ES2961949T3 - Biopolímeros para el control de polvo fugitivo - Google Patents
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Abstract
La presente invención está dirigida a composiciones y métodos para el control del polvo, en particular en operaciones industriales tales como la minería. Más particularmente, los agentes de control del polvo son polisacáridos funcionalizados, polisacáridos parcialmente oxidados que pueden o no estar también funcionalizados, o sales de los mismos. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Biopolímeros para el control de polvo fugitivo
Referencia a solicitudes relacionadas
Esta solicitud reivindica la prioridad de la solicitud provisional de los Estados Unidos núm. 62/369,500 presentada el 1 de Agosto de 2016.
Campo de la Invención
La presente invención se dirige a la producción de derivados de polisacáridos y, en particular, composiciones, herramientas, sistemas y métodos para el control de polvo en la minería, acarreo, acopio, transporte, dimensionamiento, carga y empaque de minerales industriales. La invención, además se dirige al control del polvo y los olores de los materiales de las instalaciones para animales.
Descripción de los antecedentes
La gestión de las emisiones de polvo fugitivo en las operaciones mineras ha recobrado importancia a la luz de la reciente norma de la Administración de Salud y Seguridad Ocupacional (OSHA) que reduce a la mitad el límite de exposición permisible (PEL). Si bien no está claro cuándo la Administración de Salud y Seguridad Minera (MSHA) introduciría una regla similar, existen nuevas tecnologías bioquímicas disponibles para la industria para abordar el problema de manera efectiva. Se presenta un nuevo biopolímero de polisacárido funcionalizado como alternativa a los productos químicos comunes a base de cloruro y sulfato para la supresión del polvo. Las emisiones de polvo se encuentran en la minería, acarreo, acopio, transporte, dimensionamiento, carga y el empaque de minerales industriales. El control de polvo en las carreteras de acarreo de las minas es una de las oportunidades más desafiantes para que la industria mejore la seguridad de los conductores y reduzca su huella hídrica.
De manera similar, otra aplicación de esta invención es proporcionar control de polvo y olores biocompatible para los materiales de las instalaciones para animales. En los materiales comunes de las instalaciones para animales se usan absorbentes, agentes reguladores de olores, agentes aglomerantes, y más aditivos químicos. Los materiales absorbentes de arcilla para animales a base de arcilla de uso común tienen problemas de polvo y olor durante su uso y controlarlos con un solo producto de base biológica es valioso para la industria de las instalaciones para animales.
Resumen
La presente invención se expone en el conjunto de reivindicaciones adjuntas.
La presente invención supera los problemas y desventajas asociados con las estrategias y diseños actuales y proporciona nuevas herramientas, composiciones y métodos para el control de polvo.
Una modalidad no cubierta por las reivindicaciones de la invención comprende procesos de control de polvo, tales como, por ejemplo, el proceso de control de polvo se realiza en asociación con una operación minera, acarreo, acopio, transporte, dimensionamiento, carga y empaque de minerales industriales, control de polvo y/u olores de materiales de arena para animales o una de sus combinaciones, que comprende: proporcionar una composición que comprende un polímero que contiene una o más porciones de amina y/o alquilo; mezclar la composición con un líquido acuoso para formar una mezcla; y aplicar la mezcla a un área que genere polvo. Preferentemente, el polímero comprende un sacárido, un polisacárido, un derivado del sacárido o del polisacárido o una de sus combinaciones. Preferentemente, el derivado comprende un sacárido oxidado o un polisacárido oxidado. Además, preferentemente el sacárido, el polisacárido, el derivado del sacárido o el polisacárido o una de sus combinaciones, contiene una o más porciones de amina, diamina y/o tetraamina, y/o se acopla a una o más porciones de alcano, alqueno, alquino, arilo o hidrocarburo. Los polímeros preferidos comprenden dextrano, levano, goma guar, almidón, escleroglucano, welan, goma xantana, esquizofilano, quitosano, celulosa o una de sus combinaciones. Para los polímeros de dextrano, se prefiere un peso molecular de aproximadamente 3 kD a aproximadamente 50000 kD y/o se acopla a de 0-3 porciones de alquilamina por unidad de monosacárido, en donde 10 por ciento o más de las unidades de monosacárido se acoplan a porciones de alquilamina. Además, preferentemente, el polímero contiene una o más porciones de amina primaria y/o se acopla a una o más porciones de alquilo primario. Las porciones alquilo preferidos incluyen, por ejemplo, porciones aldehído, alcano, alqueno, alquino, arilo y sus combinaciones, las porciones amina se seleccionan del grupo que consiste en porciones amina, diamina, tetraamina, y sus combinaciones, y las porciones alquilamina preferidas incluyen, por ejemplo, combinaciones de porciones de hidrocarburo/amina. Preferentemente, los compuestos y composiciones de la invención no son perjudiciales para el medio ambiente, no contaminan el medio ambiente, son seguros para la manipulación por personas, y/o no son tóxicos.
Otra modalidad no cubierta por las reivindicaciones de la invención que comprende aplicar una composición de la descripción a áreas tóxicas o contaminadas de cualquier otra manera que generan polvo. La composición recoge el polvo del aire o como esté presente de cualquier otra manera en la aplicación industrial. El polvo ahora contenido dentro de la composición puede recolectar y eliminar de manera segura y adecuada de acuerdo con las regulaciones federales, estatales y/o locales.
Otra modalidad no cubierta por las reivindicaciones de la invención comprende polímeros que contienen una o más porciones amina y/o alquilo. Preferentemente, los polímeros comprenden levano, quitosano, goma guar, escleroglucano, welan, goma xantana, dextrano, esquizofilano, celulosa o una de sus combinaciones, naturales u oxidados. Además, preferentemente los polímeros comprenden aminodextrano, aminolevano, aminoguar o una de sus combinaciones. Preferentemente, el aminodextrano comprende dietilamina de azúcar dextrano parcialmente oxidada, el aminolevano comprende dietilamina de azúcar levano parcialmente oxidada, o el aminoguar comprende dietilamina de azúcar guar parcialmente oxidada. Además, se prefieren polímeros que comprenden la estructura química de la Figura 4, Figura 5 o Figura 6, y/o derivados, sales y sus equivalentes.
Otra modalidad no cubierta por las reivindicaciones de la invención comprende una composición que contiene el polímero no cubierto por las reivindicaciones de la invención más un líquido acuoso. Preferentemente el líquido acuoso es agua.
Otras modalidades y ventajas no cubiertas de las reivindicaciones de la invención se exponen en parte en la descripción, que sigue, y en parte, pueden ser obvias a partir de esta descripción, o puede aprenderse de la práctica de la invención.
Descripción de las Figuras
Figura 1 Comparación del polímero del tratamiento descrito y sin tratamiento con paso de tráfico.
Figura 2 Comparación del polímero del tratamiento de la descripción, tratamiento con agua y sin tratamiento con paso de tráfico.
Figura 3 Comparación del polímero del tratamiento de la descripción, tratamiento con agua y sin tratamiento con paso de tráfico.
Figura 4 La estructura química de la dietilamina de azúcar dextrano parcialmente oxidada con enlaces glicosídicos intactos.
Figura 5 La estructura química de la dietilamina de azúcar levano parcialmente oxidada con enlaces glicosídicos intactos.
Figura 6 La estructura química de la dietilamina de azúcar guar parcialmente oxidada con enlaces glicosídicos intactos.
Figura 7 La estructura química de la etilamina dextrano.
Figura 8 La estructura química de la dietiletanolamina dextrano.
Figura 9 La estructura química de la etilamina levano.
Figura 10 La estructura química de la dietiletanolamina levano.
Figura 11 La estructura química de la etilamina guar.
Figura 12 La estructura química de la dietiletanolamina guar.
Descripción
La perforación, la minería y otros procesos de excavación generan una gran cantidad de partículas suspendidas en el aire, denominadas convencionalmente polvo. Aunque el polvo finalmente se asienta, generalmente es necesario continuar trabajando en un ambiente polvoriento que puede ser peligroso tanto para el equipamiento como para las personas. Las medidas convencionales de control de polvo implican pulverizar el área de trabajo con agua. Las gotas de agua se fusionan con las partículas de polvo, lo que provoca que la forma combinada caiga de la atmósfera más rápidamente. Aunque algo efectiva, el agua se evapora rápidamente permitiendo que se forme polvo nuevamente, simplemente no está disponible en determinadas áreas, o no es práctica en climas fríos debido, por ejemplo, a las heladas. Además, la cantidad de agua que típicamente es necesaria para controlar el polvo puede arruinar un área de trabajo o dañar el ambiente, por ejemplo, tal como mediante la destrucción de la vida vegetal en las áreas tratadas y/o contaminación del acuífero con escorrentías.
Sorprendentemente se descubrió que determinados polímeros podían usarse para controlar el polvo y durante largos períodos de tiempo, especialmente en áreas de trabajo, tales como operaciones de minería y perforación. Los polímeros tales como dextrano y otros polisacáridos son moléculas altamente solubles en agua con estructuras que no cambian bajo temperaturas y pH extremos. A diferencia de otras sustancias para el control de polvo (por ejemplo, agua), típicamente no hay problemas o hay mínimos asociados con la cristalización del polímero cuando se usa a las bajas temperaturas que existen cuando se trabaja en climas fríos. Los polímeros tales como polisacáridos y polisacáridos funcionalizados y sus derivados referidos en las reivindicaciones de la invención son ambientalmente seguros, no son peligrosos para trabajar y generalmente biocompatibles. El dextrano y otras moléculas de polisacáridos son, además, biodegradables y presentan poco o ningún impacto negativo para las plantas, animales y otros organismos o poblaciones, o sobre el ambiente en general, incluso cuando se usan en altas concentraciones.
Los polisacáridos y derivados de polisacáridos referidos en las reivindicaciones de la invención que son útiles como polímeros funcionalizados en el método reivindicado de la invención se degradan simple y rápidamente en el ambiente en componentes inofensivos. Además, los polisacáridos funcionalizados y los derivados de polisacáridos funcionales (por ejemplo, polímeros funcionalizados que contienen modificaciones, deleciones y/o sustituciones conservadoras que permanecen funcionales) no cubiertos por las reivindicaciones de la invención se usan preferentemente como líquidos no tóxicos y de baja viscosidad. Como tales, son fácilmente transportables, no requieren manipulación especial como lo harían los materiales peligrosos, y por lo tanto, están disponibles directamente en el lugar de uso. Esta disponibilidad lista para su uso, elimina el tiempo que de cualquier otra manera se requeriría para la premezcla, así como también los costos de eliminación, tales como los asociados con la eliminación de agua salada.
El solicitante, además ha descubierto sorprendentemente que las formas funcionalizadas de polímeros, tales como, por ejemplo, polisacáridos sustituidos con aminas, alquilos y/o alquilaminas, son agentes especialmente efectivos para reducir o prevenir la creación y acumulación de polvo que se encuentra comúnmente en las operaciones de minería y perforación. Los polímeros funcionalizados preferidos no cubiertos por las reivindicaciones de la invención incluyen polímeros tales como, por ejemplo, pero no se limitan a polisacárido, dextrano, goma guar, quitosano, escleroglucano, welan, goma xantana, esquizofilano, levano, almidones y celulosa. Los polisacáridos funcionalizados preferidos incluyen, por ejemplo, polisacáridos sustituidos o modificados con grupos o porciones alquilo tales como, por ejemplo, aldehído, alcano, alqueno, alquino, arilo, y otros hidrocarburos. Los ejemplos de polisacáridos sustituidos no cubiertos por las reivindicaciones de la invención incluyen, polisacáridos sustituidos con grupos amina (por ejemplo, amina primaria), diamina y tetraamina, polisacáridos sustituidos con grupos o porciones alquilo, y/o polisacáridos sustituidos con porciones alquilamina. Los ejemplos preferidos incluyen polisacáridos sustituidos con metilo, etilo, propilo e isopropilo y/o polisacáridos oxidados, polisacáridos sustituidos con monoaldehído, dialdehído, y/o polialdehído y/o polisacáridos oxidados, y polisacáridos sustituidos con monoamina, diamina, triamina, y poliamina y/o polisacáridos oxidados. Los ejemplos especialmente preferidos incluyen dextrano (por ejemplo, un poliglucano ramificado compuesto de muchas moléculas de glucosa) en cadenas de longitudes variables. Preferentemente, los polímeros son de aproximadamente 2 kD a aproximadamente 100 000 kD, con mayor preferencia de aproximadamente 5 kD a aproximadamente 50 000 000 kD, con mayor preferencia de aproximadamente 100 kD a aproximadamente 10 000 kD, y sus combinaciones. Preferentemente, los polímeros comprenden de 1-3 sustituciones de alquilo/amina por unidad polimérica, preferentemente una unidad de monosacárido o glucosa. Las sustituciones pueden variar de 1 a 100 por ciento de las unidades de monosacárido del polisacárido que contiene sustituciones. El grado y la cantidad de sustitución y de porciones acoplados pueden depender en particular de la porción o porciones sustituidos, y pueden determinarse empíricamente por los expertos en la técnica. Preferentemente, las unidades que contienen porciones pueden comprender de 5 a 80 por ciento, preferentemente de 10 a 50 por ciento, preferentemente de 30 a 70 por ciento, o preferentemente de 10 a 50 por ciento. Además, se prefieren los polisacáridos que contienen múltiples sustituciones diferentes que incluyen, pero no se limitan a, sustituciones de porciones alquilo y amina.
Una modalidad diferente de la cubierta por las reivindicaciones de la invención se dirige a procesos de control de polvo que comprenden: proporcionar una composición compuesta por un polímero oxidado, parcialmente oxidado, y/o funcionalizado para contener una o más porciones amina y/o alquilo en agua. La cantidad de agua u otro componente acuoso en la composición puede variar de, por ejemplo, 5 % a 95 % de polímero, con el resto que comprende agua u otro componente acuoso disponible. Alternativamente, las composiciones no cubiertas por las reivindicaciones de la invención pueden contener polímeros más líquidos no acuosos, tales como aceites, alcoholes, y similares. Preferentemente, la cantidad de polímero es de 5-75 %, con mayor preferencia de 7,5-50 % de polímero, y con mayor preferencia de 10-25 % de polímero. Básicamente, la cantidad de polímero en la composición puede variar en dependencia de la cantidad de control de polvo necesaria, con mayor cantidad del polímero que proporciona un mayor control. Preferentemente, el proceso implica aplicar la composición sobre áreas que generan polvo tales como carreteras, paredes y acantilados, operaciones mineras y cualquier operación o área industrial que genere partículas en el aire. La aplicación de las composiciones a que se refieren las reivindicaciones de la invención puede ser mediante pulverización desde una manguera u otro dispositivo similar, o simplemente al inundar la composición en el aire o sobre una superficie que genere polvo durante la operación realizada. Además, preferentemente el polímero funcionalizado comprende un sacárido, un polisacárido o uno de sus derivados.
Los polímeros preferidos comprenden, por ejemplo, dextrano, levano, goma guar, welan, goma xantana o una de sus combinaciones, que tiene un peso molecular de aproximadamente 3 kD a aproximadamente 50 000 kD, preferentemente acoplado a de 0-3 porciones de alquilamina por unidad de monosacárido y de 10 a 20 por ciento, o más de 20 por ciento de las unidades de monosacárido contienen porciones amina, alquilo y/o alquilamina. Además, preferentemente el polímero contiene una o más porciones de amina tales como, por ejemplo, una o más porciones de amina, diamina y/o tetraamina, o una o más porciones de alquilo tales como, por ejemplo, aldehído, alcano, alqueno, alquino, arilo u otro hidrocarburo, o una o más porciones alquil/amina. Preferentemente, la composición no contiene sodio detectable, y además, la composición no es dañina para el medio ambiente, no contribuye a la contaminación del medio ambiente, es segura para la manipulación por personas, y no es tóxica.
Otra modalidad no cubierta por las reivindicaciones de la invención se dirige a una composición que comprende un polímero funcionalizado, preferentemente de un polisacárido, que contiene sustituciones o porciones de grupos amina primaria y/o alquilo a lo largo de las unidades repetidas de la cadena polimérica. Preferentemente, el polímero comprende uno o más de dextrano, levano, almidón, goma guar, escleroglucano, welan, goma xantana, quitosano, esquizofilano, celulosa o sus combinaciones. Además, preferentemente, el polímero contiene sustituciones a lo largo de 1-100 por ciento de sus unidades repetidas. Preferentemente, las sustituciones de amina primaria son porciones de monoaminas, diaminas, triaminas, tetraaminas o sus combinaciones, preferentemente las sustituciones de grupos alquilo son porciones metilo, etilo, propilo, isopropilo, alcano, alqueno, alquino, arilo o hidrocarburo, o sus combinaciones de los mismos, y además, preferentemente la sustitución de la porción alquilo comprende de 1 a 3 carbonos.
Las composiciones poliméricas referidas en las reivindicaciones de la invención se mezclan preferentemente, por ejemplo, con fluidos asociados a las actividades en el lugar de trabajo o simplemente con agua. La cantidad preferida del polímero funcionalizado de la composición es de aproximadamente uno por ciento a aproximadamente 75 por ciento, o de aproximadamente 10 por ciento a aproximadamente 50 por ciento, o de aproximadamente 10 por ciento a aproximadamente noventa por ciento, o de aproximadamente 25 por ciento a aproximadamente 75 por ciento, o cualquiera de sus combinaciones. Las concentraciones preferidas de los polímeros referidos en las reivindicaciones de la invención en un fluido asociado en un lugar de trabajo generalmente están dentro de los intervalos preferidos y pueden adaptarse a cantidades más exactas en dependencia del compuesto particular utilizado. Cuando se desee, las concentraciones pueden calcularse en base a la función molecular y/o determinarse empíricamente.
Generalmente, cuanto mayor sea la cantidad de polímero en la composición, mayor será el período de tiempo en el que se logra el control de polvo. Por medio de ejemplos no limitantes, una composición que comprende 10 % de dextrano, guar o levano funcionalizado o parcialmente oxidado en agua proporciona control de polvo sobre una carretera de tierra durante un período de al menos dos días. Una composición que comprende 40 % de dextrano, guar o levano funcionalizado o parcialmente oxidado en agua proporciona control de polvo sobre una carretera de tierra durante un período de al menos dos semanas. La cantidad de polímero de composición durante un período de tiempo deseado para el control de polvo puede ser determinada empíricamente y fácilmente por un experto en la técnica para casi cualquier marco de tiempo deseado. Las composiciones de control de polvo referidas en las reivindicaciones de la invención se utilizan preferentemente en lugares de trabajo relacionados con minería, excavaciones, demolición o arrasamiento de estructuras, edificios, paredes y otras estructuras (por ejemplo, mediante el uso de explosivos), y procesos similares. Las composiciones de control de polvo referidas en las reivindicaciones de la invención son especialmente útiles cuando el polvo que podría generarse de cualquier otra manera a partir de, por ejemplo, una excavación o una demolición es potencialmente peligroso para las personas y/o el equipamiento. Por lo tanto, la limpieza de la sustancia peligrosa es posible y al menos se hace más eficiente de lo que permitirían, de cualquier otra manera los procesos convencionales. La composición puede aplicarse continuamente durante un proceso de generación de polvo, a intervalos regulares durante un proceso de generación de polvo, y/o como sea necesario durante un proceso de generación de polvo. Alternativamente, las composiciones pueden aplicarse a una superficie una vez o periódicamente como sea necesario, tal como, por ejemplo, sobre carreteras o senderos que pueden ser de tierra, grava u otra superficie que genere polvo. La composición puede aplicarse directamente a la fuente del polvo y/o puede atomizarse, pulverizarse, o de cualquier otra manera emitirse al aire para capturar partículas de polvo.
Las composiciones poliméricas referidas en las reivindicaciones de la invención funcionan preferentemente en formulaciones acuosas (por ejemplo, formulaciones a base de agua) (WBF) y a base de hidrocarburos o de aceite (OBF) como fluidos, por ejemplo, en fluidos dispersos, no dispersos y a base de polímeros. Las composiciones fluidas pueden incluir, por ejemplo, surfactantes, aditivos anticorrosión, reductores de fricción, agentes anticongelantes (por ejemplo, CaCh, KCl) potenciadores de la viscosidad (tales como reticulantes), reductores de la viscosidad (tales como rompedores), aceites portadores (diésel, aceites de olefinas sintéticas, y similares), y tampones (ácidos y bases).
Las composiciones poliméricas referidas en las reivindicaciones de la invención se proporcionan preferentemente en forma líquida, por ejemplo, en recipientes de un metro cúbico (denominados "totes") o a granel (por ejemplo, tanques de 1000-5000 galones). Las bombas hidráulicas o eléctricas transportan el líquido a un tanque de mezcla centralizado o un tanque de almacenamiento de fluido (por ejemplo, como almacenamiento inmediato o a largo plazo). Los tanques se usan para mezclar y combinar toda la gama de fluidos de perforación en una composición descrita en la presente descripción. El protocolo de mezclado puede variar de una operación a la siguiente con respecto al orden de adición de los diversos agentes, compuestos y aditivos que puedan ser requeridos o deseados para la operación en particular de control de polvo. Preferentemente, las composiciones poliméricas referidas en las reivindicaciones de la invención se mezclan centralmente o en lotes parciales para la mezcla final en tanques (por ejemplo, de 500 a 20 000 galones) o bien, en compartimentos o en cámaras de fluido completas. Los tanques pueden fabricarse para minimizar la corrosión (por ejemplo, acero inoxidable, aluminio, PVC) o revestirse para resistencia adicional y manejo de fluidos. Los polímeros funcionalizados referidos en las reivindicaciones de la invención se mezclan preferentemente con una variedad de aguas de reposición tales como, por ejemplo, 100 por ciento de agua dulce (potable o no potable) de pozos y recursos hídricos locales, a mezclas de agua producida del pozo que varía de 1-50 por ciento de agua producida con agua dulce, a una variedad de agua producida tratada como agua de reposición.
Los tanques de mezcla típicamente alimentan bombas de alta presión diseñadas para suministrar una variedad de viscosidades y densidades de fluidos a un área como se desee para la operación en particular. Los fluidos se transportan preferentemente con líneas de succión presurizadas y unidades de bombeo estándar utilizadas en la industria. Las composiciones poliméricas referidas en las reivindicaciones de la invención como líquidos pueden utilizarse con bombas alternativas, toda la variedad de bombas hidráulicas de desplazamiento positivo, bombas no cavitantes de alta presión, y bombas de chorro con cavitación, por nombrar algunas. Las presiones de bombeo típicas utilizadas para la operación en particular, que pueden ser de 1000 psi o más, tal como por ejemplo, de 1000 a 10 000 psi o incluso más, no están limitadas a este intervalo. Estas unidades de bombeo pueden ser unidades montadas en camiones, montadas sobre patines o fijas en tierra en el lugar de trabajo. Las composiciones poliméricas referidas en las reivindicaciones de la invención que contienen fluidos se descargan luego a través de unidades típicas de monitoreo y control (que a veces se refieren como árboles de Navidad) a través de tuberías y mangueras de descarga presurizadas usadas en la industria de manera rutinaria. Los fluidos que contienen composiciones poliméricas referidas en las reivindicaciones de la invención se bombean y/o pulverizan preferentemente directamente sobre la superficie de un área o pueden aplicarse a áreas particulares como se desee.
Las composiciones poliméricas, ya sean composiciones secas no cubiertas por las reivindicaciones de la invención o como composiciones fluidas referidas en las reivindicaciones, son sencillas de crear y se fabrican de forma económica en grandes cantidades. Los procesos de fabricación incluyen combinar, por ejemplo, dextrano a un pH ácido o alcalino, que puede incluir un cloruro de amina, durante un período de tiempo suficiente para permitir la terminación de la conversión química (por ejemplo, generalmente de minutos a horas) a una temperatura elevada (por ejemplo, generalmente por encima de la temperatura ambiente y menos de aproximadamente 200 °C, preferentemente de aproximadamente 50-150 °C, con mayor preferencia aproximadamente 60 °C) y precipitar el polímero sustituido con un alcohol. La obtención de un grado o por ciento de sustituciones a lo largo del polímero se conoce o se determina empíricamente por los expertos en la técnica. Las Figuras 4-6 describen polímeros preferidos referidos en las reivindicaciones de la invención y proporcionan tanto estructuras químicas como nombres químicos comunes. Las Figuras 7-12 describen polímeros preferidos no cubiertos por las reivindicaciones de la invención y proporcionan tanto estructuras químicas como nombres químicos comunes. Las composiciones poliméricas no cubiertas por las reivindicaciones de la invención incluyen modificaciones funcionales y derivados de las estructuras químicas enumeradas, que incluyen sus sales. Las modificaciones y/o derivados incluyen compuestos con más o menos porciones químicas, sustitución y/o cadenas laterales, pero que de cualquier otra manera son funcionales de acuerdo con lo que no está cubierto por las reivindicaciones de la invención. La funcionalización preferida incluye, pero no se limita a, modificación de un polisacárido y/o una molécula de polisacárido modificada (por ejemplo, oxidada, tratada con pH ácido o alcalino) con uno o más dietilaminoetilo (DEAE), dietiletanolamina, dietilamina, etilamina, etanolamina, y porciones de amina.
Las composiciones poliméricas no cubiertas por las reivindicaciones de la invención se prefieren líquidas, pero pueden fabricarse como semisólidos tales como geles y pastas, o sólidos tales como, por ejemplo, polvos o bloques, que preferentemente se solubilizan en un líquido antes de su uso. Como estos polímeros se prefieren solubles en agua, el solvente preferido es agua y otras sustancias polares o a base de agua, pero puede ser no polar o hidrófobo en dependencia del compuesto particular y/o de la presencia de sustancias adicionales dentro de la composición de estabilización. Preferentemente, las composiciones poliméricas referidas en las reivindicaciones de la invención contienen ninguna o solo pequeñas cantidades de sodio y/u otros cationes de molécula única (por ejemplo, menos de 1000 ppm, preferentemente menos de 100 ppm, con mayor preferencia menos de 10 ppm o con mayor preferencia menos de 1 ppm de calcio, potasio y/o sodio). Además, preferentemente las composiciones poliméricas referidas en las reivindicaciones de la invención no contienen ingredientes, componentes o productos químicos adicionales en concentraciones que sean o que puedan ser perjudiciales para el usuario, el ambiente y/o cualquier material o equipamiento asociado de la operación o incluso equipamiento cercano que de cualquier otra manera no estarían relacionados con la operación específica.
Preferentemente, las composiciones poliméricas referidas en las reivindicaciones de la invención se fabrican y distribuyen en forma concentrada y se diluyen antes de su uso. Las concentraciones varían en dependencia del uso particular al que se aplica la composición y además, de las condiciones particulares (por ejemplo, por ciento de hidratado o seco). Las concentraciones preferidas de los polímeros en una composición incluyen, por ejemplo, de 5 100 por ciento, de 10-90 por ciento, de 20-80 por ciento, y de 30-70 por ciento. Aunque típicamente no es necesario, las composiciones no cubiertas por las reivindicaciones de la invención pueden incluir un solvente. Determinadas concentraciones preferidas para procedimientos de control de polvo incluyen, por ejemplo, de 0,01-10 por ciento de polímero, de 1-9 por ciento de polímero, de 2-8 por ciento de polímero, y de 3-7 por ciento de polímero.
Las sustancias adicionales que pueden incluirse en la composición con los polímeros referidos en las reivindicaciones de la invención incluyen, por ejemplo, surfactantes/agentes antiespumantes, detergentes, agentes de control del pH, estabilizadores, quelantes, y/o tampones. Los surfactantes/agentes antiespumantes preferidos incluyen polímero de silicona, polisorbato, antiespumante A, Tween, o cualquiera de sus combinaciones. Los detergentes preferidos incluyen dodecilsulfato de sodio, dodecilsulfato de litio, taurodesoxicolato de sodio, taurocolato de sodio, glicocolato de sodio, desoxicolato de sodio, colato de sodio, alquilbencenosulfonato de sodio, W-lauroil sarcosina, o cualquiera de sus combinaciones. Los quelantes preferidos incluyen ácido etilenglicol tetraacético, ácido hidroxietiletilendiaminotriacético, ácido dietilentriaminopentaacético, N,N-bis(carboximetil)glicina, etilendiaminotetraacético, citrato anhidro, citrato de sodio, citrato de calcio, citrato de amonio, bicitrato de amonio, ácido cítrico, citrato de diamonio, citrato de amonio férrico, citrato de litio, o cualquiera de sus combinaciones. Los tampones preferidos incluyen tris(hidroximetil)aminometano, citrato, 2-(Nácido -morfolino) etanosulfónico, ácidoN,N-bis(2-hidroxietil)-2-aminoetanosulfónico, ácido 1,3-bis(tris(hidroximetil) metilamino)propano, ácido 4-(2-hidroxietil)-1-piperazina etanosulfónico, ácido 3-(N-morfolino) propanosulfónico, bicarbonato, fosfato, o cualquiera de sus combinaciones. El pH de las composiciones referidas en las reivindicaciones de la invención puede ser cualquier pH entre pH 1 y pH 14, y se prefiere entre aproximadamente pH 4-9, con mayor preferencia aproximadamente pH 5-8 y con mayor preferencia aproximadamente pH 7. Las concentraciones de aditivos preferidos incluidos en las composiciones referidas en las reivindicaciones de la invención son detergentes de aproximadamente 0,001 por ciento a aproximadamente 0,1 por ciento (peso/vol.); quelantes de aproximadamente 0,01 pM a aproximadamente 1 mM; y tampones de aproximadamente 10 pM a aproximadamente 10 mM.
Además, preferentemente, las composiciones poliméricas referidas en las reivindicaciones de la invención son efectivas en un amplio intervalo de temperaturas y no solidifican a bajas temperaturas, en comparación con la temperatura ambiente. Las composiciones poliméricas preferibles referidas en las reivindicaciones de la invención permanecen líquidas a temperaturas iguales o por debajo de 10 °C, a y por debajo de 5 °C, a y por debajo de 0 °C, a y por debajo de menos 5 °C, y a y por debajo de menos 10 °C. Con mayor preferencia, las composiciones poliméricas referidas en las reivindicaciones de la invención son útiles en un intervalo de temperatura de menos 10 °C y superiores. Las altas temperaturas no son necesariamente un problema con el control de polvo, aunque los polímeros y las composiciones referidas en las reivindicaciones de la invención pueden usarse a temperaturas ambiente, y temperaturas a o superiores que 25 °C, 30 °C, 35 °C, 40 °C, 45 °C, 50 °C e incluso más altas.
Las modalidades no cubiertas por las reivindicaciones de la invención pueden comprender polímeros más estabilizadores y otras composiciones que incluyen, por ejemplo, secuencias únicas de ácidos nucleicos y/o aminoácidos, códigos químicos únicos, partículas únicas, nanopartículas únicas (por ejemplo, de pared simple, de nanotubos de carbono de paredes dobles y de paredes múltiples) u otras etiquetas identificables pueden detectarse e identificarse después de su uso, tal como por ejemplo en productos producidos y/o en el ambiente. La detección de etiquetas únicas e identificables permite el seguimiento y control del uso presente y anterior de los polímeros funcionalizados y las composiciones no cubiertas por las reivindicaciones de la invención. El monitoreo y el seguimiento pueden usarse con propósitos ambientales, propósitos agrícolas, para evaluar los desembolsos, que incluyen los patrones de desembolso y el momento de la degradación, y otros propósitos.
Otra modalidad no cubierta por las reivindicaciones de la invención se dirige a métodos para controlar la suspensión de partículas antes, durante o después de la extracción, perforación u otro procedimiento de excavación. Al ponerse en contacto con polímeros funcionalizados inventivos y/o composiciones antes o durante la excavación, la excavación puede continuar sin problemas y rápidamente sin la necesidad de detener periódicamente la excavación para permitir que el polvo se asiente, tal como para proteger el equipamiento o por seguridad personal. Alternativamente, y por ejemplo en la minería, se pulveriza una composición fluida sobre un área de trabajo. Alternativamente, el control de polvo puede lograrse periódica o continuamente, por lo tanto, permite que el trabajo se desarrolle sin problemas y sin interrupciones. El contacto puede comprender pulverizar una composición polimérica sobre el suelo seco de un área minera, que forma una pasta tixotrópica que no se aerosofiza. Un método preferido comprende aplicar los compuestos y/o composiciones referidas en las reivindicaciones de la invención sobre un área de trabajo. Las proporciones exactas de la porción polimérica y la porción acuosa pueden variar en dependencia de los polímeros elegidos y pueden determinarse empíricamente por un experto en la técnica. Las relaciones de polímero a componente acuoso incluyen las proporciones (acuosa a polímero) 100:1, 50:1, 20:1, 10:1, 5:1, 2:1, 1:2, 1:5, 1:10, 1:20, 1:50 y 1:100, que incluye aquellas relaciones entre estos intervalos. El fluido resultante puede tener una consistencia de melaza a una pasta tal como, por ejemplo, una viscosidad de aproximadamente 50 10 000 cP, preferentemente de aproximadamente 100-500 cP, y con mayor preferencia de aproximadamente 200 300 cP. Alternativamente, los polímeros funcionalizados y/o las composiciones referidas en las reivindicaciones de la invención pueden depositarse directamente sobre suelos tales como sitios de excavación, en formas concentradas o diluidas. Preferentemente, el control de polvo logrado dura durante todo el período de trabajo, con mayor preferencia durante múltiples períodos, y con mayor preferencia durante muchos días.
Los siguientes ejemplos ilustran modalidades de la invención, pero no deben observarse como limitantes del alcance de la invención.
Ejemplos
Ejemplo 1 Procedimientos de control de polvo
En este estudio, se midió el polvo (<74 um) de las carreteras de acarreo semiáridos de Wyoming de colectores estacionarios porcionados en segmentos de media milla de tratamiento sin tratamiento, tratamiento solo con agua y tratamientos con bajas concentraciones de biopolímero diseñado. Los resultados muestran no solo reducciones visibles en la generación de polvo (véase las Figuras 1, 2 y 3), sino también reducciones de polvo cuantificadas de al menos 50 %, reducciones superiores a 50%en el riego diario, la capacidad de reducir el riego a un programa de cuatro días, y reducir la velocidad de tratamiento después de la siembra inicial de las carreteras. Estos resultados, además, muestran que el biopolímero desarrolla eficacia dentro de los pocos días de su aplicación. El biopolímero a base de agua se adhiere y continúa inmovilizando material potencial en el aire. Se prepararon varias formas de polímeros funcionalizados seleccionados.
Ejemplo 2 Aminodextrano (dietilamina de azúcar dextrano parcialmente oxidada)
El aminodextrano se obtuvo haciendo al hacer reaccionar dextrano con peryodato de sodio en agua a temperatura ambiente (preferentemente de aproximadamente 20-22 °C). El tratamiento con peryodato se refiere en la presente descripción como oxidación parcial porque el peryodato no escinde los enlaces glicosídicos entre monómeros, lo que deja intacta la longitud del polímero, sino que abre estructuras de anillo a lo largo del polímero (por ejemplo, véase las Figuras 4-6). Como se muestra en estas Figuras, el peryodato abre anillos de sacáridos entre dioles vecinales que deja dos grupos aldehído. Esta reacción fue seguida de la adición de etilendiamina en agua a temperatura ambiente, y la etapa final fue seguido de la reducción de la imina formada con borohidruro de sodio en agua a temperatura ambiente (véase Figura 4). El valor máximo sin tratamiento fue de 12,441 mg/m3, para tratamiento con agua fue de 13,785 mg/m3 y para el tratamiento con ClearPath fue 1,978 mg/m3. Cuanto menor sea el número, menor será el polvo producido cuando el vehículo circula por la carretera de acarreo.
Ejemplo 3 Aminolevano (dietilamina de azúcar levano parcialmente oxidada)
El aminolevano se obtuvo al hacer reaccionar levano con peryodato de sodio en agua a temperatura ambiente, seguido de la adición de etilendiamina en agua a temperatura ambiente, y la etapa final seguido de la reducción de la imina formada con borohidruro de sodio en agua a temperatura ambiente (véase Figura 5).
Ejemplo 4 Aminoguar (dietilamina de azúcar guar parcialmente oxidada)
El aminoguar se obtuvo al hacer reaccionar guar con peryodato de sodio en agua a temperatura ambiente, seguido de la adición de etilendiamina en agua a temperatura ambiente y la etapa final seguido de la reducción de la imina formada con borohidruro de sodio en agua a temperatura ambiente (véase Figura 6).
Otras modalidades y usos de la invención resultarán evidentes para los expertos en la técnica a partir de la consideración de la descripción y la práctica de la invención descrita en la presente descripción. Todas las referencias citadas en la presente descripción, que incluye todas las publicaciones, y todas las patentes y solicitudes de patentes de Estados Unidos y extranjeras. El término que comprende, siempre donde se use, pretende incluir los términos que consisten y que consisten esencialmente en. Además, los términos que comprenden, incluyen, y que contienen no pretenden ser limitativos. Se pretende que la descripción y los ejemplos se consideren solo ilustrativos, con un alcance verdadero de la invención que está indicado por las siguientes reivindicaciones.
Claims (8)
1. Un método de control de polvo en un ambiente, que comprende:
proporcionar un polímero y un líquido acuoso para formar una mezcla, en donde el polímero comprende dextrano, levano y/o goma guar parcialmente oxidados que contienen enlaces glicosídicos intactos y funcionalizados con una o más porciones de amina; y
aplicar la mezcla en un área que genere polvo.
2. El método de la reivindicación 1, en donde el dextrano parcialmente oxidado se acopla a de 0-3 porciones de alquilamina por unidad de monosacárido y 10 por ciento o más de las unidades de monosacárido se acoplan a porciones de alquilamina.
3. El método de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde la composición comprende de aproximadamente 5-25 % de polímero y de aproximadamente 75-95 % de líquido acuoso.
4. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde la composición contiene además uno o más surfactantes, agentes antiespumantes, detergentes, agentes de control del pH, estabilizadores, quelantes, tampones, aditivos anticorrosión, reductores de fricción, agentes anticongelantes, potenciadores de la viscosidad, reductores de la viscosidad, aceites portadores o sus combinaciones.
5. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la una o más porciones de amina comprenden una o más porciones de diamina y/o tetraamina primarias.
6. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el polímero comprende dietilamina de dextrano parcialmente oxidada, dietilamina de levano parcialmente oxidada, dietilamina de azúcar guar parcialmente oxidada o una de sus combinaciones.
7. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el ambiente tiene una temperatura por debajo de 0 °C o por encima de 30 °C.
8. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el área comprende una operación minera, una operación de acarreo, una operación de acopio, una operación de transporte, una operación de dimensionamiento, una operación de carga y/o empaque de minerales industriales, operación de materiales de las instalaciones para animales, una carretera, un sendero, un sitio de demolición, un muro o una de sus combinaciones.
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