[发明专利]电荷反转型硅溶胶

说明书

本发明涉及一种生产电荷反转型水性硅溶胶的方法，其包括如下步骤：(a)提供酸性阳离子交换固体在水性液体中的浆料；(b)提供具有碱性pH并包含一种或多种一价阳离子的起始水性硅溶胶；(c)使(a)的浆料与(b)的水性硅溶胶接触；(d)从(c)的混合物中分离酸性阳离子交换固体以留下具有酸性pH并与起始水性硅溶胶相比具有降低的一价阳离子含量的去阳离子水性硅溶胶；和(e)使去阳离子水性硅溶胶与包含一种或多种可在形式上呈现+3或+4氧化态的改性元素的一种或多种化合物接触，以产生电荷反转型水性硅溶胶，其二氧化硅粒子在它们的表面上包含一种或多种改性元素；其中起始水性硅溶胶具有在10至50％的范围内的S值，且起始水性硅溶胶中的胶体二氧化硅粒子的表面积为至少500m²g^‑1。本发明还涉及可获自这种方法的电荷反转型水性硅溶胶，特别是其中一种或多种改性元素在胶体二氧化硅粒子表面上的量在18.4至33μmol/起始水性硅溶胶的每平方米胶体二氧化硅粒子的范围内。电荷反转型水性硅溶胶可用作纸、板材和纸板制造中的助滤和/或助留剂，也可用作例如水处理或饮料澄清中的絮凝剂。

技术领域

本发明涉及电荷反转型(charge-reversed)硅溶胶以及生产这样的溶胶的方法。本发明还涉及这样的硅溶胶在造纸用的助滤助留剂中或作为例如用于如水处理或饮料澄清之类应用的絮凝剂的用途。

背景技术

硅溶胶含有悬浮在液相中的小的离散二氧化硅粒子，该液相通常为水性的。该溶胶的pH通常为碱性，且二氧化硅粒子倾向于具有负电荷，其通过溶胶中的阳离子，通常碱金属阳离子平衡。负电荷提供粒子间的推斥力，这有助于避免粒子附聚和胶凝。

有可能将二氧化硅粒子改性以使它们的表面负电荷减少或甚至反转为正电荷。这样的“电荷反转”溶胶在较低pH下稳定，这在较高的碱性pH值不理想的应用中是有用的。

制造电荷反转型硅溶胶的一种方式是用阳离子三价或四价金属物类涂布或改性二氧化硅粒子的表面。一个实例描述在US3007878中，其公开了通过将3至4价金属的碱性盐溶液添加到硅溶胶中而生产被多价金属-氧化合物涂布的胶体二氧化硅粒子的方法。结果获得具有被金属氧化物、金属氢氧化物和/或水合金属氧化物改性的表面的硅溶胶粒子。US3139406也公开了一种生产涂布二氧化硅胶体粒子的方法，其中用三价酸性金属盐处理胶体二氧化硅，其中随后使用强碱阴离子交换树脂除去与该盐缔合的阴离子(例如氯离子)。

在另一些方法中，硅溶胶在用三价或四价金属处理前首先酸化或“去阳离子化”。US3252917例如公开了一种方法，其中硅溶胶在与碱性卤化铝混合前首先使用强酸阳离子交换树脂酸化，随后与阴离子交换树脂接触以产生具有在4.5至6.5范围内的pH的基本无盐的氧化铝涂布硅溶胶。

用氧化铝或其它金属氧化物涂布胶体二氧化硅粒子的其它方法描述在US3864142、US3620978、US3956171、US3719607和US3745126中。

硅溶胶和改性硅溶胶广泛用作造纸中的助滤助留剂，通常与一种或多种有机聚合物组合。可用于造纸的硅溶胶和铝酸盐改性硅溶胶的实例公开在US5368833、US5603805、WO98/56715、WO00/66492、WO2017/162920、US6372806、US5176891和EP0572888中。

在造纸法中，将含有纤维素纤维和任选填料和添加剂的水性悬浮液(被称为纸料(stock))供入流浆箱，其将纸料喷射到成形网上。从纸料中沥掉水以在网上形成湿纸幅，并在造纸机的干燥段中将纸幅进一步脱水和干燥。照惯例将助滤助留剂引入纸料以促进排水，并增加细粒吸附到纤维素纤维上，以使它们随纤维留在网上。