[发明专利]含水聚硅酸盐组合物、其制备及其在造纸中的用途

说明书

本发明涉及一种含水聚硅酸盐组合物及其制备。本发明还包括其中将该含水聚硅酸盐组合物用作至少部分絮凝体系的制造纸和纸板的方法。

在纸和纸板的制造中使用助留剂和助滤剂是常规操作。例如阳离子聚丙烯酰胺和阳离子淀粉是用于造纸的非常有效的助留剂/助滤剂。后来，造纸体系发展成使用上述具有无机、阴离子微粒物料的阳离子助留剂。该阴离子微粒物料通常可以包括溶胀性粘土或含水聚硅酸盐如二氧化硅溶胶或胶态二氧化硅。该方法通常改善留着和滤水。

US 4388150描述了一种包含胶态二氧化硅和阳离子淀粉的粘合剂组合物加入造纸浆料中改善浆料组分的留着或加入白水中减少污染问题并回收浆料组分价值。胶态二氧化硅可以具有各种形式，包括聚硅酸，但最好的结果通过使用胶态形式的二氧化硅获得。聚硅酸本身认为是不理想的且在无稳定作用下储存时变质。

在纸或纸板的制造中使用聚硅酸盐微凝胶作为部分留着或滤水体系是已知的。制备聚硅酸盐微凝胶的方法及其在造纸工艺中的用途描述在US4954220中。聚硅酸盐微凝胶的综述描述在1994年12月Tappi Journal(第77卷，第12号)第133-138页中。US 5176891公开了一种生产聚铝硅酸盐微凝胶的方法包括最初形成聚硅酸微凝胶然后使该微凝胶与铝酸盐反应形成聚铝硅酸盐。还描述了该聚铝硅酸盐微凝胶在造纸中的用途。

WO 95/25068描述了在US 5176891方法上改进的制备聚铝硅酸盐微凝胶的方法，其中微凝胶通过两步法制备。具体而言该方法包括通过用含铝盐酸性水溶液将含有0.1-6重量％SiO₂的碱金属硅酸盐水溶液酸化至pH2-10.5。第二个重要步骤为在凝胶化之前将第一步的产物稀释至SiO₂含量不大于2重量％。缺少稀释步骤聚铝硅酸盐将仅在几分钟内就胶化。甚至在稀释到低至1％之后这些微凝胶也仅稳定几天，因此必须在该时间内使用否则产品将变成固体凝胶。

上述聚硅酸盐微凝胶产品倾向于现场制备因为船运这些产品可能不允许足够的时间将其传递到造纸厂并在产品胶化前消耗。另外，船运固体浓度不大于2％的稀释微凝胶在经济上可能不可行。

WO 98/56715寻求提供一种储存更稳定并具有较高浓度的聚硅酸盐微凝胶。该高浓度聚硅酸盐和铝化的聚硅酸盐微凝胶包括将碱金属硅酸盐水溶液与优选pH为11或更低的水相二氧化硅基物料混合。用于制备聚硅酸盐微凝胶的碱金属硅酸盐认为是任意水溶性硅酸盐如硅酸钠或硅酸钾。与碱金属硅酸盐溶液混合的二氧化硅基物料可以选自各种各样的硅质物料并包括二氧化硅基溶胶、火成二氧化硅、二氧化硅凝胶、沉淀的二氧化硅、酸化的碱金属硅酸盐溶液和含蒙脱土类型粘土的二氧化硅悬浮液。尽管其公开了二氧化硅基物料的pH为1-11但也揭示了最优选为7-11。认为聚硅酸盐微凝胶的pH通常在14以下但通常为超过6且合适的话超过9。微凝胶示例性地显示出pH值大于10。实施例2表示制备1、3、5或10天后微凝胶的稳定性。然而，该微凝胶在使用前通常仍将在现场立刻制备。

在造纸的留着和滤水性能上聚硅酸盐或聚铝硅酸盐微凝胶倾向于比先前常规的胶态二氧化硅或二氧化硅溶胶显著更有效。

WO 2008/037593描述了包含与衍生自胶态聚硅酸盐的颗粒缔合的聚硅酸盐微凝胶基组分的含水聚硅酸盐组合物。该组合物与微凝胶相比提供改善的储存稳定性而与常规胶态二氧化硅相比提供改善的留着和滤水性能。

本发明的目的是提供一种硅质产品，其为有效的助留剂或助滤剂而且具有比常规聚硅酸盐微凝胶显著更长的储存稳定性。还有一个目的是生产具有比多数已知聚硅酸盐微凝胶显著更高二氧化硅固体含量的用于造纸的有效硅质物料。其还可能需要提供该储存稳定、较高固体的产品从而其比常规胶态聚硅酸盐更有效。本发明的另一目的为开发结合上述所有优点且在纸或纸板的制造中比不含微凝胶的常规胶态二氧化硅或二氧化硅溶胶更有效的产品。还有其它的目的是提供由不必包含微凝胶的物料制备的二氧化硅组合物。

根据本发明，我们提供一种包含如下组分的含水聚硅酸盐组合物：

i)聚硅酸盐种子颗粒，

ii)与聚硅酸盐种子紧密缔合的聚合硅酸盐，

iii)由铝原子、铝化合物或铝离子形成的聚合聚硅酸盐内的交联键，

iv)由除铝之外多价金属的原子、化合物或离子形成的聚合聚硅酸盐内的交联键。

在含水聚硅酸盐组合物中该聚合硅酸盐可以衍生自任意合适的硅酸或其盐。优选聚合硅酸盐衍生自碱金属或铵硅酸盐。聚合硅酸盐通常可以在聚硅酸盐种子物料存在下聚合。