[发明专利]溶胀粘土的活化和使用活化粘土的方法

说明书

本发明涉及膨润土的活化和活化膨润土在造纸中的应用。最初，膨润土通常是作为碱土化合物制备的，例如钙和/或镁形式的膨润土。为了使它们能令人满意的例如用于造纸，需要通过离子交换使膨润土活化，由此用钠或其它碱金属或铵离子交换出钙和/或镁。

进行这种离子交换的常规方法是使碱土膨润土粘土与含有碱金属或铵化合物的活化水溶液混合。例如可提供碱土金属粘土和碱金属或铵化合物预混合料粉末形式的粘土，使这种预混合料与水混合并放置足够长的时间进行离子交换，然后稀释便可使用。另外，在搅拌下可将采石场的碱土膨润土直接加入到活化水溶液中。

实际上，通常使用的活化化合物是碳酸钠或碳酸氢钠，一般用量以粘土的重量为量约为5-10％(重量)。活化是在中性pH的分散液中进行的，pH值约为10。

JP-A-6445754中公开了加入其它类的电解质，用来促进分散。人们也已知US4613542和4624982中公开了聚丙烯酸钠。EP485124和US5266538和5391228中也公开了膨润土与各种碱金属化合物的浓缩物。加入到这些浓缩物浆料中的膨润土最初是以钠膨润土的形式存在的，但是EP485124和US5391228也提及了通过将钙膨润土和碳酸钠活化剂与水和氯化钠混合来制备浆料。EP373306和US5015334中还公开了使用膨润土和阴离子有机聚合物的造纸方法。

已知活化膨润土(例如市售的活化膨润土粉末)的一个问题是膨润土中存在的碳酸钠或其它活化剂会使膨润土(当与水混合时)具有较高的pH值，例如达到pH9以上，常常达到约pH10。因此，用产生pH值达到约pH10的有关物质处理膨润土时必须小心。

另一个问题是常规的碳酸钠活化剂在活化过程中进行离子交换形成碳酸钙，结果可形成片状物并从这些活化膨润土的含水组分中沉积下来。当分散膨润土的水本身较硬时，这个问题尤为突出。

已知活化膨润土粉末的另一个难点是有时发现要制备稳定的含水粉末分散液相当困难。而且，已经发现要实现稳定分散的这些困难随着水的硬度的增加而增加。因此，当使用较硬的水例如硬度约为10°dH，通常为15-50°dH的水时，会带来各种问题。

另外，膨润土的性能(尤其是当在造纸中使用时)在低pH值下要比高pH值下的效率低，尤其是按常规方法活化的膨润土在酸性造纸方法(例如当纤维素悬浮液的pH低于6.5，通常为4.2-5.5时)中使用的效率要比悬浮液具有较高pH值的低。

目前，我们已经发现了一种新的活化剂，这种活化剂能改善性能。

根据本发明的第一方面，我们提供了一种干粘土组合物，包含碱土膨润土溶胀粘土和活化量的螯合剂的碱金属或铵盐的混合料，所述螯合剂选自膦酸酯、羟基羧酸、氨基羧酸和多元羧酸。

根据本发明的第二方面，我们提供了一种将碱土膨润土溶胀粘土活化成碱金属膨润土溶胀粘土的方法，包括使碱土溶胀粘土与活化水溶液混合，所述活化水溶液含有选自膦酸酯、羟基羧酸、氨基羧酸和二-或三-(或更高)元羧酸螯合剂的铵盐或碱金属盐。

在本发明的两个方面中，螯合剂最好以钠盐的形式加入。

在本发明的两个方面中，螯合剂最好是柠檬酸钠。

所得到的活化膨润土具有几个优点。它们易于处理，因为它们是弱碱性的。它们的性能要比在约pH10下用碳酸钠进行常规活化的相同膨润土的好。它们在造纸方法中的使用效率更高，而在这种造纸方法中常规活化膨润土因pH值或存在的硬性盐致使使用效率降低。因此，当纤维素悬浮液的pH低于约6.5，例如为4.2-5.5时，常规膨润土的使用效率低，而本发明制备的活化膨润土在这种悬浮液中的使用效率极高，不会明显地降低活性。

当采用较硬的水，例如硬度约为10°dH，通常为15-50°dH的水制备纤维素悬浮液时，常规活化膨润土的性能也会变差。在这种硬质水中，使用本发明制备的活化膨润土的性能会得到改善。通过改进排水速率或降低片状物沉积或通过这两种措施可显示出这种改进。

分别向水中加入溶胀粘土和螯合剂活化剂，例如向活化剂的溶液中加入溶胀粘土或向溶胀粘土的分散液中加入活化剂来进行活化过程。在这些改变的每一种方法中，溶胀粘土可以粉末或浆料的形式加入。

但是，最好使溶胀粘土和活化剂的预混合料与适量的水混合来进行这种活化过程。预混合料优选地是粉末，但是它们也可以是含有膨润土和活化剂的液态组合物。