[发明专利]胶体颗粒的水悬浮液及其制备和应用

说明书

本发明涉及胶体颗粒的水悬浮液，该颗粒为二氧化硅基阴离子型颗粒和在水中膨胀的绿土型粘土的水合颗粒。本发明也涉及这类悬浮液的制备方法以及它们与两性或阳离子性聚合物一起作为絮凝剂的应用，特别是在纸和纸浆生产中的应用，但也用于水的净化。

近年来，基于阴离子胶体颗粒和阳离子性或两性合成或天然聚合物的体系得到更多的应用，尤其是在造纸中用于提高留着率和脱水作用。这里的阴离子胶体颗粒为基于二氧化硅的颗粒或者是由膨润土一类的粘土物料构成的。这类体系例如在欧洲专利41056,218674，和0235893号中有所披露。一般需要较高数量的膨润土，而贵得多的二氧化硅溶胶则能在大为降低的用量下提供良好的结果。由欧洲专利0310959号还得知二氧硅溶胶和膨润土可以与阳离子淀粉一起使用。这里的二氧化硅溶胶和膨润土可以是同时加入，或者是彼此按先后加入，该专利还指出，可在即将加入到造纸原料中去之前使膨润土与二氧化硅溶胶混合。

基于二氧化硅的颗粒的供料形态为不同干料含量的水溶胶，干料含量主要决定于溶胶颗粒的大小。溶胶颗粒基本上呈球形。粘土物料(例如膨润土)在使用时水合以提供所要求的效果，对于贮存和运输来说，这种形式的粘土物料不能以具有足够高的干料含量的稳定的含水制品方式供料，因而膨润土以粉末形式操作处理，直到即将使用之前才将其粉末浸湿使之达到所要求的膨胀，这时为使表面分离需要很高的剪切力。与二氧化硅颗粒成对照，粘土颗粒具有片状结构。处理粉末物料是不太希望的，因为所有的粉末物料操作都会产生粉尘问题和计量问题，而且每个用户都需要有浸湿设备。

根据本发明令人惊奇地发现，制备含二氧化硅基的胶体阴离子颗粒和绿土型可膨胀粘土的胶体水合颗粒的稳定的含水悬浮液是可能做到的。这里所用的“悬浮液”一词是指其中固体小颗粒基本均匀地分散在液体介质中的体系。因而在本发明的悬浮液中，不同类型的胶体颗粒(球形二氧化硅颗粒和片状粘土颗粒)基本均匀地分散在水中。按本发明所述的悬浮液可具有高至约40％的较高干料含量，预制的悬浮液可以运送到顾客处，这样顾客就免除了上述的粉末物料操作问题。所述悬浮液与天然和合成聚合物一起使用具有极好的效果而且成本效益很高。用上述悬浮液所能得到的效果要比按悬浮液中不同类型颗粒各自的数量分别预计的效果高得多。当所述悬浮液与合成聚合物(如阳离子聚丙烯酰胺)一起使用时所得结果尤其优良。对于本发明所述的悬浮液来说，可以用比表面积较低(即粒度较高，比表面积约50至400米²/克，相当于粒度约为50至约为7纳米)的二氧化硅基颗粒而得到很好的结果。具有这种较大粒度的二氧化硅溶胶其本身并未提供足够好的结果，不足以使其在留着率-脱水作用方面得到工业应用。

可用于本发明悬浮液中的二氧化硅基颗粒(即基于SiO₂的颗粒)包括胶体二氧化硅和胶体铝改性二氧化硅或硅酸铝以及不同类型的聚硅酸。适用的二氧化硅溶胶如欧洲专利41056号和欧洲专利185068号所公开的溶胶。在这些溶胶中的胶体二氧化硅宜具有比表面积50至1000米²/克，以约100至1000米²/克较好。工业上通常使用的是含比表面积约400至600米²/克的离散颗粒的这类溶胶，平均粒度常低于20纳米，通常是从约10纳米以下到约1纳米。如上所述，这种类型的较大颗粒(亦即具有约50至约400米²/克比表面积的颗粒)也可以有效地使用。特别适用的二氧化硅溶胶具有以下参数：溶胶的S值在8％至45％范围内，所含二氧化硅颗粒的比表面积在750至1000米²/克范围内，颗粒用铝进行表面改性至2％至25％程度。这种类型的二氧化硅溶胶在PCT(专利合作条约)专利申请书WO91/07350号中有所介绍。二氧化硅基颗粒也可以来自基于聚硅酸的溶胶，这里是指硅酸物料以极小的颗粒(1纳米量级)形式存在，比表面积非常高(超过1000米²/克并可高达约1700米²/克)，且有一定程度的聚集体或微粒凝胶生成，这些内容披露在欧洲专利申请书348366号，欧洲专利申请书359552号和PCT专利申请书WO89/06637号中。此外，二氧化硅基颗粒可来自有一定程度聚集体或微粒凝胶生成，相当于S值为15％至40％，所含二氧化硅颗粒为铝改性或未作铝改性的且比表面积在300至700米²/克范围内(宜为400至650米²/克)的二氧化硅溶胶。