生产包含硅石基颗粒的水溶胶的方法，该硅石基溶胶及其用途技术

本发明专利技术涉及一种生产包含硅石基颗粒的水溶胶的方法，包括：（ａ）酸化硅酸盐水溶液至ｐＨ值为１－４，形成一种酸溶胶；（ｂ）将ＳｉＯ↓［２］含量为４．５－８％重量的酸溶胶碱化至ｐＨ值至少为７；（ｃ）使所述碱化溶胶进行颗粒生长至少１０分钟；或在至少为３０℃的温度下热处理所述碱化溶胶；（ｄ）将所得溶胶碱化至ｐＨ值至少为１０．０；和（ｅ）视需要浓缩按照（ｂ）、（ｃ）或（ｄ）得到的溶胶，得到一种包含硅石基颗粒且比表面积至少为９０米↑［２］／克水溶胶的水溶胶；以及一种可通过该方法得到的包含硅石基颗粒的水溶胶。本发明专利技术还涉及一种包含硅石基颗粒的水溶胶，所述溶胶的比表面积至少为１１５米↑［２］／克水溶胶且Ｓ值为１０－４５％，或包含比表面积至少为５５０米↑［２］／克ＳｉＯ↓［２］且低于１０００米↑［２］／克ＳｉＯ↓［２］的硅石基颗粒。本发明专利技术还涉及包含硅石基颗粒的所述水溶胶在造纸中作为排水和留着助剂的用途、以及一种由包含纤维素纤维和可有可无填料的水悬浮液生产纸的方法，其中将硅石基颗粒和至少一种带电有机聚合物加入所述纤维素悬浮液中。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及适用于造纸的硅石基溶胶。更尤其是，本专利技术涉及硅石基溶胶和硅石基颗粒、其生产及其在造纸中的用途。本专利技术的方法提供了硅石基颗粒以及具有高排水和留着性能、高稳定性和高固体含量的包含硅石基颗粒的溶胶。背景在造纸领域中，将称作原料的包含纤维素纤维和可有可无的填料和添加剂的水悬浮液加料到网前箱，然后将原料喷射到成型网上。水由原料排放经过该成型网，这样在该网上形成湿纸幅，然后将该纸幅进一步脱水并在造纸机的干燥段中干燥。通常将排水和留着助剂加入原料中以帮助排水和增加细颗粒在纤维素纤维上的吸附，这样它们与纤维留在网上。硅石基颗粒与带电有机聚合物如阴离子和阳离子丙烯酰胺基聚合物和阳离子和两性淀粉结合而广泛用作排水和留着助剂。这些添加剂体系公开于美国专利4388150、4961825、4980025、5368833、5603805、5607552和5858174、以及国际专利申请WO97/18351。这些体系是目前使用的最有效的排水和留着助剂。适用作排水和留着助剂的硅石基颗粒通常以含水胶态分散体，所谓溶胶的形式供给。商业上使用的硅石基溶胶通常具有约7-15％重量的硅石含量且包含比表面积至少为300米2/克的颗粒。具有较高比表面积的硅石基颗粒的溶胶通常太稀，不能提高储存稳定性和避免形成凝胶。能够提供具有进一步改进的排水和留着性能以及甚至更好的稳定性的硅石基溶胶和颗粒是有利的。能够提供一种制备具有改进的排水、留着和稳定性性能的硅石基溶胶和颗粒也是有利的。能够提供一种具有改进的排水和/或留着作用的造纸工艺也是有利的。本专利技术按照本专利技术，提供了适合在水纯化中用作絮凝剂和在造纸中用作排水和留着助剂的硅石基溶胶和颗粒。按照本专利技术的硅石基溶胶和颗粒具有良好的长期稳定性、明显高的表面积稳定性和高的胶凝稳定性，因此它们可以高比表面积和高硅石浓度进行制备和运输。硅石基溶胶和颗粒更能够在高硅石浓度下在储存时保持高比表面积。按照本专利技术的硅石基溶胶和颗粒在与阴离子、阳离子和/或两性有机聚合物结合使用时还具有非常好的或改进的排水和留着作用。这样，按照本专利技术的硅石基溶胶和颗粒可增加造纸机的速度并使用较低剂量的添加剂以获得相应的排水和/或留着效果，从而改进了造纸工艺和经济效益。本专利技术因此涉及硅石基颗粒和在本文中也称作硅石基溶胶的包含硅石基颗粒的水溶胶、及其生产方法，这进一步定义于所附的权利要求书。本专利技术还涉及硅石基溶胶和颗粒，优选结合本文所述有机聚合物作为排水和留着助剂在造纸中的应用，这进一步定义于所附的权利要求书。本文所用的术语“排水和留着助剂”是指一种或多种在加入造纸原料中时得到比不加入这些组分时更好的排水和/或留着作用的组分(助剂、试剂或添加剂)。本专利技术进一步涉及一种由包含纤维素纤维和可有可无填料的水悬浮液来生产纸的方法，包括，向该悬浮液中加入硅石基颗粒和至少一种带电有机聚合物，将该悬浮液在网上成型和排水。本专利技术因此涉及一种进一步定义于所附权利要求书的方法。按照本专利技术的硅石基溶胶是包含阴离子硅石基颗粒，即，基于硅石(SiO2)或硅酸的颗粒的水溶胶。该颗粒优选为胶态，即，处于胶态粒径范围。存在于溶胶中的硅石基颗粒的平均粒径低于约10纳米且优选为约10-2纳米。作为硅石基胶态颗粒化学中的常识，粒径是指可以聚集或未聚集的原生颗粒的平均尺寸。硅石基溶胶的比表面积合适地至少为80米2/克水溶胶，即，基于水溶胶的重量，优选至少85米2/克水溶胶，更优选至少90米2/克水溶胶，最优选至少95米2/克水溶胶。在本专利技术的一个优选实施方案中，含水硅石基溶胶的比表面积合适地至少为115米2/克水溶胶，优选至少120米2/克水溶胶。一般来说，水溶胶的比表面积可以是最高约200米2/克水溶胶，合适地最高150米2/克水溶胶，优选最高130米2/克水溶胶。硅石基颗粒的比表面积合适地至少为300米2/克SiO2，即，基于SiO2的重量，优选至少400米2/克SiO2，最优选至少550米2/克SiO2。一般来说，颗粒的比表面积可以是最高约1200米2/克SiO2，合适地低于1000米2/克SiO2，优选最高950米2/克SiO2。在本专利技术的一个优选实施方案中，颗粒的比表面积在550-725米2/克SiO2，优选575-700米2/克SiO2的范围内。在本专利技术的另一优选实施方案中，颗粒的比表面积在775-1200米2/克SiO2，优选800至低于1000米2/克SiO2的范围内。在适当去除或调节存在于样品中的任何可能扰乱滴定的化合物，如铝和硼物质之后，比表面积可以一种例如描述于Sears的分析化学28(1956)12，1981-1983和美国专利5176891的已知方式，通过用氢氧化钠滴定来测定。如果以每克水溶胶的平方米数表示，比表面积表示每克含水硅石基溶胶所具有的比表面积。如果以每克硅石的平方米数表示，比表面积表示存在于溶胶中的硅石基颗粒的平均比表面积。硅石基溶胶通常具有10-45％，合适地20-40％，优选25-35％范围内的S值。S值可按照Iler & Dalton在物理化学杂志60(1956)，955-957中所述进行测定和计算。S值表示聚集或微凝胶形成的程度且较低的S值表示较高程度的聚集。硅石基溶胶的SiO2与M2O的摩尔比通常至少为10∶1，合适地至少12∶1，优选至少15∶1，其中M是碱金属离子(如，Li、Na、K)和/或铵。SiO2与M2O的摩尔比一般可以是最高100∶1，合适地最高40∶1，优选最高30∶1。优选范围因此为10∶1-100∶1，尤其是15∶1-30∶1。硅石基溶胶的pH值通常至少为8.0，合适地至少为10.0，优选至少10.5，更优选至少10.6。pH值可以最高约11.5，合适地最高为11.0。硅石基溶胶应该合适地具有至少3％重量的硅石含量，但更合适的是，硅石含量在10-30％重量，优选12-25％重量的范围内。为了简化运输和降低运输成本，一般优选运送高浓度的硅石基溶胶，当然，可以且通常优选在使用之前将硅石基溶胶和颗粒进行稀释并混合至基本上较低的硅石含量，例如0.05-5％重量范围内的硅石含量，这样可提高与配料组分的混合。硅石基溶胶的粘度可例如根据溶胶的硅石含量而变化。通常，该粘度至少为5厘泊，通常为5-40厘泊，合适地6-30厘泊，优选7-25厘泊。最好根据硅石含量至少为10％重量的溶胶测定的粘度可通过已知的技术，例如使用Brookfield LVDV II+粘度计来测定。本专利技术的硅石基溶胶优选是稳定的。本文所用的术语“稳定的硅石基溶胶”是指在20℃下在黑暗和未搅动状态下储存或老化1个月时粘度增加低于100厘泊的硅石基溶胶。如果溶胶经受上述条件，粘度增加(如果有的话)最好低于50厘泊，优选低于30厘泊。在本专利技术的一个优选实施方案中，硅石基溶胶基本上没有铝，即，没有加入含铝的改性剂。在本专利技术的另一优选实施方案中，硅石基溶胶基本上没有硼，即，没有加入含硼的改性剂。但少量的这些元素可存在于用于制备硅石基溶胶和颗粒的起始原料中。在本专利技术的另一优选实施方案中，硅石基溶胶使用各种存在于水相和/或硅石基颗粒中的元素，如铝和/或硼进行改性。如果使用铝，该溶胶的Al2O3与SiO2的摩尔比在1∶4-1∶1500，本文档来自技高网...

【技术保护点】
生产包含硅石基颗粒的水溶胶的方法，包括：（ａ）酸化硅酸盐水溶液至ｐＨ值为１－４，形成一种酸溶胶；（ｂ）将ＳｉＯ↓［２］含量为４．５－８％重量的酸溶胶碱化至ｐＨ值至少为７；（ｃ）使所述碱化溶胶进行颗粒生长至少１０分钟；（ｄ）将 所得溶胶碱化至ｐＨ值至少为１０．０；和（ｅ）视需要浓缩按照（ｂ）、（ｃ）或（ｄ）得到的溶胶，得到一种包含硅石基颗粒且比表面积至少为９０米↑［２］／克水溶胶的水溶胶。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：M珀森，M托克兹，ML达尔格仁，H约翰逊维斯廷，
申请(专利权)人：阿克佐诺贝尔公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]