[发明专利]一种改性硅溶胶及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种改性硅溶胶及其制备方法和应用，其中，改性硅溶胶按重量比计，包括如下组分：100份的水玻璃，5‑40份的3‑氯‑2‑羟基丙烷磺酸钠，30‑300份的H型阳离子交换树脂，100‑2000份的去离子水；制备方法包括准备原料、制备含硅酸溶液、配制反应液、制备磺化改性硅溶胶。本发明的改性硅溶胶制备路线简单，能耗成本低，而且无溶剂污染，改性后的硅溶胶在保证滤水和保留性能的同时，其自身的稳定性较好，能延长保存期限，也可应用于多种造纸环境。

技术领域

本发明涉及造纸技术领域，尤其涉及一种改性硅溶胶及其制备方法和应用。

背景技术

硅溶胶是纳米级的二氧化硅颗粒在水中或溶剂中的分散液，具有颗粒均匀、无毒无污染、比表面积大、反应活性高、吸附能力和粘结性能强等优点，广泛应用于建筑涂料、精密铸造、耐火材料、催化剂载体和造纸等诸多行业。其中，在造纸行业中，硅溶胶的使用能有效改善造纸过程中的滤水和保留率，改善纸张匀度和印刷适性。但常规的硅溶胶稳定性差，储存易凝胶，在酸性造纸环境中应用效果不佳。

目前，已有相关文献记载了采用磺酸基对硅溶胶改性能起到提高硅溶胶稳定性及应用范围的效果，但现有的磺酸基改性硅溶胶制备工艺复杂，能耗高，且大多有溶剂污染、成本高的问题。

发明内容

为克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种改性硅溶胶及其制备方法和应用，制备路线简单，能耗成本低，而且无溶剂污染，改性后的硅溶胶在保证滤水和保留性能的同时，其自身的稳定性较好，能延长保存期限，也可应用于多种造纸环境。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案之一是：一种改性硅溶胶，按重量比计，包括如下组分：

本发明的改性硅溶胶的有益效果在于：

3-氯-2-羟基丙烷磺酸钠既含有亲水性的磺酸盐基团，又有活性较强的卤原子，在水玻璃提供的碱性环境下，卤原子能与活性硅羟基反应，以将磺酸基直接引入到硅溶胶中，以获得改性硅溶胶，以此达到提升硅溶胶存储稳定性，延长保存期限的作用，而且经改性后的硅溶胶能更好地应用于碱性、酸性的造纸环境中。

进一步来说，还包括0-2份的表面活性剂。在采用磺酸基对硅溶胶改性的基础上，通过复配表面活性剂能进一步增强硅溶胶的综合应用性能。

进一步来说，所述表面活性剂包括十二烷基苯磺酸钠、月桂基甜菜碱、椰油酰胺丙基甜菜碱等中的至少一种。

进一步来说，所述水玻璃的波美度为35-45。水玻璃为硅酸钠的水溶液，是一种可溶性的硅酸盐，是由不同比例的碱金属(钠)和石英砂(SiO₂)组成的产品，其典型的分子式为Na₂O·nSiO₂·xH₂O。

进一步来说，所述改性硅溶胶中，SiO₂的含量为5-25％，平均粒径为5-150nm。

本发明采用的技术方案之二是：一种改性硅溶胶的制备方法，包括如下步骤：

准备原料：按一定重量份，分别称取水玻璃、3-氯-2-羟基丙烷磺酸钠、H型阳离子交换树脂、去离子水；

制备含硅酸溶液：取1/5-1/2的水玻璃，并用去离子水稀释至SiO₂的含量为5-25％，然后与一定量的H型阳离子交换树脂在常温下进行混合搅拌，得到含硅酸的水溶液；

配制反应液：将剩余的水玻璃、H型阳离子交换树脂、去离子水及3-氯-2-羟基丙烷磺酸钠加入至反应器中，并在搅拌状态下充分反应，得到反应液；

制备磺化改性硅溶胶：将含硅酸的水溶液缓慢加入到反应液中，并升温至30-70℃后保温1-5h，过滤后，即得改性硅溶胶。