ja reagoitumatonta mäntyhartsipikeä, joka oli neutraloitu NaOHrlla. Tulokset on esitetty alla olevassa taulukossa.

Dispergointiaine % hiiltä lietteessä 48

Neutraloitu mäntypiki 58

Reaktion I mäntypikijohdannainen 65

Reaktion II mäntypikijohdannainen 68

Reaktion III mäntypikijohdannainen 66

Esimerkki 2

Polyetyleeniglykolin molekyylipainon vaikutuksen tutkimiseksi sen kykyyn dispergoida hiiliosasia veteen, valmistettiin eri- 10 78626 laisia mäntyhartsipien ja polyetyleeniglykolin reaktiotuotteita suhteessa 30:70. Polyetyleeniglykolin molekyylipaino oli 600 - 10 000 ja saadun tuotteen jäännöshappoluku alueella 5-7. Alla olevassa taulukossa annetut tulokset osoittavat selvästi, että tuotteella, joka on valmistettu käyttäen polyety-leeniglykolia, jonka molekyylipaino on 600, on ala-arvoinen dispergointikyky.

Polyetyleeniglykoli, molekyylipaino_ % hiiltä lietteessä 600 58 2000 63 3000 66 6000 68 10 000 64

Esimerkki 3 64 % hiiltä ja 1 % dispergointiainetta sisältävän hiili-vesilietteen viskositeetti määritettiin Emila-rotaatioviskosimet-rillä mittausjärjestelmällä II (Reciprotor A/S; Tanska). Dis-pergointiaineena käytettiin reaktiotuotetta, jolla oli erilaisia happolukuja, joka oli saatu polyetyleenioksidista, jonka molekyylipaino oli 3000 ja mäntypiestä, jonka happoluku oli 38. Tulokset on esitetty alla olevassa taulukossa.

Reaktiotuotteen happoluku Viskositeetti, mPa.s 5 350 3 550 Jäännöshappoluku 3 tekee siten hiili-vesilietteen viskootti-semmaksi ja vaikeammaksi pumpata.

Esimerkki 4

Alkalin lisäys CWM-näytteeseen lisää sen varastointistabili-teettia.

1 kg:n reaktoriin, joka oli varustettu sekoittime11a, lämpömittarilla ja reaktioveden keräysastialla, panostettiin 350 g mäntyhartsipikeä (happoluku = 30 mg KOH/g näytettä) ja 350 g 11 78626 polyetyleeniglykolia, jonka molekyylipaino oli 8000. Reaktio pidetään 880°C:ssa 1 tunnin ajan ja saadun tuotteen happoluku oli 14.

Tuote dispergoidaan veteen ja sekoitetaan jauhetun hiilen kanssa, niin että loppusuhteeksi saadaan 70 % hiiltä, 0,5 % lisäaineitta ja loppuosa vettä. Tällä CWM:llä on näennäisvis-kositeetti 250 mPa.s, mutta kova kiinteä kakku muodostuu 12 päivän varastoinnin jälkeen.

Natriumhydroksidin lisääminen antaa paremman varastointikes-tävyyden. 12 päivän varastoinnin jälkeen ei mitään sakkaa ole muodostunut pohjalle ja läpäisyaika on 7 s.

0,1 N NaOHrta lisätään dispergointiaineen seokseen veden kanssa alla olevassa taulukossa esitettyyn pH-arvoon. Sen jälkeen valmistetaan CWM ja näennäisviskositeetti mitataan.

Dispergointiaine Näennäisviskositeetti, mPa»s CMW:llä vedessä, 15 s sekoituksen 5 min sekoituksen pH-arvo_, jälkeen__jälkeen_ 5* 250 250 7 260 230 9,5 240 220 10,5 260 230 *ilman NaOH-lisäystä Esimerkki 5

Dispergointiaine voidaan valmistaa puoliteknisessä mittakaavassa. Ruostumattomasta teräksestä valmistettuun reaktoriin varustettuna epäsuoralla höyrykuumennuksella ja sähkökuumen-nuksella, sekoittimella ja termoelementillä lämpötilan mittaamiseksi, lisätään 35 g polyetyleeniglykolia (molekyylipaino 8000), joka sulatetaan 80-90°C:ssa ja sen jälkeen 15 kg kuumaa (95°C:sta) mäntyhartsipikeä, (happoluku 37, hartsipitoi-suus 12 %, viskoisteetti 50°C:ssa = 1700 mPa.s). Lämpötila nostetaan 2 h 27°C:een ilmakehän paineessa ja pidetään tässä lämpötilassa sekoittaen 3,5 h. Saadun lopputuotteen happoluku 12 78626 on 11. Lopullinen reaktiotuote voidaan laskea suoraan säiliöihin ilman jatkokäsittelyä. Vaihtoehtoisesti voidaan kuumaa vettä lisätä vielä kuumaan (80-100°C:een) reaktiotuotteeseen samalla sekoittaen 35 %:n kuiva-ainepitoisuuden saamiseksi.

Saatu tuote voidaan sen jälkeen laimentaa kylmällä vedellä haluttuun pitoisuuteen.

Esimerkki 6

Dispergointiaineita valmistettiin eri alkuperää olevasta ja siten koostumukseltaan erilaisesta mäntypiestä. 30 % mäntyhartsipikeä saatettiin reagoimaan 70 %:n kanssa polyety-leeniglykolia (molekyylipaino 8000) 280°C:ssa 2-3 h. Tästä tuotteesta valmistettiin 70 %:nen hiili-vesiseos, jossa oli 0,5 % lisäainetta. Alla olevasta taulukosta, joka esittää saatujen pikien ominaisuuksia ja saatuja ominaisuuksia, ilmenee, että koostumukseltaan erilaiset piet antavat kaikki käyttökelpoisia dispergointiaineita, jotka kykenevät aikaansaamaan vapaasti juoksevan 70 % hiiltä sisältävän dispersion. Nähdään myös, että mäntypien lisääntynyt viskositeetti alentaa pyrkimystä aggregoitumiseen ja laskeutumiseen.

_Mäntypikl_ _0*1_ Näyte Alku- Viskositeet- Happo- Hartsipi- Näennäis- Läpäisyai- n:o perä ti rriPa.s luku toisuus- viskositeetti ka 5 päivän _ _ 50 Cissa _ %_ mPa-s jälkeen, s 1 USA 7000 38 14 340 2 Norja 4200 47 18 250 3 Suomi 1650 28 6 290 4 Ruotsi 7200 24 7 280 5 " 2000 54 19 260 6 " 1700 50 17 300 7 " 1600 44 14 440 8 " 1700 37 12 260 9 " 2000 30 9 340 >60 10 " 5900* 280 24 11 " 7750** 330 38 12 " 17 000** 320 19 13 73626 *Lähtöpien viskositeettia on kohotettu kuumentamalla näytteen 9 pikeä savuavan rikkihapon läsnäollessa.

**Lähtöpien viskositeettia on kohotettu puhaltamalla ilmaa ja kuumentamalla.

Esimerkki 7

Polyetyleeniglykoliketjun koko vaikuttaa mäntyöljypiki-poly-etyleeniglykolin dispergointiaineominaisuuksiin.

70 %:sia hiili-vesiseoksia, sisältäen 0,5 % dispergointiainet-ta, on valmistettu erilaisilla dispergointiaineilla, jotka perustuvat 30:70-seokseen mäntyöljypikeä ja polyetyleeniglyko-lia, jolla on eri molekyylipaino (600-20 000), joka on saatettu reagoimaan 2-4 tuntia 200°C:ssa. Monometyylipolyetyleeni-glykoli, jonka molekyylipaino on 5000, on myös testattu. Alla olevassa taulukossa saatujen kyseisten CWM-näytteiden viskosi-teettiarvot on esitetty vastaaville molekyylipainoille.

Polyetyleeniglykoli, CWM:n viskositeetti, moleky y 1 ipaino_ _mPa»s_ 600 1000 2100 2000 640 3000 490 4000 510 4600 340 5000* 360 6000 300 8000 260 10 000 450 14 000 290 20 000 1050 *Polyetyleeniglykolimonoetyyliesteri Esimerkki 8 Mäntypien ja polyetyleeniglykolin suhdetta voidaan vaihdella ja silti saada reaktiotuote, jolla on dispergointiomi- 14 73626 naisuuksia. Tuotteen dispergointikyky riippuu voimakkaasti reaktioaj asta.

Polyetyleeniglykolia (molekyylipaino 8000) ja mäntyhartsi-pikeä saatetaan reagoimaan eri suhteissa 280°C:ssa, kunnes seoksen happoluku oli alentunut 2-3 yksikköä. Valmistettiin 70 %:sia hiili-vesiseoksia, joissa oli 0,1 % dispergointiai-netta ja viskositeetti mitattiin. Tulokset on annettu alla olevassa taulukossa.

Mäntypiki : Reaktioaika CWM viskositeetti polyetyleeniglykolisuhde h_ mPa» s_ 15:85 6 420 20:80 6 330 30:70 2 240 50:50 1 240 240* 60:40 2 1270 610* *alkalilisäyksen jälkeen.

Esimerkki 9

Reaktiotuotteita, jotka perustuvat polyetyleeniglykoliin ja mäntypikeen, rasvahappoon, hartsihappoon ja polymeeriseen rasvahappoon, on valmistettu ja niiden dispergointikyky testattu. 30 % happoa sisältävää tuotetta saatettiin reagoimaan 70 %:n kanssa polyetyleeniglykolia (molekyylipaino 8000), kunnes suurin piirtein sama määrä OH-ryhmiä oli reagoinut (happoluku alentunut 3-4 yksikköä). 70 %:nen hiili-vesi-seos, jossa oli 0,5 % kyseistä reaktiotuotetta, valmistettiin sen jälkeen. Saatujen viskositeettiarvojen lisäksi on alla olevassa taulukossa esitetty CWM-näytteiden tilavuusmuutos.

15 73626 _CWM_

Reaktiotuote Viskositeetti Kutistuminen 1 viikon perustuen mPa«s_ varastoinnin jälkeen, % Mäntyöljyhartsi 256 1

Rasvahappo* 540 15

Hartsihappo 3068

Polymeerinen rasvahappo** 408

Etoksyloitu mäntyhartsi- piki, painosuhde ei juokseva - piki:polyetyleeni-oksidi 35:65 *Mäntypikirasvahappoja, rasvahappojen seos, pääasiallisesti C18 * ♦♦Rasvahappo polymeroituu BF^tlla.

Mäntypikeen perustuvan dispergointiaineen CWM:n tilavuus pysyy suurin piirtein vakiona päin vastoin kuin rasvahapon tai polymeeriseen rasvahappoon perustuvan dispergointiaineen CWM:n tilavuus.

Voidaan todeta, että etyleenioksidilla käsitelty mänty-piki antaa tuotteen, joka lisättynä 1 %:n määrässä CWM:ään antaa noin 1000 mPa*s:n näennäisviskositeetin ja 15 %:n kutistumisen. Tämä kutistuminen voidaan lukea ilman lisäyksen ansioksi seokseen, so. vaahtoamisen tilille.

CWM:n kuukauden pituisen varastoinnin jälkeen mänty-pikeen perustuvalla näytteellä on pehmeä sakka, joka voidaan homogenisoida yksinkertaisella atulasekoituksella, kun taas rasvahappoon perustuvia näytteitä ei voida homogenisoida tällä tavoin.

Claims (5)

16 78626

1. Diepergoimieaine kiinteiden osasten dispergoimiseksi veteen, tunnettu siitä, että se on polyalkyleeniglykolilla, joka pääasiallisesti muodostuu etyleenioksidiyksiköistä ja jonka keskimääräinen molekyylipaino on yli 600, tai sen mo-noesterillä tai monoeetteri1lä osittain esteröity mäntypiki, jonka jäännöshappoluku on suurempi kuin 3.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen dispergointisine, tunnettu siitä, että mäntypiki on polymeroitunut sinänsä tunnetulla tavalla ennen esteröintiä.

3. Menetelmä patenttivaatimuksen 1 mukaisen kiinteitä osasia veteen dispergoivan aineen valmistamiseksi, tunnettu siitä, että mäntypikeä kuumennetaan polyalkyleeniglykolin kanssa, joka pääasiallisesi muodostuu etyleenioksidiyksiköis- tä, joiden keskimääräinen molekyylipaino on yli 600 tai sen o monoesterin tai monoeetterin kanssa lämpötilassa 200-285 C niin kauan, että reaktioseoksen suurin happoluku tässä lämpötilassa alenee vähintään 2 yksikköä.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukaisen dispergointiaineen käyttö hiiliosasten dispergoimiseksi veteen, tunnettu siitä, että dispergointiainetta käytetään 0,1-5 X, edullisesti 0,3-1 X dispersion kokonaispainosta laskettuna.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukaisen dispergointiaineen käyttö, tunnettu siitä, että dispergointiaineen vesiseok- een pH-arvo säädetään alueelle, 5-10, mahdollisesti lisäämällä alkalia. 1 Patenttivaatimuksen 4 mukaisen dispergointiaineen käyttö, tunnettu siitä, että dispersio sisältää myös polysakkaridia, kuten ksantaanikumia. 17 78626