[发明专利]硅石基溶胶

说明书

本发明一般性涉及适合用于造纸的硅石基溶胶。更具体说，本发明涉及硅石基溶胶和硅石基颗粒，它们的生产方法和它们在造纸中的用途。本发明的方法提供了硅石基颗粒和具有高滤水和保留性能、高稳定性和高固体含量的含有硅石基颗粒的溶胶。

背景

在造纸领域中，含有纤维素纤维以及任选的填料和添加剂的水性分散体(称为纸料)给入到流浆箱(headbox)中，它将纸料排出到成形网上。水从纸料中经成形网滤出，以使得在网上形成湿纸幅(paper of wet web)，和纸幅在造纸机的干燥段进一步脱水和干燥。通常将滤水和保留助剂引入到纸料中，以便有利于滤水和增加细颗粒至纤维素纤维上的吸收，以致它们能够保留在网上的纤维内。

硅石基颗粒与带电有机聚合物象阴离子和阳离子丙烯酰胺型聚合物以及阳离子和两性淀粉一起，广泛用作滤水和保留助剂。在U.S.专利Nos.4,388,150；4,961,825；4,980,025；5,368,833；5,603,805；5,607,552；和5,858,174；以及国际专利申请WO 97/18351中公开了这种添加剂体系。这些体系属于目前使用的最有效的滤水和保留助剂。

适合用作滤水和保留助剂的硅石基颗粒正常以水性胶态分散体，即所谓的溶胶的形式供应。工业上使用的溶胶通常具有大约7-15wt％的硅石含量，含有比表面积为至少300m²/g的颗粒。具有更高比表面积的硅石基颗粒的溶胶通常是更稀的，以改进储存稳定性和避免凝胶形成。

理想的是，能够提供具有进一步改进的滤水和保留性能和甚至更佳的稳定性的硅石基溶胶和颗粒。还理想的是，能够提供用于制备具有改进的滤水、保留和稳定性能的硅石基溶胶和颗粒的方法。仍理想的是，能够提供具有改进滤水和/或保留的造纸工艺。

本发明

根据本发明，提供了适合用作在水纯化中的絮凝剂和用作在造纸中的滤水和保留助剂的硅石基溶胶和颗粒。根据本发明的硅石基溶胶和颗粒表现了在长时间内的良好稳定性，显著高的表面积稳定性和避免凝胶形成的高稳定性，因此，它们能够在高比表面积和高硅石浓度下制备和装运。该溶胶在高硅石浓度的储存中具有保持高比表面积的改进能力。硅石基溶胶和颗粒进一步得到了非常良好或改进的滤水和保留性，当与阴离子、阳离子和/或两性有机聚合物联合使用时。据此本发明使得可能增加造纸机的速度和使用低剂量的添加剂来获得相应的滤水和/或保留效果，从而产生了改进的造纸工艺和经济效益。本发明因此涉及硅石基颗粒和含有硅石基颗粒的水溶胶，这里还称为硅石基溶胶，和它们的生产方法，如在所附权利要求中进一步定义的那样。

如进一步在所附权利要求书中定义的那样，本发明还涉及硅石基溶胶和颗粒，优选结合这里所述的有机聚合物，作为在造纸中的滤水和保留助剂的用途。这里所使用的术语“滤水和保留助剂”是指一种或多种组分(助剂、试剂或添加剂)，当被加入到造纸原料中时，获得与没有添加这些组分时相比的更佳滤水和/或保留性。本发明进一步涉及用于从含有纤维素纤维和任选的填料的水性分散体生产纸的方法，它包括将硅石基颗粒和至少一种带电有机聚合物加到悬浮液中，悬浮液在网上成形和滤水。本发明因此涉及如进一步在所附权利要求书中定义的方法。

根据本发明的硅石基溶胶是含有阴离子硅石基颗粒，即以硅石(SiO₂)或硅酸为基础的颗粒的水溶胶。颗粒优选是胶态的，即在粒度的胶态范围内。硅石基溶胶能够具有在10-45％，适宜20-40％和优选25-35％范围内的S-值。S-值能够如Iler & Dalton in J.Phys.Chem.60(1956)，955-957描述的那样进行测量和计算。S-值表示聚集或微凝胶形成的程度，低的S-值体现了较高聚集度。

硅石基颗粒能够具有从10∶1到40∶1，适宜从12∶1到35∶1和优选从15∶1到30∶1范围内的SiO₂与M₂O的摩尔比，其中M是碱金属离子(例如，Li，Na，K)和/或铵。硅石基溶胶能够具有至少10.0，适宜至少10.5，优选至少10.6和最优选至少10.7的pH值。该pH值能够高达大约11.5，适宜至高11.0。