改进水性组合物的脱水的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于水-固体材料悬浮液中分离所述固体材料的方法，在所述方法中，将具有支链有机聚硅氧烷结构的有机聚硅氧烷聚氧化烯共聚物添加到所述水-固体材料悬浮液中并且所述悬浮液脱水。所述具有支链有机聚硅氧烷结构的有机聚硅氧烷聚氧化烯共聚物提高了所述悬浮液的脱水速率。
【专利说明】改进水性组合物的脱水
[0001]本文所公开的是用于改进水性介质中固体材料的脱水，例如纤维状的纤维素材料(例如木浆浆液)的脱水的用途和方法。具体地讲，本公开涉及使用有机聚硅氧烷聚氧化烯共聚物改进水性介质中固体材料的脱水。
[0002]脱水和除水是涉及从固体材料分散体中移除水的多种方法中的重要方面。更好和更快地移除水(脱水)能够获得更干净的固体并且后续干燥所需的能量更少。在纸浆和纸张应用中，改进纸浆洗涤过程中的脱水能够获得更干净的纸浆，这使所需的漂白化学品的用量减少并能够降低淡水消耗量和干燥能量。
[0003]EP-A-957198描述了氧化烯改性的有机聚硅氧烷结合烷基化磺化二苯基氧化物表面活性剂用作化学制浆添加剂。在至少150°C的温度下在压力下加热木片、水性蒸煮液以及氧化烯改性的有机聚硅氧烷和烷基化磺化二苯基氧化物表面活性剂。支链的氧化烯改性的有机聚硅氧烷被描述为不如基于直链有机聚硅氧烷的氧化烯改性的有机聚硅氧烷那样具有高性价比。
[0004]我们发现，与其对应的直链硅氧烷聚醚相比，支链的硅氧烷聚醚提供固体材料的水性悬浮液改进的脱水。所谓改进的脱水是指提高从悬浮液中移除水的速率。
[0005]在根据本公开用于从水-固体材料悬浮液中分离固体材料的方法中，将具有支链有机聚硅氧烷结构的有机聚硅氧烷聚氧化烯共聚物添加到水-固体材料悬浮液中然后悬浮液脱水，通过具有支链有机聚硅氧烷结构的有机聚硅氧烷聚氧化烯共聚物提高悬浮液的脱水速率。
[0006]根据本公开使用 有机聚硅氧烷聚氧化烯共聚物改进水性介质中悬浮固体材料的脱水，其特征在于有机聚硅氧烷聚氧化烯共聚物具有支链有机聚硅氧烷结构。
[0007]本文所公开的方法尤其有利于纤维状的纤维素材料(例如木浆混悬液)的水性悬浮液，例如在粗浆洗涤中形成的木浆浆液的脱水。在本文所公开的用于通过洗涤含水浆液中的木浆并对洗过的木浆浆液进行脱水和干燥来制备干燥的洗过的木浆的方法中，在脱水之前将具有支链有机聚硅氧烷结构的有机聚硅氧烷聚氧化烯共聚物添加到含水浆液中，从而提高木浆浆液的脱水速率并降低脱水和干燥浆液所使用的总能量。本文所公开的方法还有利于用于制备纸张或纸巾的造纸木浆浆液的脱水，或在纤维材料的回收利用中形成的纸浆浆液的脱水。
[0008]其中支链有机聚硅氧烷聚氧化烯共聚物提供脱水优势的纤维材料的另一个例子是织物材料，特别是纤维质织物材料，例如由棉或再生纤维素纤维织物制成的服装。可将支链有机聚硅氧烷聚氧化烯共聚物在洗涤和冲洗织物的洗涤过程中掺入，特别是纤维质织物，从而提供改进的脱水，或可添加至纤维质或其他纺织纤维的浆液中以改进织物制造过程的任何阶段中的脱水。
[0009]其中支链有机聚硅氧烷聚氧化烯共聚物可提供改进的脱水的悬浮固体材料的其他例子为煤和其他材料，以及污水污泥。支链有机聚硅氧烷聚氧化烯共聚物提供粉煤悬浮液的(例如洗煤过程中产生的那些)改进的脱水。支链有机聚硅氧烷聚氧化烯共聚物还提供污水处理厂沉降过程中的污泥的改进的脱水。[0010]支链有机聚硅氧烷结构可以是其中3或4个聚硅氧烷部分从有机聚硅氧烷中的硅原子中伸出的结构，或者可以是其中通过部分交联有机聚硅氧烷链而获得支化的结构。交联部分可以包含硅氧烷单元或可以具有有机主链。如果在有机聚硅氧烷中存在至少一个硅原子，从中伸出至少3个有机聚硅氧烷部分或被有机聚硅氧烷部分所取代的有机基团，则认为有机聚硅氧烷结构是支化的。
[0011 ] 支链有机聚硅氧烷聚氧化烯共聚物优选地具有通式:
[0012]R2R*SiO(RR’ SiO) x(R2SiO) y(RR” SiO) zSi R2R* (I)，
[0013]其中每个R表示具有I至25个碳原子的烃基；每个R’表示由下式表示的聚氧化烯:
[0014]-A-O-(A，-O) w- (C2H4O) a (C3H6O) b (C4H8O) C-R2,
[0015]其中A表示具有I至20个碳原子的二价烃基或由式_A”C(0)_表示的酰基烷基，其中A”为具有2至4个碳原子的亚烷基，或直接键合，A’表示具有2至5个碳原子的亚烷基，R2表示氢原子、具有I至6个碳原子的烷基或具有I至6个碳原子的酰基，w=0或l，a=0-50，b=0-50，并且c=0-20，前提条件是a+b+c为至少I ;每个R”表示有机聚硅氧烷部分或被有机聚硅氧烷部分所取代的有机基团，并通过S1-C键或硅氧烷键键合到Si上；每个R* 为 R、R’ 或 R” 基团；x=l-40 ；y=0-300 ;并且 z=l_5。
[0016]每个R”部分均可以以多种不同方式中的一种形成支化点。(RR”SiO)单元可以(例如)为由式RSiOv2表示的T-单元，其中R”部分为任选地被一个或多个聚氧化烯取代、通过硅氧烷键键合到Si上的有 机聚硅氧烷部分。在优选的例子中，(RR”SiO)单元可通过氢化硅烷化衍生自S1-H官能化的硅氧烷单元RHSiO。S1-H官能化的聚硅氧烷可以(例如)用包含至少两个烯属基团的有机化合物或硅氧烷化合物进行氢化硅烷化，从而在(RR”SiO)单元处形成具有支化点的交联结构。或者，S1-H官能化的聚硅氧烷可以用包含烯属基团的有机聚硅氧烷进行氢化硅烷化，从而形成支链结构。包含侧链反应性有机官能团的有机聚硅氧烷可以通过反应性有机官能团的反应而部分交联。
[0017]支链有机聚硅氧烷聚氧化烯共聚物可以(例如)衍生自具有多个S1-H基团的聚硅氧烷，例如聚(烷基氢硅氧烷)(例如聚(甲基氢硅氧烷))或烷基氢硅氧烷二烷基硅氧烷共聚物(例如甲基氢硅氧烷二甲基硅氧烷共聚物)。具有多个S1-H基团的聚硅氧烷可以在存在氢化硅烷化反应催化剂(例如钼基化合物)的情况下与烯键式不饱和化合物反应。
[0018]由式(RR’SiO)表示的硅氧烷单元可以通过使具有多个S1-H基团的聚硅氧烷与包含烯键式不饱和基团的聚醚反应而形成。由式(RR”SiO)表示的硅氧烷单元可以通过使具有多个S1-H基团的聚硅氧烷与具有至少两个烯键式不饱和基团的有机或有机硅氧烷化合物反应，或与具有至少一个烯键式不饱和基团的聚硅氧烷反应而形成。由式(R2SiO)表示的硅氧烷单元可以(例如)为存在于烷基氢硅氧烷二烷基硅氧烷共聚物试剂中的二烷基，或可以通过使具有多个S1-H基团的聚硅氧烷与1-烯烃反应而形成。
[0019]与具有多个S1-H基团的聚硅氧烷反应的包含烯键式不饱和基团的聚醚可以(例如)为具有下式的聚氧化烯二醇的单烯丙基醚:
[0020]CH2=CH-CH2-O- (C2H4O) a (C3H6O) b (C4H8O) C-R2，
[0021]其中a、b、c和R2如上文所定义。聚醚基团优选地为羟基封端的，即基团R2表示氢原子。每个_ (C2H4O)-单兀通常为由式-CH2CH2O-表不的氧乙烯单兀。每个-(C3H6O)-单元优选地为由式-CH2CH(CH3)O-表示的氧丙烯单元。每个-(C4H8O)-单元可以(例如)为CH2CH (CH2CH3) O-单元或-(CH2) 40_ 单元。
[0022]作为另外一种选择，包含烯键式不饱和基团的聚醚可以为聚氧化烯二醇的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯，例如具有下式的丙烯酸酯:
[0023]CH2=CH-C00- (A，-O) w_ (C2H4) a (C3H6O) b (C4H8O) C-R2，
[0024]其中A’、w、a、b、c和R2如上文所定义，或对应的甲基丙烯酸酯。
[0025]虽然所有支链有机聚硅氧烷聚氧化烯共聚物与没有支链有机聚硅氧烷结构的有机聚硅氧烷聚氧化烯共聚物相比均具有改善的脱水，但我们发现，其中聚氧化烯部分富含聚氧化丙烯的支链有机聚硅氧烷聚氧化烯共聚物提供在脱水性能上的最大的改善。在上述式(I)中，b优选地从至少5，最优选地从至少10，最高至40或50，并且b优选地至少等于a且最优选地大于a。
[0026]与具有多个S1-H基团的聚硅氧烷反应的具有至少两个烯键式不饱和基团的有机或有机硅氧烷化合物可以(例如)为由式CH2=CR3-Y-CR3=CH2表示的化合物，其中每个R3表示氢或具有I至3个碳原子的烷基，并且Y表示不含可水解键的有机或有机硅氧烷基团。优选地，每个R3表示氢。由Y表示的有机基团可以包括(例如)C1至ClO亚烷基，例如亚甲基、二亚甲基、三亚乙基、I, 5-亚戊基和十亚甲基；亚环烷基，例如亚环己基；二价芳基，例如对亚苯基或邻亚苯基；以及含氧基团，例如-coo-ch2ch2-ooc-和-ch2-o-ch2—。
[0027]具有至少两个烯键式不饱和基团的有机化合物可以(例如)为α，ω-二烯烃，例如由式CH2=CH(CH2)dCH=CH2表示的α , ω-二烯，其中d为1_14。可用于本文的合适的α，ω-二烯的一些代表性 例子为1，4_戊二烯；1，5-己二烯；1，6_庚二烯；1，7_辛二烯；1，8_壬二烯；1，9_癸二烯；1，11-十二碳二烯和1，13-十四碳二烯。具有碳-碳键的链的此类有机化合物是优选的，但作为另外一种选择，有机化合物可以为环状化合物(例如2，5-降冰片二烯或二乙烯基环己烷)或可以包含不可水解的杂原子基团(例如醚基团)。有机化合物可以(例如)为多羟基化合物的二烯丙基醚，例如三羟甲基丙烷二烯丙基醚。为了多种目的，酯基团可以充分地耐水解；例如有机化合物可以为二乙烯基琥珀酸酯。具有至少两个烯键式不饱和基团的有机化合物自身可以为聚醚；它可以(例如)为聚氧化烯二醇的二烯丙基醚。在每个分子末端具有不饱和脂族烃基的聚氧化烯可从NOF (日本东京的立邦油脂公司(Nippon Oil and Fat, Tokyo, Japan))和美国北卡罗来纳夏洛茨维尔的科莱恩公司(Clariant Corp., Charlottesville, NC)商购获得。代表性的非限制性例子包括具有式CH2=C (CH3) CH2O (C2H4O) 13CH2C (CH3) =CH2 的 Uniox DMUS-5 和具有式 CH2=C (CH3) CH2O (C2H4O) 10 (C3H6O) ^6CH2C(CH3)=CH2的Polycerin50DMUS-60，两者均可得自美国纽约州怀特普莱恩斯的NOF 美国公司(N0F America Corporation (White Plains, NY))。1，2，4-三乙烯基环己烧、1，2，5-三乙烯基环己烷和异氰尿酸三烯丙酯为可以与具有多个S1-H基团的聚硅氧烷反应的具有两个以上烯键式不饱和基团的合适的有机化合物的例子。
[0028]具有至少两个烯键式不饱和基团的有机硅氧烷化合物优选地为具有2个或更多个(例如2至400个)硅氧烷单元的链的乙烯基封端的有机聚硅氧烷。我们发现，通过使包含S1-H基团的有机聚硅氧烷与具有至少50个(例如50至200个)硅氧烷单元的链的乙烯基封端的有机聚硅氧烷部分交联而支化的有机聚硅氧烷聚氧化烯共聚物对改进脱水特别有效。[0029]式(I)中由R表示的烃基通常可以包括任何饱和或不饱和的开链烃基，或可以为环烷基或芳基。优选饱和的经基，例如甲基、乙基、丙基、己基、癸基、十二烷基、十八烷基和二十烷基。在许多情况下，大多数基团R为甲基。例如，当通过使具有多个甲基氢硅氧烷单元的聚硅氧烷与包含烯键式不饱和基团的聚醚以及具有至少两个烯键式不饱和基团的有机或有机硅氧烷化合物反应来制备支链有机聚硅氧烷聚氧化烯共聚物时，(RR’ SiO)和(RR”SiO)单元中的所有基团R通常为甲基。(R2SiO)单元(如果存在的话)通常为存在于甲基氢硅氧烷二甲基硅氧烷共聚物试剂中的二甲基硅氧烷单元，或为甲基烷基硅氧烷单元，例如通过使甲基氢硅氧烷单元与1-烯烃反应而形成的甲基乙基硅氧烷或甲基己基硅氧烷单元。优选的是，大多数基团R为甲基；有机聚硅氧烷聚氧化烯共聚物的基团R中的碳原子的平均个数优选地小于2。
[0030]具有多个S1-H基团的聚硅氧烷与包含烯键式不饱和基团的聚醚以及具有至少两个烯键式不饱和基团的有机或有机硅氧烷化合物的反应可以(例如)产生具有下列通式的支链有机聚硅氧烷聚氧化烯共聚物:
【权利要求】
1.一种用于从水-固体材料悬浮液中分离所述固体材料的方法，包括: 向所述水-固体材料悬浮液中加入具有支链有机聚硅氧烷结构的有机聚硅氧烷聚氧化烯共聚物， 将所述有机聚硅氧烷聚氧化烯共聚物与所述水-固体材料悬浮液混合以形成混合物，以及 从所述混合物中脱出所述固体材料， 通过所述具有支链有机聚硅氧烷结构的有机聚硅氧烷聚氧化烯共聚物提高所述悬浮液的脱水速率。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述固体材料为纤维状的纤维素材料。
3.根据权利要求2所述的用于通过洗涤含水浆液中的木浆并对所述洗过的木浆浆液进行脱水和干燥来制备干燥的洗过的木浆的方法，其中在脱水之前将具有支链有机聚硅氧烷结构的有机聚硅氧烷聚氧化烯共聚物添加到所述含水浆液中，从而提高所述木浆浆液的脱水速率并减少脱水和干燥所述浆液所使用的总能量。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述支链有机聚硅氧烷聚氧化烯共聚物具有通式:
R2R*SiO(RR’ SiO) x(R2SiO) y(RR” SiO) zSi R2R*(I)， 其中每个R表示具有I至25个碳原子的烃基；每个R’表示由下式表示的聚氧化烯:
-A-O- (A，-O) w- (C2H4O) a (C3H6O) b (C4H8O) C-R2, 其中A表示具有I至20个碳原子的二价烃基、由式- A”C(O)-表示的酰基烷基，其中A”为具有2至4个碳原子的亚烷基，或直接键合到Si上，A’表示具有2至5个碳原子的亚烷基，R2表示氢原子、具有I至20个碳原子的烷基或具有I至20个碳原子的酰基，w=0或l，a=0-50，b=0-50，并且c=0-20，前提条件是a+b+c为至少I ;每个R”表示有机聚硅氧烷部分或被有机聚硅氧烷部分取代的有机基团，并通过S1-C键或硅氧烷基团键合到Si上；每个R* 为 R、R’ 或 R” 基团；x=l-40 ；y=0-300 ;并且 z=l_5。
5.根据权利要求4所述的方法，其中b=5-40，c=0，并且b大于a。
6.根据权利要求4或权利要求5所述的方法，其中包含R”的所述有机聚硅氧烷部分被至少一个聚氧化烯取代。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的方法，其中所述有机聚硅氧烷聚氧化烯共聚物具有通式:
8.根据权利要求4至6中任一项所述的方法，其中所述有机聚硅氧烷聚氧化烯共聚物具有通式:
9.根据权利要求4至6中任一项所述的方法，其中所述有机聚硅氧烷聚氧化烯共聚物具有通式:
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述支链有机聚硅氧烷聚氧化烯共聚物作为也包含具有下列通式的有机聚硅氧烷聚氧化烯共聚物的组合物的一部分存在:
R2R*SiO(RR’ SiO) x(R2SiO) y(RR” SiO) zSi R2R* (I)， 其中R、R’、R”、R*、X和y如权利要求2所限定，并且z=0，所述组合物中所述全部有机聚硅氧烷聚氧化烯共聚物中的z的平均值在0.1至2范围内。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述有机聚硅氧烷聚氧化烯共聚物组合物在25°C的粘度小于30000厘沲。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述悬浮的固体材料为煤。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述悬浮的固体材料为污水污泥。
14.使用有机聚硅氧烷聚氧化烯共聚物改进水性介质中悬浮固体材料的脱水，其特征在于所述有机聚硅氧烷聚氧化烯共聚物具有支链有机聚硅氧烷结构。
15.一 种包括洗涤含水洗涤剂溶液中的织物材料以及用水冲洗所述洗过的织物材料的洗涤方法，其中将具有支链有机聚硅氧烷结构的有机聚硅氧烷聚氧化烯共聚物添加到用于洗涤所述织物材料的所述含水洗涤剂溶液中或添加到用于冲洗所述洗过的织物材料的水中。
【文档编号】C02F103/28GK103764573SQ201280042525
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2012年8月23日 优先权日:2011年9月2日
【发明者】早田达央, 曾建仁, 星勋·赵, S·克鲁兹, A·希尔贝雷尔, 科丽娜·帕尼奥尼, 法比安·鲁菲昂热, 古川晴彦 申请人:道康宁公司, 道康宁东丽株式会社