一种天然脂肪醇乳液
技术领域
本发明涉及一种天然脂肪醇乳液,在造纸湿部中作为消泡剂添加可以起到良好的消泡、脱气作用。消泡剂是一种精细化学品添加剂,因此,本发明属于精细化学品技术领域。
背景技术
在造纸湿部中,根据不同纸种会使用施胶剂、助留剂、助滤剂、增强剂、脱墨剂具有表面活性的助剂,在白水封闭循环过程中很容易产生气泡,这些气泡的存在对纸张有很大的影响,使施胶度差、纸面出现斑点、透光点和小孔,甚至引起断纸,且容易使泵的运行效率下降,增加能耗。
脂肪醇乳液作为消泡剂用于造纸湿部的消泡、脱气,技术已经十分成熟。CN1295008C公开了用于倾向于形成泡沫的含水介质的防沫剂和/或脱气剂,油相含有至少一种化合物,包括至少12个碳原子的醇,烷氧基化脂肪醇,脂肪酸的单-、双-和三酸甘油酯,至少12个碳原子的羧酸与含有3-22个碳原子的1-3元醇的脂肪酸酯,沸点高于200℃的烃,含有12-22个碳原子的脂肪酸,3-硫杂链烷烃-1-醇,3-硫杂氧代链烷烃-1-醇,3-硫杂二氧代链烷醇和硫杂烷烃化合物的酯,并通过(i)至少一种聚甘油酯,它通过将聚甘油用含有12-36个碳原子的羧酸酯化至少20%获得、和(ii)乙二胺和含有10-36个碳原子的羧酸的至少一种双酰胺提高脱气剂在高于50℃的效率;US5744066公开了一种造纸消泡剂,油相含有:a)至少12个碳原子的醇,其为在由羰基合成法或由齐格勒制备具有较高碳原子数的醇的过程中可获得的蒸馏残余物或这些化合物的混合物,b)具有至少4个-OH基团和至少一个分子内醚键的糖醇与至少20个碳原子的脂肪酸按1到至少1的摩尔比率形成的至少一种酯,这些酯中的一些或全部游离-OH基团有可能被C12-18羧酸酯化,c)至少22个碳原子的脂肪醇和C1-C36羧酸、C12-22羧酸与含有1-20碳原子的1-3元醇的脂肪酸酯、聚乙烯蜡、天然蜡或混合物,d)沸点高于200℃的烃、12-22个碳原子的脂肪酸。EP-A-0322830公开了基于水包油型乳液的消泡剂,其中油相含有:(1)一种C12-26醇,其为在由羰基合成法或由齐格勒制备具有较高碳原子数的醇的过程中得到并且如果合适也可被烷氧基化的蒸馏残余物,(2)一种C12-22羧酸与C1-18的1-3元醇形成的酯,(3)一种沸点高于200℃的烃或具有12-22个碳原子的脂肪酸,(4)至少一种高于70℃下融化的化合物,其选自至少28个碳原子的脂肪醇、C1-22羧酸与至少28个碳原子的脂肪醇形成的酯、C2-C4环氧烷与至少28个碳原子的醇的加成物、分子量至少为2000g/mol的聚乙烯蜡、巴西棕榈蜡、褐煤蜡,此发明消泡剂在造纸过程高于35℃,例如50-60℃范围内也有效。
目前市售的国内外脂肪醇乳液消泡剂大多为合成脂肪醇乳液,少量的天然脂肪醇乳液消泡剂也表现为储存不稳定、消抑泡性能差问题。与合成脂肪醇相比,天然脂肪醇不能很好地分散,尤其脂肪醇中的天然脂肪醇的含量大于20%,那么制备的脂肪醇乳液很容易变稠,这给客户使用带来不便。另外,天然脂肪醇制备的乳液型消泡剂适用的白水温度范围较窄,尤其在常温(25℃)下的消抑泡性能很差,使其市场应用受限。
发明内容
本发明通过天然脂肪醇与含环氧丙烷基团或兼有环氧乙烷、环氧丙烷基团的炔二醇聚醚复配制备成乳液不仅改善了天然脂肪醇乳液在25℃下的消抑泡性能,且在高温(50℃)下仍保持良好的消抑泡效率。
本发明通过烷基醇聚醚和含环氧乙烷基团的炔二醇聚醚的复配,与单独使用烷基醇聚醚或含环氧乙烷基团的炔二醇聚醚相比,可以在天然脂肪醇颗粒表面形成更加紧密、更具强度的界面膜,从而提高天然脂肪醇乳液的稳定性。
同时,本发明天然脂肪醇较合成脂肪醇更难形成稳定的分散颗粒,主要是在制备的乳液降温过程中一方面天然脂肪醇颗粒更容易发生聚集而导致乳液不稳定,其次降温的过程更容易使得乳化剂在天然脂肪醇表面形成的界面膜强度受到破坏,从而使得在储存过程中天然脂肪醇颗粒更容易聚集而不稳定。所以作为稳定天然脂肪醇乳液的必要条件,本发明通过在乳液降温过程时,以10~30℃/min的降温速度降温乳液,减少天然脂肪醇乳液颗粒的聚集,同时通过以上降温速度将乳液降温至0~20℃,使得乳化剂在天然脂肪醇表面的界面膜更具强度。另外,本发明中为了更快的达到上述降温效果,在制备乳液过程中,水分为两部分加入,第一部分为70~95℃的热水,待乳液降温后,再加入第二部分20℃的水。
技术方案
本发明的天然脂肪醇乳液消泡剂由以下组分组成:
A.天然脂肪醇
本发明所述的天然脂肪醇包括含有不同碳原子数的混合醇:选自C8-10混合醇、C8-14混合醇、C8-18混合醇、C12-14混合醇、C12-18混合醇、C14-16混合醇、C16-18混合醇、C18-22混合醇;也包括含有单一碳原子数的醇:选择C8醇、C10醇、C12醇、C14醇、C16醇、C18醇、C20醇、C22醇、C24醇、C26醇和C28醇。这些天然脂肪醇可以单独使用,也可以混合使用,其用量占天然脂肪醇乳液总质量的15~25%。
炔二醇聚醚
本发明所述的炔二醇聚醚结构式为:
。
其中R1、R4为甲基或乙基,R2、R3为碳数3~10的烷烃,p、q为0~40的整数,m、n为0~40的整数,且p、q、m、n不同时为0。炔二醇选自2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇、4,7-二甲基-5-癸炔-4,7-二醇、2,5,8,11-四甲基-6-十二炔-5,8-二醇。
作为具有提高天然脂肪醇乳液常温消抑泡性能作用的炔二醇聚醚,其结构式中m、n均为大于1的整数。含环氧丙烷基团或兼有环氧乙烷、环氧丙烷基团的炔二醇聚醚用量占天然脂肪醇乳液总量的1~6%。
作为具有和烷基醇聚醚协同稳定天然脂肪醇乳液作用的炔二醇聚醚,其结构式中m、n均为0,p、q均不为0的整数。含环氧乙烷基团的炔二醇聚醚用量占天然脂肪醇乳液总量的0.1~3%。
烷基醇聚醚
本发明所述的烷基醇聚醚为烷基醇聚氧乙烯醚,和含环氧乙烷基团的炔二醇聚醚协同稳定天然脂肪醇乳液。本发明的烷基醇聚醚结构式为:R-O-(CH2CH2O)aH,其中R为碳数8~18的饱和烷烃,a为1~60。本发明中烷基醇聚醚的用量占天然脂肪醇乳液总量的0.1~5%。
增稠剂
增稠剂是用来调节乳液粘度从而进一步提高乳液的稳定性。本发明中的增稠剂可以是天然的,也可以是合成的,包括汉生胶、瓜尔胶、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、甲基纤维素、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺及聚丙烯酸酯。优选聚丙烯酸增稠剂,用量占总质量的0.5~3%。
水
水为分散介质,其用量决定乳液的固含量,优选占总质量的60~75%。本发明中对乳液的降温速度和降温幅度有要求,为了更容易达到这种要求,水分为两部分加入,第一部分为70-95℃的热水,是为了能制备出O/W型乳液,第二部分为20℃的水,是为了得到所需的固含量。每部分水用量占总用水量的一半。
一种天然脂肪醇乳液的制备方法,包括以下步骤:
(1)将天然脂肪醇、炔二醇聚醚、烷基醇聚醚混合加热至70-95℃,搅拌30min,得到混合物M;
(2)将第一部分的70-95℃的热水在30~60min内加入M中,得到混合物N;
(3)将混合物N通过高剪切设备,得到70-95℃的混合物O;
(4)将混合物O以10~30℃/min的降温速度降温至0~20℃,得到混合物P;
(5)将第二部分的20℃的水加入混合物P中,并加入增稠剂,即得到本发明天然脂肪醇乳液。
具体实施方式
实施例1
将20份C18天然脂肪醇、3份2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇聚氧丙烯(20)醚、0.5份2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇聚氧乙烯(20)醚、1份异构十三醇聚氧乙烯(40)醚加热至75℃,搅拌30min,在30min内加入37份75℃的热水,通过高剪切设备,并以10℃/min的速率降温至0℃,加入37份20℃的水,最后加入1.5份聚丙烯酸增稠剂,得到粘度345mPa.s的天然脂肪醇乳液消泡剂。
实施例2
将15份C18-22混合天然脂肪醇、6份4,7-二甲基-5-癸炔-4,7-二醇聚氧乙烯(10)聚氧丙烯(40)醚、1份4,7-二甲基-5-癸炔-4,7-二醇聚氧乙烯(40)醚、4份月桂醇聚氧乙烯(20)醚加热至90℃,搅拌30min,在60min内加入36份90℃的热水,通过高剪切设备,并以30℃/min的速率降温至20℃,加入36份20℃的水,最后加入2份聚丙烯酸增稠剂,得到粘度556mPa.s的天然脂肪醇乳液消泡剂。
实施例3
将25份C22天然脂肪醇、6份2,5,8,11-四甲基-6-十二炔-5,8-二醇聚氧乙烯(5)聚氧丙烯(20)醚、3份2,5,8,11-四甲基-6-十二炔-5,8-二醇聚氧乙烯(10)醚、2份硬脂醇聚氧乙烯(60)醚加热至95℃,搅拌30min,在30min内加入31.75份95℃的热水,通过高剪切设备,并以15℃/min的速率降温至15℃,加入31.75份20℃的水,最后加入0.5份聚丙烯酸增稠剂,得到粘度356mPa.s的天然脂肪醇乳液消泡剂。
实施例4
将5份C16天然脂肪醇、20份C18-22混合天然脂肪醇、1份2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇聚氧乙烯(20)聚氧丙烯(40)醚、1.5份2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇聚氧乙烯(20)醚、1份C12-13仲醇聚氧乙烯(30)醚加热至90℃,搅拌30min,在40min内加入34.25份90℃的热水,通过高剪切设备,并以30℃/min的速率降温至15℃,加入34.25份20℃的水,最后加入3份聚丙烯酸增稠剂,得到粘度602mPa.s的天然脂肪醇乳液消泡剂。
对比例1
将23份C18天然脂肪醇、0.5份2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇聚氧乙烯(20)醚、1份异构十三醇聚氧乙烯(40)醚加热至75℃,搅拌30min,在30min内加入37份75℃的热水,通过高剪切设备,并以10℃/min的速率降温至0℃,加入37份20℃的水,最后加入1.5份聚丙烯酸增稠剂,得到粘度442mPa.s的天然脂肪醇乳液消泡剂。
对比例2
将23份C18天然脂肪醇、1.5份异构十三醇聚氧乙烯(40)醚加热至75℃,搅拌30min,在30min内加入37份75℃的热水,通过高剪切设备,并以10℃/min的速率降温至0℃,加入37份20℃的水,最后加入1.5份聚丙烯酸增稠剂,得到粘度345mPa.s的天然脂肪醇乳液消泡剂。
对比例3
将15份C18-22混合天然脂肪醇、6份4,7-二甲基-5-癸炔-4,7-二醇聚氧乙烯(10)聚氧丙烯(40)醚、5份月桂醇聚氧乙烯(20)醚加热至90℃,搅拌30min,在60min内加入36份90℃的热水,通过高剪切设备,并以30℃/min的速率降温至20℃,加入36份20℃的水,最后加入2份聚丙烯酸增稠剂,得到粘度656mPa.s的天然脂肪醇乳液消泡剂。
对比例4
将25份C22天然脂肪醇、6份2,5,8,11-四甲基-6-十二炔-5,8-二醇聚氧乙烯(5)聚氧丙烯(20)醚、3份2,5,8,11-四甲基-6-十二炔-5,8-二醇聚氧乙烯(10)醚、2份硬脂醇聚氧乙烯(60)醚加热至95℃,搅拌30min,在30min内加入31.75份95℃的热水,通过高剪切设备,并降温至15℃超过4h,加入31.75份20℃的水,最后加入0.5份聚丙烯酸增稠剂,得到粘度856mPa.s的天然脂肪醇乳液消泡剂。
对比例5
将5份C16天然脂肪醇、20份C18-22混合天然脂肪醇、1份2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇聚氧乙烯(20)聚氧丙烯(40)醚、1.5份2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇聚氧乙烯(20)醚、1份C12-13仲醇聚氧乙烯(30)醚加热至90℃,搅拌30min,在40min内加入34.25份90℃的热水,通过高剪切设备,并以30℃/min的速率降温至25℃,加入34.25份20℃的水,最后加入3份聚丙烯酸增稠剂,得到粘度478mPa.s的天然脂肪醇乳液消泡剂。
对比例6
将5份C16天然脂肪醇、20份C18-22混合天然脂肪醇、1份2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇聚氧乙烯(20)聚氧丙烯(40)醚、2.5份2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇聚氧乙烯(20)醚加热至90℃,搅拌30min,在40min内加入34.25份90℃的热水,通过高剪切设备,并以30℃/min的速率降温至15℃,加入34.25份20℃的水,最后加入3份聚丙烯酸增稠剂,得到粘度378mPa.s的天然脂肪醇乳液消泡剂。
消抑泡性能测试
测试方法:向循环鼓泡装置中加入600ml白水,加热至所需温度,开启流量泵,在8L/min的流量下,循环至泡沫体积为300ml,然后加入6ul消泡剂,记录泡沫体积随时间的变化规律。相同时间内,泡沫体积越小,消抑泡性能越好。
表1天然脂肪醇乳液在25℃下的消抑泡性能
表2天然脂肪醇乳液在50℃下的消抑泡性能
本发明中天然脂肪醇乳液,加入炔二醇聚醚的消泡剂25℃下消抑泡性能得到改善,且在50℃下仍保持相同的消抑泡效果。
稳定性能测试
测试方法:将天然脂肪醇乳液放置1个月进行粘度跟踪测试。具体测试方法是采用NDJ-8型数显粘度仪,2#转子,30rpm条件下进行测试。
表3天然脂肪醇乳液的粘度变化情况(——表示粘度测试超过量程)
本发明中通过烷基醇聚醚和炔二醇聚醚复配、并以10~30℃/min降温至0~20℃制备的天然脂肪醇乳液放置1个月粘度较稳定。单独的烷基醇聚醚或单独的炔二醇聚醚制备的天然脂肪醇乳液粘度上升明显,降温超过20℃或降温速度慢于10℃/min制备的天然脂肪醇乳液粘度上升也明显。