硅石基溶胶制造技术

本发明专利技术涉及含轴比为至少约１０且比表面积为至少约６００ｍ↑［２］／ｇ的硅石基颗粒的溶胶。本发明专利技术进一步涉及含轴比为至少约１０且Ｓ值为至多约２５的硅石基颗粒的溶胶。本发明专利技术进一步涉及含轴比为至少约１０且比表面积为至少约４００ｍ↑［２］／ｇ的硅石基颗粒的溶胶，其中硅石基颗粒为表面改性的。本发明专利技术进一步涉及含粘度为至少５０ｃＰ且硅石含量为至少约３重量％的硅石基颗粒的溶胶，其中硅石基颗粒的比表面积为至少约４００ｍ↑［２］／ｇ。本发明专利技术进一步涉及一种制备本发明专利技术含水硅石基溶胶的方法，通过本方法可得的含硅石基颗粒的溶胶，含硅石基颗粒的溶胶作为絮凝剂的用途。本发明专利技术进一步涉及一种生产纸的方法，其中含硅石基颗粒的溶胶用作助滤助留剂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及硅石基溶胶及其制备和用途。本专利技术提供了具有高稳定性和高Si02含量以及在造纸中提高的滤水和保留性能的珪石基溶胶。
技术介绍
在造纸技术中，将包含纤维素纤维和任选填料和添加剂的含水悬浮液 供入流浆箱中，其将纤维素悬浮液喷射在成形网上。将水从纤维素悬浮液 中滤出以提供湿纸幅，将其在造纸机的干燥段中进一步脱水并干燥。通常 将助滤助留剂引入纤维素悬浮液中以促进滤水并提高细颗粒在纤维素纤维 上的吸附从而使它们与纤维一起保留。珪石基颗粒的溶胶通常与带电荷的有机聚合物组合而广泛用作助滤助 留剂。此类添加剂体系是目前在造纸工业中使用的最有效的之一，特别是 包含具有微凝胶或高表面积聚集颗粒的硅石基溶胶的那些。这种硅石基溶胶的实例包括美国专利号5,176,891; 5,368,833; 5,603,805和6,372,806以及 国际专利申讳v^开号WO 98/30753; 98/56715; 00/66491; 00/66492; 2005/097678和2005/100241中公开的那些。球形硅石基颗粒可根据条件以多种方式生长和聚集。在某些条件下， 颗粒对称生长，因此保持球形。在其它条件下，球形颗粒聚集成颗粒团并 形成三维网络和微凝胶。硅石基颗粒也可形成或多或少为线性的伸长聚集 体，因此形成在不同方向或轴上具有不同聚集度的聚集体。包含微凝胶的高表面积含水硅石基溶胶通常具有差稳定性，并且通常 需要高度稀释以避免完全凝胶化。由于与此类产品相关的稳定性问题和运 输稳定但非常稀的产品的昂贵费用，优选在预定使用地点如造纸厂制备包 含微凝胶的高表面积含水硅石基溶胶。聚集的硅石基颗粒的溶胶可借助不同参数，包括S值和轴比定义。S 值表示形成聚集体或微凝胶的程度；较低的S值表示较高的硅石基颗粒聚集度。轴比适用于硅石颗粒的伸长聚集体，并表示长轴与短轴之比。有利的是能提供具有提高的滤水和保留性能的硅石基溶胶。有利的是还能提供在非常高的表面积和Si02含量下具有提高的表面积稳定性的硅石基溶胶，特别是含聚集体或微凝胶的硅石基溶胶。有利的是还能提供一 种制备此类硅石基溶胶的方法。有利的是还能提供具有提高的滤水和保留 性能的造纸方法。 专利技术综述本专利技术通常涉及一种轴比为至少10且比表面积为至少600mVg的包含 硅石基颗粒的溶胶。本专利技术通常还涉及一种轴比为至少约IO且S值为至多约35的包含硅 石基颗粒的溶胶。本专利技术通常还涉及一种轴比为至少10且比表面积为至少约400m"g的 包含硅石基颗粒的溶胶，其中硅石基颗粒为表面改性的。本专利技术通常还涉及一种粘度为至少50cP且硅石含量为至少约3重量％ 的包含硅石基颗粒的溶胶，其中硅石基颗粒的比表面积为至少约400m2/g。本专利技术通常还涉及一种制备包含硅石基颗粒的溶胶的方法，所述方法 包括(a) 提供含有水和至少部分其离子交换容量为氢形式的阳离子交换树脂的 反应容器；(b) 以每小时和每kg存在于反应容器中的离子交换树脂至少约400g Si02 的速率向所述反应容器加入含水碱金属硅酸盐以形成含水硅酸盐浆料；(c) 搅拌所述含水硅酸盐浆料直至水相的pH为约5.0-约9.0;(d) 将一种或多种碱性原料加入水相中以形成约7.0-约11.0的pH;和(e) 在步骤(c)或步骤(d)之后将所述离子交换树脂从水相中分离。本专利技术通常还涉及一种制备包含珪石基颗粒的溶胶的方法，所述方法 包括(a)提供含有水和至少部分其离子交换容量为氢形式的阳离子交换树脂的 反应容器；6(b) 向所述反应容器加入含水碱金属硅酸盐以形成含水硅酸盐浆料；(c) 搅拌所述含水硅酸盐浆料直至水相的pH为约5.0-约8.5;(d) 将一种或多种碱性原料加入水相中以形成约7.0-约8.5的pH;和(e) 在步骤(c)或步骤(d)之后将所述离子交换树脂从水相中分离。本专利技术还涉及一种通过本专利技术方法获得的包含硅石基颗粒的溶胶。 本专利技术还涉及本专利技术包含硅石基颗粒的溶胶的各种用途，例如作为絮 凝剂，特别是在造纸中作为助滤助留剂和作为用于水净化的絮凝剂。 本专利技术通常还涉及一种制备纸的方法，所述方法包括(a) 提供包含纤维素纤维的含水悬浮液；(b) 向悬浮液加入一种或多种包含本专利技术包含硅石基颗粒的溶胶的助滤助 留剂；和(c) 使所得悬浮液脱水以提供纸张或纸幅。 专利技术详述本专利技术提供了包含珪石基颗粒的溶胶，本专利技术也将其称作珪石基溶胶， 其适于在造纸和水净化中用作絮凝剂，特别是在造纸中用作助滤助留剂。 本文所使用的术语"助滤助留剂"指一种或多种添加剂，当将其加入含水 纤维素悬浮液中时，与当不加入所述一种或多种添加剂时获得的含水纤维 素悬浮液相比其给予更好的滤水和/或保留。本专利技术硅石基溶胶表现出在长 时间内的良好稳定性、显著较高的轴比和表面积稳定性以及对完全形成凝 胶的高稳定性。当用于造纸时，所述^5基溶胶还导致提高的滤水和保留。因此，本专利技术使得可提高造纸机的速度和使用较低用量的添加剂以得到相 应滤水和保留性能，由此导致改进的造纸工艺和提高的经济效益。 本专利技术含水硅石基溶胶包含优选为阴离子和优选为胶状即在胶体粒度范围的硅石基颗粒，即基于硅石或SK)2的颗粒。通常将这种水分散体称作溶胶。优选，硅石基颗粒通过含珪化合物如硅酸和硅酸盐缩聚而制备，其 可为均聚或共聚的。硅石基溶胶可为改性的且含有其它元素如铝、硼、氮、 锆、镓和钛，其可存在于溶胶的水相中和/或珪石基颗粒中。此类元素也可作为杂质存在于硅石基溶胶中。本专利技术硅石基溶胶包含不对称或伸长的硅石基颗粒。优选，此类不对称颗粒以其特征在于轴比即长轴与短轴之比的旋转椭圆体为模型，其通过轴比，即长轴与短轴之比表征。颗粒不对称性影响胶状硅石基颗粒的平移和旋转扩散系数以及其溶胶或溶液的粘度。使用粘度和动态光散射的组合，这些性能可用于直接或间接地确定轴比。本专利技术珪石基溶胶的轴比通常为至少约10或至少约11,适当地为至少12，优选至少13。轴比通常为至多约100或至多约50，适当地为至多约40，优选至多约35。本文给出的轴比代表存在于溶胶中的硅石基颗粒的平均轴比。轴比如D. Biddle， CWalldal和S. Wall在Colloids and Surfaces, A: Physiochemical andEngineering Aspects 118(1"6), 89-95，测定等价未溶剂化长椭圆体的尺寸和轴比中所述测量和计算。此椭圆体模型用较长直径(a)与较短直径(b)之比表征。轴比定义为a/b。所用模型为由固有粘度测量和动态光散射测量得到的数据与旋转椭圆体的固有粘度Simha关系式和分数因子Perrin关系式的组合。然后可将这些数据用于迭代椭圆体形式的数学拟合，由此得到描述石圭石基颗粒形状的轴比。本专利技术石圭石基溶胶的S值通常为至少约4%或至少约6%，适当地为至少8%，优选至少10%。 S值通常为至多约50%或至多约35%，适当地为至多约30%，优选至多约25%。 S值如R. K. Iler & R. L Dalton在J. Phys，Chem. 60(1956)， 955-957中所述测量和计算。硅石基溶胶的S值表示形成聚集体或微凝胶的程度，较低的S值表示较高的聚集体或微凝胶形成程度。存在于'溶胶中的珪本文档来自技高网...

【技术保护点】
包含硅石基颗粒的溶胶，所述溶胶的轴比为至少约１０且比表面积为至少约６００ｍ↑［２］／ｇ。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：M珀森，F汉森，AV帕尔，L林达尔，J卡朗，
申请(专利权)人：阿克佐诺贝尔股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]