DE69826779T2

DE69826779T2 - Mehrphasenemulsion und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE69826779T2
Application number: DE69826779T
Authority: DE
Inventors: Hercilio Santa Fe Rivas
Original assignee: Intevep SA
Current assignee: Intevep SA
Priority date: 1997-07-17
Filing date: 1998-07-16
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2018-07-17
Also published as: JP3042999B2; EP0892035B1; CA2243054A1; KR19990013969A; CA2243054C; DE69826779D1; BR9802491A; BR9802491B1; TW429268B; KR100287291B1; EP0892035A1; RU2141996C1; US5902227A; ES2230640T3; DK0892035T3; JPH11124586A; CN1205914A; CN1101723C

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Mehrfachemulsion (multiple emulsion) und ein Verfahren zu deren Herstellung, insbesondere im Hinblick auf Mehrfachemulsionen, welche als transportable und brennbare Kraftstoffe verwendbar sind.
Auf dem Gebiet der Emulsionen gibt es zahlreiche Offenbarungen, welche sich auf zweiphasige Emulsionen beziehen, d. h., Wasser-in-Öl-Emulsionen (W/O) und Öl-in-Wasser-Emulsionen (O/W). Mehrfachemulsionen also Emulsionen mit mehr als zwei Phasen, werden hinsichtlich verschiedener Bereiche in US 5,478,561 A ; US 5,438,041 A und US 4,254,105 A sowie in Verbindung mit Kraftstoffen in US 5,505,877 A erörtert. Die EP 0 228 311 A offenbart eine Wasser-in-Öl-in-Wasser-Emulsion (W/O/W) der Art, bei welcher der externen Wasserphase hinzugefügte Additive spezifiziert sind.
Die spezifische Zusammensetzung von Emulsionen ist in der Kraftstoffindustrie sehr wichtig und zahlreiche Eigenschaften, Additive und dergleichen betreffen die Stabilität der Emulsion und daher deren Brauchbarkeit als transportablen sowie brennbaren Kraftstoff. Je nach dem in der Emulsion verwendeten Öl oder Kohlenwasserstoff können verschiedene Verunreinigungen vorhanden sein und Additive, welche diesen Verunreinigungen entgegenwirken sollen, können die Stabilität der Emulsion betreffen.
Es besteht weiterhin Bedarf an einer stabilen Mehrfachemulsion, welche unter Verwendung geringer Mengen kostspieliger Bestandteile, wie oberflächenaktive Stoffe und andere Additive, ausgebildet werden kann.
Es besteht ferner weiterhin Bedarf an einer Mehrfachemulsion, bei welcher der Korrosionseigenschaft von Metallen, wie Vanadium und dergleichen, welche typischerweise in der Ölphase enthalten sein können.
Wirksam und wirtschaftlich entgegengewirkt wird, ohne die Stabilität der Emulsion zu beeinträchtigen.
Im Hinblick auf die obigen Ausführungen ist das Hauptziel der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung einer stabilen Mehrfachemulsion, welche unter Verwendung minimaler Mengen oberflächenaktiver Stoffe ausgebildet wird.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer stabilen Mehrfachemulsion, welche Additive aufweist, die der Korrosionseigenschaft der in der Ölphase enthaltenen Metalle entgegenwirken.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Mehrfachemulsion, welche als brauchbares und wünschenswertes Kraftstoffprodukt leicht transportierbar und brennbar ist.
Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend beschrieben.
Zur Lösung der Aufgabe führt die Lehre gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Spezielle Entwicklungen sind in den abhängigen Ansprüchen genannt. Im Rahmen der Erfindung sind alle Kombinationen aus zumindest zwei der in den Ansprüchen, in der Beschreibung und/oder in den Zeichnungen enthaltenen beschreibenden Elemente und technischen Merkmale.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die vorstehend genannten Ziele und Vorteile leicht erreicht.
Erfindungsgemäß wird eine Mehrfachemulsion bereitgestellt, die aufweist: eine kontinuierliche Wasserphase; eine Phase aus Öltröpfchen, welche in der kontinuierlichen Wasserphase dispergiert ist; eine innere tröpfchenförmige Wasserphase, welche in der Phase aus Öltröpfchen dispergiert ist; und eine wasserunlösliche Verbindung, die in der inneren tröpfchenförmigen Wasserphase suspendiert ist.
In weiterem Zusammenhang mit der Erfindung wird ferner ein Verfahren zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Mehrfachemulsion bereitgestellt mit den Schritten: Bereitstellung einer Suspension einer wasserunlöslichen Verbindung in Wasser; Bereitstellung einer Ölphase; Ausbildung einer Wasser-in-Öl-Emulsion der Suspension in der Ölphase; Bereitstellung einer Wasserphase; und Ausbildung einer Emulsion der Wasser-in-Öl-Emulsion in der Wasserphase in Gegenwart eines oberflächenaktiven Stoffs.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen sowie mit Hilfe von Zeichnungen näher erläutert; diese zeigen in:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Mehrfachemulsion; und in
2 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Mehrfachemulsion.
Die Erfindung bezieht sich auf Mehrfachemulsionen, insbesondere auf Wasser-in-Bitumen-in-Wasser-Emulsionen, welche als transportable und brennbare Kraftstoffe verwendbar sind, und auf ein Verfahren zu deren Herstellung.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Mehrfachemulsionssystems. Entsprechend der Darstellung weist ein Emulsionssystem 10 eine kontinuierliche Wasserphase 12, eine Öl- oder (hydrocarbon-) Kohlenwasserstoffphase, welche durch die kontinuierliche Wasserphase 12 dispergiert und in 1 als ein einzelne Öltropfen 14 dargestellt ist, und eine innere tröpfchenförmige Wasserphase auf, welche durch die Öltropfen 14 dispergiert ist, wie in 1 durch Wassertröpfchen 16 dargestellt ist. Erfindungsgemäß sind die Wassertröpfchen 16 eine durch Partikel 18 dargestellte Suspension oder Aufschlämmung einer wasserunlöslichen Verbindung, welche, wie nachfolgend beschrieben, kostengünstig in die erfindungsgemäße Mehrfachemulsion eingebracht werden und in vorteilhafter Weise dazu dienen, den unerwünschten Nebenwirkungen anderer, typischerweise in der Ölphase der Emulsion enthaltener Materialien während der Verbrennung entgegenzuwirken, ohne die Stabilität der Emulsion zu beeinträchtigen.
Viskose Kohlenwasserstoffe können zu Emulsionen, wie die erfindungsgemäße Emulsion, so ausgebildet werden, dass eine erhöhte Transport- und Pumpfähigkeit erhalten wird, wodurch die Verwendung des viskosen Kohlenwasserstoffs als brennbarer Kraftstoff erleichtert wird. Bei der Herstellung solcher Emulsionen werden allerdings oberflächenaktive Stoffe (surfactants) typischerweise benötigt, um der Emulsion Stabilität zu verleihen und ein rasches Aushärten oder Altern (aging) derselben zu vermeiden. Viskose Kohlenwasserstoffe können darüber hinaus mehrere verschiedene Komponenten enthalten wie Metalle, insbesondere Vanadium, welche korrodieren oder andere Probleme während der Verbrennung des Kraftstoffs verursachen. Erfindungsgemäß wird eine in 1 dargestellte Mehrfachemulsion und ein in 2 dargestelltes Verfahren zur Herstellung einer solchen Emulsion bereitgestellt, welche in vorteilhafter Weise die Menge des bei der Ausbildung der Emulsion benötigten oberflächenaktiven Stoffs reduzieren und darüber hinaus eine Verringerung der unerwünschten Nebenwirkungen von Metallen, wie beispielsweise Vanadium, in wirtschaftlicher Weise ermöglichen, ohne die Stabilität der Emulsion zu beeinträchtigen.
Die Phase aus Öltröpfchen der erfindungsgemäßen Mehrfachemulsion kann jede beliebige, gewünschte Öl- oder Kohlenwasserstoffphase sein. Viskose Kohlenwasserstoffe eignen sich jedoch insbesondere zur Nutzung der günstigen Eigenschaften nach der vorliegenden Erfindung. Bevorzugte viskose Kohlenwasserstoffe weisen Rohöl oder Bitumen auf, welche über eine Viskosität von größer als oder gleich 100 cp bei 50°C (122°F) verfügen, eine Dichte von 0,9593 g/cm³ oder mehr (eine API-Dichte von 16 oder weniger) aufweisen, die zudem durch einen hohen Metallgehalt, typischerweise zumindest 1000 Gew.-ppm, einen hohen Schwefelgehalt und einen hohen Asphaltengehalt gekennzeichnet sind und typischerweise über einen hohen Fließpunkt verfügen. Ein spezifisches Beispiel eines geeigneten viskosen Kohlenwasserstoffs zur erfindungsgemäßen Verwendung ist Cerro-Negro-Bitumen. Dieses Bitumen enthält große Mengen Vanadium-Verbindungen von größer als oder gleich etwa 700 Gew.-ppm, welche bei der Verbrennung als Kraftstoff typischerweise Korrosionsprobleme und die Bildung metallischer Schlacken verursachen. Diese Art von Bitumen ist in eine Emulsion eingeschlossen, welche unter der Marke Orimulsion^® von Bitor, S. A., vertrieben wird. Dieser zweiphasigen Emulsion wird Magnesiumnitrat, eine wasserlösliche Verbindung, hinzugefügt, um den negativen Einflüssen von Vanadium entgegenzuwirken. Es wurde jedoch herausgefunden, dass Magnesi umnitrat das Wachstum von Bakterien und dergleichen fördert, welche naturgegeben in Bitumen vorhanden sind und sich wiederum destabilisierend auf die Emulsion auswirken.
Erfindungsgemäß weist die Mehrfachemulsion eine wasserunlösliche Verbindung auf, vorzugsweise eine unlösliche Magnesium- oder Kalziumverbindung, wie ein Karbonat, Hydroxid, Oxid oder Phosphat von Magnesium, Kalzium oder beidem, um den negativen Einwirkungen von Vanadium entgegenzuwirken, aber in einer Form, welche das Wachstum von Bakterien nicht fördert und keine Destabilisierung der Emulsion herbeiführt.
Magnesium oder Kalziumoxid werden besonders bevorzugt als unlösliche Verbindungen der erfindungsgemäßen Mehrfachemulsion hinzugefügt, da sie Vanadium wirksam entgegenwirken und reichlich vorhanden sind.
Die erfindungsgemäße Mehrfachemulsion weist vorzugsweise einen durchschnittlichen Tröpfchendurchmesser der Öltröpfchen 14 zwischen 10 μm und 30 μm auf und ebenso vorzugsweise einen durchschnittlichen Tröpfchendurchmesser der inneren tröpfchenförmigen Wasserphase 16 zwischen 2 μm und 6 μm. Die wasserunlösliche Verbindung 18 ist weitgehend vollständig in den Tröpfchen 16 der inneren Wasserphase enthalten.
Die Mehrfachemulsion der vorliegenden Erfindung weist vorzugsweise ein Volumenverhältnis des Bitumens zur gesamten Wassermenge in der Emulsion zwischen 90/10 und 50/50, insbesondere ein Volumenverhältnis von etwa 70/30 auf. Das Wasser in der inneren tröpfchenförmigen Wasserphase 16 bildet vorzugsweise weniger als oder gleich 2 Vol.-% der gesamten Emulsion, während das Wasser in der kontinu ierlichen Phase 12 vorzugsweise weniger als oder gleich 28 Vol.-% der gesamten Emulsion bildet.
Die erfindungsgemäße Mehrfachemulsion enthält vorzugsweise eine wasserunlösliche Verbindung, die sich weitgehend vollständig in der inneren tröpfchenförmigen Wasserphase befindet, in einer Menge von weniger als oder gleich 500 Gew.-ppm, bezogen auf die gesamte Emulsion, und insbesondere zwischen 100 und 350 Gew.-ppm. Die unlösliche Verbindung 18 wird vorzugsweise mit einer durchschnittlichen Partikelgröße zwischen 0,01 μm und 1 μm bereitgestellt.
Wie nachfolgend diskutiert, wird die erfindungsgemäße Mehrfachemulsion vorzugsweise unter Verwendung eines oberflächenaktiven Stoffes (surfactant) nur während des Stadiums, in welchem Öltröpfchen 14 in der kontinuierlichen Wasserphase 12 dispergiert werden, hergestellt. Somit ist die entstehende erfindungsgemäße Mehrfachemulsion in dem Teil der Emulsion, welcher die in Öltröpfchen 14 dispergierten Tröpfchen 16 der inneren Wasserphase bildet, insbesondere an der Grenzfläche 15 zwischen der inneren tröpfchenförmigen Wasserphase und der Phase aus Öltröpfchen, weitgehend frei von einem zusätzlichen oberflächenaktiven Stoff, während sich dieser im Wesentlichen nur in dem Teil der Emulsion befindet, welcher die Grenzfläche 17 zwischen der kontinuierlichen Wasserphase 12 und der Phase aus Öltröpfchen 14 bildet.
Unter Bezug auf 2 wird nunmehr das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Mehrfachemulsion beschrieben. Zunächst wird eine Suspension oder Aufschlämmung einer wasserunlöslichen Verbindung in Wasser bereitgestellt. Diese Suspension kann durch einfaches Mischen der wasserunlöslichen Verbindung in Wasser in der gewünschten Konzentration gebildet werden. Hierzu wird die wasser unlösliche Verbindung vorzugsweise so mit Wasser gemischt, dass eine Suspension entsteht, welche Wasser und eine wasserunlösliche Verbindung in einer Menge von weniger als oder gleich 12 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 1 und 9 Gew.-%, bezogen auf die Suspension, enthält.
Ferner wird, wie oben beschrieben, eine Ölphase bereitgestellt, vorzugsweise ein viskoser Kohlenwasserstoff, wie Bitumen oder dergleichen. Das Bitumen wird dann mit der Suspension gemischt und einem Mischer 20 zugeführt, in welchem die Mischung mit einer ausreichenden Zeitdauer und bei einer ausreichenden Rate (rate) gemischt wird, um aus der Suspension im Öl eine Emulsion zu erhalten, vorzugsweise mit einem Volumenverhältnis des Öls zur Suspension zwischen 90/10 und 98/2. Das Bitumen kann vor dem Mischen gegebenenfalls erhitzt werden, um dessen Fließfähigkeit zu erhöhen. Die Suspension und das Bitumen können beispielsweise mit einer Geschwindigkeit im Bereich zwischen 1000 rpm und 5000 rpm und für eine Zeitdauer zwischen 1 Minute und 3 Minuten so gemischt werden, dass die Suspension-in-Bitumen-Emulsion bereitgestellt wird, welche vorzugsweise eine durchschnittliche Tröpfchengröße der Wasser-Suspension zwischen 2 μm und 6 μm aufweist. Die wasserunlösliche Verbindung ist weitgehend vollständig in der Wasser-Suspensions-Phase enthalten.
Dann wird vorzugsweise eine Mischung aus Wasser und einem oberflächenaktiven Stoff der Suspension-in-Bitumen-Emulsion hinzugefügt und über eine Zeitdauer ausreichend gemischt, so dass eine Mehrfachemulsion entsteht, deren Tröpfchen der Suspension-in-Bitumen-Emulsion in einer kontinuierlichen Wasserphase dispergiert sind. Dieser Mischschritt kann in geeigneter Weise in einem Mischer 22 durchgeführt werden und stellt die gewünschte endgültige Mehrfachemulsion bereit, welche vorzugsweise eine durchschnitt liche Tröpfchengröße der Suspension-in-Bitumen-Emulsion im Bereich zwischen 10 μm und 30 μm aufweist. Dieser Schritt erfolgt vorzugsweise, indem zunächst eine ausreichende Menge Wasser mit einem oberflächenaktiven Stoff zu einer Mehrfachemulsion mit einem Volumenverhältnis von Bitumen zu Wasser von etwa 85/15 gemischt und danach die Mehrfachemulsion auf das endgültig gewünschte Volumenverhältnis, beispielsweise einem Verhältnis von Bitumen zu Wasser von etwa 70/30 verdünnt wird.
Wie oben beschrieben, können die im endgültigen Mischstadium zu verwendenden oberflächenaktiven Stoffe aus der Gruppe gewählt werden, die nicht-ionische oberflächenaktive Stoffe, wie ethoxylierte Alkylphenole, ethoxylierte Alkohole, Nonyl-Phenol-Ethoxylate und ethoxylierte Sorbitester sowie natürliche oberflächenaktive Stoffe, Mischungen aus natürlichen und nicht-ionischen oberflächenaktiven Stoffen und anionische oberflächenaktive Stoffe, wie Sulfate, Sulfonate und Carboxylate aufweist. Insbesondere werden nicht-ionische oberflächenaktive Stoffe, wie ethoxyliertes Tridecanol, durch Amine aktivierte natürliche oberflächenaktive Stoffe, wie Monoethanolamin und Mischungen daraus als oberflächenaktive Stoffe für dieses Stadium bevorzugt. Erfindungsgemäß ist der oberflächenaktive Stoff vorzugsweise in einer Menge zwischen 500 Gew.-ppm und 4000 Gew.-ppm sowie insbesondere zwischen 1000 Gew.-ppm und 3000 Gew.-ppm, bezogen auf das Bitumen, vorhanden.
Wie oben erläutert, wird bei dem Verfahren zur Herstellung der Mehrfachemulsion Wasser vorzugsweise in den in der Suspension und in der Mischung aus Wasser und oberflächenaktivem Stoff enthaltenen Mengen verwendet, so dass die Mehrfachemulsion ein endgültiges Volumenverhältnis von Bitumen zu Wasser zwischen etwa 90/10 und etwa 50/50, insbesondere etwa 70/30 aufweist. Darüber hinaus ist Wasser in der Mehrfachemulsion vorzugsweise in der inneren tröpfchenförmigen Wasser- oder Suspensionsphase in einer Menge von weniger als oder gleich 2 Vol.-% und in der kontinuierlichen Wasserphase in einer Menge von weniger als oder gleich 28 Vol.-% vorhanden, in beiden Fällen bezogen auf die gesamte Emulsion.
Die erfindungsgemäß ausgebildeten Emulsionen weisen Suspension-in-Bitumen-Tröpfchen auf, welche groß genug sind, um die Suspensionströpfchen im Innern zu erhalten, und dennoch ausreichend klein sind, um eine Brennbarkeit zu gewährleisten.
Es hat sich gezeigt, dass die oben beschriebene Mehrfachemulsion eine ausgezeichnete Stabilität und wünschenswerte Fluideigenschaften in Bezug auf Transportfähigkeit und Verbrennung aufwies. Außerdem wird die Emulsion unter Verwendung relativ geringer Mengen oberflächenaktiver Stoffe ausgebildet, und es wurde festgestellt, dass wasserunlösliche Magnesium- und Kalziumverbindungen in der inneren tröpfchenförmigen Wasserphase die negativen Auswirkungen von Vanadium und dergleichen, welches typischerweise in Bitumen vorkommt, wesentlich reduzieren, während die hohen Kosten, die Instabilität der Emulsion und andere Probleme in Zusammenhang mit der Verwendung von wasserlöslichen Verbindungen vermieden werden.
Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Darstellung der Herstellung und vorteilhafter Eigenschaften von Mehrfachemulsionen gemäß der vorliegenden Erfindung.
Beispiel 1
Dieses Beispiel zeigt die Stabilität in Form von Tröpfchendurchmesser (D) und Viskosität (bei 20 l/s und 100 l/s) von Mehrfachemulsionen, welche unter Verwendung ver schiedener Mengen Magnesiumoxid und unterschiedlicher Arten oberflächenaktiver Stoffe hergestellt wurden.
Es wurden mehrere Mehrfachemulsionen hergestellt, wobei mit einer Suspension aus Magnesiumoxid in Wasser in unterschiedlichen Konzentrationen begonnen wurde. Es wurden 980 Gramm Cerro Negro-Bitumen in einem geeigneten Behälter für 1 Stunde auf 60°C erhitzt, 20 ml der Magnesiumoxid-Suspension wurden hinzugefügt und für 3 Minuten mit einer Geschwindigkeit von 1400 rpm so gemischt, dass eine Suspension-in-Bitumen-Emulsion erzielt wurde. In der Zwischenzeit wurden 0,98 Gramm eines oberflächenaktiven Stoffs in 45,88 Gramm Wasser aufgelöst, und die Mischung aus oberflächenaktivem Stoff und Wasser wurde der Suspension-in-Bitumen-Emulsion hinzugefügt und für 3 Minuten mit einer Geschwindigkeit von 700 rpm gemischt, um eine Mehrfachemulsion mit einem Volumenverhältnis von Bitumen zu Wasser von 85/15 zu erhalten. Dieser Emulsion mit einem Volumenverhältnis von 85/15 wurden 74,12 Gramm Wasser zusätzlich hinzugefügt und bei geringer Scherspannung für eine weitere Minute gemischt, um die endgültige erfindungsgemäße Mehrfachemulsion mit einem Volumenverhältnis von 70/30 zu erhalten, die etwa 28 Vol.-% Wasser in der kontinuierlichen Phase und etwa 2 Vol.-% Wasser in der inneren tröpfchenförmigen Wasserphase aufweist.
In diesem Beispiel wurden mehrere unterschiedliche oberflächenaktive Stoffe verwendet. Es wurden Proben getestet unter Verwendung von ethoxyliertem Tridecanol und Monoethanolamin für jeweils 0 Gew.-ppm, 100 Gew.-ppm und 350 Gew.-ppm Magnesiumoxid, und es wurden ebenso Tests durchgeführt, bei welchen nur Monoethanolamin als oberflächenaktiver Stoff für jeweils 0 Gew.-ppm, 100 Gew.-ppm und 350 Gew.-ppm Magnesiumoxid verwendet wurde.
Die Lagerungseigenschaften der Emulsionen, welche unter Verwendung der Mischung aus ethoxyliertem Tridecanol und Monoethanolamin ausgebildet wurden, werden in der nachfolgenden Tabelle 1 aufgeführt. Die Viskositätswerte für jede Messung in diesen Beispielen wurden bei 30°C mit einem Haake RV 20-Viskosimeter mit konzentrischen Zylindern des Typs MC-1 gemessen.
Tabelle 1
In Tabelle 2 sind Lagerungseigenschaften der Emulsionen, welche nur unter Verwendung von Monoethanolamin ausgebildet wurden, dargestellt.
Tabelle 2
Wie dargestellt, weisen die erfindungsgemäß unter Verwendung von Magnesiumoxid als wasserunlösliche Verbindung und unter Verwendung unterschiedlicher oberflächenaktiver Stoffe hergestellten Mehrfachemulsionen eine ausgezeichnete Stabilität auf.
Beispiel 2
Dieses Beispiel zeigt die Herstellung und die Eigenschaften von Emulsionen, welche unter Verwendung von Kalziumoxid als wasserunlösliche Verbindung erfindungsgemäß hergestellt wurden. Es wurden unter Anwendung des in Beispiel 1 beschriebenen Verfahrens Mehrfachemulsionen mit 0 Gew.-ppm, 100 Gew.-ppm und 350 Gew.-ppm Kalziumoxid für eine Mischung aus Monoethanolamin und ethoxyliertem Tridecanol als oberflächenaktive Stoffe, und für Monoethanolamin allein als oberflächenaktiver Stoff ausgebildet. In der nachfolgenden Tabelle 3 werden die Lagerungseigenschaften der Emulsionen aufgeführt, welche unter Verwendung der Mischung aus Monoethanolamin und ethoxyliertem Tridecanol als oberflächenaktiver Stoff ausgebildet wurden.
Tabelle 3
In Tabelle 4 sind die Lagerungseigenschaften der Emulsionen dargestellt, welche nur unter Verwendung von Monoethanolamin als oberflächenaktiver Stoff ausgebildet wurden.
Tabelle 4
Wie Beispiel 1 zeigt dieses Beispiel, dass erfindungsgemäße Emulsionen mit unterschiedlichen Konzentrationen des unlöslichen Kalziumoxids und unter Verwendung verschiedener Arten oberflächenaktiver Stoffe über eine hohe Stabilität verfügen, wie durch die weitgehend konstante Viskosität und Tröpfchengröße angezeigt wird.
Beispiel 3
Dieses Beispiel zeigt die Herstellung und Stabilität erfindungsgemäßer Mehrfachemulsionen, welche mit 1 Vol.-% Wassertröpfchen in der inneren Suspension-in-Bitumen-Phase, im Vergleich zu 2 Vol.-% Wasser in den Beispielen 1 und 2, ausgebildet wurden. Es wurden vier Emulsionssätze hergestellt, von welchen zwei mit 1 Vol.-% beziehungsweise 2 Vol.-% Tröpfchen der inneren Wasserphase mit Magnesiumoxid in der Suspension und unter Verwendung eines ethoxylierten Nonyl-Phenols (Intan 100) als oberflächenaktiver Stoff ausgebildet wurden. Die beiden anderen Emulsionen wurden mit 1 Vol.-% beziehungsweise 2 Vol.-% Tröpfchen der Wasser-Suspension unter Verwendung von ethoxyliertem Alkohol (Intan 200) als oberflächenaktiver Stoff ausgebildet.
Die Emulsionen, welche 2 Vol.-% Wasser in der Suspension-in-Bitumen-Emulsion aufwiesen, wurden wie im oben beschriebenen Beispiel 1 hergestellt. Die mit 1 Vol.-% Wasser in der inneren tröpfchenförmigen Wasser-Suspensions-Phase ausgebildeten Emulsionen wurde wie folgt hergestellt:
Es wurden 990 Gramm Cerro Negro-Bitumen in einem geeigneten Behälter für 1 Stunde auf 60°C erhitzt. 10 ml einer Magnesiumoxid-Suspension wurden dem Bitumen hinzugefügt und für 3 Minuten mit einer Geschwindigkeit von 1400 rpm gemischt. Es wurden 0,99 Gramm eines oberflächenaktiven Stoffs in 49,41 Gramm Wasser aufgelöst und die Mischung aus oberflä chenaktivem Stoff und Wasser wurde der Suspension-in-Bitumen-Emulsion hinzugefügt und mit einer Rührschaufel für drei Minuten mit einer Geschwindigkeit von 700 rpm gemischt, so dass eine Suspension-in-Bitumen-in-Wasser-Mehrfachemulsion mit einem Volumenverhältnis von Bitumen zu Wasser von 85 : 15 bereitgestellt wurde. Dieser Mehrfachemulsion wurden 74,87 Gramm zusätzliches Wasser hinzugefügt und mit geringer Scherspannung für 1 Minute gemischt, um die gewünschte Mehrfachemulsion mit einem Volumenverhältnis von Bitumen zu Wasser von etwa 70 : 30 zu erhalten.
In der nachfolgenden Tabelle 5 werden die Lagerungseigenschaften für die 1- und 2 Vol.-%igen Emulsionen dargestellt, welche unter Verwendung von ethoxyliertem Nonyl-Phenol (Intan 100) als oberflächenaktiver Stoff ausgebildet wurden.
Tabelle 5
Die nachfolgende Tabelle 6 zeigt die Lagerungsergebnisse und die Eigenschaften der Emulsionen, welche unter Verwendung von ethoxyliertem Alkohol (Intan 200) ausgebildet wurden.
Tabelle 6
Wie dargestellt, wurden für alle vier erfindungsgemäß hergestellten Mehrfachemulsionen ausgezeichnete Ergebnisse erzielt.
Diese Erfindung kann in anderen Ausführungsformen oder auf andere Weise ausgeführt werden, ohne von den wesentlichen Eigenschaften der Erfindung abzuweichen. Die vorliegende Ausführungsform wird daher in jeder Hinsicht als illustrativ und nicht als einschränkend betrachtet, wobei der Umfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche angezeigt wird und sämtliche Änderungen, welche innerhalb der Bedeutung und des Äquivalenzbereichs liegen, im Umfang der Erfindung enthalten sein sollen.

Claims

Stabile Mehrfachemulsion, aufweisend: eine kontinuierliche Wasserphase; eine Phase aus Öltröpfchen, welche in der kontinuierlichen Wasserphase dispergiert ist; eine innere tröpfchenförmige Wasserphase, welche in der Phase aus Öltröpfchen dispergiert ist; und eine wasserunlösliche Verbindung, die in der inneren tröpchenförmigen Wasserphase suspendiert ist und weiterhin einen oberflächenaktiven Stoff aufweist, der sich im Wesentlichen vollständig an der Grenzfläche zwischen der Phase aus Öltröpfchen und der kontinuierlichen Wasserphase der Mehrfachemulsion befindet, wobei die wasserunlösliche Verbindung aus der Gruppe gewählt ist, die wasserunlösliche Magnesiumverbindungen, wasserunlösliche Kalziumverbindungen und Mischungen daraus umfasst und/oder aus der Gruppe gewählt ist, die Karbonate, Hydroxide, Oxide, Phosphate und Mischungen daraus umfasst und/oder aus der Gruppe gewählt ist, die Magnesiumoxid, Kalziumoxid und Mischungen daraus umfasst.
Stabile Mehrfachemulsion gemäß Anspruch 1, wobei die wasserunlösliche Verbindung im Wesentlichen vollständig in der inneren tröpfchenförmigen Wasserphase vorhanden ist.
Stabile Mehrfachemulsion gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die wasserunlösliche Verbindung in der inneren tröpfchenförmigen Wasserphase in einer Menge von weniger als oder gleich 500 Gew.-ppm, bezogen auf die gesamte Emulsion, insbesondere in einer Menge zwischen 100 und 350 Gew.-ppm, bezogen auf die gesamte Emulsion, vorhanden ist.
Stabile Mehrfachemulsion gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Grenzfläche zwischen der inneren tröpfchenförmigen Wasserphase und der Phase aus Öltröpfchen der Mehrfachemulsion im Wesentlichen frei von zusätzlichen oberflächenaktiven Stoffen ist.
Stabile Mehrfachemulsion gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Phase aus Öltröpfchen einen viskosen Kohlenwasserstoff mit einer Viskosität von mehr als oder gleich 100 cp bei 50°C, eine Dichte von mehr als oder gleich 0,9593 g/cm³ und einen Metallanteil von zumindest 1000 Gew.-ppm aufweist.
Stabile Mehrfachemulsion gemäß Anspruch 5, wobei der viskose Kohlenwasserstoff Vanadium in einer Menge von mehr als oder gleich 700 Gew.-ppm enthält.
Stabile Mehrfachemulsion gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Emulsion ein Volumenverhältnis von Öl zur gesamten Wassermenge in der Emulsion zwischen 90 10 und 50 : 50 aufweist, insbesondere ein Volumenverhältnis von Öl zur gesamten Wassermenge in der Emulsion von etwa 70 : 30 aufweist.
Stabile Mehrfachemulsion gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die innere tröpfchenförmige Wasserphase weniger als oder gleich 2 Vol.-% bezogen auf die Mehrfachemulsion aufweist.
Stabile Mehrfachemulsion gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die kontinuierliche Wasserphase weniger als oder gleich 28 Vol.-% in Bezug auf die Mehrfachemulsion ausmacht.
Stabile Mehrfachemulsion gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Phase aus Öltröpfchen einen durchschnittlichen Tröpfchendurchmesser zwischen 10 μm und 30 μm aufweist.
Stabile Mehrfachemulsion gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die innere tröpfchenförmige Wasserphase einen durchschnittlichen Tröpfchendurchmesser zwischen 2 μm und 6 μm aufweist.
Stabile Mehrfachemulsion gemäß Anspruch 1, wobei der oberflächenaktive Stoff aus der Gruppe gewählt ist, die ethoxylierte Alkylphenole, ethoxylierte Alkohole, Nonyl-Phenol-Ethoxylate, ethoxylierte Sorbitester, natürliche oberflächenaktive Stoffe, nicht-ionische oberflächenaktive Stoffe, anionische oberflächenaktive Stoffe und Mischungen daraus umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer stabilen Mehrfachemulsion, mit einer Emulsion gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 12, aufweisend die Schritte: Bereitstellung einer Suspension einer wasserunlöslichen Verbindung in Wasser; Bereitstellung einer Ölphase; Ausbildung einer Wasser-in-Öl-Emulsion der Suspension in der Ölphase; Bereitstellung einer kontinuierlichen Wasserphase und Ausbildung einer Mehrfachemulsion der Wasser-in-Öl-Emulsion in der kontinuierlichen Wasserphase in Gegenwart eines oberflächenaktiven Stoffs.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei die Suspension die wasserunlösliche Verbindung in einer Menge von weniger als oder gleich 12 Gew.-% bezogen auf die Suspension aufweist und/oder wobei die Wasser-in-Öl-Emulsion eine durchschnittliche Wassertröpfchengröße zwischen 2 μm und 6 μm aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 13 oder 14, wobei die Wasser-in-Öl-Emulsion ein Volumenverhältnis von Öl zu Wasser zwischen 90 : 10 und 98 : 2 aufweist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die Phase aus Öltröpfchen einen durchschnittlichen Tröpfchendurchmesser zwischen 10 μm und 30 μm aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 16, wobei die Mehrfachemulsion ein Volumenverhältnis der Ölphase zur gesamten Wassermenge zwischen 90 : 10 und 50 : 50 aufweist, insbesondere ein Volumenverhältnis der Ölphase zur gesamten Wassermenge von etwa 70 : 30 aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei der Schritt der Herstellung der Wasser-in-Öl-Emulsion im Wesentlichen bei Abwesenheit zusätzlicher oberflächenaktiver Stoffe durchgeführt wird.