KR102391671B1 - 펄프의 브라운스톡 세척을 위한 소포제의 현장 에멀젼화 - Google Patents

펄프의 브라운스톡 세척을 위한 소포제의 현장 에멀젼화 Download PDF

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Abstract

본 방법은 하나 이상의 실질적으로 무수인 유체 또는 조성물의 에멀젼을 브라운스톡 세척 공정으로 운반하는 현장(on-site) 공정에 관한 것이다. 이는 세척 보조제 및 다른 공정 보조제의 실시간 조정을 가능하게 하여 이에 따라 브라운스톡 세척의 전반적인 작동을 개선시킨다.

Description

펄프의 브라운스톡 세척을 위한 소포제의 현장 에멀젼화{ON-SITE EMULSIFICATION OF DEFOAMER FOR BROWNSTOCK WASHING OF PULP}
이 출원은 전체 내용이 본원에 참고로 도입되는, 2014년 2월 4일 출원된 US 가출원 번호 61/935,366의 우선권을 주장한다.
목재 칩으로부터 셀룰로오스 펄프의 제조에서, 목재 칩은 셀룰로오스 섬유로부터 리그닌을 분리하도록 고온 조건에 놓인다. 이어서 리그닌은 조리 매체(cooking medium)에 용해된다. 산 설파이트, 소다 및 크라프트 처리 공정과 같은 셀룰로오스 펄프의 제조에서 현재 사용되는 것으로 세 가지 주요 화학 처리 공정이 있다. 산 설파이트 처리는 산성 조건 하에서 행해지는 반면에 소다 및 크라프트 공정은 높은 pH에서 달성된다.
이러한 세 공정 모두에서 리그닌을 조리하는 단계 다음은 섬유로부터 용해된 리그닌을 분리하도록 펄프를 세척하는 단계이다. 리그닌은 복합 유기 분자이기 때문에, 조리 단계의 생성물은 거품을 안정화하는 데 돕는, 표면 활성인 단편을 생성할 수 있다. 추가적으로, 목재에서 수지로부터 유래되는 다른 유기물, 예를 들어 지방산 및 스테롤이 또한 존재하고 강력한 발포제이며, 이에 따라 과도한 거품 때문에 펄프 세척 공정에서 문제를 만든다.
셀룰로오스 섬유 세척의 단위 조작은 희석 및 이동(displacement) 세척을 사용한다. 물 또는 다른 헹구는 유체의 최소한의 양을 사용하기 위하여, 종종 거품 형성을 야기하는, 좋은 혼합을 필요로 한다. 이 거품은 세척 작동에 부정적인 결과를 갖는다. 거품은 공정 장비를 채우고, 세척기 통 및 흑액을 위한 여과조 내 용량을 감소시키며, 세척 동안 형성되고 펄프의 효율적인 세척을 막는 섬유 매트 내 갇힌 섬유 슬러리에 공기 기포가 인다. 이러한 이유 때문에 브라운스톡 세척 작동은 세척 작동의 상이한 지점에서 공급되는 공정 보조제로서 세척 보조제를 전형적으로 사용한다. 당업자는 브라운스톡 세척 작동이 용해된, 콜로이드 또는 부유 고체가 셀룰로오스 섬유로부터 분리되는 소화 단계와 최종 펄프 저장 사이의 임의의 공정 또는 단위 조작이라는 것을 이해한다. 현재 방법은 이동 세척기 및 회전 진공 세척기를 포함하는 브라운스톡 세척기의 모든 유형 뿐만 아니라, 아직 개별적인 섬유로 분해되지 않은 조리된 칩이 예시는 압력 확산기인, 소화조 내 세척되는 것에도 사용될 수 있다는 것이 예상된다. 본 조성물은 산소/오존/퍼옥시드 탈리그닌 및 다른 표백 및(또는) 추출 단계에서와 같이, 셀룰로오스에 대한 다른 탈리그닌 단계 후에 또한 첨가될 수 있다.
통상적인 소포제 생성물은 물-기재 에멀젼이고, 연속적인 물 매트릭스 내 활성 소포 성분의 에멀젼화된 액적을 함유한다. 이러한 액적이 소포에 영향을 주는 방법이 널리 공지되어 있고, 문헌 [Langmuir , vol 15, pg . 8514, 1999]에 기재된다. 기술 분야에서 공지되고 실시되는 활성 성분의 조성물은 꽤 다양할 수 있다. 본 발명의 실질적으로 무수인 유체는 임의의 이러한 조성물에 제한되지 않으나, 이를 포함할 수 있다. 활성 소포 조성물의 한 부류는 전형적으로 광범위한 탄소 사슬 길이를 갖는 혼합물인, 광유 또는 파라핀유이다. 비록 더 낮은 탄소 사슬 길이 분자가 효과적일 수 있지만, 이는 VOC 및 환경적인 문제 때문에 전형적으로 회피된다. 따라서, 대부분 광유는 12 초과의 탄소 사슬 길이가 있는 분자를 갖는 것으로 제한된다. 광유에 추가로, 소수성 입자는 광유에 혼입될 필요가 있다. 비록 다른 유형의 소수성 입자도 이용될 수 있지만, 전형적으로, 소수성 개질된 실리카 입자 또는 왁스의 입자 예를 들어 에틸렌 비스-스테아르아미드가 사용된다. 소수성 입자는 유상에서 2 %-30 %의 수치로 전형적으로 사용된다. 실질적으로 무수인 유체로서 사용될 수 있는 다른 기름은 트리-글리세리드, 긴-사슬 알콜 (C>10), 폴리프로필렌 글리콜 및 폴리에틸렌/폴리프로필렌 공중합체의 혼합물인 식물성유를 포함한다.
브라운스톡 세척 보조제로서 사용되는 것에는 몇몇 유형의 작용제가 있고, 이의 화학 조성에 의해 분류될 수 있다. 광유 기재 세척 보조제는 소포제로 전형적으로 사용되고 실리카 또는 에틸렌 비스-스테아르아미드와 같은 소수성 입자를 전형적으로 함유한다. 몇 년 전에 이는 가장 흔한 유형의 세척 보조제 또는 소포제였다. 그러나, 유기-실리콘 기재 세척 보조제의 도입과 함께, 이의 사용은 감소하였다. 유기-실리콘 세척 보조제 또는 소포제의 가장 간단한 형태는 소수성 실리카와 같은 소수성 입자를 함유하는 폴리디메틸 실록산 (PDMS) 유체의 혼합물이다. 실질적으로, 소포제 또는 거품 억제제로서 전형적으로 사용되는 더 효율적인 세척 보조제는 개질된 유기-실리콘이다. U.S. 특허 5,380,464호는 폴리에테르/실록산 공중합체와 조합한 분지된 실록산을 개시한다. 실록산과 분지된 또는 가교된 폴리에테르/폴리실록산 공중합체의 혼합물, 임의적으로 실리카와 같은 필러를 함유하는 것은 U.S. 특허 6,605,183호, 및 U.S. 특허 6,512,015호에 기재된다. EP 특허 출원 163,541호는 PDMS가 부분적으로 가교된 유기-실리콘 컴파운드인, 실리콘 수지로 대체된 실리콘-기재 소포제를 개시한다. U.S. 특허 7,645,360호 및 U.S. 특허 7,550,514호는 실리콘 컴파운드 내 지방족 기를 혼입하는 것을 개시하고, US 특허 7,619,043호는 컴파운드 내 페닐 기를 혼입하는 것을 개시한다. U.S. 특허 6,512,015, U.S. 특허 7,645,360호는 에틸렌 옥시드 및 프로필렌 옥시드가 PDMS 및 실리카로 만들어진 실리콘 수지와 혼합되는, 폴리에테르를 함유하는 유기-실리콘 컴파운드를 개시한다.
세척 단계 동안 펄프 슬러리에 직접 첨가될 때 유기-실리콘이 꽤 잘 수행할 수 있는 반면에, 물로 소수성 실리콘 물질을 에멀젼화하고 이어서 이를 펄프 슬러리에 도입할 수 있는 것에는 몇몇 장점이 있다. 이의 효과가 증진되고, 침착될 가능성은 감소한다. 결과적으로, 유기-실리콘 수지는 제조된 에멀젼으로 판매된다. 이러한 에멀젼은 증진된 효과를 갖는 반면에 이러한 제품의 제조 및 유통에서 생기는 문제가 있다. 유기-실리콘은 에멀젼화가 매우 어렵고, 긴 일정 기간 동안 안정화한다. 이의 더 낮은 밀도 때문에, 에멀젼 액적은 시간이 흐름에 따라 상부 (크림 또는 상 분리)에 떠오르는 경향이 있다. 용어 에멀젼은 연속적인 액체 매체 내 액적이 있는 두 가지 상 시스템을 지칭하는 데 사용된다. 이는 점성화제를 첨가하여 완화될 수 있으나, 펄프 스트림으로의 이러한 에멀젼의 분산성은 더 어려워진다. 점성화제 또는 증점제는 종종 미생물 유기체에 의해 오염될 성향을 증가시킬 것인 검이다. 또한, 에멀젼은 안정화하기 힘들기 때문에, 이는 응집하기 더 쉽고 결과적으로 농축 에멀젼을 만들기 더 어렵다. 전형적으로 에멀젼은 50 % 활성 미만에서 제조되어야 하고, 더 전형적으로 이는 약 30 % 활성이다. 이러한 에멀젼 내 물의 큰 부피 때문에 활성의 수치를 기초로, 이를 만들고 (더 큰 용기) 이것이 사용될 현장으로 수송하는 데에는 엄청난 비용이 발생한다.
따라서, 100 % 활성인 제품을 만들고 운송하고, 간단하고 저렴한 방법으로 커스터머 현장(customer site)에서 세척 보조제를 에멀젼화할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 현장(on-site)에서 유기-실리콘을 에멀젼화하려는 몇몇 앞선 시도가 있었다. 한 방법은 자체 에멀젼화 가능한 유기-실리콘 물질을 만드는 것이다. 중국 특허 출원 10/2174778호는 실리콘 폴리에테르 (SPE) 및 에멀젼화제 예를 들어 에톡시화 알콜을 혼입하여 자체 에멀젼화 가능한 PDMS/소수성 실리카 혼합물을 만드는 제제를 개시한다. 일본 특허 2000/246010호 및 일본 특허 출원 08/309104호는 자체-에멀젼화 가능한 것으로 주장되는 조성물을 개시한다. 자체-에멀젼화 가능한 조성물은 세척 보조제 또는 소포제의 에멀젼화를 도울 수 있는 반면에, 이는 몇몇 문제가 존재한다. 한 문제는 액적의 크기가 항상 제어할 수 있는 것이 아닌, 공정 스트림에서 존재하는 전단 속도에 여전히 의존한다는 것이다. 또 다른 문제는 실리콘을 자체-에멀젼화 가능하게 만드는 데 사용되는 성분은 소포제로서 실리콘의 성능에 영향을 줄 수 있다는 것이다. 커스터머 공정에서 공급 지점에서의 혼합을 증진하여 소포제의 성능을 증진하려는 몇몇 시도가 있었다. U.S. 특허 출원 2010/0300632A는 많은 상이한 첨가제에 대해 공급 지점에서의 혼합을 증진하는 혼합 밸브를 개시하나, 유기-실리콘 에멀젼화에는 별로 효과적이지 않을 것이다. U.S. 특허 6,162,325호는 하나 이상의 소포제 및 한 에멀젼화제가 혼합되고 세척기에 공급되는 공정 보조제의 두 스트림을 혼합하는 것을 개시한다. 소포제가 전달되고 세척 시스템에 "순수한(neat)" 형태로 첨가됨에 따라, 에멀젼화제는 소포제/에멀젼화제 조성물이 세척기로 주입되기 이전에 소포제 조성물의 총 중량의 약 1 % 내지 약 20 %의 양으로 소포제와 혼합된다. 시스템에 첨가된 소포제는 "순수하게" 첨가되거나 예비-에멀젼화된 것이 아니기 때문에, 에멀젼화제는 일단 세척기에 도입되면 액적 소포제로 분산시키는 소포제의 능력을 증진한다. 분산성에서의 향상은 바람직하지만, 이는 액적 형성이 적용된 전단에 또한 좌우되고 각각의 세척기 및 소포제 공급 지점 일부는 원하는 액적 크기에 충분하지 않을 수 있는, 상이한 전단의 수준을 제공하기 때문에, 항상 충분한 것은 아니다.
이 출원 내 인용된 모든 문헌은 그 전문으로서 본원에 참고로 도입된다.
관심있는 응용분야에서 에멀젼화 후 곧바로 사용될 수 있는, 현장에서 실질적으로 무수인 실리콘 세척 보조제를 에멀젼화할 필요가 존재한다. 더욱이, 상이한 성능 특성을 갖는 두 개 이상의 브라운스톡 세척 보조제가 동시에 혼합되고 에멀젼화될 때 원하는 소포를 달성할 수 있고 실시간으로 다른 특성이 구현될 수 있다는 것이 발견되었다.
본 방법은 하나 이상의 실질적으로 무수인 유체 또는 조성물의 에멀젼을 브라운스톡 세척 공정으로 운반하는 현장 공정에 관한 것이다. 이는 세척 보조제 및 다른 공정 보조제의 실시간 조정을 가능하게 하여 이에 따라 브라운스톡 세척의 전반적인 작동을 개선시킨다.
본 발명의 실질적으로 무수인 유체는 6 번 스핀들(spindle)을 사용하여, 25 ℃에서 측정될 때 약 40,000 센티푸아즈 (cP) 미만의 브룩필드 점도를 갖는다. 무수인 유체(들)는 물과 혼합되고, 5,000 s-1 이상의 전단력에 놓여 에멀젼을 생성하고 여기서 에멀젼 또는 에멀젼의 일부는 전단 수단을 통하여 재활용될 수 있고; 브라운스톡 세척 용기(들)로 즉시 보내질 수 있거나 브라운스톡 세척 용기(들)로 운반되기 전에 일정 기간 동안 보유된다. 추가적으로, 수상으로 이송하는 실질적으로 무수인 유체(들) 또는 조성물(들)의 성분은 물의 점도를 10 배 이하로 증가시켜야 하고, 5 배 이하일 수 있고, 단지 2 배로 증가시킬 수 있다.
또 다른 실시양태에서, 현재 방법은 모든 유형의 브라운스톡 세척 예를 들어 이동 세척 예를 들어 단일 및 다단계 링 확산(ring diffusion) 세척기 및 압력 확산 세척기 및 회전 진공 세척기 예를 들어 회전 압력 세척기, 확산 세척기 및 수평 벨트 필터(horizontal belt filter) 및 세척 프레스(wash press)와 사용될 수 있고, 소화조 세척 공정에 사용될 수 있다.
본 발명의 한 실시양태에서 하나 이상의 실질적으로 무수인 유체는 약 5 초과의 평균 친수친유가 (HLB)를 갖는 하나 이상의 계면활성제를 포함한다. 하나 초과의 무수인 유체가 사용될 때, 각각의 무수인 유체는 물과 별도로 합쳐질 수 있거나 무수인 유체들은 물과 합쳐져서 에멀젼화하기 이전에 합쳐져서 혼합될 수 있다. 무수인 유체 및 물은 합쳐진 다음 전단 수단에 놓일 수 있거나 무수인 유체 및 물이 서로 접촉할 때 동시에 전단될 수 있다. 세척 보조제의 양을 브라운스톡 세척기로 운반하는 방법은 그렇게 함으로써 수동으로 또는 자동으로 제어될 수 있다.
본 발명의 이러한 및 다른 특징, 측면 및 장점은 하기 기재, 첨부된 청구항 및 수반되는 도면을 고려하여 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 에멀젼을 브라운스톡 용기로 전달하는 개선된 공정의 주요 특징의 일반적인 도식을 보여준다.
도 2는 어떠한 소포제도 없는 흑액에 상대적으로 상이한 소포제 에멀젼이 있는 흑액의 거품 형성 경향을 보여준다.
도 3은 정상 상태 모드 및 연속적인 모드 모두에 대해 시간의 함수로서 생성물 스트림으로부터 샘플링된 에멀젼의 중앙값 액적 크기를 보여준다.
본 발명은 펄프 밀(pulp mill)에서의 브라운스톡 세척 작동에 사용되는 세척 보조제 및 특히 소포제 또는 거품 억제제 조성물에 관한 것이다. 특히 본 발명은 브라운스톡 세척기로 세척 보조제를 전달하는 공정에 관한 것이다.
현재 공정에서 소포제로 사용될 수 있는 한 활성 성분은 소수성 실리카와 같은 필러를 임의적으로 혼입하는 유기-실리콘이다. 유기-실리콘의 조성물은 직쇄 및 분지된 실록산, 주로 가교된 실록산일 수 있는 실리콘 수지, 직쇄 및 분지된 폴리에테르/폴리실록산 공중합체, 가교된 폴리에테르/폴리실록산 공중합체 및 이러한 것의 혼합물을 포함한다. 특정 응용에서 실록산은 이에 부착된 관능기, 예를 들어 배경기술 부분에서 및 본 출원에 도입된 문헌에서 논의된 것을 가질 수 있다. 임의적으로, 활성 성분은 이에 혼입된 필러 물질을 가질 수 있다. 바람직한 필러는 실리카, 왁스 예를 들어 에틸렌 비스-스테아르아미드 및 무기 입자이다. 필러 물질은 무수인 유체의 조성물의 0.1 내지 30 중량% 수치에서 존재할 수 있다. 다른 비-실리콘 조성물 예를 들어 광유, 식물성유, 긴-사슬 알콜 (C>10), 폴리프로필렌 글리콜 및 폴리에틸렌/폴리프로필렌 공중합체는 유기-실리콘과 블렌딩될 수 있다.
브라운스톡 세척의 목적을 위해, 소포에 추가로 펄프 섬유의 효과적인 배수 및 세척이 필요하다는 것은 산업적 실시에서 공지되어 있다. 실록산 및 실록산의 혼합물은 브라운스톡 세척 작동에 존재하는 흑액에 대한 좋은 소포제로 공지되어 있지만, 실리콘 폴리에테르 및 다른 표면 활성 물질은 문헌 [Tappi J., vol 12, no.2, 2013]에서 개시되었듯이, 펄프 매트의 배수를 개선하고, 이러한 매트의 이동 세척을 보조하는 데 효과적인 것으로 공지되어 있다. 사용될 수 있는 폴리에테르의 일부 예시는 에틸렌 옥시드 및 프로필렌 옥시드로 구성되고, 폴리에테르는 에틸렌 옥시드 단독으로, 프로필렌 옥시드 단독으로 또는 에틸렌 및 프로필렌 옥시드의 랜덤 또는 블록 공중합체로 구성될 수 있다. 폴리에테르는 프로필렌 옥시드 및 에틸렌 옥시드 단위 모두를 함유할 수 있고, 폴리에테르에서 프로필렌 옥시드의 중량%는 50 % 이상이다. 배수에 유용한 실리콘 폴리에테르는 폴리에테르가 빗살(comb) 유형 구조에서와 같이 또는 A는 폴리에테르를 나타내고 B는 실리콘 주쇄를 나타내는, A-B 또는 A-B-A 구조에서와 같이, 실리콘 주쇄로부터 내려오는 구조를 포함한다. 실리콘 폴리에테르의 분자량은 1000 돌턴 초과일 수 있고, 10,000 돌턴 초과일 수 있다.
전형적인 펄프 밀 작동에서, 계절적인 및 작동 상의 변동은 소포 및 펄프 매트 배수 / 세척에 대한 가변적인 필요를 야기시킨다. 따라서, 브라운스톡 세척 작동의 가변적인 필요를 충족하는 생성물로 세척기를 처리할 수 있는 것은 유익하다. 발명자들은 조성물 중 하나는 소포에 더 효과적이고 다른 하나는 펄프 매트 배수를 개선시키는 데 더 효과적인, 두 개 이상의 무수인 조성물 및 물을 전단 수단 또는 장치에 공급함에 의하여 훨씬 개선된 세척 공정이 얻어진다는 것을 발견하였다.
실리콘 폴리에테르에 추가로, 다른 표면 활성 물질은 에톡시화 알콜, 알콕시화 모노- 및 디글리세리드 에스테르, 소르비탄 에스테르에 제한되지는 않으나 이를 포함하고, 알콕시화 소르비탄 에스테르는 전체 실질적으로 무수인 조성물을 포함할 수 있거나 유기-실리콘과 혼합될 수 있다. 배수를 개선하는 데 효과적인 실질적으로 무수인 유체는 상기 개시된 바와 같이 소포에 효과적인 유기-실리콘과 블렌딩될 수도 있다. 따라서, 일부 응용에서 하나 초과의 실질적으로 무수인 유체의 사용이 바람직할 수 있다.
용어 실질적으로 무수인 유체(들) 및 무수인 유체(들)는 본 명세서 내에서 상호 교환 가능하게 사용되고, 실질적으로 물이 없는 것으로 의도된다. 그러나, 적은 수준의 물은 활성 성분 또는 첨가제의 일부의 제조에서 고유한 것일 수 있다. 더욱이, 환경적인 조건에 의존하여 물의 일부 양의 응축이 제품의 제조 및 수송 동안 일어날 수 있다. 무수는 전체 무수인 유체의 5 중량% 미만의 물 함량으로 정의된다.
실질적으로 무수인 유체는 전단 수단을 사용할 때 물과 함께 에멀젼화하는 것으로 예상되기 때문에, 유체 또는 조성물의 점도에 제한이 있다. 오늘날 사용되는 전단 장치와 함께, 유체 점도는 에멀젼화의 온도에서 70,000 cps 미만이어야 하고, 10,000 cps 미만일 수 있다는 것이 발견되었다.
한 실시양태에서, 하나 이상의 실질적으로 무수인 조성물은 물과 합쳐지는데, 무수인 조성물은 총 조성물의 약 0.1 % 내지 30 %를 구성하고, 약 5 % 내지 약 20 %일 수 있다.
실질적으로 무수인 조성물을 에멀젼화하기 위하여, 특정 에멀젼화제 또는 계면활성제가 필요할 수 있다. 에멀젼화제 또는 계면활성제는 실질적으로 무수인 조성물에 직접 또는 간접적으로 첨가될 수 있다. 단독으로 또는 블렌드로 사용될 수 있는 에멀젼화제 또는 계면활성제의 예시는 비이온성 계면활성제 예를 들어 에톡시화 알콜, 소르비탄 에스테르와 지방 알콜 및 동일한 것의 알콕시화 형태, 알콕시화 모노 및 디글리세리드 에스테르와 지방산, 실리콘 폴리에테르, 프로필렌 옥시드/에틸렌 옥시드 공중합체; 설페이트, 설포네이트, 카르복실레이트, 포스페이트 및 포스포네이트 기를 갖는 음이온 계면활성제; 및 중합체 예를 들어 폴리에틸렌 옥시드, 폴리비닐 알콜, 리그닌 및 말레산/아크릴산 공중합체에 제한되지 않으나 이를 포함한다.
계면활성제는 약 5 초과의 HLB를 갖는 비이온성 계면활성제일 수 있다. 만약 계면활성제의 블렌드가 사용되면, 가중 평균 HLB는 약 5 초과여야 한다. 비이온성 계면활성제는 에톡시화 알콜, 실리콘 폴리에테르 및 이의 블렌드일 수 있다.
전술한 성분에 추가로, 다른 관능성 물질 예를 들어 살생물제 및 점성화제가 무수인 유체에 첨가될 수 있다. 그러나, 현재 발명이 제공하는 한 이점은 세척 보조제 에멀젼을 제조하고, 짧은 일정 기간에 걸쳐 상기 에멀젼을 브라운스톡 세척기에 공급하는 능력이다. 에멀젼의 물 부분의 점도를 증가시키도록 첨가된 점성화제는 전형적으로 에멀젼의 장기간 안정성을 개선하도록 첨가된다. 실시예에서 보여지는 것과 같이, 이는 이의 흑액 내 분산하는 능력에 불리하다. 따라서, 만약 점성화제가 현재 발명의 무수인 유체에서 존재한다면, 이는 물과 혼합될 때, 2 배 초과로 수상의 점도를 증가시키지 않도록 하는 것이어야 한다. 수용성 점성화제 예를 들어 검, 셀룰로오스, 비이온성 및 이온성 중합체 및 라텍스는 현재 발명에 대해 전형적으로 바람직하지 않다.
도 1은, 본 발명의 한 실시양태를 보여주는 도식이다. 하기 실시양태에서 넘버링 시스템은 도 1에서 보여지는 도식을 기초로 한다. 본 발명에 따라, 실질적으로 무수인 조성물을 포함하는 하나 이상의 세척 보조제는 하나 이상의 저장 용기(들) (1)로부터 펌핑되고, 접합 지점 (8)에서 물 공급원 (4)으로부터 오는 물과 합쳐진다. 무수인 조성물 및 물은 즉시 또는 그 후에 전단 수단 (10)에 놓여져, 이에 따라 에멀젼을 생성한다. 에멀젼은 이어서 a) 접합 (12)에서 한 스트림은 임의적인 생성물 탱크 (16)로 가거나 브라운스톡 세척기 (19)로 가고, 다른 한 스트림은 전단 수단 (10)을 통해 재활용 또는 재순환 (13)될 수 있는, 두 별개의 스트림으로 갈라질 수 있고; 또는 b) 에멀젼의 총 부피는 생성물 탱크 (16) 또는 브라운스톡 세척기(들) (19)에 직접 보내질 수 있다.
또 다른 실시양태에서, 전단 수단 (10)은 접합 (8)에 위치하고, 물 및 무수인 조성물(들)은 접촉할 시 즉시 전단된다. 공정에서는 다수의 전단 수단이 또한 있을 수 있다.
커스터머 현장에서 실질적으로 무수인 유체를 에멀젼화하려면, 유체는 접촉할 시 동시에 또는 그 후에 곧 고전단에 놓이는 동안, 물과 혼합되거나 합쳐져야 한다. 브라운스톡 세척기에서 소포제의 일관된 성능을 얻기 위해서, 활성 성분의 비, 즉 무수인 조성물 대 물의 양은 정확하게 제어되어야 한다.
현재 방법의 한 측면에서 실질적으로 무수인 유체는 임의의 유체-이동 또는 펌핑 수단을 사용하여 저장 탱크로부터 이동되고, 이의 펌핑 능력은 수동적으로 또는 자동적으로 제어되고, 제한 없이, 물 및 무수인 유체에 사용될 수 있는 펌프의 유형의 예시는 원심 펌프, 피스톤 펌프, 튜브 펌프, 진행형 공동 펌프(progressive cavity pump), 기어 펌프이다. 유속은 유량계와 같은 유속 조절기 수단에 의해 제어될 수 있다. 현재 공정에서 사용될 수 있는 유량계의 일부 예시는 자기 유량계, 코리올리 유량계, 외륜 유량계(paddlewheel flowmeter) 및 로터미터이다. 정확한 유속을 전달하는 데 사용될 수 있는 다른 방법은 유량 확인 장치에 대한 필요를 생략할, 잘-검량된(well-calibrated) 계량 펌프의 사용이다. 기어 펌프, 진행형 공동 펌프, 격막 펌프 및 피스톤 펌프는 이러한 계량 펌프의 예시이다.
물이 공급 라인으로부터 공급될 때와 같이, 공급원 또는 라인 압력을 갖는 조성물에 대해, 조절기, 제어 밸브 또는 유량계는 정확한 유속을 전달하는 데 사용될 수 있다. 전술한 모든 배열 및 이러한 것의 조합은 유체 스트림 각각에 대해 적합한 전달 시스템을 선택하는 데 사용될 수 있다.
펌핑 수단은 공정의 자동 제어를 제공하도록 유속 측정 수단 및 유속 조절기 수단과 함께 사용될 수 있다. 자동화된 공정에서, 자동 피드백 제어 장치는 유속 측정 수단으로부터 유속 수단으로 측정된 유속 신호를 사용하고, 이에 따라 펌프 배출량을 제어한다. 측정된 유속 신호를 펌프의 제어 장치로 전환하는 다양한 제어 알고리즘은 기술 분야에 공지되어 있다.
실질적으로 무수인 유체 대 물의 비는 에멀젼의 액적 크기 또는 액적 지름을 결정하는 한 요인이다. 만약 무수인 유체 대 물의 비가 너무 크면 수중유 유형 에멀젼을 제조하기 힘들다. 따라서 무수인 유체 대 물의 비는 약 0.01:1 내지 약 1:1이어야 하는 것이 바람직하다. 에멀젼의 안정성 및 에멀젼화하는 능력은 이 비가 떨어질수록 개선된다. 실질적으로 무수인 유체 대 물의 비가 너무 작으면, 더 큰 펌프 및 전단 장치가 필요할 것이고 이에 따라 단위 조작, 즉 전단 수단 및 보조 장비의 자본 비용이 증가한다. 게다가, 세척기에서 효과적이기 위해 필요한 실제 에멀젼의 양은 더 크고 브라운스톡 세척기에 펌핑되는 세척 보조제의 필요한 양을 증가시킬 것이다.
본 발명의 한 측면에서 실질적으로 무수인 유체의 총량은 에멀젼의 약 1 % 내지 약 50 중량%를 구성하고, 에멀젼의 약 5 % 내지 약 20 중량%일 수 있다.
다수의 무수인 유체 스트림이 브라운스톡 세척 작동의 상이한 특성, 예를 들어 소포 및 펄프 매트 배수에 영향을 미치려는 목적으로 사용된 경우, 세척기의 성능을 기초로 개별적인 무수인 유체 스트림의 유속을 제어하는 것이 바람직할 수 있다. 이 특징을 가능하게 하는 한 방법은 영향을 미치고 싶은 세척기의 반응을 측정하고 개별적인 무수인 유체 스트림에 대해 펌프 유속을 설정하는 제어 장치를 사용하는 것이다. 예를 들어, 세척기에서 소포를 제어하기 위해, 거품 높이는 세척기 시스템의 임의의 관련된 부분에서 측정될 수 있다. 거품 수치가 오를 때 소포에 영향을 미치는 무수인 유체 상의 펌프 유속은 예비-설정 제어 알고리즘을 기초로 증가될 수 있다. 유사하게, 만약 매트 배수가 느리면 진공 드럼 세척기에서의 드럼 속도 또는 압력 세척기에서의 압력과 같이, 배수에 민감한 단위 조작의 파라미터는 측정될 수 있고 배수에 가장 영향을 미치는 무수인 유체 상의 펌프 유속을 바꾸는 데 사용될 수 있다. 추가적으로, 소포제의 효과를 극대화하기 위해, 두 성분은 거품을 제어하고 배수를 증가하기 위해 최적비에서 조합될 수 있다.
일부 실시양태에서 물 및 무수인 유체의 정확히 계량된 유량은 전단 수단으로 이어지는 단순한 파이프 티에 의해 합쳐질 수 있다. 정적 또는 동적 인-라인(in-line) 혼합기와 같이 더 정교한 혼합 배열은 전단 수단을 통해 지나기 이전에 물 및 무수인 유체를 혼합하는 데 사용될 수도 있다. 만약 다수의 무수인 유체 스트림이 필요하면, 이는 물 도입 이전에 혼합될 수 있거나 동일한 지점에서 모두 혼합될 수 있다.
또 다른 실시양태에서, 물 및 무수인 유체의 정확히 계량된 유량은 전단 지점에서 직접 합쳐질 수 있다.
현재 공정의 한 구성 요소는 무수인 조성물의 액적을 수상으로 에멀젼화하는 전단 수단이다. 5,000 s-1 이상의 실질적인 전단을 제공하는 임의의 장치는 액적을 에멀젼화하는 데 충분한 에너지를 제공할 것이다. 현재 발명에서 사용될 수 있는 전단 장치의 한 유형은 회전 속도가 전단 속도를 제어하는, 회전자-고정자 유형 장치이다. 주어진 회전자-고정자 장치의 근사치인 전단 속도는 하기 방정식을 사용하여 얻어질 수 있다:
Figure 112016074767844-pct00001
,
Figure 112016074767844-pct00002
는 s-1 단위로의 전단 속도이고;
Figure 112016074767844-pct00003
는 3.14와 대략 같은 상수이고;
D는 m 단위로의 회전자의 지름이고;
N은 rev/s 단위로의 회전 속도이고;
g는 m 단위로의 회전자와 고정자 사이의 틈이다.
높은 전단 속도를 얻기 위해, 회전 속도는 높아야 하고 회전자와 고정자 사이의 틈새가 작아야 한다. 에멀젼화에 좋은 이러한 회전자-고정자 장치의 예시는 IKA®에 의해 만들어진 디스팍스-리액터(DISPAX-REACTOR)® 및 실버손 머신즈 인크.(Silverson Machines, Inc.)에 의해 만들어진 실버손(Silverson)® 고전단 혼합기이다. 회전자-고정자 장치는 각각의 단계가 회전자-고정자 요소를 갖는, 하나 이상의 단계를 갖는다. 현재 발명의 목적을 위해 단일 및 다수의 단계가 사용될 수 있다. 임펠러를 포함하는 일련의 블레이드를 갖는, 원심 펌프, 예를 들어 터빈 펌프가 사용될 수 있다. 블레이드는 타이트한 허용오차와 함께 경로 또는 레이스웨이(raceway)로 리세스된다(recessed). 회전자 (블레이드)와 고정자 (레이스웨이) 사이의 틈새를 조절하는 능력을 갖는 벅스(Burks) 터빈 펌프는 고전단 혼합 장치의 또 다른 예시이다. 터빈 펌프는 무수인 유체를 에멀젼화하고 에멀젼을 세척기로 수송한다는 두 점 모두에서 장점을 제공한다. 추가적으로, 전단 속도는 회전 속도와 가변 속도 구동을 조절하기보다는 블레이드의 틈새를 변경함에 의해 조절될 수 있다.
고전단을 얻는 다른 방법은 적당하게 설계된 벤츄리 오리피스(Venturi orifice) 또는 조임을 통하여 유체 혼합물을 펌핑하는 것을 포함한다. 현재 발명과 사용될 수 있는 고전단 장치의 또 다른 유형은 단일 또는 다단계 균질화기이다. 사실상, 5000 s-1의 최소 전단 속도를 초과할 수 있는 능력을 갖는 임의의 전단 장치는 원하는 크기의 액적을 생성할 수 있다.
대부분의 경우 고전단 장치에서 유체의 체류 시간은 보통 대략 마이크로-초 및 일반적으로 일 초 미만이다. 따라서, 에멀젼화의 공정은 장치를 통과하는 단일 패스에서 항상 완료되는 것은 아니다. 실질적으로 무수인 조성물의 점도가 클 때, 액적을 깨뜨리기 위해 필요로 하는 시간은 더 길고 이에 따라 장치를 통과하는 단일 패스에 대해 크기가 감소할 유체의 확률은 더 낮다. 따라서 전단 수단을 통해 배출의 일부를 재순환하는 것이 바람직할 수 있다. 사실상, 전단 수단을 통해 배출의 약 50 % 내지 99.5 %을 재-순환하는 것은, 더 큰 안정성 및 개선된 성능을 갖는 제품을 제공하도록, 에멀젼의 액적 크기를 실질적으로 감소시킬 수 있음을 발견하였다. 재활용 비는 전단 수단의 유입구로 재-순환된 유체의 유속을 전단 수단의 총 배출 유량으로 나눈 것으로 정의된다. 만약 재활용 비가 너무 낮으면 무수인 유체는 효과적인 소포를 위해 충분히 작은 액적으로 에멀젼화될 수 없다. 만약 재활용 비가 너무 높으면, 주어진 배출량에 대해 필요로 하는 장치의 크기는 커야할 것이고 이에 따라 전단 수단 및 보조 장비의 비용을 증가시킨다.
본 발명의 한 실시양태에서, 전단 수단을 나가는 에멀젼의 총량의 10 % 이상은 에멀젼을 생성물 보유 탱크로 또는 브라운스톡 세척기로 공급하기 이전에 전단 수단을 통해 재활용된다. 다른 실시양태에서 총 에멀젼의 약 30 % 내지 약 99.5 %는 재활용될 수 있고, 약 90 % 내지 약 95 %가 재활용될 수 있다.
편의를 목적으로, 때때로 전단 수단 (10)의 배출구와 브라운스톡 세척기로의 공급 라인 (19) 사이에 임시적인 저장 단위장치 또는 생성물 탱크 (16)가 있는 것이 바람직하다 (도 1 참조). 저장 단위장치 또는 생성물 탱크 (16)는 생성물에 대한 수요에서 변동을 수용하는 완충액의 목적에 기여할 수 있다. 점도 안정화제가 없는 실리콘 에멀젼은 상 분리의 경향을 갖기 때문에, 생성물 탱크 (16)는 내용물을 교반할 수단을 가져야 한다. 이러한 교반을 제공하기 위한 한 방법은 회전 프로펠러 또는 블레이드와 같은 교반 장치에 의하는 것이다. 교반을 제공하는 또 다른 수단은 펌프를 사용하여 생성물 탱크의 내용물을 재순환하는 것에 의한다. 또 다른 선택권은 도 1에서 흐름 스트림 (20)에 의해 나타난 것과 같은 재순환을 제공하여 무수인 유체의 에멀젼화에 사용되는 전단 수단 (10)을 사용하는 것이다.
임의적인 저장/생성물 탱크 (16)의 목적은 생성물 수요에서 변동, 에멀젼화 장치의 기계적인 문제 및 다른 이러한 일시적인 문제를 완화하도록 일시적인 저장을 제공하는 것이다. 저장 시간은 점도 안정화제 없이 생성물의 품질을 유지하기 위해서 일반적으로 8 시간 미만 및 전형적으로 약 4 시간 미만일 것이다.
하기 실시예는 브라운스톡 세척기로 세척 보조제를 도입하는 공정을 설명하도록 제공된다.
실시예
측정 방법:
점도: 브룩필드 RV 점도계를 사용하여 점도를 측정하였다. 6 번 스핀들을 사용하였고 온도를 25 ℃로 유지하였다. 회전 속도는 10-50 분당회전수 (rpm)로 변하였고, 점도는 센티푸아즈 (cps)로 측정하였다.
액적 크기: 호리바 LA-300 레이저 회절 입자 분석기를 사용하여 액적 크기 분포를 측정하였다. 실리콘-기재 무수인 조성물에 대해 1.40의 굴절률을 사용하였다.
거품 측정: 밀 프로세싱 사우던 소프트우드(mill processing southern softwood)로부터, 80 ℃에서 흑액 300 밀리리터 (ml)를 가열된 유리 2000 ml 눈금 실린더에 취하였다. 타이곤® 튜빙(Tygon® tubing)이 있는 에어 라인에 연결된 확산기 스톤을 실린더의 바닥에 놓았다. 0.6 ml/분 (min.)의 유속에서 공기를 확산기 스톤을 통해 살포하였다. 거품은 흑액 컬럼의 상부에서 생성되었고, 이의 높이를 시간의 함수로서 측정하였다.
실시예 1
실리콘 수지 44 부, 100cSt 실리콘 유체 44 부 및 실리콘 폴리에테르 12 부와 에멀젼화제로서 추가적인 저-HLB 에톡시화 알콜 3 부 및 고-HLB 에톡시화 알콜 6부를 혼합하여 실질적으로 무수인 조성물을 제조하였다. 무수인 조성물의 점도를 11,150 cps로 측정하였다. 190 g 수돗물을 500 ml 유리 컨테이너로 측정하였다. 3/4" 튜블러 헤드(tubular head)가 있는 실버손 랩 혼합기 L5-M을 전단 장치로서 사용하였고, 물과 함께 컨테이너에 담궜다. 혼합기를 원하는 속도로 켰다. 전단 장치를 러닝하는 동안, 10 g 실질적으로 무수인 조성물을 1 분의 기간 동안에 걸쳐 투여하였다. 실질적으로 무수인 조성물의 도입 후, 전단을 30 분 동안 원하는 속도에서 계속하였다. 액적 크기를 측정하는 데 에멀젼의 샘플을 사용하였다. 0.75"의 회전자 지름 및 250 마이크로미터 (㎛)의 틈새 너비를 기초로, 상기 방법을 사용하여, 식 1을 사용하여 전단 속도를 계산하였다. 표 1은 전단 속도의 함수로서 얻어지는 액적 크기를 보여준다.
Figure 112016074767844-pct00004
전단 속도가 감소함에 따라, 에멀젼의 액적 크기가 증가함을 알 수 있다. 액적의 침착을 유발하지 않고서 소포의 목적을 위해, 액적은 약 70 ㎛ 미만의 중앙값 액적 크기를 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 전단 속도는 5000 s-1 이상이어야 한다.
실시예 2.
무수인 조성물을 에멀젼화제와 함께 및 없이 제조하였다. 실리콘 수지 44 부, 100cSt 실리콘 유체 44 부 및 실리콘 폴리에테르 12 부와 에멀젼화제로서 추가적인 저-HLB 에톡시화 알콜 3 부 및 고-HLB 에톡시화 알콜 6부를 혼합하여 제1 실질적으로 무수인 조성물을 제조하였다. 실리콘 수지 44 부, 100cSt 실리콘 유체 44 부 및 실리콘 폴리에테르 12 부를 어떠한 에멀젼화제 없이 혼합하여 제2 조성물을 제조하였다. 5 % 농도에서 각각의 무수인 조성물로 별개의 에멀젼을 만드는 데 실시예 1에서 기재한 방법을 사용하였다. 혼합 시간을 30 분에서 5 분으로 감소시켰다. 제1 무수인 조성물로 중앙값 액적 크기가 30.5 ㎛로 측정된 안정한 에멀젼을 얻었다. 제2 실질적으로 무수인 조성물로, 실리콘 혼합물은 물의 상부에 부유하고, 유리 컨테이너 및 전단 장치의 임펠러의 측면에 갇힌 지름이 큰 액적 (>5 mm)으로 응집되었다.
실질적으로 무수인 유체를 침착물을 형성하지 않는 사용 가능한 에멀젼으로 처리하기 위해, 하나 이상의 에멀젼화제를 제제에 사용할 수 있다.
실시예 3
각기 다른 점도의 실질적으로 무수인 조성물을 실리콘 수지 대 100cSt 실리콘 유체의 비를 바꿔 제조하였다. 실리콘 폴리에테르 (SPE) 수치를 12 부의 고정된 양으로 설정하였다. 저-HLB 및 고-HLB 에톡시화 알콜 계면활성제의 양을 각각 3 및 6 부로 설정하였다. 각각의 실질적으로 무수인 유체 조성물로, 32,318 s-1의 전단 속도에 상응하는, 8100 rpm에 고정된 회전자 속도로, 실시예 1에서 기재된 것과 같은 방법을 사용하여, 에멀젼을 제조하였다. 교반 시간을 5 분으로 설정하였다. 5 분 후 샘플을 비커로부터 취하였고, 액적 크기를 상기와 같은 호리바로 측정하였다. 중앙값 액적 크기를 계산하였고, 실질적으로 무수인 유체 조성물의 점도를 브룩필드 점도계로 측정하였다. 표 2는, 에멀젼화될 수 있는 액적의 크기에 미치는 무수인 유체의 점도의 효과를 보여준다.
Figure 112016074767844-pct00005
실시예는 큰 전단 속도조차도, 무수인 조성물의 점도가 70,000 csp를 초과할 때, 작은 액적 크기를 생성하는 능력은 불충분하다는 것을 분명히 입증한다.
현재 발명에 따라 연속적으로 에멀젼을 만들어 내는 데 사용하는 공정의 일반적인 도식은 도 1에서 보여진다. 실질적으로 무수인 유체는 펌핑/조절기 수단 (3)에 연결된 하나 이상의 탱크 (1)에 저장된다. 가압된 물 공급원 (4)을 조절기 수단 (6) 다음에 물의 유속을 측정하기 위한 유속 측정 장치 (7)에 연결하였다. 물 스트림 (5) 및 실질적으로 무수인 유체 스트림 (2) (다수의 스트림일 수 있음)을 별개의 라인들이 만나는 접합 지점 (8)에서 합쳐졌다. 합쳐진 스트림 (9)을 에멀젼을 생산하도록 전단 수단 (10)에 공급하였고, 이어서 합쳐진 스트림 (9) (물/무수 혼합물)의 총 배출량 및 전단 수단 (10)을 나가는 재활용 스트림 (에멀젼) (13)을 측정하는 제2 유속 측정 수단 (11)을 통하였다. 전단 수단을 나가는 스트림은 두 개 별개의 스트림 (12)으로 갈라졌고, 한 스트림 (14)은 조절기 수단 (15)을 통해 생성물 저장 탱크 (16)로 공급된다. 제2 스트림 (13)은 조절기 수단 (17)을 통해 재순환 또는 재활용되고, 전단 수단 (10)으로 돌아온다. 조절기 수단 (17)을 전단 수단을 통해 돌아가는 재순환 또는 재활용 스트림 (13)을 완전히 차단하는 데 사용할 수 있다.
또 다른 조절기 수단 (15)은 저장/생성물 탱크 (16)로 가거나 저장 탱크가 없는 경우, 생성물이 세척기로 바로 가는, 총 생성물 (물 + 실질적으로 무수인 에멀젼)의 부피를 제어한다.
한 실시양태에서, 펌핑/조절기 수단 (18)을 브라운스톡 세척기 (19)로 가는 세척 보조제의 양을 조절하는 데 사용할 수 있다.
한 실시양태에서, 임의적인 저장/생성물 탱크 (16)에서의 내용물을 탱크 교반기에 의해 에멀젼 안정성을 유지하도록 교반할 수 있다.
또한 또 다른 실시양태에서, 생성물 스트림 (14) 또는 저장/생성물 탱크 (16)의 내용물은 스트림 (20)을 통하여 전단 수단 (10)으로 재활용될 수 있다. 이 재순환 루프로 돌아가는 생성물의 양은 조절기 수단 (21)으로 제어될 수 있고 따라서 전단 수단 (10)으로 돌아가는 생성물의 양을 조절한다.
실질적으로 무수인 유체를 펌핑하는 것에 추가로, 펌핑/조절기 수단 (3)은 물의 유속이 제어 수단 (6)에 의해 조절되는 동안 무수인 유체의 유속을 제어한다. 펌핑 수단 (3) 및 결합 조절기 수단 (6) 및 유량 측정 수단 (7)을 사용하여 두 별개의 공급물의 유속 (물 (4) 및 실질적으로 무수인 유체 (1))을 정의할 수 있다.
상이한 배열은 상기 주어진 일반적인 기재로부터 예상된다. 예를 들어, 전단 수단 (10)은 실질적으로 무수인 유체 및 물이 서로 접촉하는 접합 지점 (8)에 위치할 수 있다. 이 경우 그 다음의 전단 수단 (10) 및(또는) (18)은 재순환 라인 (13) 및(또는) (20)이 합쳐진 스트림 (9)으로 돌아오는 곳 후에 위치할 수 있다.
또 다른 배열에서, 생성물 스트림 (14)은 조절기 수단 (15)으로부터 브라운스톡 세척기 (19)로 직접 간다.
또 다른 배열에서 재활용 스트림 (13) 및 (20)은 동시에 작동할 수 있고 이에 따라 두 재활용 스트림을 동시에 전단 수단 (10)으로 가져온다.
실시예 4
실리콘 수지 44 부, 100cSt 실리콘 유체 44 부 및 실리콘 폴리에테르 12 부와 에멀젼화제로서 에톡시화 알콜 4 부를 혼합하여 실질적으로 무수인 조성물을 제조하였다.
재생 터빈 펌프 (벅스, 모델 3CT5M)를 전단 수단 (10)으로, 조절 수단 (스웨즈락(Swagelok) 스테인레스 스틸 인테그랄 보닛 니들 밸브, 0.73 Cv, 1/2 인치 스웨즈락 튜브 피팅, 조절 스템(regulating stem); 파트 SS-1RS8호) (6) 및 (17)을 물 (4)의 유량을 조절하는 데 사용하였고, 생성물 스트림 (14) 및 재활용 에멀젼 (13) 각각은 완전히 개방된 것이고, 유량계 (6) (1/2 인치 FNPT PVC 피팅이 있는 VWR FRA700 듀얼-스케일 유량계, 카탈로그 97004-876호)로 10.5 리터/분인 터빈 펌프를 통한 총 유속을 측정하였다. 조절 수단 (15) 상의 설정을 바꾸는 것에 의해, 유속 측정 수단 (11)을 통하여 총 유속을 바꾸는 것 없이 생성물 스트림 (14)의 유속을 다르게 하였다. 총 유량으로부터 뺀 생성물 유량은 재활용 유속 (라인 13을 통한)이기 때문에 약 78 % 내지 92 %로 조절 수단 (15)을 조절함에 의해, 재활용 비를 바꾸는 것이 가능하였다. 실질적으로 무수인 유체의 유속을 계량 펌프 (3)로 생성물에서 실질적으로 무수인 유체의 %가 3 %로 유지되도록 제어하였다. 한 실험에서 재순환 스트림을 차단하기 위해 유량계 (17)를 닫았다. 샘플은 단일 패스로 재생 터빈 펌프를 통과하였다. 총 유속은 유량 조절기 (6)를 통하는 물 유량을 감소시킴에 의하여 조절하였다. 각각의 런에 대하여, 생성물 스트림 (14)으로부터 취한 샘플을 상기 설명한 호리바 시험을 사용하여 액적 크기를 측정하였다. 표 3은 재활용 비가 상기 공정에 의해 생성된 에멀젼의 액적 크기에 어떻게 영향을 미치는지 보여준다.
Figure 112016074767844-pct00006
데이터는 중앙값 액적 크기가 높은 재활용 비에서는 둔감한 반면에, 재활용이 완전히 차단될 때 액적 크기는 증가하고 유속에 의존하며, 이는 생성물 요구가 시간에 따라 달라질 수 있는 커스터머 현지에서 정상 작동에 도움이 되지 않는다는 것을 분명히 보여준다.
실시예 5
실시예 1에서 기재된 조성물로 실질적으로 무수인 유체를 제조하였다. 재활용 비가 86 %로 유지된, 실시예 4에서 기재한 것과 동일한 방법으로 에멀젼 생성물을 제조하였다. 활성 물질의 세 개의 상이한 수치로 에멀젼을 얻도록 계량 펌프 (1)를 사용하여 무수인 유체 유속을 다르게 하였다.
표 4에 보여진 제제를 사용하여 제2 통상적인 에멀젼을 만들었다.
Figure 112016074767844-pct00007
통상적인 제제에서 활성 성분 - 실리콘 컴파운드, 실리콘 유체 및 실리콘 폴리에테르는 실질적으로 무수인 유체를 제조하는 데 사용된 것과 동일하였다. 계면활성제 1 및 2는 실리콘 액적을 분산하는 데 필요한 비이온성 계면활성제이고, CMC (카르복시메틸셀룰로오스) 및 크산탄 검은 통상적인 에멀젼의 안정성을 유지하는 데 필요한 두 점성화 중합체이다. 표 4에서의 제제를 합하여 에멀젼 15.5 % 활성 농도를 제조하였다.
실질적으로 무수인 유체와 도 1에서 나타낸 장비로 만들어진 세 에멀젼을 활성 고체 수치에 대해 측정하였고, 이의 값은 4.5 % (에멀젼 1), 4.3 % (에멀젼 2) 및 4.1 % (에멀젼 3)이었다. 25 ppm의 수치에서 흑액에 첨가될 때 이것 각각으로 별개의 거품 측정을 하였다. 흑액에서 활성 수치가 흑액에서 에멀젼 1, 2 및 3의 각각의 수치에 일치한, 세 개의 별개의 실험에서 거품 측정으로 통상적인 에멀젼을 또한 평가하였다. 도 2는 어떠한 소포제도 없는 흑액에 상대적으로 상이한 소포제 에멀젼을 갖는 흑액의 거품 경향을 보여준다.
모든 경우에서 활성의 첨가는 새로 제조된 에멀젼으로부터이거나 통상적인 에멀젼 제제로부터이든, 거품을 형성하기 위한 흑액의 능력을 감소시킨다. 즉, 소포제가 없는 흑액에 상대적으로 거품을 만드는 데 오래 걸린다. 더욱이, 소포의 효능 (또는 거품을 형성하려는 줄어든 경향)은 흑액에 첨가된 활성 성분의 양이 동일할 때 조차도, 증점제로 만들어진 통상적인 에멀젼과 비교하여 현재 발명에 의해 만들어진 에멀젼이 더 크다는 것을 보여준다. 따라서, 현재 발명에 따라 에멀젼을 만들고 사용하는 방법은 점성화제로 통상적인 방법에서 만들어진 에멀젼의 성능보다 우월하다. 만약 증점제가 통상적인 방법의 제조에서 제거되었다면, 이의 소포 성능은 아마도 현재 발명과 유사할 것이다. 그러나, 기름 및 물의 순간적인 분리 때문에, 에멀젼은 매우 짧은 수명을 가질 것이다. 따라서, 현재 발명에 따라, 에멀젼의 불안정성을 피하도록 생성물을 되도록 빨리 세척기에 공급하는 것이 바람직하다.
실시예 6
실시예 6에서와 같이, 점성화제로 만들어진 통상적인 소포제 1 ml 방울을 85 ℃에서 흑액의 500 ml 컨테이너에 떨어뜨렸다. 소포제 방울은 생성물의 1 ml 방울 내 갇힌 활성 성분의 미세 액적과 함께 1 시간에 걸쳐 흑액에 온전한 상태로 남았다.
비슷한 연구를 현재 발명의 에멀젼을 사용하여 수행하였고, 어떠한 증점제의 존재 없이 활성 성분을 물에 분산시켰다. 생성물의 1 ml 방울은 흑액의 표면 상 퍼지는 활성 성분의 미세 액적과 함께 흑액에서 빠르게 소멸되었다.
상기 실시예는 생성물에 장기간 안정성을 제공하는 데 사용되는 점성화제가 흑액 시스템 내 이의 분산시키는 능력에 불리하다는 것을 입증한다.
실시예 7
실시예 4에 기재된 것과 같이 실질적으로 무수인 유체를 제조하였다. 도 1 및 실시예 4에 따른 상기 장비를 소포제 에멀젼을 만드는 데 사용하였다. 계량 펌프에 의해 제어되는, 실질적으로 무수인 유체 유속 대 물 유속의 비는 활성 종의 5 % 농도로 에멀젼이 달성되도록 조절되었다. 생성물의 생성물 탱크로의 유속을 300 ml/분으로 제어하였다. 원심 펌프로부터 총 유속 배출량을 로터미터 (12)에 의해 10 리터/분으로 측정하였다. 따라서 재활용 비를 0.97로 계산하였다. 생성물 탱크를 처음에 45 센티미터 (cm)의 높이까지 에멀젼으로 채웠고, 이어서 탱크 내에서 일정한 높이를 유지하기 위해, 탱크로의 유속과 동등한 유속으로 튜브 펌프에 의해 탱크로부터 생성물을 제거하였다. 175 rpm의 속도에서 회전하는 축에 부착된 프로펠러로 탱크의 내용물을 교반하였다. 정상 상태 작동을 150 분의 기간 동안 수행하였다. 생성물 탱크 (8)로부터 및 탱크의 배출구 (9)로부터 샘플을 취하였다. 각각의 샘플에 대한 에멀젼의 액적 크기를 측정하는 데 호리바 LA-300을 사용하였다.
제2 작동에서, 생성물 유출량을 300 ml/분으로 유지하는 동안, 탱크로의 생성물 유속을 2 리터/분으로 제어하였다. 그 결과로서 탱크 수위가 25 분 내 빈 것에서부터 45 cm까지 증가하였고, 이 지점에서 물 유량을 막고 계량 펌프를 꺼서 탱크로의 생성물 유량을 멈췄다. 생성물은 수위가 10 cm로 떨어질 때까지 계속해서 탱크로부터 흘러나왔고, 그 후에 탱크로의 생성물 유량이 재개된다. 정상 상태 모드에서와 같이, 탱크의 내용물을 교반하였다. 이 작동의 모드를 배치 모드라 부르고, 탱크에서 나가는 생성물로부터 시간이 흐름에 따라 취해진 샘플로, 세 사이클 동안 수행하였다.
도 3은 정상 상태 모드 및 연속적인 모드 모두에 대해 시간의 함수로서 생성물 스트림으로부터 샘플링된 에멀젼의 중앙값 액적 크기를 보여준다. 이 실시예는 본 발명에 의해 공급되는 에멀젼의 품질은 작동의 모드와 상관 없이, 시간이 흐름에 따라 일정하다는 것을 입증한다.

Claims (21)

  1. - 하나 이상의 실질적으로 무수인 유체(들) 또는 조성물(들)과 물을 혼합하는 단계;
    - 하나 이상의 실질적으로 무수인 유체(들) 또는 조성물(들) 및 물을 5000 s-1 이상의 전단 속도를 갖는 전단 수단으로 전단하여 에멀젼을 생산하는 단계; 및
    - 브라운스톡 세척 작동으로 에멀젼을 운반하는 단계
    를 포함하고, 상기 하나 이상의 실질적으로 무수인 유체(들) 또는 조성물(들)은 # 6 스핀들(spindle)로 25 ℃에서 측정될 때 70,000 센티푸아즈 (cps) 미만의 브룩필드 점도를 갖고, 에멀젼은 에멀젼 제조의 8 시간 이내에 브라운스톡 세척 용기로 운반되는 것인, 셀룰로오스 완성지료(cellulosic furnish)의 세척 방법.
  2. 제1항에 있어서, 하나 이상의 실질적으로 무수인 유체(들) 또는 조성물(들) 대 물의 비가 1:1 내지 1:100인 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 에멀젼의 물 부분의 점도가 10 배 이하로 증가하는 것인 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하나 이상의 실질적으로 무수인 유체 또는 조성물은 실리콘 수지를 포함하는 것인 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하나 이상의 실질적으로 무수인 유체 또는 조성물은 실리콘 폴리에테르를 포함하는 것인 방법.
  6. 제5항에 있어서, 실리콘 폴리에테르의 폴리에테르 부분이 프로필렌 옥시드 및 에틸렌 옥시드의 혼합물인 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하나 이상의 실질적으로 무수인 유체 또는 조성물은 에멀젼화제를 포함하는 것인 방법.
  8. 제7항에 있어서, 에멀젼화제는 HLB>5를 갖는 것인 방법.
  9. 제7항에 있어서, 에멀젼화제의 양이 총 에멀젼의 1 중량% 내지 10 중량%인 방법.
  10. 제7항에 있어서, 에멀젼화제가 에틸렌 옥시드 및 프로필렌 옥시드의 트리블록 공중합체, 에톡시화 지방산 및 지방 알콜, 에톡시화 소르비탄 에스테르와 지방 알콜, 설포네이트, 카르복실레이트 및 설페이트 종을 갖는 음이온 계면활성제, 실리콘 폴리에테르에서 선택되는 것인 방법.
  11. 제7항에 있어서, 에멀젼화제가 에톡시화 알콜인 방법.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하나 초과의 실질적으로 무수인 유체들 또는 조성물들이 물과 혼합하기 이전에 혼합되는 것인 방법.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하나 초과의 실질적으로 무수인 조성물의 공급 속도의 비가 브라운스톡 세척 작동에서 필요로 하는 소포 및 배수의 양으로 정해지는 것인 방법.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서, 실질적으로 무수인 조성물의 총량이 총 에멀젼의 1 중량% 내지 30 중량% 또는 5 중량% 내지 20 중량%를 구성하는 것인 방법.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전단 수단을 나가는 에멀젼의 총량의 10 % 이상, 50 % 이상 또는 90 % 초과가 브라운스톡 세척기에 에멀젼을 공급하기 이전에, 전단 수단을 통해서 재활용되는 것인 방법.
  16. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전단 수단으로부터 얻어지는 에멀젼이 교반이 있거나 없이, 저장 용기에 일시적으로 저장되는 것인 방법.
  17. 제16항에 있어서, 일시 저장에서 에멀젼의 10 % 이상, 50 % 이상 또는 90 % 초과가 브라운스톡 세척기에 운반되기 전에 전단 수단을 통해서 재활용되는 것인 방법.
  18. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전단 수단은 원심 펌프인 방법.
  19. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전단 수단은 레이스웨이 내 임펠러를 포함하는 터빈 펌프인 방법.
  20. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전단 수단은 단일 또는 다단계 균질화기인 방법.
  21. 삭제
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Lieberman Scott and Tabibi phase into the other by feeding it into the vicinity of the mixing/dispersing element. In this way, the phase being added is quickly dispersed into the continuous phase. Although it is widely accepted that the higher the shear rate produced by the mixer the smaller the droplets and, hence, the more stable the emulsion, there is a major prob-lem that must be avoided if good results are to be obtained with high-speed mixing equipment. Every effort should be made to avoid incorporating air into the mix. Air forms a third phase that could ruin emulsion stability in a number of ways. Air usu-ally reduces the viscosity. The addition steps should be organized such that the impel-ler of the mixture is always submerged deeply enough to avoid surface turbulence or splashing. The arrangement of the mixer angle and/or baffles should avoid vortexing. Another alternative is to perform all of the emulsion-making steps in a vacuum-pro-cessing vessel. An additional method is to premix the components at low speeds and shear rates and then subsequently execute the high-shear portion of the process with in-line equipment in the absence of air. In short, aeration should be avoided. Sometimes the direct approach is not the most effective one. When one phase is first added to another, the small amount of liquid being added forms the internal phase. If more of this liquid is added there comes a point where the continuous phase loses its ability to hold all of the internal phase and the emulsion inverts to the opposite type, eg, from O/W to W/O. Since it has been found that this practice (phase inversion) can yield small droplet sizes, this method is widely used in batch processing. To ex-ecute this maneuver, one needs to begin mixing with only a small amount of liquid in a batch that will later increase to usually more than four times the starting volume. Therefore, the mixer has to extend well to the bottom of the vessel. One way to avoid this small volume of starting liquid is by using an in-line mixer in a recirculation loop attached to the main mixing vessel as illustrated in Fig. 5. The initial phase is recirculated through the in-line high mixer and the phase to be inverted is then carefully metered directly into the recirculation line. This avoids Fig. 5 In-line mixer in recirculation loop to kettle.
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