[发明专利]防垢组合物及其用途

说明书

本发明涉及根据所附独立权利要求的前序部分所述的防垢组合物及其用途。

不期望的难溶性无机盐在工艺表面(process surfaces)上的结垢(scaling)是几种工业包括造纸工业中的一个主要问题。当溶液包含的溶解的溶质比其饱和溶液可能溶解的溶质更多时，发生结垢，并且盐自发沉淀，通常沉淀到工艺中的各种表面上。可以用防止/延缓结垢或溶解所形成的垢的结垢抑制剂来处理垢。聚合物防垢剂的抑制性能是基于盐中的阳离子与结垢抑制剂的官能团之间的吸引力。

草酸钙是纸浆和造纸厂中最具挑战性的垢之一，并且由于在无元素氯(ECF)和全无氯(TCF)的漂白装置中木质素和木聚糖的氧化分解增强，草酸钙已成为漂白操作中的主要沉淀物之一。在ECF和TCF工艺中的高度氧化条件和突然的pH值变化使草酸盐结垢增多。在机械制浆和氧化物漂白中也可能发生草酸盐结垢。由于垢积聚在设备表面上，或者甚至阻塞管道和泵，结垢造成工厂生产效率的显著损失。草酸钙通常在装置表面，尤其在换热装置表面上形成硬沉淀物。可以通过清洗除垢，但是其由于定期保养停机而造成大量的生产损失。此外，草酸钙也可以沉淀到纸浆纤维上，导致纸的质量劣化。因此需要针对草酸钙结垢的有效防垢剂。

草酸钙可以结晶为三种不同的水合物，即一水合物、四方二水合物和三斜三水合物，此外，草酸钙一水合物具有三种不同的多晶型物，其中二种为单斜型和一种为斜方型(orthorombic)。草酸钙一水合物一般不以单独的晶体存在，而是以双晶或双共生型晶体(twin intergrowths)存在。这三种草酸钙水合物在纸浆和造纸厂的结垢过程中是重要的。在造纸工业中最常见的沉淀物是热力学草酸钙一水合物相，但是也已报道了草酸钙二水合物在2.5-4的酸性pH范围内沉淀，并且已知草酸钙三水合物对于草酸钙作为主要沉淀物的结垢具有显著影响，特别是动态体系中。

由于草酸钙的三种水合物均以不同的晶系结晶，其沉淀物的处理具有挑战性。几种相的草酸钙使使用结垢抑制剂的结垢处理方法复杂化，因为抑制剂通常与晶体表面的活性位点相互作用，该活性位点对于不同相可能显著改变。抑制剂应适合晶体生长单元，并对其具有一定的亲和力。此外，最常见的沉淀物草酸钙一水合物的大晶体体积和其作为双晶或双共生型晶体存在可能使结垢抑制工艺进一步复杂化。因此，针对含有不同相的结垢体系定制有效的防垢剂是更为困难的。

本发明的一个目的是使现有技术中存在的缺点最小化或甚至完全消除。

另一个目的是针对纸浆和造纸工艺中的草酸钙结垢提供有效和安全的防垢剂。

采用具有下文呈现的在独立权利要求的特征部分中的特征的发明来实现这些目的。

通常，根据本发明的用于减少草酸钙结垢的液体防垢组合物包含具有多个阴离子基团的聚阴离子防垢剂，所述防垢剂选自聚磷酸盐或酯、包含至少一个羧基的聚合物以及其任意混合物，其中所述防垢组合物还包含镁离子。

通常，根据本发明的防垢组合物是用于抑制和/或减少纸浆和造纸工业中的草酸钙结垢。

根据本发明的用于减少和/或抑制在纸浆和造纸工业中的草酸钙结垢的典型方法包括将根据本发明的防垢组合物添加至造纸或纸浆制造工艺中的水流中。

现在已经令人惊奇地发现，通过将具有多个阴离子基团的聚阴离子防垢剂(如聚环氧琥珀酸盐、聚磷酸盐或酯或聚羧酸盐)与镁离子混合可以显著提高该聚阴离子防垢剂针对草酸钙垢的效率。当所述聚阴离子防垢剂与镁离子组合时，所需的最低结垢抑制剂浓度可以降低甚至70％，并且所得到的组合物可以用作纸浆和造纸工业中的防垢剂。该防垢组合物在减少和/或抑制草酸钙垢方面提供预料不到的协同效应，该协同效应显然超过形成所述组合物的各部分的预期的累积效果。该效应的原因还没有被完全理解。如上所述，草酸钙垢的形成是纸浆和造纸工业中的常见问题。降低草酸钙结垢相当大地节省了化学品成本和所需的清洁时间。纸浆和造纸工艺可以变得更加有效，因为与草酸盐垢去除相关的停机时间减少。当草酸钙未沉淀在纤维上时，也可能观察到所生产的纸的质量的改善。

在本申请中，术语“聚阴离子防垢剂”应理解为指一种在其结构的多于一个位点上具有负电荷的防垢分子、防垢聚合物或其它防垢剂。因此，聚阴离子防垢剂具有至少两个，优选多个阴离子基团在其结构中或连接至其结构。该阴离子基团可以均是类似的或其可以是彼此不同的。例如，该防垢剂可以是聚羧酸盐，即聚羧酸的盐。防垢剂可以是有机或无机的。