專利名稱：：用于改變材料粘性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明主要涉及用于控制材料粘性的方法和組合物，更具體地，涉及用于減少粘合劑、瀝青、及其他顆粒、溶解或膠體雜質(zhì)的粘性的方法，以使這些材料的有害影響最小化。
背景技術(shù)：
：在紙張制造工業(yè)中，一個日益關(guān)注的領(lǐng)域是紙屑的再利用；然而，從紙屑或從用于處理紙屑的工藝物流中去除雜質(zhì)是能夠再利用紙屑的關(guān)鍵。許多雜質(zhì)粘附在紙張纖維上，因此在再循環(huán)工藝中引起問題。兩種這樣的雜質(zhì)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，包括但不限于熱熔融物、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(guān)的天然成分，所述纖維源自從制漿過程中釋放的提取物。雜質(zhì)在用于再利用的紙屑工藝過程中可引起操作問題，也可降低產(chǎn)品質(zhì)量。具體地，雜質(zhì)可沉積在造紙機的金屬絲、熔融物、壓輥和干燥筒上。另外，造紙工藝中的雜質(zhì)可以延遲纖維的粘合并增加斷紙的頻率。因此，為了改善造紙操作和產(chǎn)品質(zhì)量，必須嚴格控制雜質(zhì)。粘性描述了雜質(zhì)的粘合性能。通過減少雜質(zhì)的粘性，可以明顯減少在工藝過程中雜質(zhì)粘附到造紙機金屬絲及其他表面的傾向。以前減少雜質(zhì)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(zhì)或使雜質(zhì)去粘性。通常，所述化學添加劑包括礦物例如硅酸鎂。這些礦物和表面活性劑粘附在雜質(zhì)的表面，因此改變了雜質(zhì)的表面性質(zhì)，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，包括當暴露于剪應(yīng)力時的效率損失，及其他操作和產(chǎn)物質(zhì)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(zhì)粘性；然而，它們的高成本和有限的效果使得其不那么合意。用于控制雜質(zhì)的機械方法包括分散、篩分和清潔。用分散將雜質(zhì)粉碎成越來越小的微粒，直到它們在最終產(chǎn)物中是看不見的。令人遺憾地，當產(chǎn)物巻繞時，即使"看不見的"雜質(zhì)的存在未能除去相鄰層的互粘，并且這些雜質(zhì)仍可顯著地削弱產(chǎn)物的總外觀。篩子和離心凈漿器也可用于從纖維流中除去黏性物、瀝青和碎片?；陔s質(zhì)和篩網(wǎng)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(zhì)中分離。然而，篩子不能除去小于篩孔或可足夠變形以通過篩孔的雜質(zhì)，這限制了篩子從雜質(zhì)中分離纖維的效果?；陔s質(zhì)和纖維的不同的比重，離心凈漿器將纖維從雜質(zhì)中分離。然而，當雜質(zhì)和纖維的相對密度相似時，分離效果不好。用于減少雜質(zhì)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(shè)備件和其自身的操作費用，并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。盡管如上所述的各種不同技術(shù)和努力為由雜質(zhì)所引起的問題提供了一些安慰，雜質(zhì)粘性仍導(dǎo)致大量的操作停工期和產(chǎn)品質(zhì)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(zhì)并在加工中引起更多的重大問題。因此，仍然需要用于減少雜質(zhì)粘性的簡單和廉價的方法
發(fā)明內(nèi)容一方面，本發(fā)明提供用于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(huán)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(yōu)選的實施方式中，這種接觸發(fā)生在水性介質(zhì)中，例如一種包括原生或再生的纖維素纖維的水介質(zhì)。例如，這種接觸可以發(fā)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(huán)糊精化合物添加到制漿機裝置中。在另一個例子中，可以將所述環(huán)糊精化合物添加到白水中。在一個實施方式中，所述環(huán)糊精化合物可以選自a-環(huán)糊精化合物、卩-環(huán)糊精化合物、Y-環(huán)糊精化合物、其衍生物、及其組合。或者，可以使用其他的環(huán)糊精化合物。另一方面，本發(fā)明提供用于改變工藝流體中黏性雜質(zhì)的粘性的方法，包括步驟(i)提供分散有雜質(zhì)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(huán)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(huán)糊精化合物的濃度為每噸微粒O.Ol到10磅，以干燥固體基礎(chǔ)表示。在另一個實施方式中，所述環(huán)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(lǐng)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(fā)明提供用于改變表面潤濕性的方法。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(huán)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(gòu)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(shè)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涂敷涂層。圖1是p-環(huán)糊精化合物的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是用于未經(jīng)處理的材料的原子力顯微鏡端部的偏差示意圖。圖3是用于經(jīng)環(huán)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(jīng)研發(fā)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(zhì)顆粒的情況，這些雜質(zhì)顆粒需要處理以避免對加工設(shè)備和產(chǎn)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(chǎn)物時尤為強烈，必須在不發(fā)生顯著的額外費用的情況下控制粘性的存在。通常，用于改變黏性材料粘性的方法包括使黏性材料與適量的環(huán)糊精化合物接觸的步驟，該適量的環(huán)糊精化合物可以有效減少黏性材料的粘性。有利地，環(huán)糊精化合物通常比普通的聚合物或酶方法便宜的多，例如由于環(huán)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(yè)供應(yīng)商(例如Wacker化學公司)的大量環(huán)糊精化合物的可用性。在一個具體的方面，該方法用于改變工藝流體中黏性雜質(zhì)的粘性，且包括步驟(i)提供其中分散雜質(zhì)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(huán)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，該方法用于改變表面的潤濕性，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(huán)糊精化合物接觸。這些方法尤其可用于減少存在于紙張或造紙廠物流中的黏性雜質(zhì)的粘性，以改善工藝和加工設(shè)備中的天然和合成黏性材料(即黏性物)的控制。這里使用的術(shù)語"黏性材料"指本領(lǐng)域已知的基本上任何合成或天然黏性劑，包括但不限于合成黏性劑，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，其源自在制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?；蛭⒘?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。這里使用的術(shù)語"環(huán)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(huán)糊精化合物在一個環(huán)中包括六個和八個葡萄糖單體；a-環(huán)糊精化合物包括六個吡喃葡萄糖單元，P-環(huán)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(huán)糊精化合物包括八個吡喃葡萄糖單元。在優(yōu)選的實施方式中，所述環(huán)糊精化合物可選自a-環(huán)糊精化合物、(3-環(huán)糊精化合物、Y-環(huán)糊精化合物、其衍生物、以及其組合。盡管該三種天然的環(huán)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(huán)狀寡聚糖的環(huán)糊精化合物也已被確認。通常，環(huán)糊精化合物的結(jié)構(gòu)包括相對疏水核心和疏水外部。疏水外部賦予環(huán)糊精化合物及其絡(luò)合物水溶性。環(huán)糊精化合物的官能團可被衍生化，以改變環(huán)糊精化合物的特性。環(huán)糊精化合物的獨特結(jié)構(gòu)賦予其形成具有疏水分子的絡(luò)合物的能力。據(jù)信，這種獨特結(jié)構(gòu)能夠使環(huán)糊精化合物減少或除去雜質(zhì)材料的粘性。環(huán)糊精化合物的獨特結(jié)構(gòu)利用不同的機理比傳統(tǒng)使用的化學品更能減少或除去材料粘性。因此，傳統(tǒng)的化學添加劑可用于與環(huán)糊精化合物連接，以減少或除去材料粘性。因此，用于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(yōu)選的實施方式中，接觸步驟在水性介質(zhì)中發(fā)生。該介質(zhì)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(fā)生于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(huán)糊精化合物添加到制漿機裝置中。在另一個例子中，可以將所述環(huán)糊精化合物添加到白水中。在一個實施方式中，所述環(huán)糊精化合物的濃度為每噸微粒O.Ol到10磅，以干燥固體基礎(chǔ)表示。在另一個實施方式中，所述環(huán)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(lǐng)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(huán)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?？蓪⑺霏h(huán)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(huán)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(jié)合。可將所述環(huán)糊精化合物以單一點或多重點、以連續(xù)或非連續(xù)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(fā)明提供用于改變工藝流體中黏性雜質(zhì)的粘性的方法，包括步驟(i)提供分散有雜質(zhì)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(huán)糊精化合物，該適量有效的的環(huán)糊精化合物可以有效減少黏性材料的粘性。再一方面，本發(fā)明提供通過以環(huán)糊精化合物處理表面，以改變所述表面潤濕性的方法，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(huán)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(gòu)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(shè)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涂敷涂層。參考以下非限制性實施例，可進一步理解本發(fā)明。實施例1利用添加和不添加環(huán)糊精化合物的黏性劑來測定環(huán)糊精化合物對粘性的影響。環(huán)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，代表這種通常用于紙張工業(yè)的黏性劑家族。這些黏性劑經(jīng)由通常通過應(yīng)用輕微壓力而附著于表面的郵件標簽、郵票及其他產(chǎn)品進入原料。它們在再制漿操作過程中與再生紙張分開，并進入工藝物流。0.1wt。/。的Carbotac的水懸浮液與0.1wty。的a-、P-或？環(huán)糊精化合物的水懸浮液混合。將500mL混合物煮沸直到lmL，在不銹鋼試塊上滴上兩小滴涂敷成薄膜。試塊保持室溫過夜，然后在30。C下干燥6小時。用Polyken粘性測試機(TestingMachinesInc.IslandiaNY)，使用以引用方式引入本發(fā)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(jié)果插到40°C。水滴在薄膜的干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(zhì)。該接觸角也是表面潤濕性的尺度；接觸角越小，表面越可潤濕。表1顯示了用環(huán)糊精化合物處理壓敏黏性膜的效果。結(jié)果顯示，將環(huán)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(jīng)環(huán)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(jīng)處理的壓敏黏性膜難以從試塊上除去。該結(jié)果也顯示，將環(huán)糊精添加到壓敏黏性膜減小了表面接觸角。潤濕性是粘性的起作用的因素，且經(jīng)環(huán)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(jié)果明確證明了環(huán)糊精化合物在減少粘性中的有利影響，并提供其解釋。表l:經(jīng)環(huán)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(huán)糊精4.91(1)59(5)Carbotac:y-環(huán)糊精7.9o(o)43(2)實施例2環(huán)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(huán)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，代表這種通常用于紙張工業(yè)的黏性劑家族。以下七個環(huán)糊精化合物衍生物從Wacker化學公司得到甲基-l3-環(huán)糊精(A)、2-羥丙基-a-環(huán)糊精(B)、2-羥丙基-P-環(huán)糊精(C)、2-羥丙基個環(huán)糊精(D)、a-環(huán)糊精(E)、(3-環(huán)糊精(F)和，環(huán)糊精(G)。lg0.1wt。/。的Carbotac26171水懸浮液與不同量的環(huán)糊精化合物溶液(即A、B、C、D、E、F和G)混合，使得環(huán)糊精化合物在溶液中的最后濃度為0到5%。將每種混合物的lmL置于不銹鋼試塊上，涂敷成薄膜，然后在60°C烘箱中干燥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，并插到40。C。表2顯示用環(huán)糊精化合物處理的壓敏黏性膜的效果。在每種環(huán)糊精化合物存在下，黏性膜的粘性明顯減少了。盡管各種環(huán)糊精化合物衍生物中，實現(xiàn)類似的降低水平所需的環(huán)糊精化合物的量并不相同，該結(jié)果明確顯示，環(huán)糊精化合物衍生物減少粘性的能力不局限于任何一個環(huán)糊精化合物衍生物，所有測試的環(huán)糊精化合物均具有。10表2:經(jīng)環(huán)糊精處理的混合物的粘性(g力)<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>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(jié)果。將Carbotac26207，標準黏性劑配方，涂敷到不銹鋼板上并干燥成光滑薄膜。將一塊板短暫浸入3%|3-環(huán)糊精化合物溶液中并干燥。未經(jīng)處理的和經(jīng)環(huán)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(jīng)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(jīng)環(huán)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(jīng)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(jīng)處理的樣品表面不是粘性的，材料不會轉(zhuǎn)移到端部。這些結(jié)果證明環(huán)糊精化合物甚至在表面膜形成之后改變表面粘性的能力。實施例4(3-環(huán)糊精化合物在粘性雜質(zhì)特性上的效果在操作紙張再生廠的工業(yè)規(guī)模試驗中得到測定。將由Wacker化學公司生產(chǎn)的(3-環(huán)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，所述進料口處于再漿化之后該工藝中的早期位置。水樣在金屬試塊上干燥，并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志的不同混合物。對于一種紙屑混合物，經(jīng)(3-環(huán)糊精化合物處理，粘性測量的基準值從104g力(未經(jīng)處理的)減少到20g力。對于另一種紙屑混合物，經(jīng)環(huán)糊精化合物處理，粘性測量的基準值從54g力(未經(jīng)處理的)減少到0g力。這些結(jié)果明確顯示，環(huán)糊精化合物大幅度減少了存在于工業(yè)規(guī)模操作紙張再生設(shè)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(jié)果顯示，環(huán)糊精化合物有效減少了多成分粒料的粘性。這里引用的出版物以引用方式引入。從上述詳細說明對這里描述的方法和設(shè)備的修改和變化對本領(lǐng)域的技術(shù)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(quán)利要求的范圍之內(nèi)。權(quán)利要求1.用于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(huán)糊精化合物接觸。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述接觸發(fā)生在水性介質(zhì)中。3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述水性介質(zhì)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(quán)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(quán)利要求1所述的方法，其中所述接觸發(fā)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(quán)利要求5所述的方法，其中將所述環(huán)糊精化合物添加到制漿裝置或白水中。7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述環(huán)糊精化合物選自a-環(huán)糊精化合物、P-環(huán)糊精化合物、Y-環(huán)糊精化合物、其衍生物、及其組合。8.用于改變工藝流體中的黏性雜質(zhì)粘性的方法，包括提供其中分散雜質(zhì)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(huán)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(quán)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(quán)利要求9所述的方法，其中環(huán)糊精化合物的濃度為每噸微粒O.Ol到lO磅，以干燥固體基礎(chǔ)表示。11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述環(huán)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(quán)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(quán)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.用于改變表面潤濕性的方法，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(huán)糊精化合物接觸。15.如權(quán)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(gòu)成。16.如權(quán)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(shè)備。17.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述接觸包括涂敷涂層到表面上。全文摘要本發(fā)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(huán)糊精化合物接觸，減少黏性材料的粘性。在一個優(yōu)選的實施方式中，該方法用于改變工藝流體中的黏性雜質(zhì)的粘性，其包括步驟提供其中分散雜質(zhì)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(huán)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于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(yōu)先權(quán)日2005年2月15日發(fā)明者蘇伊特·班納吉申請人:佐治亞技術(shù)研究公司