[发明专利]硅酸水合物的制备方法

说明书

本发明涉及具有大孔体积和细粒特性的硅酸水合物，这种物质特别优选地用作纸的填料。该发明也涉及其制备方法。

硅酸水合物在高质纸生产中主要起填料作用。详细地说，在造纸过程中，当把硅酸水合物加到纸浆中分散时，所得到的纸变成了轻质的并有效地吸收印刷表面上的墨而不让墨渗透到背面(下文称之为不渗透作用)，因此，硅酸水合物在造纸过程中是重要的添加剂之一。最近为了获得高质量的纸和较少的纸浆损耗，需要对作为纸填料的硅酸水合物的性能进行改进。

众所周知，硅酸水合物的工业化生产的典型方法是硅酸钠与无机酸的中和。以前，为了改进这种工艺，已经提出了许多建议。例如，日本专利公告(KOKOKU)号昭38-17651公开了两步加入无机酸中和的方法，日本专利公告(KOKOKU)号昭51-25235公开了多步骤中和方法和日本专利公告(KOKOKU)号昭52-28754和昭52-28755详细地描述了控制待反应的硅酸钠和硫酸浓度和硫酸加入速度的方法。日本专利公开号昭53-80397描述了一种把硫酸钠加到稀释的硅酸钠中，接着进行中和的方法。

通过这些方法，控制反应有助于获得具有大的吸油量和孔体积的硅酸水合物，由此显著地改进了纸的不渗透作用。然而，所得到的硅酸水合物具有比较大的粒径，宽的粒度范围，且含有许多粗颗粒，从而提出了颗粒特性问题。因此，采取的措施是大力发展获得具有细颗粒而无粗颗粒的硅酸水合物。

例如，日本专利公开号昭61-17415、昭61-141767，平5-178606和平5-301707描述了反应完成后湿磨料浆的方法。日本专利公开号昭60-65713提出了分两阶段加入无机酸的方法，其中，第一阶段加入无机酸与料浆起反应，反应后将料浆湿磨两次。按照这些方法，在反应后料浆的研磨过程中，粗颗粒的比例减少，且除了可获得不渗透作用之外，还可防止粗颗粒在纸上沉积。

然而，正如日本专利公开号昭61-141767所公开的，采用反应后湿磨料浆的方法，在研磨后，硅酸水合物的颗粒大小分布偏向于细颗粒侧。过分的研磨时，进入纸里的填料量将降低，同时，将破坏硅酸水合物的高级结构，减少了孔体积。日本专利公开号平5-178606指出研磨料浆改善了纸的性能，但料浆是很粘稠的，因此在输送过程中难以处理等等，使之不适合于实际应用。而且，用这些方法，研磨的效率低，湿磨后获得的硅酸水合物的平均粒径通过离心沉淀作用测定为3-10μm。按照日本专利公开号平5-301707的方法，尤其是平均粒径通过科尔特(coulter)方法测定为16-20μm，尽管这两种研磨表明不能获得足够细的颗粒。

我们在假定具有大孔体积和极细颗粒特性的硅酸水合物作为纸的填料将增强其不渗透作用的情况下进行了广泛的研究。这些研究使我们确信具有孔体积的平均粒径落入特定范围内的硅酸水合物呈现出意料不到的填料特性，说明有关的制造技术实现了本发明。

所以，本发明的目的是提供具有大孔体积和细粒径的硅酸水合物和其制备方法。更具体地说，本发明的目的是提供硅酸水合物，当其加入纸中时，可对纸产生高水平的不渗透作用和高的填料量，以及硅酸水合物的制备方法。

达到上述目的的本发明硅酸水合物是通过用无机酸中和硅酸钠的水溶液而得到的硅酸水合物。其结构特征在于颗粒特性，包括吸油量为250-350ml/100g，总孔体积为4.0-6.0cc/g，平均孔半径为200-400，按激光法测定的平均粒径为3-15μm。用科尔特法测定为2.0-4.0μm或用离心沉淀法测定为0.5-3.5μm。

本发明还涉及通过将无机酸加到硅酸钠的水溶液中使之中和制备硅酸水合物的方法，该方法包括：第一步，在70℃以上但反应体系的沸点以下的温度下，向氧化硅浓度(按SiO₂计)为6-10％(重量)的硅酸钠中加入无机酸，无机酸的加入量相当于中和当量的30-50％，接着在熟化期内，用强剪切力进行充分的湿磨处理；第二步，在高于上一步的温度下，加入剩余量的无机酸，接着熟化沉淀几乎所有量的二氧化硅；第三步：进一步加入无机酸将所得到的料浆的PH调节为5-3的范围。

本发明的硅酸水合物的特性用下述方法测定的值来表示：

(1)吸油量：

按照JIS K5101方法测定，引入本文作为参考。

(2)BET比表面积：

借助于Flow Sorb 2300S/N(Shimadzu公司)使用0.05-0.1g粉状硅酸水合物样品在300℃下脱气30分钟测定。

(3)总孔体积：