用於改變材料粘性的方法

2023-07-15 18:59:26 2

專利名稱：：用於改變材料粘性的方法
技術領域：
：本發明主要涉及用於控制材料粘性的方法和組合物，更具體地，涉及用於減少粘合劑、瀝青、及其他顆粒、溶解或膠體雜質的粘性的方法，以使這些材料的有害影響最小化。
背景技術：
：在紙張製造工業中，一個日益關注的領域是紙屑的再利用；然而，從紙屑或從用於處理紙屑的工藝物流中去除雜質是能夠再利用紙屑的關鍵。許多雜質粘附在紙張纖維上，因此在再循環工藝中引起問題。兩種這樣的雜質被稱為"黏性物"和"瀝青"。黏性物通常包括初始用作粘合劑的材料，包括但不限於熱熔融物、壓力敏感的黏性劑(PSAs)、乳膠和粘合劑。瀝青是一種與原生和次級纖維兩者均有關的天然成分，所述纖維源自從製漿過程中釋放的提取物。雜質在用於再利用的紙屑工藝過程中可引起操作問題，也可降低產品質量。具體地，雜質可沉積在造紙機的金屬絲、熔融物、壓輥和乾燥筒上。另外，造紙工藝中的雜質可以延遲纖維的粘合併增加斷紙的頻率。因此，為了改善造紙操作和產品質量，必須嚴格控制雜質。粘性描述了雜質的粘合性能。通過減少雜質的粘性，可以明顯減少在工藝過程中雜質粘附到造紙機金屬絲及其他表面的傾向。以前減少雜質粘性的方法包括工藝物流的化學和機械處理。一些方法集中在使用可再漿化或可再生的粘合劑上。更多普遍的方法包括使用化學添加劑以改變雜質或使雜質去粘性。通常，所述化學添加劑包括礦物例如矽酸鎂。這些礦物和表面活性劑粘附在雜質的表面，因此改變了雜質的表面性質，從而減少粘性。然而，令人遺憾地，在脫粘性過程中使用礦物存在眾多缺點，包括當暴露於剪應力時的效率損失，及其他操作和產物質量問題。在其他的方法中，已努力使用某些聚合物和酶類以減少雜質粘性；然而，它們的高成本和有限的效果使得其不那麼合意。用於控制雜質的機械方法包括分散、篩分和清潔。用分散將雜質粉碎成越來越小的微粒，直到它們在最終產物中是看不見的。令人遺憾地，當產物巻繞時，即使"看不見的"雜質的存在未能除去相鄰層的互粘，並且這些雜質仍可顯著地削弱產物的總外觀。篩子和離心淨漿器也可用於從纖維流中除去黏性物、瀝青和碎片。基於雜質和篩網的孔或狹槽的尺寸和形狀差異，篩子物理上地將纖維從雜質中分離。然而，篩子不能除去小於篩孔或可足夠變形以通過篩孔的雜質，這限制了篩子從雜質中分離纖維的效果。基於雜質和纖維的不同的比重，離心淨漿器將纖維從雜質中分離。然而，當雜質和纖維的相對密度相似時，分離效果不好。用於減少雜質粘性的另一個方法包括電液放電，例如如Corcoran等人的美國專利No.6，521,134和Banerjee等人的美國專利No.6,572,733所描述的。然而，該方法需要額外的固定設備件和其自身的操作費用，並實際上增加了加工紙屑的成本。幾種上述方法在Moreland的美國專利No.4,781,794、Sharma等人的美國專利No.6,977,027和Moreland的美國專利No.4,956,051中描述。儘管如上所述的各種不同技術和努力為由雜質所引起的問題提供了一些安慰，雜質粘性仍導致大量的操作停工期和產品質量的下降。此外，這個問題因為由對再生紙張的需求增加所引起的成本升高而加重，迫使許多廠使用較低等級的再生裝備，這可包括較高水平的雜質並在加工中引起更多的重大問題。因此，仍然需要用於減少雜質粘性的簡單和廉價的方法
發明內容一方面，本發明提供用於改變黏性材料粘性的方法，包括使黏性材料與有效減少黏性材料的粘性量的環糊精化合物接觸的步驟。所述黏性材料可以包括，例如瀝青、壓敏粘合劑、熱熔融物、乳膠、粘合劑及其組合。在一個優選的實施方式中，這種接觸發生在水性介質中，例如一種包括原生或再生的纖維素纖維的水介質。例如，這種接觸可以發生在紙漿和造紙廠的工藝物流中，且所述黏性材料可以溶解或懸浮在那些工藝物流中。在一個例子中，將所述環糊精化合物添加到製漿機裝置中。在另一個例子中，可以將所述環糊精化合物添加到白水中。在一個實施方式中，所述環糊精化合物可以選自a-環糊精化合物、卩-環糊精化合物、Y-環糊精化合物、其衍生物、及其組合。或者，可以使用其他的環糊精化合物。另一方面，本發明提供用於改變工藝流體中黏性雜質的粘性的方法，包括步驟(i)提供分散有雜質顆粒的工藝流體，這些顆粒包括一種或多種黏性材料；和(ii)向該工藝流體添加將適量的可有效減少黏性材料粘性的環糊精化合物。所述工藝流體可以是紙漿和造紙廠的工藝物流。在一個實施方式中，所述環糊精化合物的濃度為每噸微粒O.Ol到10磅，以乾燥固體基礎表示。在另一個實施方式中，所述環糊精化合物的濃度為每百萬份工藝物流體積的0.01到IO，OOO份。在一個任選的實施方式中，該方法進一步包括，向該工藝流體添加至少一種額外的本領域已知的去粘性化試劑，所述去粘性化試劑例如是礦物、合成或天然的化學品，或酶。再一方面，本發明提供用於改變表面潤溼性的方法。該方法包括步驟(i)提供需要減少或避免黏性材料沉積的材料表面；和(ii)使所述表面與環糊精化合物接觸。例如，所述表面可以由纖維素材料、聚合材料或金屬材料構成。在一個具體的實施方式中，所述表面是紙漿和造紙廠的工藝設備的一部分。在一個實施方式中，所述接觸步驟包括在所述表面上塗敷塗層。圖1是p-環糊精化合物的結構示意圖。圖2是用於未經處理的材料的原子力顯微鏡端部的偏差示意圖。圖3是用於經環糊精化合物處理的原子力顯微鏡端部的偏差示意圖。具體實施方式已經研發了不需要粘性時顯著減少黏性材料粘性的方法，例如黏性材料中形成雜質顆粒的情況，這些雜質顆粒需要處理以避免對加工設備和產物的有害影響。這種需求在使用再生紙槳/紙和包含再生紙的產物時尤為強烈，必須在不發生顯著的額外費用的情況下控制粘性的存在。通常，用於改變黏性材料粘性的方法包括使黏性材料與適量的環糊精化合物接觸的步驟，該適量的環糊精化合物可以有效減少黏性材料的粘性。有利地，環糊精化合物通常比普通的聚合物或酶方法便宜的多，例如由於環糊精化合物作為批量化學品而不是特殊化學品的分類，以及來自商業供應商(例如Wacker化學公司)的大量環糊精化合物的可用性。在一個具體的方面，該方法用於改變工藝流體中黏性雜質的粘性，且包括步驟(i)提供其中分散雜質顆粒的工藝流體，這些顆粒包括一種或多種黏性材料；和(ii)將適量的有效的環糊精化合物添加到工藝流體中，以減少黏性材料的粘性。另一方面，該方法用於改變表面的潤溼性，且包括步驟(i)提供需要減少或避免黏性材料沉積的材料表面；和(ii)使所述表面與環糊精化合物接觸。這些方法尤其可用於減少存在於紙張或造紙廠物流中的黏性雜質的粘性，以改善工藝和加工設備中的天然和合成黏性材料(即黏性物)的控制。這裡使用的術語"黏性材料"指本領域已知的基本上任何合成或天然黏性劑，包括但不限於合成黏性劑，例如(聚合的)熱熔融物、壓力敏感的黏性劑(PSAS)、乳膠和粘合劑；以及天然黏性劑，例如瀝青，其源自在製漿過程中釋放的木材抽出物。所述的黏性材料可以溶解或懸浮(例如，作為大顆粒或微粒)在工藝物流中。所述的黏性材料可以溶解或懸浮在紙漿和造紙廠的工藝物流中。這裡使用的術語"環糊精化合物"指寡聚糖家族的由五個或更多個1-〉4連接的a-D-吡喃葡糖苷單元組成任何化合物。典型的環糊精化合物在一個環中包括六個和八個葡萄糖單體；a-環糊精化合物包括六個吡喃葡萄糖單元，P-環糊精化合物包括七個吡喃葡萄糖單元(示意在圖1中)，以及y-環糊精化合物包括八個吡喃葡萄糖單元。在優選的實施方式中，所述環糊精化合物可選自a-環糊精化合物、(3-環糊精化合物、Y-環糊精化合物、其衍生物、以及其組合。儘管該三種天然的環糊精化合物是最普遍的，包括少至五個吡喃葡萄糖單元到多至150單元環狀寡聚糖的環糊精化合物也已被確認。通常，環糊精化合物的結構包括相對疏水核心和疏水外部。疏水外部賦予環糊精化合物及其絡合物水溶性。環糊精化合物的官能團可被衍生化，以改變環糊精化合物的特性。環糊精化合物的獨特結構賦予其形成具有疏水分子的絡合物的能力。據信，這種獨特結構能夠使環糊精化合物減少或除去雜質材料的粘性。環糊精化合物的獨特結構利用不同的機理比傳統使用的化學品更能減少或除去材料粘性。因此，傳統的化學添加劑可用於與環糊精化合物連接，以減少或除去材料粘性。因此，用於改變材料粘性的方法還可以包括將第二種化學品添加到材料的步驟，第二種材料包括選自礦物、天然化學品、合成化學品和酶類的成分。在該方法的一個優選的實施方式中，接觸步驟在水性介質中發生。該介質可進一步包括原生或再生的纖維素纖維，或原生或再生的纖維素纖維的組合。這種接觸可以發生於紙漿和造紙廠的工藝物流中，且所述黏性材料可以溶解或懸浮在那些工藝物流中。在一個例子中，將所述環糊精化合物添加到製漿機裝置中。在另一個例子中，可以將所述環糊精化合物添加到白水中。在一個實施方式中，所述環糊精化合物的濃度為每噸微粒O.Ol到10磅，以乾燥固體基礎表示。在另一個實施方式中，所述環糊精化合物的濃度為每百萬份工藝物流體積的0.01到10,000份。在一個任選的實施方式中，該方法進一步包括，向該工藝流體添加至少一種額外的本領域已知的去粘性化試劑，所述去粘性化試劑例如是礦物、合成或天然的化學品，或酶。所述環糊精化合物可以任何幾種不同方式和形式與黏性材料接觸。可將所述環糊精化合物單獨引入含有黏性材料的流體中，或以帶有溶劑或非溶劑的稀釋液或濃縮液或懸浮液引入含有黏性材料的流體中。一種或多種環糊精化合物可以含有一種或多種額外組分的組合物的形式與含有黏性材料的流體結合。可將所述環糊精化合物以單一點或多重點、以連續或非連續的方式引入含有黏性材料的流體中。例如，可使用計量泵將其引入紙漿和造紙廠的工藝物流中，或使其以重力自流進料。另一方面，本發明提供用於改變工藝流體中黏性雜質的粘性的方法，包括步驟(i)提供分散有雜質顆粒的工藝流體，這些顆粒包括一種或多種黏性材料；和(ii)向工藝流體添加適量的環糊精化合物，該適量有效的的環糊精化合物可以有效減少黏性材料的粘性。再一方面，本發明提供通過以環糊精化合物處理表面，以改變所述表面潤溼性的方法，例如使其避免不需要的黏性材料的沉積或聚集。該方法包括步驟(i)提供需要減少或避免黏性材料沉積的材料表面；和(ii)使所述表面與環糊精化合物接觸。例如，所述表面可以由纖維素材料、聚合材料或金屬材料構成。在一個具體的實施方式中，所述表面是紙漿和造紙廠的工藝設備的一部分(例如，流體接觸表面)。在一個實施方式中，所述接觸步驟包括在所述表面上塗敷塗層。參考以下非限制性實施例，可進一步理解本發明。實施例1利用添加和不添加環糊精化合物的黏性劑來測定環糊精化合物對粘性的影響。環糊精化合物(a和力從Wacker化學公司得至U。Carbotac26207，一種壓敏粘合劑的典型配方，代表這種通常用於紙張工業的黏性劑家族。這些黏性劑經由通常通過應用輕微壓力而附著於表面的郵件標籤、郵票及其他產品進入原料。它們在再製漿操作過程中與再生紙張分開，並進入工藝物流。0.1wt。/。的Carbotac的水懸浮液與0.1wty。的a-、P-或？環糊精化合物的水懸浮液混合。將500mL混合物煮沸直到lmL，在不鏽鋼試塊上滴上兩小滴塗敷成薄膜。試塊保持室溫過夜，然後在30。C下乾燥6小時。用Polyken粘性測試機(TestingMachinesInc.IslandiaNY)，使用以引用方式引入本發明的TappiJ.，2(4)(2003)由Koskinen等人描述的方法"SensorforMicrostickies"在各種溫度下測定所得薄膜的粘性。結果插到40°C。水滴在薄膜的乾燥表面上的接觸角也進行測定。該接觸角是該表面的疏水性的尺度，其為影響表面粘性的性質。該接觸角也是表面潤溼性的尺度；接觸角越小，表面越可潤溼。表1顯示了用環糊精化合物處理壓敏黏性膜的效果。結果顯示，將環糊精化合物添加到壓敏黏性膜中幾乎完全消除了粘性。此外，經環糊精處200680004773.0說明書第7/9頁理的壓敏黏性薄膜容易用水洗掉，而未經處理的壓敏黏性膜難以從試塊上除去。該結果也顯示，將環糊精添加到壓敏黏性膜減小了表面接觸角。潤溼性是粘性的起作用的因素，且經環糊精處理的壓敏黏性膜的接觸角的減少與表面粘性的減少一致。這些結果明確證明了環糊精化合物在減少粘性中的有利影響，並提供其解釋。表l:經環糊精處理的混合物的粘性(g力)和接觸角膜重(mg/cm2)粘性(g力)接觸角(度)平均(sd)平均(sd)Carbotac6.5783(13)80(2)Carbotac:a-環糊精4.91(1)59(5)Carbotac:y-環糊精7.9o(o)43(2)實施例2環糊精化合物衍生物減少粘性的能力由測量添加和不添加環糊精化合物衍生物的黏性劑的粘性來確定。Carbotac26171，另一個壓敏黏性劑的配方，代表這種通常用於紙張工業的黏性劑家族。以下七個環糊精化合物衍生物從Wacker化學公司得到甲基-l3-環糊精(A)、2-羥丙基-a-環糊精(B)、2-羥丙基-P-環糊精(C)、2-羥丙基個環糊精(D)、a-環糊精(E)、(3-環糊精(F)和，環糊精(G)。lg0.1wt。/。的Carbotac26171水懸浮液與不同量的環糊精化合物溶液(即A、B、C、D、E、F和G)混合，使得環糊精化合物在溶液中的最後濃度為0到5%。將每種混合物的lmL置於不鏽鋼試塊上，塗敷成薄膜，然後在60°C烘箱中乾燥30分鐘以表面上形成薄膜。使用實施例1中描述的相同方法，在各種溫度下測量薄膜的粘性，並插到40。C。表2顯示用環糊精化合物處理的壓敏黏性膜的效果。在每種環糊精化合物存在下，黏性膜的粘性明顯減少了。儘管各種環糊精化合物衍生物中，實現類似的降低水平所需的環糊精化合物的量並不相同，該結果明確顯示，環糊精化合物衍生物減少粘性的能力不局限於任何一個環糊精化合物衍生物，所有測試的環糊精化合物均具有。10表2:經環糊精處理的混合物的粘性(g力)tableseeoriginaldocumentpage11實施例3使用原子力鏡檢單獨驗證前述實施例中討論的結果。將Carbotac26207，標準黏性劑配方，塗敷到不鏽鋼板上並乾燥成光滑薄膜。將一塊板短暫浸入3%|3-環糊精化合物溶液中並乾燥。未經處理的和經環糊精處理的薄膜均使用普通原子力顯微鏡(購自AsylumResearch,SantaBarbara,CA.)進行測量。通過測定當探針端部朝向要測試的表面和吸引到要測試的表面的偏差來進行原子力測量。也測定當端部離開所述表面的偏差。圖2示意了未經處理的樣品的偏差。上曲線顯示當端部移向所述表面的偏差，下曲線是端部遠離所述表面的偏差。這兩條曲線的形狀是不同的，因為探針端部從所述表面粘到材料，使釋放曲線變形。圖3示意經環糊精處理的樣品的接近曲線和釋放曲線。上曲線是接近曲線，下曲線是釋放曲線。與未經處理的樣品不同，接近曲線和釋放曲線的形狀相當類似，因為經處理的樣品表面不是粘性的，材料不會轉移到端部。這些結果證明環糊精化合物甚至在表面膜形成之後改變表面粘性的能力。實施例4(3-環糊精化合物在粘性雜質特性上的效果在操作紙張再生廠的工業規模試驗中得到測定。將由Wacker化學公司生產的(3-環糊精化合物加入紙漿直到紙漿的濃度達到50ppm。從紙張再生廠的初級粗篩進料口中收集工藝用水樣品，所述進料口處於再漿化之後該工藝中的早期位置。水樣在金屬試塊上乾燥，並使用先前描述的方法測定粘性。兩種類型的裝備的要測試的引入紙屑包含新聞用紙和雜誌的不同混合物。對於一種紙屑混合物，經(3-環糊精化合物處理，粘性測量的基準值從104g力(未經處理的)減少到20g力。對於另一種紙屑混合物，經環糊精化合物處理，粘性測量的基準值從54g力(未經處理的)減少到0g力。這些結果明確顯示，環糊精化合物大幅度減少了存在於工業規模操作紙張再生設備的工藝物流中的組分的粘性。重要的是，試驗材料的粘性不一定僅僅源自合成黏性劑。紙屑包括多種材料，包括天然和合成黏性劑和木瀝青。因此，結果顯示，環糊精化合物有效減少了多成分粒料的粘性。這裡引用的出版物以引用方式引入。從上述詳細說明對這裡描述的方法和設備的修改和變化對本領域的技術人員來說將是顯而易見的。這種修改和變化將落入附加的權利要求的範圍之內。權利要求1.用於改變黏性材料粘性的方法，包括使黏性材料與有效減少黏性材料的粘性量的至少一種有效的環糊精化合物接觸。2.如權利要求1所述的方法，其中所述接觸發生在水性介質中。3.如權利要求2所述的方法，其中所述水性介質還包括原生或再生的纖維素纖維，或原生和再生的纖維素纖維的組合。4.如權利要求1所述的方法，其中所述黏性材料包括瀝青、壓敏粘合劑、熱熔融物、乳膠、粘合劑、及其組合。5.如權利要求1所述的方法，其中所述接觸發生在紙漿和造紙廠的工藝流中，且所述黏性材料是溶解或懸浮在所述工藝流中。6.如權利要求5所述的方法，其中將所述環糊精化合物添加到製漿裝置或白水中。7.如權利要求1所述的方法，其中所述環糊精化合物選自a-環糊精化合物、P-環糊精化合物、Y-環糊精化合物、其衍生物、及其組合。8.用於改變工藝流體中的黏性雜質粘性的方法，包括提供其中分散雜質顆粒的工藝流體，這些顆粒包括一種或多種黏性材料；和將適量的有效的環糊精化合物添加到工藝流體中，以減少黏性材料的粘性。9.如權利要求8所述的方法，其中所述工藝流體在紙漿和造紙廠的工藝流分中。10.如權利要求9所述的方法，其中環糊精化合物的濃度為每噸微粒O.Ol到lO磅，以乾燥固體基礎表示。11.如權利要求9所述的方法，其中所述環糊精化合物的濃度為每百萬份工藝物流體積的0.01到10,000份。12.如權利要求8所述的方法，其中還包括將至少一種額外去粘化試劑添加到工藝流體中。13.如權利要求12所述的方法，其中所述至少一種額外的去粘化試劑包括礦物、合成或天然的化學品，或酶。14.用於改變表面潤溼性的方法，包括提供需要減少或避免黏性材料沉積的材料表面；和使所述表面與環糊精化合物接觸。15.如權利要求14所述的方法，其中所述表面由纖維素材料、聚合材料或金屬材料構成。16.如權利要求14所述的方法，其中所述表面是紙漿和造紙廠的部分工藝設備。17.如權利要求14所述的方法，其中所述接觸包括塗敷塗層到表面上。全文摘要本發明提供改變黏性材料粘性的方法，該方法通過將所述黏性材料與有效量的環糊精化合物接觸，減少黏性材料的粘性。在一個優選的實施方式中，該方法用於改變工藝流體中的黏性雜質的粘性，其包括步驟提供其中分散雜質顆粒的工藝流體，這些顆粒包括一種或多種黏性材料(例如瀝青、壓敏黏性劑、熱熔融物、乳膠、粘合劑及其組合)；和將適量的有效的環糊精化合物添加到工藝流體中，以減少黏性材料的粘性。所述工藝流體可以處於紙漿和造紙廠的工藝物流中。文檔編號D21F1/32GK101120137SQ200680004773公開日2008年2月6日申請日期2006年2月14日優先權日2005年2月15日發明者蘇伊特·班納吉申請人:喬治亞技術研究公司