NO341128B1

NO341128B1 - Fremgangsmåte for å kontrollere skum i et cellulose- og papirproduksjonssystem omfattende at det tilsettes en olje-i-vann emulsjon

Info

Publication number: NO341128B1
Application number: NO20073397A
Authority: NO
Inventors: Eric Oswaldo Fernandez; Huai N Cheng; John M Sheepy
Original assignee: Solenis Technologies Cayman Lp
Priority date: 2004-12-10
Filing date: 2007-07-02
Publication date: 2017-08-28
Also published as: CN101103068A; ES2389492T3; AU2005313960B2; US7893115B2; US20060128816A1; AU2005313960A1; BRPI0518965A2; CN101103068B; WO2006063235A9; WO2006063235A1; PL1819763T3; BRPI0518965B1; NO20073397L; MX2007006734A; EP1819763A1; NZ555696A; CA2589496A1; CA2589496C; EP1819763B1; PT1819763E

Description

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

Oppfinnelsesområde

Denne oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for å kontrollere skum i cellulose- og papirproduksjonssystemer som anvender olje-i-vannemulsjoner som antiskummidler. Antiskummidlet omfatter en oljeblanding (av en blanding av triglyceridoljer og silikon), et stabiliserende middel (for å gjøre oljeblandingen stabil i emulsjonen), hydrofobe partikler, surfaktanter, dispergeringsmidler og andre komponenter. Emulsjonen er brukbar direkte i lave konsentrasjoner for å kontrollere skum.

Beskrivelse av beslektet teknikk

Antiskummidler trengs innenfor cellulose- og papirfabrikker for 1) å redusere uønsket skum og dermed forbedre vanndreneringen fra massematten, 2) minimere tap av prosesskjemikalier og 3) øke utstyrskapasiteten. Fortsatt forbedring av antiskum-middelteknologien er meget ønskelig, spesielt med hensyn til kostnadseffektivitet, overholdelse av miljøreguleringer, og reduksjon av uønskede forurensninger i cellose-og papirprodukter.

Blant antiskumanvendelser er cellulose- og papirfabrikkanvendelser som involverer svartlut ansett som de mest krevende. Kraft-svartlut forefinnes i forskjellige konsentrasjoner og sammensetninger i forskjellige Kraft-fabrikker og kan endog være forskjellig ved forskjellige trinn innenfor den samme fabrikk. For illustrasjon kan Kraft-svartlut inneholde 33% lignin, 27% organiske syrer, 23% uorganiske komponenter, 6% ekstraktiver (som for eksempel treharpikser, fett- og harpikssyrer, di- og triglycerider, sterylestere, steroler etc.) og 11% bundet natrium. Mange av disse komponenter (som for eksempel fettsyrer, lignin og treharpiksfraksjoner) er naturlige skumstabilisatorer. Bemerk at fettsyrene og harpikssyrene er i forsåpet/saltform ved den alkaliske pH av svartluten. I tillegg adderer kjemiske tilsetningsstoffer også til surfaktantinnholdet, spesielt i papirfabrikken. Partikler, som for eksempel papirfinstoff og fyllstoffer kan også stabilisere skum under noen betingelser. Videre medfører svartluten i fabrikken høye temperaturer og høy pH.

Ytterligere cellulose- og papirfabrikkanvendelser av antiskummidler inkluderer deres bruk i sulfittmasseprosessen og i effluent- og annen vannbehandling. For mange av disse anvendelser kan bruken av triglyceridoljer være spesielt attraktiv på grunn av at anses å være mindre giftige og mer "grønne" enn andre oljer. Antiskummidler anvendt innenfor cellulose- og papirfabrikkanvendelsene kan også anvendes for andre ikke-matvareindustrielle anvendelser.

Mens mange antiskummidler er kjent, er de mest effektive cellulosefabrikk antiskummidler olje-i-vannemulsjoner basert på silikon. I en olje-i-vannemulsjon utgjør vann den kontinuerlige fasen. Et forenklet silikonantiskummiddel for cellullose-fabrikkanvendelser består av fire komponenter: 1) vann, 2) silikon, 3) hydrofobe silikapartikler og 4) et eller flere dispergeringsmidler, surfaktanter og tilsetningsstoffer. Innenfor dette generelle skjemaet er en rekke forskjellige antiskummiddelformuleringer mulig som er forskjellige i sammensetningen eller funksjonaliteten, antallet av komponenter, karakteren av de valgte materialer og produksjonsprosessen.

Antiskummiddelemulsjoner er vanskelig å fremstille og krever spesifikke blandinger og prosesser for å produsere stabile emulsjoner. Hvis emulsjonen "brytes" og faseseparasjon foregår, minsker antiskummidlet i effektivitet i tillegg til problemet med forurens-ning og deponidannelse. En vellykket antiskummiddelemulsjon må derfor tilfredsstille kravet til skumminimering og emulsjonsstabilitet. Den må også være mikrobiologisk inert. I tillegg, hvis antiskummiddelemulsjonen kan forbedre drenering, har den en forøket verdi.

WO 00/61077 A vedrører en flytende dispersjon polymerblanding som omfatter hydrofile polymer mikropartikler som er dispergert i en di- eller triglyceridoljebærerfase. Sammensetningene anvendes som et fortykningssystem, særlig for anvendelse i personlige pleie og farmasøytiske formuleringer.

EP 0 559 319 A beskriver en olje-i-vann emulsjon egnet for å fremstille UV-absorberende solkremer og lotions. Oljefasen kan omfatte triglyseridestere eller silikonoljer og emulgeres i en vandig fase som ytterligere omfatter metalloksidpartikler.

EP 0 523 418 A vedrører olje-i-vann krem sammensetninger som inneholder vesikuløse komponenter slik som liposomer.

JP 03044322 A beskriver en indometacinholdig mikroemulsjon formulering som omfatter en oljefase som eventuelt inneholder triglycerider eller flytende parafin og en vandig fase som er emulgert ved en hydrofil surfaktant.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

Denne oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for å kontrollere skum i et cellulose- og papirproduksjonssystem omfattende at det til et cellulose- og papirfremstillingssystem tilsettes en olje-i-vann emulsjon, kjennetegnet ved at olje-i-vann emulsjonen omfatter:

a) en oljeblanding omfattende silikon og minst en triglyceridolje,

b) et stabiliserende middel valgt fra fosfolipider og modifiserte silikonprodukter,

c) hydrofobe partikler valgt fra etylenbistearamidpartikler, naturlige og syntetiske vokspartikler og hydrofobe silikapartikler, og

d) surfaktanter og/eller dispergeringsmidler, og

hvori silikoninnholdet er mer enn 2,5 vekt-% av den totale vekt av emulsjonen og hvori

oljeblandingen, det stabiliserende middel og surfaktantene og dispergeringsmidlene har flashpunkter 60°C eller høyere.

I tillegg kan andre bestanddeler som fortykningsmidler og biocider eventuelt tilsettes. Alle funksjonelle emulsjonskomponenter, for eksempel triglyceridoljer, blandinger av triglyceridoljer, silikonoljer, silikonmaterialer, stabiliserings- eller pålitelighetsgjørende midler, surfaktanter og dispergeringsmidler, har flashpunkter på mer enn 60°C eller høyere.

Eventuelt foretas pH-regulering på den skumfjernende middelemulsjonen ved bruk av syre eller base, til en ønsket pH for å forbedre emulsjonsstabiliteten.

"Flashpunkt" betyr den minimumstemperatur ved hvilken en væske avgir damper inne i en testbeholder i tilstrekkelig konsentrasjon til å danne en antennbar blanding med luft nær overflaten av væsken, og skal bestemmes ved bruk av passende testmetoder. For væsker med en viskositet mindre enn 45 SUS ved 37,8°C, og som ikke inneholder oppslemmede faststoffer, og som ikke har en tendens til å danne en overflatefilm mens den er under test, er den passende testmetoden spesifisert i "Standard Method of Test for Flashpoint by Tag Closed Tester" (ASTM D-56-70) og bør anvendes for å bestemme flashpunktet. For væsker som har en viskositet på 45 SUS eller mer ved 37,8°C, eller som inneholder oppslemmede faststoffer, eller ha en tendens til å danne en overflatefilm under testen, er den passende testmetode spesifisert i "Standard Method of Test for Flashpoint by Pensky-Martens Closed Tester" (ASTM D-93-71) og bør anvendes ved å bestemme flashpunktet.

Fordelene ved antiskummiddelblandingen anvendt i den foreliggende oppfinnelsen inkluderer 1) minsket bruk av silikonolje eller silikonmateriale, 2) lavere omkostning og 3) mer gunstige miljøprofiler.

KORT BESKRIVELSE AV FIGUREN

Fig. 1 er en graf av overflatespenningen av blandinger av soyaolje-ricinusolje ved forskjellige konsentrasjoner.

DETALJERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

Alle mengder er angitt som vekt med mindre annet er angitt. Prosentandeler er gitt som vektprosentandel av total vekt. Forhold er angitt som vektforhold.

Antiskummidlene anvendt i den foreliggende oppfinnelsen vedrører olje-i-vann-antiskummiddelblandinger omfattende, en oljeblanding, et stabiliserende eller forlikeliggjørende middel for oljeblandingen, hydrofobe partikler, surfaktanter og/eller dispergeringsmidler, og andre komponenter i spesifikke prosesser for å danne olje-i-vannemulsjonen. Oljeblandingen omfatter en eller flere triglyceridoljer og et eller flere silikoner. Alle funksjonelle emulsjonskomponenter, for eksempel triglyceridoljer, blandinger av triglyceridoljer, silikonoljer, silikonmaterialer, stabiliserende eller f orlikeliggj ørende midler, surfaktanter og dispergeringsmidler har flashpunkter 60°C eller høyere.

Antiskummidlet kan anvendes for å kontrollere skum produsert i forskjellige cellulose-og papirindustrianvendelser.

Antiskummiddelemulsjonene er blandinger som erkarakterisertsom stabile olje-i-vannemulsjoner inneholdende 51 vekt-% eller mer vann. En nøkkelkarakteristikk av

disse antiskummiddelemulsj oner er anvendelsen av en oljeblanding, omfattende silikon, triglyceridolje og et stabiliserende middel, som er forlikelig med dannelsen av en stabil olje-i-vannemulsjon. Blandingen inneholder ikke noe hydrokarbonolje eller noen andre organiske løsningsmidler med flashpunkter 60°C eller høyere. Silikoninnholdet er minst omtrent 2,5 vekt-% basert på vekten av emulsjonen (foretrukket mer enn 5 vekt-%). Foretrukket inneholder blandingen to eller flere surfaktanter for å optimere egenskapene.

Som stabiliserende middel for triglyceridoljen og silikonet foretrekkes et fosfolipid; lecitin er mest foretrukket. For eksempel er metylestersoyaolje og silikonolje vanlig ikke forlikelige med hverandre (dvs. at de danner to separate faser). Tilsetningen av 1% lecitin øker forlikeligheten av metylestersoyaolje og silikonolje med omtrent 40%.

Antiskummiddelblandinger har anvendelse i kontrollen av skum i cellulose- og papirindustrianvendelser, foretrukket for å fjerne skum fra svartlut produsert i cellulosebehandlingen og for behandling av effluenrvann fra cellulose- og papirfabrikker.

Antiskummiddelblandinger fremviser flere ønskelige trekk, som anvendes selektivt for spesifikke sammensetninger som tilveiebringer kommersielt levedyktige produkter med gode resultater. Noen av de ønskelige trekk inkluderer 1) anvendelsen av oljeblandinger, omfattende en eller flere triglyceridoljer, og en eller flere silikonoljer eller silikonmaterialer, som resulterer i mer miljøvennlige blandinger og mindre dyre materialer; 2) hydrofobt silika og metoder for fremstilling av hydrofobt silika ved bruk av mer miljøvennlige materialer.

I olje-i-vannemulsjonen varierer sammensetningen av oljeblandingen fra omtrent 5 til 45% (foretrukket omtrent 15 til omtrent 40%), hydrofobe partikler i mengder fra omtrent 0,05 til omtrent 10,0% (foretrukket omtrent 0,2 til omtrent 5,0%), surfaktanter og/eller dispergeringsmidler fra omtrent 0,1 til omtrent 8,0% (foretrukket omtrent 0,2 - omtrent 4,0%, og foretrukket to eller flere surfaktanter og/eller dispergeringsmidler), eventuelt fortykningsmidler fra omtrent 0 til omtrent 5% (foretrukket omtrent 0 til omtrent 2%), og eventuelt biocider fra omtrent 0 til omtrent 5% (foretrukket omtrent 0 til omtrent 3%). Minimums silikoninnhold er omtrent 2,5 vekt-%, foretrukket omtrent 5 vekt-% eller mer. Vanninnholdet i emulsjonen er omtrent 51 vekt-% eller høyere. Alle emulsjonskomponenter har flashpunkter på 60°C eller høyere.

Med "triglyceridolje" er det definert å angi oljer fra plante- og animalske kilder, for eksempel animalsk fett, soyaolje, maisolje, ricinusolje og deres blandinger. Også inkludert er modifiserte vegetabilske oljer, for eksempel metylester av soyaolje, og etylester av soyaolje. Triglyceridoljeblandingene anvendt heri er forlikelige og faseseparerer ikke. To oljer kan således blandes i et hvilket som helst vektforhold. For eksempel vil en blanding av soyaolje og ricinusolje ha det foretrukne vektforhold på omtrent 96:4. For en blanding av metylestersoyaolje og ricinusolje er det foretrukne vektforholdet omtrent 90:10.

Den følgende terminologi anvendes for de silikonholdige substanser:

1. "Silikonolje" refererer bare til silikonolje omfattende primært polydimetylsiloksan, som for eksempel Dow Cornings 200 fluider (Dow Corning Corporation, Midland Michigan) eller General Electric's SF 96 fluider (Qilton, CT). 2. Modifisert silikonprodukt, for eksempel et podet eller tverrbundet silikonpolymert system. Et eksempel er silikonpolyeteren med den følgende struktur:

hvor X er polyeter, som for eksempel poly(etylenglykol), poly(propylenglykol) eller kopolymerer. Mange av disse modifiserte silikonprodukter har overflateaktive egenskaper og er silikonsurfaktanter. 3. Formulert silikonprodukt. Dette inneholder en formulert blanding som omfatter en eller flere silikonoljer (som ovenfor), modifiserte silikonprodukter (som ovenfor) og silika eller hydrofobt silika. 4. "Silikonmateriale". Denne betegnelse refererer til modifisert silikonprodukt (som ovenfor) og/eller formulert silikonprodukt (som ovenfor). 5. "Silikon". Denne betegnelse refererer til silikonolje og/eller modifisert silikonprodukt (som ovenfor) og/eller formulert silikonprodukt (som ovenfor).

Det anvendte silikon omfatter fra omtrent 0-99 vekt-% silikonolje (foretrukket omtrent 0,5-80%), omtrent 0-30 vekt-% modifiserte silikonprodukter (foretrukket omtrent 0,2-10%), og omtrent 0-60 vekt-% formulerte silikonprodukter (foretrukket omtrent 0,2-45%). Den totale mengde av silikonolje, modifiserte silikonprodukter og de formulerte silikonprodukter må være omtrent 99% av det anvendte silikon. Noen eksempler på modifiserte silikonprodukter er Dow Cornings Q2-5247, Dow Cornings 3581 Performance Modifiser, Dow Cornings 3580 Performance Modifier, Dow Cornings 5329 Performance Modifier, Dow Cornings 2-5573 Performance Modifier (fra Dow Corning Corporation, Midland, MI), "ICM" 14P, "ICM" 884 og "ICM" 280B (fra ICM, Cassopolis, MT), SF1188A, DA 40 og DA 33 (fra GE Silicones, Wilton, CT). Noen eksempler på formulerte silikonprodukter er "Pulpsil" 160 C og "Pulpsil" 330C (fra Wacker), "Antifoam A", "Pulpaid" 2000, "Pulpaid" 3000, "Pulpaid" 3379, "Pulpaid" 3500, "Pulpaid" 3550, "Pulpaid 3056, "Pulpaid" 3600, "Pulpaid" 3754 og "Pulpaid" 3990 (alle fra Dow Corning Corporation, Midland MI) og "Defoamer" S-409-4 (fra DeBourg Corp., Chicago, 111.).

Betegnelsen "stabiliseringsmiddel" refererer til et hvilket som helst materiale anvendt i små mengder som minsker tendensen av triglyceridoljen og silikonet til å separere i to faser i en emulsjon. Stabiliseringsmidlet inkluderer derfor et middel som kompatibili-serer silikonet og triglyceridoljen for å danne en enkel fase. Det foretrukne stabiliseringsmidlet er et fosfolipid. Det mest foretrukne stabiliseringsmidlet er lecitin. Et annet eksempel på stabiliseringsmiddel er et modifisert silikonprodukt.

Betegnelsen "fortykningsmiddel" refererer til et polymert materiale som i en lav konsentrasjon øker viskositeten av en vandig oppløsning og hjelper til med å stabilisere emulsjonen. Eksempler på fortykningsmidler er hydrofobt modifisert hydroksyetyl-cellulose (HMHEC), hydrofobt modifisert alkalioppløselig emulsjonspolymer (HASE), hydrofobt modifisert uretan-etoksylatharpiks (HEUR), xantangummi, guargummi, metylcellulose og karboksymetylcellulose.

Triglyceridoljen og silikonet danner en oljeblanding. Det stabiliserende middel tillater at oljeblandingen forblir stabil i emulsjonen. Vektforholdet mellom silikonet og triglyceridoljen varierer og kan være fra omtrent 6:94 til omtrent 90:10 og et foretrukket område er fra omtrent 14:86 til omtrent 84:16. Vekten av stabiliseringsmidlet er foretrukket over omtrent 0,1% og mer foretrukket over omtrent 0,5% basert på vekten av oljeblandingen. Vekten av det stabiliserende midlet er foretrukket over omtrent 10% og mer foretrukket over omtrent 6,0% basert på vekten av oljeblandingen. Vekten av det stabiliserende middel er foretrukket under omtrent 10% og mer foretrukket under omtrent 6,0% basert på vekten av oljeblandingen.

I en utførelsesform inneholder antiskummiddelemulsj onen en "basisolje"-blanding, omfattende triglyceridolje og en silikonoljeblanding. I denne utførelsesformen er vektforholdettriglyceridolje:silikonolje fra omtrent 33:67 til omtrent 50:50. Basisoljen sammen med et stabiliserende middel blandes med surfaktanter og/eller dispergeringsmidler og vann til å danne en antiskummiddelemulsj on. Denne formulering er å sammenlignes med en antiskummiddelemulsj on hvor basisoljen er fremstilt fra silikonkomponenter, uten triglyceridoljen (eller fettsyreestere) og stabilisator. Alle andre bestanddeler forblir de samme. Ved bruk av blandingen og prosessen beskrevet hermed ble antiskumeffektiviteter oppnådd for antiskummiddelemulsj onene som grovt sett var ekvivalente til silikonskumfjerningsmidlet hvori basisoljen ikke inneholder triglyceridolje.

Et minimum på 2,5% silikon (i tillegg til triglyceridolje) anvendes for et effektivt antiskummiddel. Uten å ønske å være bundet av noen teori, antas det at en minimumsmengde silikon tilveiebringer forbedring av i det minste to grunner: 1) lav overflatespenning og 2) hurtig transport av silikapartiklene. Forskjellige silikonoljer eller silikonmaterialer kan anvendes for å frembringe gunstige resultater. Emulsjonssystemet som omfatter en balansert blanding av komponenter (hydrofobe partikler, silikon, triglyceridolje, fosfolipid, surfaktanter, vann og andre mindre komponenter) er da i stand til effektivt å redusere skum.

Hydrobe silikapartikler er de foretrukne hydrofobe partikler i emulsjonsblandingen. Eksempler på hydrofobe partikler inkluderer, men er ikke begrenset til etylenbistearamid, naturlige eller syntetiske voksarter og hydrofobt silika.

Det hydrofobe silika har eventuelt en bimodal fordeling av partikkelstørrelser, med gjennomsnittlige størrelser av partiklene på omtrent 2 um og 110 um. Hydrofobt silika kan fåes i handelen, for eksempel "Aerosil" R972 fra Degussa Corporation (Parsippany,

NJ).

Typisk kan hydrofobt silika produseres ved varmebehandling av en godt blandet blanding av silikapartikler og en eller flere silikonoljer (eller alternativt ved å behandle silikapartiklene med reaktive silaner) ved en foreskrevet høy temperatur. En variasjon er å anvende en silikonholdig surfaktant, helt eller delvis, i stedet for silikonoljen i den ovennevnte varmebehandling. Alternativt kan en triglyceridolje påføres på overflaten av silikapartiklene for å produsere et hydrofobt silika.

Tradisjonelt er anvendte hydrofobe silikamaterialer basert på silikonolje varmebehandlet på silika. Det er overraskende blitt oppdaget at det er mulig å bake triglyceridoljer på silika for å produsere hydrofobe silikamaterialer. Triglyceridoljer reagerer normalt ikke med silika. Når en triglyceridolje oppvarmes med silika i nitrogen eller under vakuum under 200°C, iakttas faktisk ingen vesentlig reaksjon. Det ble funnet at når silika belegges minimalt med enten soyaolje eller ricinusolje og oppvarmes i nærvær av luft ved omtrent 100°C til 200°C sammen med silikapartikler, reagerer oljen med silika. Uten å ønske å være bundet av teori, antas det at delvis oksidasjon av triglyceridoljen letter binding av triglyceridoljen til silikapartiklene og gjør silikapartiklene hydrofobe. Den foretrukne reaksjonstemperaturen er fra omtrent 120°C til 170°C, og mer foretrukket omtrent 150°C. De resulterende triglyceridolje-reagerte silikapartikler flyter på deionisert vann og dette indikerer deres hydrofobe karakter. Noen få korn av silika kan således anbringes på toppen av et beger deionisert vann. Hvis silikapartiklene synker, er de ikke hydrofobe. Hvis silikapartiklene flyter, er de hydrofobe.

Surfaktanter er en essensiell del av antiskummiddelemulsj onen. De bidrar sterkt til to funksjoner: 1) minimering av skum og 2) stabilisering av emulsjonen. I Kraft-cellulosekokeskum er skumlamellene stabilisert ved hjelp av naturlige skumstabilisatorer i svartluten (for eksempel fettsyrer, lignin og treharpiksfraksjoner). Surfaktanten fortrenger disse naturlige skumstabilisatorer og svekker derved eller bryter boblene. Med hensyn til den andre funksjon trenger en surfaktant å dispergere og stabilisere oljepartiklene i vann for å danne emulsjonen. Disse to funksjoner har forskjellige krav, og formuleringen omfatter foretrukket to eller flere surfaktanter.

De foretrukne surfaktantene er de ikke-ioniske typer. Noen eksempler inkluderer, men er ikke begrenset til sorbitanfettsyreester, glycerolfettsyreester, fettsyrepoly(alkylen-oksid)addukt, alkylalkohol poly(alkylenoksid)addukt, alkylfenol poly(alkylenoksid) addukt, poly(alkylenoksid) og silikonbaserte emulgeringsmidler.

Biocider anvendes eventuelt for å hjelpe til med å konservere emulsjonene. Eksempler på biocider inkluderer, men er ikke begrenset til natriumbenzoat, benzisotiazolin og 3,5-dimetyl-tetrahydro-l,3,5-2H-tiadiazin-2-tion (Biocide N-521, "Dazomet").

Passende prosesser er blitt funnet for å produsere emulsjoner med ønskede sammensetninger. I tillegg må emulsjonen være effektiv i skumkontroll, ha god fasestabilitet og være i stand til å bli beskyttet mot mikrobiologisk angrep ved bruk av et passende biocid.

Dette er en generell metode for fremstillingen av en antiskummiddelemulsj on. Metoden består i å tilsette hydrofobe partikler, som for eksempel hydrofobt silika, og et stabiliserende middel som for eksempel lecitin til oljeblandingen (triglyceridolje og silikon) ved en temperatur. Temperaturen kan være i området fra romtemperatur til 100°C og foretrukket er temperaturen fra 50°C til 90°C og mer foretrukket fra 60 til 80°C. Surfaktantene blir så tilsatt og blandet i en tidsperiode for å sikre god blanding mens temperaturen vedlikeholdes. Så snart blandingen er ensartet, blir ytterligere silikon (eventuelt) sakte tilsatt under fortsatt blanding og opprettholdelse av temperaturen. Deretter blandes vann med de hydrofobe partikler, stabiliseringsmiddel og oljeblanding til å danne en emulsjon. Eventuelt kan vannet inneholde et eller flere polymere fortykningsmidler. En ensartet dispersjon av et eller flere polymere fortykningsmidler fremstilles således først i vann ved romtemperatur før tilsetning for å danne emulsjonen. En typisk fortykningsmiddeloppløsning er generelt i en konsentrasjon på omtrent 1% basert på mengden av vann; konsentrasjonen vil imidlertid avhenge av det anvendte fortykningsmiddel. Fortykningsmiddeloppløsningen blandes ved bruk av en blander med en høy skjærkraft om nødvendig for å oppnå en jevn ensartet fortykningsmiddeloppløsning eller dispersjon. Fortykningsmiddeloppløsningen blir så tilsatt til de hydrofobe partikler, stabiliseringsmiddel og oljeblandingen. Ytterligere vann tilsettes sakte og temperaturen av emulsjonen tillates å synke. Det dannes en olje-i-vannemulsjon. Om nødvendig, kan en høyintensitetsblander anvendes for å forbedre ensartetheten av emulsjonen.

Det er blitt funnet at for lave silikoninnhold kan lave temperaturer, som for eksempel romtemperatur, anvendes. Hydrofobe partikler, som for eksempel hydrofobt silika, blandes i triglyceridolje ved romtemperatur og omrøres. Surfaktantene blir så tilsatt eventuelt etterfulgt av et eller flere polymere fortykningsmidler og biocid. Et stabiliserende middel som for eksempel lecitin blir så tilsatt, etterfulgt av en halvdel av silikonet under omrøring. Oppløsningen omrøres i en tidsperiode for oppnåelse av ensartethet og deretter tilsettes resten av silikonet. Vann blir så tilsatt meget sakte med kraftig omrøring. Den endelige emulsjon skal ha en jevn kremaktig tekstur. En fagkyndig kan fastslå hva en egnet temperatur ville være ved bruk av informasjonen heri.

De følgende eksempler tjener til å illustrere oppfinnelsen, idet deler og prosentandeler er angitt på vektbasis med mindre annet er angitt.

EKSEMPLER

Eksempel 1: Anvendelse av lecitin som stabiliserende middel

Flere produkter ble evaluert for å øke blandbarheten av soyaoljemetylester og silikonolje (tabell 1). Evalueringsprosedyren medfører tilsetningen av et rødt fargestoff (dvs. oljerødt O biologisk farge fra Sigma-Aldrich, St. Louis, MO) for å belyse triglyceridoljen i en triglyceridolje/silikonoljeblanding. Like mengder soyaoljemetylester og silikonolje (dvs. 25 ml av hver olje) blandes i en 100 ml glassbeholder. En 1 vekt-% konsentrasjon av et stabiliserende middel basert på vekten av oljeblandingen (for eksempel lecitin) ble tilsatt og blandet godt. Blandingene ble evaluert for blandbarhet etter en dag ved å måle separasjonslengden av topplaget med et målebånd. Blandbarheten er rapportert som en prosentvis sammenligning av produkt versus uten produkt.

Som det kan ses fra tabell 1, ble "Lecigran" 5750, et oljefjernet lecitinprodukt fra Riceland, funnet å være vellykket til å øke blandbarheten av silikonolje og soyaoljemetylester.

Tabell 1: Blandbarhet mellom triglyceridolje og silikonolje etter tilsetning av forskjellige stabiliserende og destabiliserende midler. En negativ % betyr større faseseparasjon; en positiv % angir mindre faseseparasjon sammenlignet med kontrollen

(dvs. ikke noe stabiliserende middel)

Eksempel 2: Overflatespenning for blandingene av triglyceridolje og silikonolje

Overflatespenning av forskjellige vegetabilske oljeblandinger ble målt med et Kruss Processor Tensiometer K12 (Kruss USA - NC). Dette utstyret måler overflatespenning ved hjelp av Wilhelmy-platemetoden. Metoden er vel kjent innenfor dette området og den består av en tynn platinaplate som henger ned fra armen av en vekt som dypper ned i en væske. Beholderen som inneholderl væsken senkes gradvis og kraften på vekten registreres ved løsningspunktet. Overflatespenningen beregnes fra løsningskraften, vekten og omkretsen av platen.

Det ble funnet at en 96%:4% blanding av soyaolje:ricinusolje genererte et minimum i overflatespenning (fig. 1). Et antall prøver som varierte i mengden av soyaolje og ricinusolje ble fremstilt (tabell 2). Skumcelleresultatene er vist i tabell 3. Antiskum-middeleffektivitetsevalueringen indikerte at den optimale antiskummiddelytelsen ble oppnådd ved et lavt ricinusolje:soyaoljeforhold, sannsynligvis 96% soyaolje og 4% ricinusolje. Denne verdien er i samsvar med miniums overflatespenningen.

Eksempel 3: Antiskummidler med triglyceridolje og silikonolje

Antiskummidler ble evaluert for deres skumfjerningseffektivitet på en skumcelle, bestående av en gradert laboratorietype "Nalgene"-sylinder, hvis bunn var modifisert med et tappehull for å tillate uttapping og resirkulasjon. For væskesirkulasjon ble svartlut pumpet fra bunntappeåpningen ved hjelp av en mekanisk pumpe (ved en konstant hastighet på 1800 opm) og svartluten ble pumpet tilbake til toppen av sylinderen. Kolonnetemperatur ble kontrollert ved bruk av isolasjon og varmebånd. Like volum av svartlut ble tilsatt til kolonnen for hver test, og temperaturen ble holdt konstant under hele testen (for eksempel 80°C). Skum ble generert ved innføring av luft via en åpen 6 mm nippel inn i resirkulasjonssløyfen. Volumet av skummet ble målt hver 15 sekunder i 5 minutter. Antiskummidlet ble tilsatt til svartluten umiddelbart før skumgenerering. I det minste en kontrollprosess ble foretatt hver dag hvor ikke noe antiskummiddel tilsettes. Skumcellebetingelsene ble regulert slik at kontrollforsøket ga et skumvolum ved 5 minutter (V5) på omtrent 2000 ml. For konsistens ble alle rapporterte verdier av skumvolum normalisert til V5= 1000 ml for kontrollforsøket for en gitt dag. I de rapporterte data er de normaliserte skumvolum ved 45 sekunder (Voji) og 5 minutter (V5) angitt.

Resultatene for to antiskummidler er vist i tabell 4. Blandingene er vist i tabell 5. Antiskummiddel Def-b inneholder 96:4 soyaolje:ricinusolje som triglyceridolje og 0,8% lecitin som det stabiliserende middel. Antiskummiddel Def-a inneholder silikonolje (1000 centistoke viskositet), men ikke noe triglyceridolje og lecitin. De to antiskummiddelemulsj oner gir sammenlignbar skumfjernende effektivitet. Selv om silikonoljen erstattes med soyaolje, ricinusolje og lecitin, er skumfjerningseffektiviteten således lignende.

Eksempel 4: Variasjoner i det hydrofobe belegg på silika

De hydrofobe silikamaterialer anvendt i de foregående eksempler er alle basert på silikonolje, se for eksempel US-patent 3.976.768 utstedt 5. februar 1963, varmebehandlet/bakt på silika. Dette viser at det er mulig å bake triglyceridoljer på silika.

Triglyceridoljer reagerer normalt ikke med silika. Når en triglyceridolje oppvarmes med silika i nitrogen eller under vakuum under 200°C, observeres faktisk ingen vesentlig reaksjon. Det ble oppdaget at når soyaolje eller ricinusolje oppvarmes i luft ved 150°C med silikapartikler i 3 timer eller lenger, reagerer oljen med silika. De resulterende vegetabilske olje-reagerte silikapartikler flyter på vann og indikerer deres hydrofobe karakter.

Eksempel 5: Prosess for fremstilling av et antiskummiddel

Et eksempel på en generell fremstilling av en antiskummiddelemulsj on er som følger. Hydrofobe partikler, for eksempel hydrofobt silika pluss lecitin tilsettes til triglyceridoljen (eller triglyceridoljeblanding) ved omtrent 70°C. Andre temperaturer kan anvendes mellom romtemperatur og 120°C avhengig av den spesielle anvendte formulering. En fagkyndig kan fastslå hvilken temperatur ville være best for deres spesielle formulering. Dernest tilsettes surfaktantene og blandes i 30 minutter under opprettholdelse av temperaturen ved omtrent 70°C. Så snart blandingen er ensartet, tilsettes silikonmaterialer sakte under fortsatt blanding og mens temperaturen opprettholdes ved omtrent 70°C. Separat fremstilles en ensartet dispersjon av et eller flere polymere fortykningsmidler i vann ved romtemperatur ved omtrent 1% konsentrasjon; det anvendes en blander med høy skjærkraft (for eksempel IKA T25 homogenisator, "Aerolatte" melkeskummer, eller "Tekmar" ultralyddisruptor om så behøves) for å oppnå en jevn ensartet oppløsning eller dispersjon. Denne blir så tilsatt til oljeblandingen. Ytterligere vann ved romtemperatur tilsettes sakte med sammenblanding. En god tilfredsstillende emulsjon burde være dannet når den er avkjølt til romtemperatur. Om det behøves, kan en høyintensitetsblander anvendes for å forbedre ensartetheten av emulsjonen.

Eksempel 6: Fremgangsmåte for fremstilling av et antiskummiddel

Denne romtemperaturprosess er egnet for et antiskummiddel med et lavere silikoninnhold. Generelt anvendes mindre enn omtrent 6% silikonmateriale basert på den totale emulsjon for denne prosess selv om høyere prosentandeler kan anvendes, som for eksempel 8, 10 eller 12%. En fagkyndig vil fastslå den prosent av silikonmaterialene som arbeider best i deres spesifikke formulering. Hydrofobt silika blandes inn i triglyceridolje ved romtemperatur og omrøres i 30 minutter. Surfaktantene blir så tilsatt etterfulgt av et eller flere polymere fortykningsmidler og biocid. Lecitin tilsettes, etterfulgt av en halvdel av silikonet med omrøring. Det omrøres i 15 minutter og deretter tilsettes resten av silikonet. Vann tilsettes meget sakte med kraftig omrøring. Den endelige emulsjon bør ha en jevn kremaktig tekstur.

Claims

1. Fremgangsmåte for å kontrollere skum i et cellulose- og papirproduksjonssystem omfattende at det til et cellulose- og papirfremstillingssystem tilsettes en olje-i-vann emulsjon,karakterisert vedat olje-i-vann emulsjonen omfatter: a) en oljeblanding omfattende silikon og minst en triglyceridolje, b) et stabiliserende middel valgt fra fosfolipider og modifiserte silikonprodukter, c) hydrofobe partikler valgt fra etylenbistearamidpartikler, naturlige og syntetiske vokspartikler og hydrofobe silikapartikler, og d) surfaktanter og/eller dispergeringsmidler, og hvori silikoninnholdet er mer enn 2,5 vekt-% av den totale vekt av emulsjonen og hvori oljeblandingen, det stabiliserende middel og surfaktantene og dispergeringsmidlene har flashpunkter 60°C eller høyere.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat emulsjonen ytterligere omfatter fortykningsmidler og biocider.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat mengden av oljeblandingen er fra 5 til 45 vekt-%, og mengden av de hydrofobe partikler er fra 0,05 til 10,0 vekt-% basert på den totale vekt av emulsjonen.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat oljeblandingen er fra 7 til 27 vekt-% av den totale vekt av emulsjonen og de hydrofobe partikler er fra 0,2 til 5 vekt-% av den totale vekt av emulsjonen.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat triglyceridoljen er en animalsk olje eller en vegetabilsk olje.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5,karakterisert vedat triglyceridoljen er valgt fra soyaolje, maisolje, ricinusolje, metylester av soyaolje, etylester av soyaolje og blandinger derav.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat silikonet er valgt fra silikonolje, modifisert silikonprodukt, formulert silikonprodukt og blandinger derav.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat det stabiliserende middel er lecitin.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat vektforholdet mellom silikonet og triglyceridoljen er fra 6:94 til 10:10.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat vektforholdet mellom silikonet og triglyceridoljen er fra 16:84 til 86:14.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat vekten av det stabiliserende middel er 0,1 til 10 vekt-% av oljeblandingen.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat vekten av det stabiliserende middel er 0,5 til 6,0 vekt-% av oljeblandingen.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 5,karakterisert vedat triglyceridoljen omfatter en blanding av soyaolje og ricinusolje med et vektforhold mellom soyaolje og ricinusolje på fra 80:20 til 98:2.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 13,karakterisert vedat vektforholdet er fra 90:10 til 95:5.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 5,karakterisert vedat triglyceridoljen omfatter en blanding av metylester av soyaolje og soyaolje.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat de hydrofobe partikler omfatter triglyceridolje belagte silikapartikler.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat cellulose- og papirfremstillingssystemet omfatter Kraft-svartlut og hvori emulsjonen tilsettes til Kraft-svartluten.

18. Fremgangsmåte ifølge krav 17,karakterisert vedat cellulose- og papirfremstillingssystemet omfatter effluentvann og hvori sammensetningen tilsettes effluentvannet.