[发明专利]硅石基溶胶

说明书

本发明一般涉及适用于造纸的硅石基溶胶。更尤其是，本发明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。本发明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。

                        本发明

按照本发明，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。按照本发明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。按照本发明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，按照本发明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。本发明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。

本发明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)。本发明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。本发明因此涉及一种进一步定义于所附权利要求书的方法。

按照本发明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。在本发明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。