掺杂的沉淀硅酸制造技术

本发明专利技术涉及铝掺杂的沉淀硅酸，其中硅酸颗粒的ＢＥＴ表面积＞３００ｍ↑［２］／ｇ，铝均匀地分布在硅酸颗粒中，本发明专利技术还涉及制备掺杂的硅酸的方法以及掺杂的硅酸的应用。还涉及用于纸的彩色涂料配方，其中包括掺杂的沉淀硅酸。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
掺杂的沉淀硅酸
本专利技术涉及以氧化铝掺杂的沉淀硅酸及其制造方法，以及这些掺杂铝的沉淀硅酸的应用。采用硅酸钠溶液和硫酸、硅酸钠溶液和随后加入的可溶性金属盐，通过沉淀方法制备的硅酸和硅酸铝是熟知的。在这些制备过程中，金属离子，例如Zr、Ti和Zn离子，以其盐或溶液的形式，以各种方式加入。这些离子也可以进入硅酸/硅酸盐表面成分的化学键中，而且不能通过简单的洗涤方法除去。这些离子在硅酸/硅酸盐凝胶的表面上产生阳离子电荷，于是，在用于如喷墨纸的覆层时，用于确保通常的阴离子染料的固定和确保在纸的覆层中颜色鲜明。就造纸工业的应用而言，需要例如在喷墨介质中能有效地吸收墨和保持颜色鲜明的填料。为了能提高打印速度和降低在喷墨打印过程中打印点的大小，迅速干燥是极其重要的。能满足这些要求的一种方法是，将含硅酸的覆层施加到介质上。这些覆层能迅速地吸收墨，增强点的清晰度，有利于限制墨滴的环状扩展。而且，它们能防止墨的透过或透印，并能产生高颜色密度。因此，就造纸工业的应用而言，需要极易分散的、例如在喷墨纸或喷墨膜上吸墨好的、和能保持颜色鲜明的填料。技术背景制备掺杂和不掺杂的硅酸和硅酸盐，例如，在欧洲专利0643015、德国专利1172245、欧洲专利0798266、德国专利3144299或德国专利1245006中，已有大量的叙述。所有那里所述的制备硅酸的沉淀过程，包括三个工艺步骤：1.)加入水和任选的硅酸钠溶液，通过加入盐和盐溶液(例如硫酸钠)，任选地调节pH和电导；2.)沉淀阶段：这里通常加入无机酸，例如硫酸，发生硅酸或硅酸盐沉淀；3.)在进一步配制之前，酸化硅酸悬浮液/硅酸盐悬浮液。所有这三个阶段的特征是，有特定的温度、计量和pH范围，可能还有中断阶段和/或中间阶段，或加入不同的盐类或盐溶液。-->为了在硅酸/硅酸盐的表面上产生阳离子位置，将至少二价的金属离子加入沉淀的硅酸中(欧洲专利0493203)。所述的金属可以包括碱土金属、稀土金属、过渡金属(例如Ti、Zr、Fe、Ni、Zn)或铝。这些金属可以以其盐类或盐溶液的形式作为离子加入。这些盐类可以包括有机盐类或络合物，例如是碳酸盐、聚碳酸盐、或也可是无机盐，例如卤化物、卤氧化物、硝酸盐、磷酸盐、硫酸盐、含氧硫酸盐、羟基氧化物。上述的离子，特别是如果它们集中在硅酸或硅酸盐的表面上(化学键合和/或物理固定)，就能表现出它们的活性。然而，为此，采用所述离子的盐类或溶液处理已沉淀的硅酸或硅酸盐(其悬浮液)是不够的。欧洲专利0492263公开了这一类的硅酸及其制备方法。为了制备它们，将要掺杂的金属盐加入已制成的和重新悬浮的硅酸中，或加入已经沉淀，但还没有过滤的硅酸悬浮液中。在这二种情况下，虽然金属离子能沉积在颗粒的表面上，但这些金属在化学上还没有进入硅酸盐的结构中。以这种方法制备的掺杂的硅酸很容易渗流，而且可再释放这些金属离子。为了获得一定的粒度，往往需要将硅酸磨碎。甚至在另一些加工步骤中，使未磨的二氧化硅酸经受机械负荷(例如采用混合或捏合)，该机械负荷使原来的颗粒发生部分破碎。在表面上掺有外来金属的二氧化硅颗粒破碎时，这些较小的颗粒具有不含外来原子的表面。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供掺铝的硅酸，其中铝基本上嵌入硅酸的结构中。本专利技术目的是提供掺铝的沉淀硅酸，其中硅酸颗粒的BET表面积大于300m2/g，铝均匀地分布在硅酸颗粒中。优选采用Al2O3进行掺杂。在采用其它铝化合物时，其重量含量可参照Al2O3计算。本专利技术的硅酸优选具有下列参数，可以分别或同时满足这些参数：Al2O3的含量为0.05-0.5％(重量)，优选0.05-0.25％(重量)；DBP的吸收量为500-200g/100g，优选250-350g/100g；粒度＜15-->μm，优选5-12μm，特别优选10-12μm。本专利技术的沉淀硅酸的BET表面积＞300m2/g，优选350-800m2/g，特别优选350-600m2/g。此外，本专利技术提供一种制备掺铝的沉淀硅酸的方法，其中包括下列步骤：a)将由水与硅酸钠形成的混合物，加热到70至86℃，加入硫酸，直至有一半硅酸钠被中和为止，b)将混合物老化30-120分钟，c)加入硫酸，将混合物的pH调节到3.0-7.0，d)过滤混合物，洗涤滤饼，    e)喷雾干燥和/或磨碎洗后的滤饼。条件是，在该方法的步骤a和/或c中，经计量加入铝酸盐溶液，沉淀硅酸的BET表面积＞300m2/g，铝均匀地分布在硅酸颗粒中。在制备之后，过滤出以这种方式获得的沉淀硅酸，并以能重新分散在水中的滤饼的形式，或在滤饼干燥(例如采用喷雾干燥器、鼓风塔式干燥器、旋转闪蒸干燥器、箱式干燥器或旋转管式炉)和磨碎(干磨或湿磨，例如使用湿式喷射磨机)之后进一步使用。在不同的时间点上和在本专利技术方法即沉淀的不同阶段，可以以盐如氯化物、硝酸盐、碳酸盐、氧化物、氢氧化物、氯氧化物、磷酸盐、羟基氧化物、含氧硫酸盐、聚碳酸盐和/或硫酸盐的形式加入上述的铝盐。可以在该方法的步骤a)和/或c)中，将铝盐溶液连续地加入混合物中。此外，也可以在该方法的步骤a)和/或步骤c)中，总是在加入硫酸之前将铝盐溶液加入混合物中。在每一个实施方案中，都要确保最佳掺入，或确保这些离子对仍在生长的硅酸/硅酸盐表面发生良好的物理化学结合，甚至确保通过少量的铝离子，在硅酸颗粒表面上具有高的有效浓度。对于这种类型的掺杂，要强调的一点是，只有破碎硅酸结构/硅酸盐结构，才能除去铝。如果在整个沉淀过程中加入铝盐，铝也进入硅酸/硅酸盐的结构中。采用这种方法，在随后任选地磨碎(干磨或湿磨)时，再次得到在整个表面上都具有阳离子位置的本专利技术的硅酸。然而，特别是在加硫酸结束后加入铝盐时，颗粒表面区域内铝的-->百分率份额，是按着颗粒质量计算的平均重量百分率的许多倍。在一个具体的实施方案中，该方法的一个或多个步骤a)、b)和c)，可以在剪切力下进行操作，例如采用Dispax反应器。也可以将铝加在硫酸溶液中。把硫酸铝溶解在硫酸中是适宜的，它也可用于硅酸的沉淀。沉淀反应的一般参数如温度、搅拌速度、加入的硅酸钠溶液或硫酸的浓度，与制备未掺杂的硅酸的过程中所用的参数是一致的，也可以采用例如德国专利1172245、欧洲专利0798266、德国专利3144299或1245006的参数。本专利技术掺杂铝的沉淀硅酸的应用特别是在称作喷墨印刷和其所用的方法中使用的现代墨水，其性质是阴离子的。因此，关于色素(染料和颜料)的固定、颜色的鲜明度和深度来说，待打印介质在其表面上或在其表面区域内具有至少一部分阳离子的表面是十分重要的。现今，硅酸和硅酸盐已经广泛地应用于覆层(例如纸覆层、薄膜覆层)的上述配方中。为了在它们的表面上产生活性的，即可利用的阳离子位置而对这些硅酸和硅酸盐的改性，满足了目前基于频繁使用的阴离子色料而引起的需要。基于掺入的金属离子对折射率的影响，就透明的介质中的应用而言产生另一个优点例如在薄膜的覆层中使用硅酸/硅酸盐。因此，本专利技术还提供本专利技术的掺铝的硅酸的应用，或采用本专利技术的方法制备的掺杂的硅酸，在生产可印刷介质中，作为添加剂或消光剂的应用。特别是，本专利技术的硅酸可用在如喷墨纸的覆层中，和其它可印刷介质如薄膜、投影仪薄膜或可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝掺杂的沉淀硅酸，其特征在于，硅酸颗粒的ＢＥＴ表面积＞３００ｍ↑［２］／ｇ，铝均匀地分布在硅酸颗粒中。

【技术特征摘要】
DE 2000-9-30 10048616.91.一种铝掺杂的沉淀硅酸，其特征在于，硅酸颗粒的BET表面积＞300m2/g，铝均匀地分布在硅酸颗粒中。2.权利要求1的铝掺杂的沉淀硅酸，其特征在于，沉淀硅酸采用Al2O3掺杂。3.权利要求1或2的铝掺杂的沉淀硅酸，其特征在于，掺杂硅酸的Al2O3的含量为0.05-0.5重量％。4.权利要求1-3的铝掺杂的沉淀硅酸，其特征在于，掺杂硅酸颗粒的平均粒度为＜15μm。5.权利要求1-4任一项的铝掺杂的沉淀硅酸，其特征在于，掺杂硅酸的DBP吸收量为500-200g/100g。6.一种制备铝掺杂的沉淀硅酸的方法，其特征在于，包括下列步骤：a)将水和硅酸钠的混合物加热到70-86℃，然后加入硫酸，直至一半的硅酸钠被中和为止，b)将混合物老化30-120分钟，c)加入硫酸，将混合物的pH调节到3.0-7.0，d)过滤混合物并洗涤滤饼，e)喷雾干燥和/或磨碎洗涤过...

【专利技术属性】
技术研发人员：J舒伯特，KD赫尔维格，A米勒，
申请(专利权)人：德古萨公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]