[发明专利]硅石基溶胶

说明书

本申请是申请号为200880019047.5的专利申请的分案申请，原申请的申请日为2008年06月04日，发明名称为“硅石基溶胶”。

发明领域

本发明涉及硅石基溶胶及其制备和用途。本发明提供了具有高稳定性和高SiO₂含量以及在造纸中提高的滤水和保留性能的硅石基溶胶。

发明背景

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。

硅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以及国际专利申请公开号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SiO₂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。

发明综述

本发明通常涉及一种轴比为至少10且比表面积为至少600m²/g的包含硅石基颗粒的溶胶。

本发明通常还涉及一种轴比为至少约10且S值为至多约35的包含硅石基颗粒的溶胶。

本发明通常还涉及一种轴比为至少10且比表面积为至少约400m²/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。

本发明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。

本发明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 SiO₂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。

本发明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)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。

本发明还涉及一种通过本发明方法获得的包含硅石基颗粒的溶胶。