NO164078B - Fremgangsm te for fremstilling av emulsjoner. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for fremstilling av emulsjoner av olje i vann, og mer spesielt en fremgangsmåte for fremstilling av emulsjoner, som har h<zyt indre faseforhold (HIPR) av oljer med lav eller høy viskositet i vann.

I tilfellet for et system omfattende dispergerte sfærer av lik størrelse er det maksimale indre fasevolum som opptas av et heksagonalt tettpakket arrangement, ca. 74$. I praksis er imidlertid emulsjoner sjelden monodisperse, og det er derfor mulig å øke pakketettheten noe uten i særlig grad å forårsake dråpe-distorsjon. Forsøk på ytterligere økning av det indre fasevolumet resulterer i større dråpedeformasjon og p.g.a. det større grenseflatearealet som skapes, oppstår ustabili-tet; dette kulminerer i enten faseinversjon eller emulsjons-nedbrytning. Under eksepsjonelle forhold er det imidlertid mulig å skape dispersjoner som inneholder så mye som 98# dispers-fasevolum uten inversjon eller nedbrytning.

Emulgerte systemer inneholdende > 70$ indre fase, er kjent som HIPR-emulsjoner. HIPR-olje/vann-emulsjoner fremstilles normalt ved dispergering av forøkede mengder olje i den kontinuerlige fasen inntil det indre fasevolumet overskrider 70$. For meget høye indre fasevolumer er det klart at systemene ikke kan inneholde adskilte sfæriske oljedråper; de vil istedenfor bestå av sterkt deformerte oljedråper adskilt av tynne, vandige grenseflatefilmer.

Europeisk patentsøknad nr. 0.156.486-A beskriver en fremgangsmåte for fremstilling av en HIPR-emulsjon, hvilken fremgangsmåte omfatter direkte blanding av 70-98 volum-%, fortrinnsvis 80-90 volum-$, av en viskes olje som har en viskositet i området 200-250.000 mPa.s ved blandetemperatu-ren, med 30-2 volum-Sé, fortrinnsvis 20-10 volum-# av en vandig oppløsning av et emulgerende overflateaktivt middel eller en alkali, idet prosentandelene er uttrykt som volum-# av den totale blanding, og idet blandingen utføres under lave skjærbetingelser i området 10-1000, fortrinnsvis 50-250 resiproke sekunder på en slik måte at det dannes en emulsjon omfattende sterkt deformerte oljedråper som har midlere dråpediametere i området 2-50 pm adskilt av tynne grenseflatefilmer.

Dette representerer en forbedret fremgangsmåte for fremstilling av HIPR-emulsjoner ved at emulsjonene fremstilles direkte fra et råmateriale som innledningsvis inneholder et høyt volumforhold for viskøs olje.til vann under anvendelse av lavenergiblanding i motsetning til høyenergi-dispergering.

Fremgangsmåten ovenfor er imidlertid ikke egnet for fremstilling av HIPR-emulsjoner fra mindre viskøse oljer.

Man har nå oppdaget en fremgangsmåte for fremstilling av HIPR-emulsjoner som er anvendelig for oljer med både lav og høy viskositet.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det således tilveiebragt en fremgangsmåte for fremstilling av en HIPR-emulsjon av olje i vann, og denne fremgangsmåten er kjennetegnet ved følgende trinn: (a) utvikling av et skum ved innpisking av en gass i en vandig oppløsning av et overflateaktivt middel, og (b) dispergering av skummet i oljen under betingelser for lav skjærpåvirkning i området 10-1000, fortrinnsvis 50-500, resiproke sekunder på en slik måte at det dannes en emulsjon omfattende deformerte oljedråper med en midlere dråpediameter 1 området 2-50, fortrinnsvis 5-20 pm adskilt av vandige filmer, idet 70-98 volum-$, fortrinnsvis 80-95 volum-# av væskeinnholdet i emulsjonen er olje.

Egnede overflateaktive midler for bruk i det første trinnet Innbefatter ikke-ioniske overflateaktive midler slik som nonylfenol-etylenoksyd-kondensater; etoksylerte sekundære alkoholer, etoksylerte sorbitanestere, etoksylerte aminer og blandinger derav. De kan fortrinnsvis anvendes i relativt høy konsentrasjon, f.eks. 5-15 vekt-$ av totalvekten av vann og overflateaktivt middel, for å utvikle stabile skum med et høyt vanninnhold.

Luft er naturligvis den mest egnede gass for benyttelse i skumdannelsen.

Egnede oljer innbefatter lette hydrokarboner slik som heksan og dekan, intermediære materialer slik som flytende paraffin og tunge materialer slik som råoljer med API-densiteter i området 5-20°, dvs. 1,0360-0,9335 g/cm<3>.

Oljene behøver ikke være mineraloljer. Vegetabilske og animalske oljer er også egnet.

Skummet kan utvikles i utstyr slik som spreder- og piske-anordninger.

Oljen og det vandige overflateaktive skummet kan blandes med utstyr som er kjent for blanding av viskøse fluider, se H.F. Irving og R.L. Saxton, Mixing Theory and Practise (utgivere V. W. Uhl og J.B. Gray) vol. 1, kapittel 8, Academlc Press, 1966. Statiske blandere kan også anvendes.

For en gitt blandeanordning kan dråpestørrelsen reguleres ved å variere en hvilken som helst eller alle av de tre hoved-parameterene, blandehastighet, blandetid og konsentrasjon av overflateaktivt middel. Øking av hvilken som helst eller alle disse vil øke dråpestørrelsen.

Temperatur er ikke viktig med unntagelse forsåvidt som den påvirker oljens viskositet.

En særlig egnet blandeinnretning er en beholder som har roterende armer. Rotasjonshastigheten er hensiktsmessig i området 500-1200 omdr./mln. Under 500 omdr./mln. er blanding relativt Ineffektiv og/eller høye blandetider er nødvendig.

Egnede blandetider er i området fra 5 sek. til 10 min. Kommentarer i likhet med de ovenfor i forbindelse med hastighetsområde gjelder også tidsområdet.

De fremstilte HIPR-emulsjonene er stabile og kan fortynnes med vandig overflateaktiv oppløsning, ferskvann eller saltvann for dannelse av emulsjoner med lavere oljefasevolum, og som viser høye grader av monodispersitet. Emulsjonene kan fortynnes til en ønsket viskositet uten på uheldig måte å påvirke stabiliteten. Fordi den snevre størrelsesfordelingen opprettholdes ved fortynning, viser den resulterende emulsjon liten tendens til kremdannelse. Dette reduserer igjen risikoen for at faseseparering oppstår.

Selv om man ikke ønsker å bindes av noen teori, antas det at dannelsesmekanismen innebærer dannelse av et stabilt nettverk av lameller som et skum i det første trinnet og etterfølgende dispergering av disse lameller i hele oljen i det andre trinnet.

Avhengig av oljens beskaffenhet kan emulsjonene anvendes i matvare-, legemiddel-, kosmetikk- og petroleumindustrlen, og som brennstoffer.

Oppfinnelsen illustreres under henvisning til følgende eksempler.

Eksempler 1- 3

De undersøkte oljefasene var:

Eksempel 1 heksan (viskositet ved 25°C 0,3 inPa.s)

Eksempel 2 flytende paraffin (viskositet ved 25oC 185 mPa.s)

Eksempel 3 LMCO* (viskositet ved 25°C 19.800 mPa.s) ;<*> råolje fra Margeritt-sjøen 1 Canada.

Den vandige fasen benyttet I emulsjonsfremstillingen var simulert formasjonsvann inneholdende 10 vekt-$ av et nonylfenol-etylenoksyd-kondensat inneholdende 10 mol-ekvivalenter av sistnevnte.

Det simulerte formasjonsvannet inneholdt 20.000 ppm NaCl, 1000 ppm KC1, 2.000 ppm MgCl2, 1000 ppm CaCl2 og 500 ppm NaHC03.

HIPR-olje/vann-emulsjoner fra 90$ (vol/vol ) oljefase og 10$ vandig overflateaktiv oppløsning ble fremstilt via en totrinnsprosess: (a) utvikling av et konsentrert, stabilt skum ved innpisking av luft i den overflateaktive oppløsningen i 1 min. under betingelser med lav skjærpåvirkning, noen hundre resiproke sekunder, ved bruk av husholdningshåndmixer drevet ved 1000 omdr./min. (i løpet av denne operasjon resulterer typisk en femdobbelt økning i volum), fulgt av (b) dispergering av skummet i oljefasen ved bruk av samme blandebetingelser som i (a) i en periode på 2 min.

De resulterende HIPR-emulsjonene ble karakterisert i form av deres oljedråpestørrelsesfordeling ved Coulter Counter-analyse.

Stabile emulsjoner ble oppnådd med midlere oljedråpestørrel-ser for eksempler 1, 2 og 3 på henholdsvis 7,2, 5,8 og 3,8 pm.

Resultatene er angitt mer detaljert på den medfølgende tegning som illustrerer dråpestørrelesfordelingen.

Eksempel 4

Som sammenligning ble det fremstilt en HIPR-emulsjon fra LMCO ved en lignende prosess hvori skummingstrinnet Imidlertid ble sløyfet. Den midlere oljedråpestørrelse var 3,5 pm. Produktet er derfor lik det i eksempel 3.

Eksempler 5 og 6

Stabile emulsjoner kunne Ikke fremstilles fra heksan eller flytende paraffin ved fremgangsmåten 1 eksempel 4.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av en HIPR-emulsjon av olje i vann, karakterisert ved følgende trinn: (a) utvikling av et skum- ved innpisking av en gass i en vandig oppløsning av et overflateaktivt middel, og (b) dispergering av skummet i oljen under betingelser med lav skjærpåvirkning i området 10-1000 resiproke sekunder på en slik måte at det dannes en emulsjon som omfatter deformerte oljedråper med midlere dråpediametere 1 området 2-50 pm, adskilt av vandige filmer, Idet 70-98 voluæ-# av det væskeformige innhold i emulsjonen er olje.

2. Fremgangsmåte Ifølge krav 1, karakterisert ved at det anvendes en skjærpåvirkning I området 50-500 resiproke sekunder under dannelse av en emulsjon omfattende oljedråper med midlere dråpediameter i området 5-20 pm, idet 80-95 volum-$ av det væskeformige innhold i emulsjonen er olje.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det som overflateaktivt middel anvendes et ikke-ionisk overflateaktivt middel.

4. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de fore-gående krav, karakterisert ved at det overflateaktive middel anvendes i en mengde på 5-15 vekt-$ av totalvekten av vann og overflateaktivt middel.

5. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de fore-gående krav, karakterisert ved at det som gass anvendes luft.

6. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de fore-gående krav, karakterisert ved at oljen er et C^.^q hydrokarbon eller en blanding derav.