КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ПЫЛИ
COMPOSITION FOR REDUCING DUST FORMATION

Уровень техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение предлагает, в общем, один или несколько способов, композиций материалов и/или устройств, которые являются пригодными для использования в подавлении образования пыли, такой как пыль от материалов минеральных добавок.
Минеральные добавки, такие как многочисленные твердые кристаллические материалы, проявляют тенденцию к содержанию мелких частиц или проявляют хрупкость и образуют мелкие частицы, причем эти мелкие частицы могут образовывать нежелательную пыль, и, таким образом, требуется уменьшение образования пыли. Эта нежелательная пыль может создавать значительные проблемы для здоровья, окружающей среды и безопасности.
Способы уменьшения образования пыли практически осуществляются во многих отраслях промышленности, в которых используются такие твердые материалы. Например, в процессе производства сухих гранулированных удобрений на некоторых стадиях механической транспортировки могут образовываться мелкие частицы удобрений, которые могут переноситься в нежелательные места случайными потоками воздуха. Еще хуже, если размер частиц является настолько малым, что пыль в значительном количестве может оставаться в состоянии взвеси в воздухе в течение продолжительных периодов времени, усиливая эти проблемы. В результате этого было разработано несколько технологий для уменьшения образования пыли.
Кроме того, свойства и конечные применения минеральной добавки дополнительно осложняют данную ситуацию. Поскольку минеральные добавки непосредственно применяются в открытой среде выращивания растений, а эти растения, в свою очередь, могут потреблять животные или люди, многочисленные эффективные вещества для уменьшения образования пыли также должны быть нетоксичными. Таким образом, важно учитывать экологическую и пищевую безопасность добавок. Кроме того, вещества для уменьшения образования пыли не должны взаимодействовать с минеральной добавкой каким-либо образом, чтобы это взаимодействие могло ухудшать полезность минеральной добавки для растений, в том числе неблагоприятно изменять значение pH или какое-либо другое химическое свойство. Еще одну категорию химических веществ, которые используются для уменьшения образования пыли, составляют асфальтены или материалы на основе тяжелых нефтепродуктов; к сожалению, поскольку они содержат ароматические соединения, а также вследствие других проблем чистоты, добавки, включающие эти соединения, часто вызывают проблемы для здоровья и окружающей среды. Кроме того, для многих из этих композиций могут потребоваться громоздкие и опасные нагревательные системы непосредственно перед их применением.
В результате этого существует постоянная потребность и очевидная польза новых усовершенствованных способов и/или композиций и/или устройств для уменьшения образования пыли от минеральных добавок. Технология, описанная в данном разделе, не предназначается в качестве допущения того, что какая-либо патентная заявка, публикация или другая информация, которая цитируется в настоящем документе, представляет собой "предшествующий уровень техники" по отношению к настоящему изобретению, если она не конкретно определяется в указанном качестве. Кроме того, данный раздел не должен истолковываться как означающий, что было проведено соответствующее исследование, или что не существует какая-либо другая соответствующая информация согласно определению в параграфе 1.56(a) раздела 37 Свода федеральных нормативных актов США.
Сущность изобретения
Согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления настоящего изобретения, предлагается способ уменьшения образования пыли из массы, склонной к образованию пыли. Данный способ включает стадию введения массы в контакт с композицией, включающей полимеризованную органическую кислоту.
Полимеризованная органическая кислота может состоять из мономеров, выбранных из списка, который составляют жирные гидроксикислоты, такие как рицинолеиновая кислота, 12-гидроксистеариновая кислота, а также любое их сочетание. Полимеризованная органическая кислота может представлять собой сополимер, который также включает глицериновые повторяющиеся звенья, причем глицериновые повторяющиеся звенья представляют собой один из вариантов, таких как моноглицерин, диглицерин, триглицерин, а также любое их сочетание. Полимеризованная органическая кислота может представлять собой блочный сополимер, включающий первую цепь, которую составляют, в основном, повторяющиеся звенья полимеризованной органической кислоты, и вторую цепь, которую составляют, в основном, глицериновые повторяющиеся звенья, причем первая цепь и вторая цепь соединяются посредством сложноэфирной связи. Первая цепь может иметь значение n, составляющее более чем 2. Полимеризованная органическая кислота может представлять собой блочный сополимер, включающий первую цепь, которую составляют, в основном, повторяющиеся звенья рицинолеиновой кислоты, и вторую цепь, которую составляют, в основном, глицериновые повторяющиеся звенья, причем первая цепь и вторая цепь соединяются посредством сложноэфирной связи. Этот блочный сополимер может содержать первую цепь, у которой значение n составляет более чем 100.
Полимеризованная органическая кислота может также содержать алкоксильные группы (такие как этоксильные или пропоксильные группы) или соответствующие повторяющиеся звенья. Композиция может применяться в форме жидкости, пены, дисперсии или эмульсии. В качестве массы, которая может проявлять склонность к образованию пыли, могут присутствовать агрегированные минеральные добавки, добытые ископаемые, синтезированные сухие материалы, удобрение, уголь, древесные стружки, сельскохозяйственные продукты, фрукты, заполнители бетона, тонкодисперсные материалы, поташ, фосфат, дорожная пыль, а также любое их сочетание. После того, как масса подвергается обработке, эта масса может сохранять склонность к образованию пыли, но она будет в меньшей степени образовывать пыль, и это уменьшение будет сохраняться в течение неопределенного срока (возможно, практически без ограничения срока).
Подробное описание изобретения
Следующие определения представлены для пояснения того, каким образом, используются термины в настоящей заявке, и, в частности, каким образом должна истолковываться формула изобретения. Список определений приводится исключительно для удобства и не предназначается для ограничения какого-либо из определений какой-либо конкретной категорией.
"Минеральная добавка" означает композицию, которая отличается тем, что ее преимущественно составляют материалы, которые функционируют в качестве корма для животных и/или пищевой добавки и/или добавки для кормов животных, и/или которые функционируют в качестве удобрений для растений. Эти удобрения преимущественно составляют неорганические вещества, в первую очередь, соли, и они присутствуют в форме, которая способствует улучшенному поглощению питательных веществ растениями. Удобрения в значительной степени воздействуют на почву (ее физические, химические и биологические свойства) и растения. В почве удобрения претерпевают разнообразные изменения, которые воздействуют на растворимость содержащихся в них питательных веществ, их проникающие свойства, а также их доступность для растений. Удобрения содержат непосредственные питательные элементы для растений (N, P, K, Mg, B, Cu, Mn), представляя собой, в том числе, азотные удобрения (нитраты аммония, натрия и кальция; сульфат аммония; карбамид), фосфорные удобрения (суперфосфат, измельченный природный фосфат, фосфаты аммония и кальция), калийные удобрения (хлорид калия, 30- и 40-процентные соли калия, сульфат калия, нитрат калия), а также удобрения, содержащие питательные микроэлементы. Косвенные удобрения улучшают агрохимические и физико-химические свойства почвы и активируют питательные вещества (например, известковые удобрения и гипс).
"Рицинолеиновая кислота" означает соединение, которое представляет собой органическую кислоту и соответствует следующей формуле (включая также любые соответствующие стереохимические изомеры):
"Полирицинолеиновая кислота" означает соединение, которое представляет собой полимер, включающий ряд повторяющихся звеньев рицинолеиновой кислоты, соединяющиеся посредством сложноэфирных связей, которые образуют между собой гидроксильные группа на протяжении жирной цепи и протоны, которые является донорами для атомов кислорода кислоты, причем эти повторяющиеся звенья могут располагаться согласно следующей формуле (включая также любые соответствующие стереохимические изомеры):
где n представляет собой целое число, которое составляет более чем 1.
"Полимеризованная органическая кислота" означает соединение, которое представляет собой полимер, включающий ряд соединенных сложноэфирными связями повторяющихся звеньев, в котором повторяющиеся звенья содержат жирные цепи C4-C100, и на протяжении такой жирной цепи присутствует, по меньшей мере, одна гидроксильная группа, и, по меньшей мере, на одном конце этой цепи присутствует, по меньшей мере, одна карбоксильная группа.
"Жирная цепь" означает часть повторяющегося звена, которая описывается как ряд атомов углерода в одной или нескольких конфигурациях, в качестве которых выбираются алкильная, неразветвленная алкильная, разветвленная алкильная, арильная, циклическая, фенильная, бензильная, кольцевая, дендритовая конфигурации, а также любое их сочетание.
В том случае, где приведенные выше определения или описания, представленные в каком-либо месте настоящей заявки, не соответствуют значению (определенному или подразумеваемому), которое обычно используется в словаре или приводится в документе, включаемом в настоящую заявку посредством ссылки, условия настоящей заявки и формулы изобретения, в частности, должны истолковываться согласно определению или описанию, которое присутствует в настоящей заявке, а не в соответствии с обычным определением, словарным определением или определением, которое включается посредством ссылки. В свете изложенных выше фактов, в том случае, где термин может становиться понятным, если он истолковывается в соответствии со словарем, если определение данного термина содержит "Энциклопедия химической технологии Kirk-Othmer", пятое издание, 2005 г., издательство Wiley, John & Sons, Inc., то данное определение имеет решающую силу при определении соответствующего термина в формуле изобретения.
Согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления настоящего изобретения рассматриваемая композиция наносится на материал минеральной добавки и/или на материал, склонный к образованию пыли.
Композиция содержит полимеризованную органическую кислоту. Применение композиции уменьшает склонность материала минеральной добавки к образованию пыли. Согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления, композиция, которая наносится на материал, представляет собой жидкость. Согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления, композиция, композиция, которая наносится на материал, представляет собой пену. Согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления, композиция, которая наносится на материал, представляет собой дисперсию. Согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления, композиция, которая наносится на материал, представляет собой эмульсию.
Гранулированная минеральная добавка производит большие количества летучей пыли. Это объясняется тем, что сверхмалые частицы минеральной добавки являются настолько легкими, что они могут существовать в форме взвеси и перемещаться в воздухе, когда они вступают в контакт с потоком воздуха. Как правило, частицы минеральной добавки обычно становятся сверхмалыми вследствие чрезмерного измельчения или вследствие истирания чувствительной массы минеральной добавки в процессе обработки или применения.
Эффективность настоящего изобретения оказалась весьма неожиданной, и, в свете достижений предшествующего уровня техники, настоящее изобретение представляет неожиданные результаты.
Согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления полимеризованная органическая кислота включает повторяющиеся звенья органических кислот, в которых содержатся одна или несколько гидроксильных функциональных групп, выбранных из списка, который составляют рицинолеиновая кислота, 12-гидроксистеариновая кислота, а также любое их сочетание.
Жирные кислоты, способные образовывать полимеризованные жирные кислоты, которые определяются выше, должны содержать, по меньшей мере, одну гидроксильную группу в углеродной цепи. Список примеров подходящих жирных кислот, в которых содержатся гидроксильные группы, можно найти на Интернет-сайте: http://www.lipidmaps.org/data/structure/LMSDSearch.php?Mode=ProcessClassSear ch&LMID=LMFA0105&s=hydroxy fatty acids. (Согласно обращению от 08 ноября 2013 г.)
Согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления полимеризованная органическая кислота также включает глицериновые повторяющиеся звенья и, таким образом, она может также рассматриваться в качестве производного полиглицерина.
Согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления полимеризованная органическая кислота также включает алкоксильные группы (такие как этоксильные или пропоксильные группы) или соответствующие повторяющиеся звенья.
Не ограничиваясь конкретной теорией или задачей настоящего изобретения или объемом, который определяется при истолковании формулы изобретения, авторы считают, что именно конкретная структура полимера придает композиции ее неожиданно высокую эффективность в качестве вещества для уменьшения образования пыли. Полимеризованные органические кислоты содержат многочисленные умеренно полярные сложноэфирные связи, которые включает в значительной степени неполярная жирная область полимера. Это обеспечивает возникновение уникальных межповерхностных взаимодействий между полимеризованной органической кислотой и зернистым материалом. Кроме того, эти кислоты имеют точно соответствующую молекулярную массу, позволяющую индуцировать образование агломератов, которые имеют большую массу и, таким образом, устойчивость к диспергированию в воздухе.
Полимеризованные органические кислоты можно изготавливать из продуктов переработки масла. Продукты переработки масла представляют собой химические вещества, источниками которых являются жиры растительного и животного происхождения. В большинстве своем жиры растительного и животного происхождения представляют собой смеси глицеридов жирных кислот. Глицерид представляет собой продукт реакции (сложный эфир) карбоновой кислоты и глицерина. Зачастую продукты переработки масла производят, используя природные вещества, такие как жирные кислоты, метиловые сложные эфиры жирных кислот (FAME), жирные спирты, жирные амины и глицерины и осуществляя разнообразные химические и ферментативные реакции, такие как гидролиз и/или переэтерификация.
Как описывает спецификация "Производство и применения основных продуктов переработки касторового масла", эти продукты переработки касторового масла в течение значительного времени используются в различных отраслях промышленности как смазочные материалы, уплотнители, герметизирующие вещества, связующие вещества для красок, антистатики и лаки. Как описывает международная патентная заявка № WO 2006/068627, они используются в качестве предотвращающих слипание веществ в резиновом производстве. Однако они не являются полимеризованными и, соответственно, не используются в качестве веществ для обработки минеральных добавок в целях уменьшения образования пыли.
Японская патентная публикация № 2011094007 описывает вещество для уменьшения образования пыли, содержащее набухающие в воде частицы, в которых содержится блочный сополимер типа "поли(рицинолеиновая кислота)-полиоксиэтилен". Согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления, полимеризованная органическая кислота исключает присутствие оксиэтиленовых мономеров. Согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления, полимеризованная органическая кислота представляет собой гомополимер и исключает присутствие сополимеров и/или гетерополимеров.
Патент США № 5443846 описывает использование полирицинолеиновой кислоты в качестве связующего материала для лекарственного средства пролонгированного действия. Однако это использование противоречит настоящему изобретению, потому что оно предназначается не для пролонгированного высвобождения, но для связывания минеральных добавок на неопределенный срок. Согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления, полимеризованная органическая кислота дозируется таким образом, чтобы не допускать высвобождение обработанного материала с течением времени.
Согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления, полимеризованная органическая кислота имеет значение n, составляющее от 1 до 1000 (или более). Согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления, полимеризованная органическая кислота имеет молекулярную массу, составляющую от 1000 дальтон (или менее) до 1000000 дальтон (или более).
Материалы, склонные к образованию пыли, на которые может быть нанесена полимеризованная органическая кислота, представляют собой, не ограничиваясь этим, добытые ископаемые, синтезированные сухие материалы, удобрение, уголь, древесные стружки, сельскохозяйственные продукты, фрукты, заполнители бетона, тонкодисперсные материалы, поташ, фосфат, дорожная пыль, а также любое их сочетание.
Согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления полимеризованная органическая кислота используется с применением соответствующих способов и/или композиций для уменьшения образования пыли, которые описываются в патентных заявках США № 12/356352 и № 13/826385.
Примеры
Изложенные выше факты становятся более понятными при ознакомлении со следующими примерами, которые представлены для иллюстративных целей и не предназначаются для ограничения объема настоящего изобретения.
Лабораторные анализы были проведены для образцов однозамещенного фосфата аммония, который представляет собой материал, склонный к образованию летучей пыли. Однозамещенный фосфат аммония обрабатывали, используя разнообразные полимеризованные органические кислоты, а также другие материалы для сравнения. Таблица 1 иллюстрирует результаты.
Таблица 1
Испытание
Содержание летучей пыли (частей на миллион)
Процентное уменьшение образования пыли
Испытание № 1
Без обработки
5830
0%
Полирицинолеиновая кислота (4 фунта на тонну)
889
85%
Сополимер полирицинолеиновой кислоты и полиглицерина (4 фунта на тонну)
810
86%
Испытание № 2
Без обработки
3785
0%
Полирицинолеиновая кислота (4 фунта на тонну)
342
91%
Сополимер полирицинолеиновой кислоты и полиглицерина (4 фунта на тонну)
382
90%
Тяжелый нефтепродукт (4 фунта на тонну)
374
90%
Испытание № 3
Без обработки
6144
0%
Полирицинолеиновая кислота (4 фунта на тонну)
1117
81%
Смола на основе полимеризованного льняного масла (4 фунта на тонну)
3797
38%
Испытание № 4
Без обработки
4711
0%
Поли(12-гидроксистеариновая кислота) (4 фунта на тонну)
856
82%
Снижение уровней летучей пыли продемонстрировало эффективность разнообразных добавок. По сравнению с покрытиями на основе тяжелых нефтепродуктов, материалы, которые описываются в настоящем документе, обеспечивают равные или улучшенные характеристики уменьшения образования пыли, исключая при этом использование произведенных из нефти материалов. По сравнению со смолой на основе полимеризованного льняного масла, полирицинолеиновая кислота обеспечивает значительное улучшение характеристик уменьшения образования летучей пыли.
Хотя настоящее изобретение может быть осуществлено в многочисленных различных формах, в настоящем документе подробно описываются конкретные предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения. Настоящее описание представляет собой проиллюстрированное примерами описание принципов настоящего изобретения и не предназначается для ограничения настоящего изобретения конкретными проиллюстрированными вариантами осуществления. Все патенты, патентные заявки, научные работы и любые другие процитированные материалы, которые упоминаются в настоящем документе, во всей своей полноте включаются в него посредством ссылки. Кроме того, настоящее изобретение распространяется на любое возможное сочетание некоторых или всех из разнообразных вариантов осуществления, которые описываются в настоящем документе и/или включаются в настоящий документ. Кроме того, настоящее изобретение распространяется на любое возможное сочетание, которое также определенно исключает какой-либо один или несколько из разнообразных вариантов осуществления, которые описываются в настоящем документе и/или включаются в настоящий документ.
Приведенное выше описание предназначается в качестве иллюстративного, а не исчерпывающего. Настоящее описание предлагает многочисленные видоизменения и альтернативные варианты для обычного специалиста в данной области техники. Композиции и способы, описанные в настоящем документе, могут включать, состоять или в основном состоять из перечисленных компонентов или стадий. При использовании в настоящем документе термин "включающий" означает "включающий, но не ограниченный этим". При использовании в настоящем документе термин "состоящий в основном" означает композиции или способы, которые включают описанные компоненты или стадии, а также любые другие компоненты или стадии, которые не производят существенного воздействия на новые и основные характеристики данных композиций или способов.
Например, композиции, которые состоят, в основном, из перечисленных ингредиентов, не содержат дополнительные ингредиенты, которые могли бы воздействовать на свойства этих композиций. Специалисты в данной области техники могут принимать другие эквиваленты по отношению к конкретным вариантам осуществления, которые описываются в настоящем документе, причем данные эквиваленты также предусматриваются для включения в формулу изобретения.
Все диапазоны и параметры, которые описываются в настоящем документе, рассматриваются как включающие любые и все поддиапазоны, а также любые числа, находящиеся между соответствующими конечными точками. Например, заявленный диапазон "от 1 до 10" следует рассматривать как включающий любые и все поддиапазоны между минимальным значением 1 и максимальным значением 10, включая обе конечные точки; то есть все поддиапазоны, которые начинаются минимальным значением, составляющим 1 или более (например, от 1 до 6,1), и заканчиваются максимальным значением, составляющим 10 или менее, (например, от 2.3 до 9.4, от 3 до 8, от 4 до 7), и, наконец, каждое число 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 и 10, которое находится в пределах данного диапазона.
Все численные значения в настоящем документе считаются дополненными термином "приблизительно", независимо от его фактического присутствия. Как правило, термин "приблизительно" относится к диапазонам чисел, которые специалист в данной области техники мог бы рассматривать в качестве эквивалента приведенному значению (т.е. как обеспечивающий такую же функцию или результат). Во многих случаях термин "приблизительно" может означать числа, которые округляются до ближайшей значащей цифры. Массовые проценты, проценты по массе, % по массе, мас.% и аналогичные термины представляют собой синонимы, которыми обозначается концентрация вещества, вычисляемая как масса данного вещества, деленная на массу композиции и умноженная на 100. Процентные доли и соотношения представлены по отношению к массе, если не определяются другие условия.
При использовании в настоящем описании и прилагаемой формуле изобретения формы единственного числа, которым предшествуют определенные или неопределенные артикли, включают множественное число, если другие условия четко не определяются контекстом. Таким образом, например, описание композиции, в которой содержится "соединение" включает смесь двух или более соединений. При упоминании в настоящем описании и прилагаемой формуле изобретения термин "или", как правило, используется в смысле, означающем "и/или", если другие условия четко не определяются контекстом. Все химические структуры, представленные в настоящей заявке, предусматривают и включают все возможные стереоизомеры, конформационные изомеры, ротационные изомеры и хиральные альтернативы конкретной проиллюстрированной структуры.
Этим завершается описание предпочтительных и альтернативных вариантов осуществления настоящего изобретения. Специалисты в данной области техники могут принимать другие эквиваленты по отношению к конкретным вариантам осуществления, которые описываются в настоящем документе, причем данные эквиваленты также предусматриваются для включения в формулу изобретения, прилагаемую к настоящему описанию.