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清洗剂及表面清洗方法

  • 专利名称
    清洗剂及表面清洗方法
  • 发明者
    霍华德·A·克特尔森, 霍华德 A 克特尔森
  • 公开日
    2004年5月5日
  • 申请日期
    2001年9月17日
  • 优先权日
    2000年9月19日
  • 申请人
    特洛伊人技术公司
  • 文档编号
    C11D17/00GK1494587SQ01815920
  • 关键字
  • 权利要求
    1.一种清洗剂,含有清洁剂、粒状粘土材料和水性载体,所述清洗剂的pH低于约4.0,其特征是25℃下剪切速率达到约0.10s-1时粘度至少下降90%2.如权利要求1所述的清洗剂,其中清洁剂包括磷酸脲盐3.如权利要求1所述的清洗剂,其中粒状粘土材料包括膨润土4.如权利要求1所述的清洗剂,其中粒状粘土材料包括碱金属膨润土5.如权利要求1所述的清洗剂,其中粒状粘土材料包括钠膨润土6.如权利要求1所述的清洗剂,其中水性载体包括水7.如权利要求1所述的清洗剂,其中pH在约0.5至约4.0的范围内8.如权利要求1所述的清洗剂,其中pH在约0.5至约3.0的范围内9.如权利要求1所述的清洗剂,其中pH在约0.5至约1.5的范围内10.如权利要求1所述的清洗剂,其中粒状粘土材料的含量在小于等于约10重量%的范围内11.如权利要求1所述的清洗剂,其中粒状粘土材料的含量在约0.5至约10重量%的范围内12.如权利要求1所述的清洗剂,其中粒状粘土材料的含量在约0.5至约5.0重量%的范围内13.如权利要求1所述的清洗剂,其中粒状粘土材料的含量在约0.3至约3.0重量%的范围内14.如权利要求1所述的清洗剂,其中25℃下剪切速率达到约0.05s-1时粘度下降至少90%15.如权利要求1所述的清洗剂,其中25℃下剪切速率达到约0.03s-1时粘度下降至少90%16.如权利要求1所述的清洗剂,其中25℃下剪切速率达到约0.10s-1时粘度下降至少95%17.如权利要求1所述的清洗剂,其中25℃下剪切速率达到约0.05s-1时粘度下降至少95%18.如权利要求1所述的清洗剂,其中25℃下剪切速率达到约0.03s-1时粘度下降至少95%19.如权利要求2所述的清洗剂,其中磷酸脲盐是脲与含磷酸的反应产物20.如权利要求19所述的清洗剂,其中含磷酸包括磷酸及其衍生物21.如权利要求19所述的清洗剂,其中含磷酸包括膦酸及其衍生物22.如权利要求19所述的清洗剂,其中脲与含磷酸的比在约1∶10至10∶1的范围内23.如权利要求2所述的清洗剂,其中磷酸脲盐的含量在约0.5至约60重量%的范围内24.一种从表面上除去结垢物的方法,包括在表面上施用一种清洗剂的步骤,所述的清洗剂含有清洁剂、粒状粘土材料和水性载体,该清洗剂的pH低于约4.0,其特征是25℃下剪切速率达到约0.10s-1时粘度下降至少90%25.如权利要求24所述的方法,其中清洁剂包括磷酸脲盐26.如权利要求24所述的方法,其中粒状粘土材料包括膨润土27.如权利要求24所述的方法,其中粒状粘土材料包括碱金属膨润土28.如权利要求24所述的方法,其中粒状粘土材料包括钠膨润土29.如权利要求24所述的方法,其中水性载体包括水30.如权利要求24所述的方法,其中pH在约0.5至约4.0的范围内31.如权利要求24所述的方法,其中pH在约0.5至约3.0的范围内32.如权利要求24所述的方法,其中pH在约0.5至约1.5的范围内33.如权利要求24所述的方法,其中粒状粘土材料的含量在小于等于约10重量%的范围内34.如权利要求24所述的方法,其中粒状粘土材料的含量在约0.5至约10重量%的范围内35.如权利要求24所述的方法,其中粒状粘土材料的含量在约0.5至约5.0重量%的范围内36.如权利要求24所述的方法,其中粒状粘土材料的含量在约0.3至约3.0重量%的范围内37.如权利要求24所述的方法,其中25℃下剪切速率达到约0.05s-1时粘度下降至少90%38.如权利要求24所述的方法,其中25℃下剪切速率达到约0.03s-1时粘度下降至少90%39.如权利要求24所述的方法,其中25℃下剪切速率达到约0.10s-1时粘度下降至少95%40.如权利要求24所述的方法,其中25℃下剪切速率达到约0.05s-1时粘度下降至少95%41.如权利要求24所述的方法,其中25℃下剪切速率达到约0.03s-1时粘度下降至少95%42.如权利要求25所述的方法,其中磷酸脲盐是脲与含磷酸的反应产物43.如权利要求42所述的方法,其中含磷酸包括磷酸及其衍生物44.如权利要求42所述的方法,其中含磷酸包括膦酸及其衍生物45.如权利要求42所述的方法,其中脲与含磷酸的比在约1∶10至10∶1的范围内46.如权利要求42所述的方法,其中磷酸脲盐的含量在约0.5至约60重量%的范围内
  • 技术领域
    一方面,本发明涉及一种尤其用于光学表面的清洗剂另一方面,本发明涉及尤其是从光学表面上除去结垢物的方法
  • 背景技术
  • 专利详情
  • 全文pdf
  • 权力要求
  • 说明书
  • 法律状态
专利名称:清洗剂及表面清洗方法 流体处理系统总的来说在本领域是公知的。例如,美国专利4,482,809、4,872,980和5,006,244(均以Maarschalkerweerd的名义,并且全部转让给本发明的受让人,以下称Maarschalkerweerd#1专利)均记载了利用紫外(UV)辐射的重力给料流体处理系统。这样的系统包括一排包括几具UV灯的UV灯架,各UV灯安装在套内,这些套在一对与横木相连的支柱间延伸并由其支撑。被支撑的套(包括UV灯)浸入被处理的流体中,然后按需要照射。流体受到的照射量由诸如下面的因素决定流体与灯的接近度、灯的输出瓦特数、流体流过灯的流量、水或废水的紫外线透过率(UVT)、套的百分透过率(%T)等。通常,可以使用一个或多个UV传感器监控灯的UV输出量,并且在处理装置的下游,通常是通过水位门(level gate)等将液位控制到某种程度。但是,上述系统存在缺点。根据被处理流体的特性,UV灯周围的套周期性地因外来物而结垢,抑制了其向流体传送UV的能力。对于给定的装置,结垢的发生率可以由历史操作数据或通过UV传感器的测量来确定。一旦发生或在发生结垢之前,必须清洗套,除去污物,最优化系统性能。如果在开放式槽状系统(例如,Maarschalkerweerd#1专利中记载和图示的一种)中使用UV灯组件,可以在系统连续工作的同时拿掉一个或多个组件,并且可以将拿掉的框架浸入适当的清洗液(例如,弱酸)的浴中,可空气搅拌清洗液以除去污物。当然,这需要提供多余或过剩的UV照射源(通常通过包括额外的UV灯组件),以确保在一个或多个框架被拿掉进行清洗的同时对被处理流体足量照射。这需要在安装处理系统的资本费用基础上增加盈余UV能力。另外,也必须提供和维护用于容纳UV灯组件的清洗容器。根据一次清洗必须提供的组件数以及它们所需的清洗频率,这可能大幅增加处理系统的操作和维护费用。此外,为管理清洗容器中所需的组件拆卸/再安装和清洗液的排出/再填充,清洗方式需要较高的劳力成本。再者,这样处理组件导致组件中的灯的损坏或破碎的风险加大。如果框架在封闭系统中(例如,美国专利5,504,335(以Maarschalkerweerd的名义,并转让给本发明的受让人)中记载的处理室),从清洗流体中拆除这些框架通常是不现实的。此时,必须通过暂停流体处理、关闭处理包壳(treatment enclosure)的入口阀和出口阀、并用清洗液填充整个处理包壳及空气搅拌流体以除去污物这样的方法对套进行清洗。清洗这样的封闭系统存在的缺点是进行清洗时必须停掉处理系统,以及必须利用大量清洗液填充处理包壳。存在的另一个问题是操作大量清洗液是危险的,以及处置大量用过的清洗液是困难的和/或昂贵的。当然,开放式流动系统也存在这两个问题,尽管程度较弱。事实上,一旦安装,与现有技术的流体处理系统相关的最大维护费之一经常是清洗照射源周围的套的费用。美国专利5,418,370、5,539,210和5,590,390(均以Maarschalkerweerd的名义,并且全部转让给本发明的受让人,以下称为Maarschalkerweerd#2专利)均记载了改进的清洗系统,该系统用在利用UV照射的重力进料流体处理系统中特别有利。总的来说,该清洗系统包括与具有照射源(例如,UV灯)的照射源组件外部连接的清洗套。清洗套可以在(i)和(ii)间移动(i)缩入位置,其中照射源组件的第一部分与被处理的流体流接触,和(ii)伸出位置,其中照射源组件的第一部分完全或部分被清洗套覆盖。清洗套包括与照射源组件的第一部分接触的室。该室中装有适于从照射源组件的第一部分除去不希望的材料的清洗液。
在2000年5月11日出版的国际公报WO 00/26144[Pearcey等,(Pearcey)]中记载了一种用于照射源组件的清洗装置,以及装有这样的清洗装置的照射源组件。总的来说,该清洗装置和相关的组件包括(i)与清洗套磁力匹配的可滑动部件,该可滑动部件安装在无杆的圆筒上并可相对于它滑动;和(ii)发动装置,使可滑动部件沿无杆圆筒平移,从而使清洗套在照射源组件的外部上方平移。
其它对于清洗装置的改进在下面的专利申请中记载共同待审的美国专利申请09/258,142[Traubenberg等,(Traubenberg)],1999年2月26日提交;共同待审的美国专利申请60/136,766[Dall’Armi等,(Dall’Armi)],1999年5月28日提交;共同待审的美国专利申请60/148,648[Fang等,(Fang)],1999年8月13日提交;上述各专利申请转让给了本发明的受让人。
Pearcey、Traubenberg、Dall’Armi和Fang的教导代表了本领域的重要进步,特别是当在例如Maarshalkerweerd#1专利中说明的一种流体处理系统组件中实施时。
现有技术中较少受到注意的一个领域是在用于诸如Maarschalkerweerd#2专利以及Pearcey、Traubenberg、Dall’Armi和Fang教导的光学照射装置的这样的清洗装置中使用的清洗剂的特性。
已知UV灯的灭菌效率取决于覆盖UV灯的表面的清洁度—参见Kreft,P.;Scheible,O.K.;Venosa,A.“紫外灭菌单元的水力学研究和清洗评价”(HYDRAULIC STUDIES AND CLEANING EVALUTIONSOF ULTRAVIOLET DISINFECTION UNITS),Journal WPCF,58卷,12期,1129页[Kreft]。为使紫外灭菌系统发挥最佳效率,该系统的清洗很重要。表面结污可能大大地影响满足灭菌要求所需的剂量效率。通常用来容纳照射灯的崭新熔石英套的紫外线透过率(UVT)评价为80-90%。为维持满足灭菌要求的能力,将%UVT保持在80%或非常接近80%是非常理想的。
紫外线照射表面(例如,灯周围的石英套)的结污很复杂,并且位置不同也可能不同。结污的三个主要原因包括无机沉淀、有机结污和生物膜(其在表面污浊及未充分照射时生长)—参见Kreft。
无机垢沉淀的主要结污成分通常包括氢氧化镁、氢氧化铁、氢氧化钙、碳酸镁、碳酸钙、磷酸镁和磷酸钙的一种或多种。这些是具有逆溶解度特性的盐,即溶解度随温度升高而下降的盐。曾指出诸如上述的紫外线照射系统中使用的石英套在石英/水界面上的温度比本体溶液高—参见Kreft。这引出这样一个假设这样的石英套的结污可能来自无机盐的逆溶解度特性。其他因素如表面光化学效应也可能导致结污。
清洗无机结污面的传统方法使用酸性物质。应注意通常避免碱性化学物质如氢氧化铵或氢氧化钠,因为它们与石英发生化学反应,并且对无机残余物的清除效率有限。
酸对无机介质(在石英或其它表面上的无机结垢通常由金属氧化物和碳酸盐组成)的清除能力大小主要与pH有关。pH低时,金属阳离子更容易水合,在主要是由碳酸盐阴离子引起结垢的场合,发生分解,形成CO2。酸进一步具有破坏离子桥键效应和溶解沉淀的脂肪酸皂的能力,所述的离子桥键效应产生污垢膜样的皂垢。大多数清洗剂使用极强的酸以除去表面上的无机水渍、斑点和结垢。当酸处理与能够与除去吸附的有机/无机复合物的表面活性剂结合时,无机物的清除最有效(McCoy,J.W.“工业化学清洗”(Industrial Chemical Cleaning),第2章,34页,Chemical Publishing Co.New York,N.Y.)。
酸具有破坏能够产生污垢膜样皂垢的离子桥键效应的能力,也具有溶解沉淀的脂肪酸的能力。目前大多数清洗剂使用强酸除去表面上的无机水渍、斑点和结垢。当与表面活性剂结合时,通过能够除去吸附的有机/无机复合物的酸处理,可以清除无机结垢物。
用传统的紫外线照射系统处理的废水也可能含有各种各样的活生物和有机基分子,这些有机基分子的范围从具有表面活性的那些到油脂类。带负电的表面活性分子如腐殖酸可以结合水中的多价离子(钙、铁、镁)。另外,由于表面活性分子具有疏水部分,因此紫外线照射吸附物类如蛋白质或芳香族化合物的粘附也可能引起来自灯的紫外透射减少。
提出了大量化学物质用于从存在或不存在有机结垢物的表面上清除污垢沉淀物。无机酸如盐酸、硝酸、硫酸、磷酸和氨基磺酸是化学清除无机结垢沉淀物常用的—参见Kreft。但是,所有的这些酸都具有腐蚀性并难以操控。因此,在使用这样的酸时出现关于职业健康的顾虑。另外,由于使用这样的酸,对设备的损耗可能性增加。盐酸和硫酸因其腐蚀作用,因而通常不建议在与不锈钢接触的场合使用。硝酸具有氧化能力,并且因其潜在的反应性而仅能以小于等于约10%的浓度使用。磷酸是较为安全且有效的清洗酸,在各工业中广泛应用。但是,磷酸的使用可能造成形成与铁、钙或镁的不溶性磷酸盐。另外,磷酸盐对于微生物和藻类生长是限制性营养物,因此清洗液向处理水中排放和泄漏需要仔细监控。
在2000年5月26日提交的共同待审美国专利申请60/207,187[Ketelson等(Ketelson)]中提出了一种新型的清洗剂。Ketelson教导的清洗剂代表了本领域的重大进步。具体地,Ketelson教导的清洗剂具有下面的一项或多项属性(i)它可以从光学和/或金属表面上除去有机、生物和无机来源的外来沉淀物;(ii)它基本上不与光学表面起化学反应,或基本上不遗留将实质性减小%UVT的残余吸附物;(iii)它可以较为安全地操控,对人体皮肤相对无腐蚀性;(iv)它满足目前管理废水和饮用水工业中环境容许实用性的标准;(v)它受到紫外线照射时随时间推移(如,几个月)能够保持清洗活性;(vi)它具有抗菌性;(vii)它与清洗剂领域公知的一种或多种其它成分实质上相容,这些成分包括表面活性剂、湿润剂、增稠剂、多价螯合剂和螯合剂;(viii)它在擦器室中使用时实质上具有相容性,并且既不实质性地劣化密封材料,也不实质性地阻碍擦器在表面运动;(ix)它在与具有剪切稀化性的增稠剂结合以维持控制其流动性时具有实质性的用途;(x)它符合FDA对于食品和药品的赋形剂和添加剂的规定;(xi)它对不锈钢基本上没有腐蚀性。
尽管Ketelson在本领域作出了进步,但仍有改进的空间。具体地,当诸如Ketelson教导的液体清洗剂用在诸如Maarschalkerweerd#2专利教导的一种清洗系统时,存在液体清洗剂随时间推移从清洗室泄漏出去的可能性。当把有问题的所述流体处理系统用在清洁(即,饮用)水时是不利的。另外,由于导致清洗剂成本增加,因此这也是不利的。
鉴于此,希望提供一种改进的清洗剂,它结合了Ketelson教导的清洗剂的优点,同时又消除或减轻了前一段指出的泄漏和/或成本问题。
发明的公开本发明的一个目的是提供一种新型清洗剂,它消除或减轻了现有技术中至少一个上述缺点。
本发明的另一个目的是提供一种从光学表面上除去结垢物的新方法。
因此一方面,本发明提供一种清洗剂,含有清洁剂、粒状粘土材料和水性载体,该配制物的pH低于约4.0,其特征是25℃下剪切速率达到约0.10s-1时粘度减小至少90%。
另一方面,本发明提供一种从表面上除去结垢物的方法,该方法包括在表面上使用含有清洁剂、粒状粘土材料和水性载体的清洗剂的步骤,该清洗剂的pH低于约4.0,其特征是25℃下剪切速率达到约0.10s-1时粘度减小至少90%。
因此,本发明者意外发现一种酸性(即,pH<4)清洗剂,它具有触变性(下文也称“剪切稀化”),它的酸稳定性、温度稳定性、电解质稳定性和紫外线照射稳定性的组合很理想。另外,本发明的清洗剂的另一个优点是它使被清洗的表面与移过表面的擦器、擦器室等的界面具有光滑性。
附图的简要说明
将参照


本发明的实施方案,其中图1图示了25℃和50℃时本发明清洗剂的实施方案,其粘度作为剪切速率函数的变化;图2图示了本发明清洗剂的一个实施方案,在25℃下储存7天后,粘度作为剪切速率函数的变化;图3图示了本发明清洗剂的一个实施方案,说明中压UV对作为剪切速率函数的粘度分布的影响。
实施发明的最佳方式因此,本发明的清洗剂含有清洁剂、粒状粘土材料和含水载体。
优选清洁剂包括磷酸脲盐。
磷酸脲盐是脲与含磷酸的衍生物。它的腐蚀性比上述的无机酸弱首先该化合物是弱酸,并且不拘泥于任何特定理论或作用方式,这被认为是由于脲与酸络合从而减弱了酸的腐蚀性。
通常在强酸(或上述有机酸至强酸)中加入很弱的碱如脲导致形成络合物—强酸将成盐的弱碱质子化,该盐溶于水中时起缓冲液作用。晶体结构显示了这些相互作用硝酸脲是纯盐(Worsham,J.E.,Jr.;Busing,W.R.,Acta Cryst.,1969,B25,572),磷酸脲在脲与磷酸之间等距离处具有可交换的质子(Nozik,Yu.Z.;Fykin,I.E.;Bukin,V.I.;Muradyan,L.A.,Kristallografiya,1976,21,7340,Kostansek,E.C.;Busing,W.R.,Acta Cryst.B.,1972,28,2454),在草酸脲中,质子保持与草酸结合(Kostansek,E.C.;Busing,W.R.,Acta Cryst.C,1972,B28,2454)。
基于这些观察,人们可以预期脲-酸络合物将起到缓冲剂的作用—即,脲作为弱碱。但是,在Ketelson中提到,当与游离酸比较时,对络合物的pH特征的考查显示,脲不影响磷酸的pH特征。因此,脲起缓和身为弱酸的磷酸的腐蚀性的作用,不影响pKa。
在本发明的优选清洗剂中脲与磷酸盐可以能发挥所需功能的任意比率形成。合适的盐的例子包括通过以约1∶1至约1∶4摩尔比范围的脲与含磷酸(例如,磷酸、膦酸、它们的衍生物等)结合形成的那些盐,优选约1∶1至约1∶2的摩尔比(脲∶磷酸)范围。
在优选实施方案中,脲是组合物中与含磷酸结合的唯一碱。在另一实施方案中,如果与水不溶性金属盐结合时产生水溶性金属盐,则含磷酸与脲或弱碱的盐可用来代替磷酸脲。例子包括强碱与例如链烷醇胺、烷基胺、二烷基胺、三烷基胺、烷基四胺、带有氨基或(烷基或芳基)氨基取代基的聚合物、带有含氮的杂环基的聚合物、丙烯酰胺(arcylamide)、丙烯酰胺与乙烯基吡咯烷酮的聚合物和共聚物、聚乙烯基吡咯烷酮、乙烯基吡咯烷酮和甲基丙烯酰胺的共聚物、聚甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺与氨(当其与HCl混合时形成氯化铵,氯化铵慢速溶于水不溶性盐)的共聚物,所述的链烷醇胺包括三乙醇胺、二乙醇胺、单乙醇胺和HO-[(烷基)O]x-CH2)yNH2,包括HO-[(CH2)xO]-CH2)xNH2;其中烷基可以在该部分内变化,其中x为1-8(可以在该部分内变化),y为1-40的整数。也可以使用这些碱的混合物。
根据本发明的优选实施方案,脲与磷酸反应形成的磷酸脲作为调制化学清洗组合物的有效成分,化学清洗组合物可以在有或没有清洗用途的物理装置时使用,以除去沉淀在表面如光学表面和/或金属表面上的外来物。磷酸脲可选择性地与至少一种表面活性剂一起调制,提供无条纹、不成膜以及低毒的配制物,用于特定应用但不限于废水或饮用水应用来源的结污表面的清洗。另外,清洗功效不因UV照射的影响而减弱。尽管磷酸脲是主要的有效成分,但也可以使用几种可选择的成分。增强清洗功效的可选成分包括表面活性剂、助洗剂、多价螯合剂、防雾聚合物和增稠剂。
另外,本发明的清洗剂可以含有磷酸脲以外的清洁剂,前提是这样的其它清洁剂不含有对本发明清洗剂有不利作用的辅助添加剂。例如盐酸脲、硫酸脲、膦酸等预计在本发明的清洗剂中有用。其他有用的清洁剂可以由本领域的熟练技术人员确定。
本发明的清洗剂进一步含有粒状粘土材料。本说明书中使用的术语“粘土材料”拟包括含有大量由金属(例如,碱金属或碱土金属)离子或氢氧化物离子结合在一起的硅酸盐(包括铝硅酸盐)片的结晶材料。
优选粒状粘土材料包括膨润土。更优选粒状粘土材料包括碱金属膨润土。最优选粒状粘土材料包括钠膨润土。
本发明的清洗剂进一步含有水性载体。优选水性载体含有水。
本发明的清洗剂的pH低于约4.0。优选pH在约0.5至约4.0的范围内。更优选pH在约0.5至约3.0的范围内。最优选pH在约0.5至约1.5的范围内。
优选粒状粘土材料的含量在最多约10重量%的范围内。更优选粒状粘土材料的含量在约0.5至约10重量%的范围内。甚至更优选粒状粘土材料的含量在约0.5至约5.0重量%的范围内。最优选粒状粘土材料的含量在约0.3至约3.0重量%的范围内。
本发明的清洗剂的特征是25℃下,剪切速率达到约0.10s-1时粘度下降至少90%。优选该配制物的特征是25℃下剪切速率达到约0.05s-1时粘度下降至少90%。更优选该配制物的特征是25℃下剪切速率达到约0.03s-1时粘度下降至少90%。
在另一个优选实施方案中,该配制物的特征是25℃下,剪切速率达到约0.10s-1时粘度下降至少95%,更优选25℃下剪切速率达到约0.05s-1时粘度下降至少95%,最优选25℃下剪切速率达到约0.03s-1时粘度下降至少95%。
将参照下面的实施例说明本发明的实施方案,实施例不应用来直接解释为本发明或限制本发明。
在下面的实施例中,使用下面的材料1.矿物胶体(Mineral Colloid)BP(Southern Clay Products Inc.);2.脲(ACS级,Fisher Scientific);和3.正磷酸(85%,Fisher Scientific)。
矿物胶体BP是高纯度蒙脱土,从细选的天然膨润土精制而成。它被分类为特制触变胶,特征是高效和较低的使用量。它具有高粘度,并与无机和有机阳离子相互作用。
下面是矿物胶体BP的特性典型物理性质形状 灰白色细粉气味 无亮度(GEB) 60湿含量7.5%pH9.70粘度(5%固体) 2200cps(厘泊秒)膨胀 46mL砷含量2.0ppm铅含量27.0ppm典型化学性质
SiO2 66.2%Al2O317.5%MgO 2.0%Fe2O33.8%CaO 0.8%Na2O 2.6%K2O0.1%磷酸脉(1M)的制备1L烧杯中加入707g磷酸(6.1摩尔),边使用与HeidolphTM混合机连接的桨式搅拌器搅拌,边加入315g脲(5摩尔)。混合速度最初设定在300rpm,但随溶液粘度变大,用手进行任意混合。反应中产生大量放热,因此全程监控反应。当观察到脲小球溶解时,可观察到混合物粘度迅速增大。此时从混合机中取出混合物并用角匙手动搅拌。反应结束后,分离出白色结晶固体磷酸脲。
为制备1M磷酸脲溶液,用Milli-QTM水将160g白色结晶固体稀释到1L。
含有矿物胶体BP的磷酸脲(1M)的制备(剪切稀化溶液)在烧杯中加入150g Milli-QTM水(室温)并以1000rpm搅拌。在搅拌的水中加入(通过筛子)3g矿物胶体BP。添加是缓慢进行的,以将沿容器和混合机边缘的产尘降至最小程度。加入BP胶体后进行混合过程30分钟。
在50mL烧杯中加入16g上述的磷酸脲产品和22g Milli-QTM水。用磁力搅拌器搅拌固体直到溶解。随后将该溶液滴加到以800rpm的速度搅拌的胶体BP浆中。加入磷酸脲溶液后,该分散液的粘度快速上升。混合10分钟后,制得了剪切稀化产品。
表征使用与小量样品承接器连接的BrookfieldTMDVII+ProgrammableViscometer(BrookfieldTMSC4-27心轴)测定粘度。承接器是加套的,并与设定在预定温度的水浴连接。
使用与Maarschalkerweerd#2专利中教导的紫外线照射组件类似的组件评价本发明清洗剂对紫外线照射的稳定性。
温度和酸稳定性在典型的紫外水处理系统中,石英套/水界面温度预计为比废水流中本体水温高至少20-40℃。基于此,考查了该系统在高温下的流变学特性。
图1图示了在25℃和50℃下,作为剪切速率函数的、用BP增稠的磷酸脲溶液(pH=1.0)的粘度特性。
图1显示在任何给定剪切速率下,25℃下获得的粘度均比50℃获得的那些粘度低很多。例如,25℃下,0.01s-1和0.03s-1时的粘度分别为433000mPa*s和108000mPa*s。相比而言,50℃下,剪切速率为0.01s-1和0.03s-1时粘度分别为742000mPa*s和220000mPa*s。这些结果说明含有矿物BP胶体的清洗液的粘度预计随温度增大。
通过监控剪切稀化特性7天以上,考查了pH对凝胶稳定性的影响。
图2显示在7天以上的期间内凝胶配制物的粘度缓慢增加。这并不意外,因为在配制物制备后存在持续数天的结构化过程(即,电双层厚度变化)。应注意的是,粘土基体系对低pH特别敏感。添加盐或急剧改变pH可以引起粘土粒子絮凝。当在粘土分散液中加入磷酸脲时需要特别注意(即,缓慢加入磷酸脲以将“冲击”减至最小程度)。尽管膨润土的pH耐力范围不宽(pH6-12),但其对低pH敏感,并且意外发现,用较高浓度的磷酸脲(即,8.5重量/重量%)可以保持剪切稀化特性。
UV稳定性图3表示在不存在和存在中压紫外(UV)照射时,矿物BP/磷酸脲液的曲线。
使用一个与Maarschalkerweerd#2专利中教导类似的紫外线照射组件考查中压UV照射对液体粘度的影响。图2显示在低剪切速率下,UV实验后和实验前粘度存在一个很大的下降。结果说明在擦拭后暴露在UV中时,可以保持BP液的剪切稀化特性。另一方面,当比较UV实验前后的相同剪切速率时,注意到粘度下降两倍。
当打开UV开始擦拭顺序时,使用上面制备的配制物立即观察到摩擦减小的可见信号(与Ketelson教导的纯磷酸脲溶液相比)。这种效果在整个UV实验过程中都保持。
在与Maarschalkerweerd#2专利中教导的流体处理系统类似的系统中评价了上面制备的磷酸脲凝胶,以考查它在正常操作现场条件下的性质。在Bank A/Module 5(Collar L1/L2)中注入该凝胶,并将擦拭周期设定为3小时。UV工作170小时后提起组件,检查了轴环(collar)的内部。在轴环中观察到几个大气包,但视觉上没有观察到粘度变化。另外,当在空气中开始擦拭顺序时观察到粘滑最小(与市售的Lime-AwayTM清洗剂相比)。这为在磷酸脲中加入膨润土增加“光滑”效果提供了进一步的支持证据。膨润土的另一个有用的性质是它的颜色(不透明的),当在中压UV下暴露时颜色不变化。这被认为是比Lime-AwayTM优越的一点,后者在暴露UV几小时后从绿色变为透明。
上面的实验工作支持下面的结论
1.可以在约1.0的pH下容易地制备含有Mineral BP(膨润土)的磷酸脲的稳定剪切稀化凝胶。长时间保存时能够保持剪切稀化行为。
2.考查了温度对剪切稀化行为的影响,结果说明使用50℃温度时没有观察到明显的影响。
3.剪切稀化行为基本上不受短期(33天-3小时擦拭周期)暴露在UV照射下的影响。
尽管参照示例实施方案和实施例说明了本发明,但是本说明书不能从限制性的意义上进行解释。因此,参照这些说明,示例实施方案的多种变化、以及本发明的其它实施方案对本领域的普通技术人员将是显而易见的。因此预期附后的权利要求书将涵盖任何这样的变化或通过引用将本文所提到的所有出版物、专利和专利申请整体并入本文参考,达到与单个出版物、专利和专利申请具体和单独地整体通过引用并入本文相同的程度。


本发明提供一种清洗剂,其中含有清洁剂、粒状粘土材料和水性载体。该清洗剂的pH低于约4.0,其特征是25℃下剪切速率达到约0.10s



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