專利名稱：氧化硅基溶液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及包括有機(jī)含氮化合物的氧化硅基溶膠(silica-based sol)，所述溶膠適合在造紙中作為洗漿助劑(drainageaid)和助留劑使用。更加具體的是，本發(fā)明涉及氧化硅基溶膠、制備氧化硅基溶膠的方法和其中氧化硅基溶膠用作添加劑的造紙工藝。
背景在造紙技術(shù)中，將含有纖維素纖維的含水懸浮物、和被稱為紙料的任選的填料和添加劑加入流漿箱，其在成型絲網(wǎng)上排出紙料。通過(guò)成型絲網(wǎng)將水從紙料中排出，結(jié)果在絲網(wǎng)上形成紙的濕的卷材，而且將紙卷材在造紙機(jī)的干燥部分進(jìn)一步脫水和干燥。為了排出和增加細(xì)顆粒在纖維素纖維上的吸附，通常將洗漿助劑和助留劑引入紙料，以使它們通過(guò)纖維保留在絲網(wǎng)上。
氧化硅基顆粒廣泛地用作與帶電有機(jī)聚合物如陰離子的和陽(yáng)離子的丙烯酰胺基聚合物以及陽(yáng)離子的和兩性的淀粉結(jié)合的洗漿助劑和助留劑。這樣的添加劑體系公開(kāi)在美國(guó)專利4388150；4961825；4980025；5368833；5603805；5607552；5858174；和6103064中。這些體系是現(xiàn)在使用的最有效的洗漿助劑和助留劑之一。
適合用作洗漿助劑和助留劑的氧化硅基顆粒一般以含水膠態(tài)分散體即所謂溶膠的形式提供。此商業(yè)上所使用的氧化硅基溶膠通常具有硅含量約7-15重量％和含有具有比表面積至少300m2/g的顆粒。為了改善儲(chǔ)藏穩(wěn)定性和避免凝膠形成，具有較高比表面積的氧化硅基顆粒溶膠通常是更加稀的。
有利的是能夠提供具有進(jìn)一步改善的洗漿和保留性能和甚至更好穩(wěn)定性的氧化硅基溶膠。還有利的是能夠提供制備顯示出改善的洗漿、保留和穩(wěn)定性性質(zhì)的氧化硅基溶膠的方法。還有利的是能夠提供具有改善的洗漿和保留的造紙工藝。
本發(fā)明本發(fā)明提供了胺改性的氧化硅基溶膠，它適合在造紙中作為洗漿助劑和助留劑使用。在此所使用的術(shù)語(yǔ)“洗漿助劑和助留劑”涉及一種或多種組份(助劑、試劑或添加劑)，當(dāng)將它們加入到造紙紙料中時(shí)，同不加入所述的一種或多種組份相比將獲得更好的洗漿和/或保留。本發(fā)明的胺改性的氧化硅基溶膠當(dāng)與帶電的有機(jī)聚合物結(jié)合使用時(shí)，將會(huì)獲得改善的洗漿和/或保留。因此本發(fā)明能提高造紙機(jī)的速度，并且使用較低劑量的添加劑就能獲得相應(yīng)的洗漿和/或保留效果，因此導(dǎo)致了改進(jìn)的造紙工藝和經(jīng)濟(jì)利益。本發(fā)明的氧化硅基溶膠在延續(xù)期間內(nèi)還顯示出很好的穩(wěn)定性，特別高的表面積穩(wěn)定性和對(duì)凝膠作用的高穩(wěn)定性，因此其能以高比表面積和高硅濃度制備和裝運(yùn)。該溶膠所具有的改善的能力能維持在高硅濃度下儲(chǔ)藏的高的比表面積。
因此本發(fā)明涉及包括有機(jī)含氮化合物的氧化硅基溶膠、該溶膠的制備及其應(yīng)用，正如在附加的權(quán)利要求中進(jìn)一步定義的那樣。本發(fā)明還涉及由含有纖維素纖維的含水懸浮物、和任選的填料制備紙的方法，其包括向懸浮物中加入包括有機(jī)含氮化合物的氧化硅基溶膠和至少一種帶電的有機(jī)聚合物，在絲網(wǎng)上形成和排出懸浮物，正如在附加的權(quán)利要求中進(jìn)一步定義的那樣。
本發(fā)明的氧化硅基溶膠是含水溶膠，其含有陰離子的氧化硅基顆粒，即基于SiO2或硅酸的顆粒，包括膠態(tài)二氧化硅、不同類型的聚硅酸、聚硅酸鹽微凝膠、膠態(tài)硼硅酸鹽、鋁改性的二氧化硅或硅鋁酸鹽、聚硅鋁酸鹽微凝膠及其混合物。所述顆粒優(yōu)選膠態(tài)的，即在膠態(tài)范圍內(nèi)的顆粒大小，且優(yōu)選無(wú)定形的或基本上無(wú)定形的。所述氧化硅基顆粒適合具有平均顆粒大小為低于約50nm，優(yōu)選低于約20nm和更優(yōu)選為約1-10nm。通常在二氧化硅化學(xué)中，顆粒大小指初始顆粒的平均大小，其可以是聚集的或非聚集的。
本發(fā)明的氧化硅基溶膠含有有機(jī)含氮化合物，例如選自伯胺、仲胺、叔胺和季胺的胺，季胺還指季銨化合物。所述胺可以是芳族的，即含有一個(gè)或多個(gè)芳族基團(tuán)，或是脂肪族的；優(yōu)選脂肪族胺。含氮化合物優(yōu)選水溶性的或水分散性的。所述胺可以是不帶電的或陽(yáng)離子的。陽(yáng)離子的胺的例子包括伯胺、仲胺和叔胺的酸加合鹽，優(yōu)選季銨化合物，以及它們的氫氧化物。有機(jī)含氮化合物通常具有低于1000的分子量，適合的低于500和優(yōu)選低于300。優(yōu)選地，使用低分子量有機(jī)含氮化合物，例如具有達(dá)到25個(gè)碳原子，適合地達(dá)到20個(gè)碳原子，優(yōu)選2-12個(gè)碳原子和最優(yōu)選2-8個(gè)碳原子的那些化合物。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，有機(jī)含氮化合物具有一個(gè)或多個(gè)含氧取代基，例如具有以羥基和/或烷氧基形式的氧。這種類型的優(yōu)選的取代基的例子包括羥基烷基基團(tuán)，例如乙醇基，和甲氧基和乙氧基。有機(jī)含氮化合物可以包括一個(gè)或多個(gè)氮原子，優(yōu)選一個(gè)或兩個(gè)。優(yōu)選的胺包括具有的pKa值至少為6、適合地至少為7和優(yōu)選至少為7.5的那些。
適合的伯胺即具有一個(gè)有機(jī)取代基的胺的例子包括烷基胺，例如丙基胺、丁基胺、環(huán)己基胺，鏈烷醇胺，例如乙醇胺，和烷氧基烷基胺，例如2-甲氧基乙基胺。適合的仲胺即具有兩個(gè)有機(jī)取代基的胺的例子包括二烷基胺，例如二乙基胺、二丙基胺和二異丙基胺，二鏈烷醇胺，例如二乙醇胺和吡咯烷。適合的叔胺即具有三個(gè)有機(jī)取代基的胺的例子包括三烷基胺，例如三乙基胺，三鏈烷醇胺，例如三乙醇胺，和N，N-二烷基鏈烷醇胺，例如N，N-二甲基乙醇胺。適合的季胺或季銨化合物，即具有四個(gè)有機(jī)取代基的胺的例子包括四鏈烷醇胺，例如四乙醇?xì)溲趸@和四乙醇氯化銨，季胺或具有兩個(gè)鏈烷醇和烷基取代基的季銨化合物例如N-烷基三鏈烷醇胺，例如甲基三乙醇?xì)溲趸@和甲基三乙醇氯化銨，N，N-二烷基二鏈烷醇胺，例如二甲基二乙醇?xì)溲趸@和二甲基二乙醇氯化銨，N，N，N-三烷基鏈烷醇胺，例如膽堿氫氧化物和膽堿氯化物，N，N，N-三烷基苯甲胺，例如二甲基椰油苯甲基氫氧化銨和二甲基椰油苯甲基氯化銨，四烷基銨鹽，例如四甲基氫氧化銨，四甲基氯化銨，四乙基氫氧化銨，四乙基氯化銨，四丙基氫氧化銨，四丙基氯化銨，二甲基二乙基氫氧化銨，二甲基二乙基氯化銨，甲基三乙基氫氧化銨，甲基三乙基氯化銨。適合的二胺的例子包括氨基烷基鏈烷醇胺，例如氨基乙基乙醇胺，哌嗪和氮取代的具有一個(gè)或兩個(gè)1-4個(gè)碳原子的低級(jí)烷基的哌嗪。優(yōu)選的有機(jī)含氮化合物的例子包括三乙醇胺、二乙醇胺、二丙基胺、氨基乙基乙醇胺、2-甲氧基乙胺、N，N-二甲基乙醇胺、膽堿氫氧化物、膽堿氯化物、四甲基氫氧化銨、四乙基氫氧化銨和四乙醇?xì)溲趸@。
SiO2與氧化硅基溶膠的N的摩爾比通常為1∶1-50∶1，適合地為2∶1-40∶1和優(yōu)選地為2.5∶1-25∶1。
本發(fā)明的胺改性的含水氧化硅基溶膠的比表面積適合地至少為90m2/g含水溶膠，即基于含水溶膠的重量，優(yōu)選至少100m2/g含水溶膠，更優(yōu)選至少115m2/g含水溶膠和最優(yōu)選至少150m2/g含水溶膠。通常，所獲得的含水溶膠的比表面積能達(dá)到約300m2/g含水溶膠，適合地達(dá)到250m2/g含水溶膠，優(yōu)選達(dá)到240m2/g含水溶膠。
氧化硅基顆粒的比表面積適合地至少為300m2/g SiO2，即基于SiO2的重量，優(yōu)選至少400m2/g SiO2，最優(yōu)選至少550m2/g SiO2，特別的是至少700m2/g SiO2。通常，顆粒的比表面積能達(dá)到約1700m2/g SiO2。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，氧化硅基顆粒的比表面積能達(dá)到約1000m2/g SiO2，適合地約550-950m2/g SiO2。在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，氧化硅基顆粒的比表面積為約1000-1700m2/g SiO2，適合地為1050-1500m2/g SiO2。
所述的比表面積可在適當(dāng)?shù)某ズ驼{(diào)節(jié)有機(jī)含氮化合物和任何其它的存在樣品中可能干擾滴定的類似鋁和硼物質(zhì)的化合物之后，通過(guò)NaOH滴定使用已知的方法測(cè)量，例如如Sears在Analytical Chemistry28(1956)12，1981-1983和美國(guó)專利5176891中所述的。當(dāng)用平方米每克的含水溶膠表示時(shí)，所述比表面積表示每克的含水氧化硅基溶膠可利用的比表面積。當(dāng)用平方米每克的二氧化硅表示時(shí)，所述比表面積表示存在于溶膠中的氧化硅基顆粒的平均比表面積。
氧化硅基溶膠通常具有的S值為10-60％，適合地為15-50％，優(yōu)選為15-40％和最優(yōu)選為20-35％?？扇鏘ler和Dalton在J.Phys.Chem.60(1956)，955-957中所述的那樣測(cè)量和計(jì)算S值。受二氧化硅濃度以及氧化硅基溶膠密度和粘度影響的S值，能夠被看作表示顆粒聚集或粒子間吸引的程度，并且越低的S值表示越高的聚集度。
所述氧化硅基溶膠應(yīng)該適合地具有至少3重量％的二氧化硅含量為，但是更加適合地是二氧化硅的含量為10-60重量％，優(yōu)選為12-40重量％。為了減少存儲(chǔ)設(shè)施和簡(jiǎn)化裝運(yùn)和降低運(yùn)輸費(fèi)用，一般優(yōu)選裝運(yùn)高濃度的氧化硅基溶膠，但是當(dāng)然可能和通常優(yōu)選在使用前把溶膠稀釋為具有基本上較低的二氧化硅含量，例如二氧化硅含量為0.05-5重量％，以便改進(jìn)與最終成分的混合。
氧化硅基溶膠的粘度的變化取決于，例如溶膠的二氧化硅含量，氧化硅基顆粒的比表面積和所使用的有機(jī)含氮化合物。通常，粘度至少為1.5cP，正常為2-100cP，適合地為2-70cP和優(yōu)選為2.5-40cP。適合地在具有二氧化硅含量至少為10重量％的溶膠中測(cè)量的粘度，可通過(guò)已知的技術(shù)例如使用布氏(Brookfield)LVDVII+型粘度計(jì)進(jìn)行測(cè)量。本發(fā)明的氧化硅基溶膠的pH通常為7-14，適合地為8-13，優(yōu)選為9-12。
本發(fā)明的氧化硅基溶膠優(yōu)選是穩(wěn)定的。這里所使用的術(shù)語(yǔ)“穩(wěn)定的氧化硅基溶膠”是指當(dāng)將氧化硅基溶膠儲(chǔ)藏或在20℃在黑暗和不攪拌的條件下老化一個(gè)月，該氧化硅基溶膠所顯示出的在粘度方面的增加不到100cP。當(dāng)所述溶膠在上述條件下時(shí)，適合地粘度增加，若有的話，為低于50cP，優(yōu)選低于30cP。
除了含氮化合物，本發(fā)明的氧化硅基溶膠還可以含有其它的元素，例如鋁和硼。這些元素可作為分別使用含鋁和含硼化合物進(jìn)行改性的結(jié)果存在。如果使用鋁，所述溶膠具有的SiO2與Al2O3的摩爾比為4∶1-1500∶1，適合地為8∶1-1000∶1，優(yōu)選為15∶1-500∶1。如果使用硼，所述溶膠具有的SiO2與B的摩爾比為4∶1-1500∶1，適合地為8∶1-1000∶1，優(yōu)選為15∶1-500∶1。
本發(fā)明的含水氧化硅基溶膠能通過(guò)摻入含氮化合物例如任何一個(gè)上述的和具有上述特性的化合物到氧化硅基溶膠中來(lái)制備，任選地接著濃縮氧化硅基溶膠。所使用的氧化硅基溶膠適合地含有陰離子的氧化硅基顆粒。優(yōu)選的顆粒是膠態(tài)的和無(wú)定形的或基本上無(wú)定形的。氧化硅基顆粒的比表面積適合地至少為300m2/gSiO2，即基于SiO2的重量，優(yōu)選至少為400m2/g SiO2，最優(yōu)選至少為550m2/g SiO2，特別地是至少為700m2/g SiO2。通常，顆粒的比表面積能達(dá)到約1700m2/g SiO2。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，氧化硅基顆粒的比表面積能達(dá)到約1000m2/gSiO2，適合地約為550-950m2/g SiO2。在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，氧化硅基顆粒的比表面積為約1000-1700m2/g SiO2，適合地為1050-1500m2/g SiO2。通常在該方法中所使用的氧化硅基溶膠具有的S值為10-60％，適合地為15-50％，優(yōu)選為15-40％和最優(yōu)選為20-35％。
通常在本發(fā)明的方法中所使用的含水氧化硅基溶膠具有的pH為1-11。在本發(fā)明優(yōu)選的方面，所使用的含水氧化硅基溶膠的pH為1-4，通常為酸氧化硅基溶膠或聚硅酸。在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的方面，所使用的含水氧化硅基溶膠的pH為4-11，適合地為從7和最優(yōu)選從8達(dá)到11.0，優(yōu)選達(dá)到10.5。
酸氧化硅基溶膠可從常規(guī)的類似于堿水玻璃的硅酸鹽水溶液例如鉀或鈉水玻璃，優(yōu)選鈉水玻璃起始而制備。在硅酸鹽溶液或水玻璃中，當(dāng)M是堿金屬如鈉、鉀，銨，或其混合物時(shí)，SiO2與M2O的摩爾比適合地為1.5∶1-4.5∶1，優(yōu)選2.5∶1-3.9∶1，并且pH為13或13以上。所使用的適合的稀釋的硅酸鹽溶液或水玻璃具有的SiO2含量為約3-12重量％，優(yōu)選約5-10重量％。所述的硅酸鹽溶液或水玻璃一般被酸化到pH為約1-4。酸化可用已知的方法通過(guò)加入無(wú)機(jī)酸例如硫酸、鹽酸和磷酸來(lái)進(jìn)行，或者任選地用其它已知適合酸化水玻璃的化學(xué)物質(zhì)，例如硫酸銨和二氧化碳。然而，優(yōu)選酸化以酸陽(yáng)離子交換劑的形式進(jìn)行，其中，該酸陽(yáng)離子交換劑會(huì)形成更加穩(wěn)定的產(chǎn)品。酸化優(yōu)選以強(qiáng)酸陽(yáng)離子交換樹(shù)脂例如磺酸型的形式進(jìn)行。優(yōu)選進(jìn)行的酸化達(dá)到的pH為約2-4，最優(yōu)選約為2.2-3.0。所獲得的酸溶膠或聚硅酸含有的顆粒具有高的比表面積，正常為高于1000m2/g SiO2，并且通常為約1300-1500m2/g SiO2。酸氧化硅基溶膠還可通過(guò)酸化堿性氧化硅基溶膠，例如按照上述的酸化來(lái)制備。
然后將有機(jī)含氮化合物摻入酸溶膠，任選地與堿，例如氫氧化鋰、氫氧化鈉、氫氧化鉀和氫氧化銨，或上述的硅酸鹽水溶液結(jié)合。有機(jī)含氮化合物和堿能同時(shí)加入，或者分開(kāi)加入或者混合加入，或者按順序加入，例如加入含氮化合物之后接著加入堿。有機(jī)含氮化合物的量通常是這樣的，以至于獲得上述的SiO2與氮(N)的摩爾比。有機(jī)含氮化合物改性的氧化硅基溶膠的pH通常為7-13，適合地為8-12.5，優(yōu)選為9-12。
在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，將在結(jié)合了有機(jī)含氮化合物之后獲得的氧化硅基溶膠進(jìn)一步濃縮。濃縮是用已知的方法如滲透法、蒸發(fā)和超濾法進(jìn)行。進(jìn)行適當(dāng)?shù)貪饪s所產(chǎn)生的二氧化硅的含量至少為10重量％，優(yōu)選為10-60重量％，更優(yōu)選為12-40重量％。此外，一般進(jìn)行濃縮，以便在該方法中所獲得的氧化硅基溶膠具有的比表面積至少為90m2/g含水溶膠，即基于含水溶膠的重量，適合地至少為100m2/g含水溶膠，優(yōu)選至少為115m2/g含水溶膠和最優(yōu)選至少為150m2/g含水溶膠。通常，所獲得的含水溶膠的比表面積能達(dá)到約300m2/g含水溶膠，適合地達(dá)到250m2/g含水溶膠，優(yōu)選達(dá)到240m2/g含水溶膠。
根據(jù)本方法，能制備具有上述特性的氧化硅基溶膠，特別是穩(wěn)定的氧化硅基溶膠，且所產(chǎn)生的溶膠顯示出好的儲(chǔ)藏穩(wěn)定性，能儲(chǔ)存幾個(gè)月而基本上沒(méi)有任何比表面積降低和沒(méi)有凝膠化。
本發(fā)明的有機(jī)含氮化合物改性的氧化硅基溶膠適合在造紙中用作洗漿助劑和助留劑。該氧化硅基溶膠能與選自陰離子的、兩性的、非離子的和陽(yáng)離子的聚合物及其混合物的有機(jī)聚合物結(jié)合使用，該有機(jī)聚合物還稱作“主聚合物”。這些聚合物作為洗漿助劑和助留劑使用在現(xiàn)有技術(shù)中是眾所周知的。該聚合物可衍生自天然和合成源，并且它們可以是線性的、支化的或交聯(lián)的。通常適合的主聚合物的例子包括陰離子的、兩性的和陽(yáng)離子的淀粉，陰離子的、兩性的和陽(yáng)離子的瓜耳膠，和陰離子的、兩性的和陽(yáng)離子的丙烯酰胺基聚合物，以及陽(yáng)離子的聚(二烯丙基二甲基氯化銨)，陽(yáng)離子的聚乙烯亞胺，陽(yáng)離子的聚胺，聚酰氨基胺和乙烯基酰胺基聚合物，三聚氰胺-甲醛和脲-甲醛樹(shù)脂。適合地氧化硅基溶膠與至少一種陽(yáng)離子的或兩性的聚合物，優(yōu)選陽(yáng)離子聚合物結(jié)合使用。陽(yáng)離子淀粉和陽(yáng)離子聚丙烯酰胺是特別優(yōu)選的聚合物，它們能單獨(dú)、彼此結(jié)合或與其它聚合物如其它的陽(yáng)離子聚合物或陰離子聚丙烯酰胺結(jié)合使用。主聚合物的分子量適合地在1000000以上，優(yōu)選在2000000以上。上限并不是關(guān)鍵的；其可以是約50000000，通常是30000000和適合地約為25000000。然而，來(lái)自天然源的聚合物的分子量可以更高。
當(dāng)氧化硅基溶膠與上述的主聚合物結(jié)合使用時(shí)，還優(yōu)選使用至少一種低分子量(下稱LMW)陽(yáng)離子有機(jī)聚合物，一般涉及和用作陰離子廢物捕獲劑(ATC)。ATCs在現(xiàn)有技術(shù)中已知用作紙料中存在的有害的陰離子物質(zhì)的中和和/或固定劑，其與洗漿助劑和助留劑結(jié)合使用還可通常提供在洗漿和保留方面的進(jìn)一步改進(jìn)。LMW陽(yáng)離子有機(jī)聚合物可來(lái)自天然或合成源，優(yōu)選的是其是LMW合成聚合物。該類型的適合的有機(jī)聚合物包括LMW高度帶電的陽(yáng)離子有機(jī)聚合物例如聚胺、聚酰胺型胺、聚乙烯亞胺、基于二烯丙基二甲基氯化銨的均聚物和共聚物、(甲基)丙烯酰胺和(甲基)丙烯酸酯。在涉及主聚合物的分子量方面，LMW陽(yáng)離子有機(jī)聚合物的分子量?jī)?yōu)選較低的，適合地至少為1000和優(yōu)選至少為10000。分子量的上限通常約為700000，適合地約為500000和通常約為200000。優(yōu)選的能與本發(fā)明的氧化硅基溶膠共同使用的聚合物的結(jié)合包括LMW陽(yáng)離子有機(jī)聚合物與主聚合物如陽(yáng)離子淀粉和/或陽(yáng)離子聚丙烯酰胺、陰離子聚丙烯酰胺的結(jié)合，以及陽(yáng)離子淀粉和/或陽(yáng)離子聚丙烯酰胺與陰離子聚丙烯酰胺的結(jié)合。
可將本發(fā)明的洗漿助劑和助留劑的組份以常規(guī)的方式和以任何順序加入到紙料中。當(dāng)使用包括氧化硅基溶膠和有機(jī)聚合物例如主聚合物的洗漿助劑和助留劑時(shí)，優(yōu)選在加氧化硅基溶膠之前將聚合物加入到紙料中，甚至可以使用相反順序的加入。此外，優(yōu)選在剪切階段之前加入主聚合物和在剪切階段之后加入氧化硅基溶膠，該剪切階段選自泵送、混合、清潔等。當(dāng)使用的時(shí)候，LMW陽(yáng)離子有機(jī)聚合物優(yōu)選在引入主聚合物之前被引入到紙料中?；蛘撸琇MW陽(yáng)離子有機(jī)聚合物和主聚合物基本上同時(shí)被引入，或者分開(kāi)或混合引入，例如如在美國(guó)專利5858174中所公開(kāi)的，將該文獻(xiàn)在此并入作為參考。優(yōu)選在引入氧化硅基溶膠之前向紙料中引入LMW陽(yáng)離子有機(jī)聚合物和主聚合物。
在本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方案中，氧化硅基溶膠可用作洗漿助劑和助留劑與至少一種上述的有機(jī)聚合物和至少一種鋁化合物結(jié)合使用。另外鋁化合物的使用改善了包括氧化硅基溶膠的紙料添加劑的洗漿和/或保留性能。適合的鋁鹽包括明礬、鋁酸鹽、氯化鋁、硝酸鋁和聚鋁化合物，如聚氯化鋁、聚硫酸鋁、含有氯化物和硫酸根離子的聚鋁化合物、聚硅鋁酸鹽-硫酸鹽及其混合物。所述聚鋁化合物還可含有其它的陰離子，例如來(lái)自磷酸、有機(jī)酸如檸檬酸和草酸的陰離子。優(yōu)選的鋁鹽包括鋁酸鈉、明礬和聚鋁化合物。該鋁化合物可在加入氧化硅基溶膠之前或之后加入?；蛘撸蝾~外地，所述鋁化合物可與氧化硅基溶膠在基本上同一點(diǎn)同時(shí)加入，或者與其分開(kāi)或混合加入，例如如在美國(guó)專利5846384中所公開(kāi)的，將該文獻(xiàn)在此并入作為參考。在許多情況下，通常適合地在該方法早期向紙料中加入鋁化合物，例如在其它的添加劑之前。
可將本發(fā)明的洗漿助劑和助留劑成分加入紙料中進(jìn)行脫水，其量可以在寬范圍內(nèi)變化，這特別取決于成分的類型和數(shù)量、配料的類型、填料含量、填料的類型、加入點(diǎn)等。通常與不加入所述成分所獲得的相比，以一定量加入所述成分能獲得較好的洗漿和/或保留。一般氧化硅基溶膠的加入量至少為0.001重量％，通常至少0.005重量％，其是以SiO2的方式計(jì)算并且基于干燥的紙料物質(zhì)即纖維素纖維和任選的填料，并且上限通常是1.0重量％和適合地0.5重量％。一般主聚合物的加入量至少為0.001重量％，常常至少為0.005重量％，其是基于干燥的紙料物質(zhì)，并且上限通常是3重量％和適合地是1.5重量％。當(dāng)在該方法中使用LMW陽(yáng)離子有機(jī)聚合物時(shí)，其加入量至少為0.05重量％，其是基于脫水的干燥的紙料物質(zhì)。適合地，所述量的范圍為0.07-0.5％，優(yōu)選是0.1-0.35％。當(dāng)在該方法中使用鋁化合物時(shí)，引入到脫水的紙料中的總量取決于所使用的鋁化合物的類型和來(lái)自它的合乎需要的其它影響。例如在現(xiàn)有技術(shù)中眾所周知使用鋁化合物作為松香基施膠劑的沉淀劑。所加入的總量一般為至少0.05％，其是以Al2O3的方式計(jì)算并且基于干燥的紙料物質(zhì)。適合的量的范圍為0.1-3.0％，優(yōu)選為0.5-2.0％。
在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，該方法用在從含有具有高電導(dǎo)率的纖維素纖維和任選的填料進(jìn)行的紙的生產(chǎn)中。通常，在絲網(wǎng)上脫水了的紙料的電導(dǎo)率至少為0.75mS/cm，適合地至少為2.0mS/cm，優(yōu)選至少為3.5mS/cm。在電導(dǎo)率至少為5.0mS/cm的水平下能觀察到非常好的洗漿和保留結(jié)果?？赏ㄟ^(guò)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備如由Christian Berner提供的WTW LF儀器測(cè)量電導(dǎo)率。適合地上述的值可通過(guò)測(cè)量纖維素懸浮物的電導(dǎo)率來(lái)測(cè)定，其中該懸浮物被加入或存在于造紙機(jī)的流漿箱中，或者通過(guò)測(cè)量通過(guò)懸浮物脫水所獲得的白水的電導(dǎo)率來(lái)測(cè)定。高的電導(dǎo)率意味著高含量的鹽(電解質(zhì))，其來(lái)自于用于形成紙料的纖維素纖維和填料，特別是在大型工廠中將通常來(lái)自紙漿廠的濃縮的含水纖維懸浮物與水混合形成適合在造紙廠中造紙的稀的懸浮物。所述鹽還可來(lái)自引入到紙料中的各種添加劑，來(lái)自加入到該過(guò)程的新鮮的水，或是故意加入的等。此外，通常鹽的含量在其中白水廣泛地再循環(huán)的工藝中較高，這可導(dǎo)致在該工藝中在水的循環(huán)中的鹽的可觀的積累。
本發(fā)明還包括造紙方法，其中白水廣泛地被再循環(huán)，即用高度的白水封閉，例如其中每生產(chǎn)1噸干燥的紙就要使用0-30噸新鮮的水，通常每噸紙使用低于20噸、適合地低于15噸、優(yōu)選低于10噸和特別是低于5噸新鮮水。在該方法中獲得的白水的再循環(huán)適合地包括使白水與纖維素纖維和/或任選的填料混合形成脫水的懸浮物；優(yōu)選地其包括在懸浮物進(jìn)入到用于脫水的成型絲網(wǎng)之前，使白水與含有纖維素纖維的懸浮物和任選的填料混合。白水能與懸浮物在引入洗漿助劑和助留劑之前、同時(shí)或之后混合?？稍谠摲椒ǖ娜魏坞A段輸入新鮮的水；例如，在使紙料與白水混合之前或之后和在輸入洗漿助劑和助留劑成分之前、同時(shí)或之后，為了形成懸浮物，它能與纖維素纖維混合，和它能與含有纖維素纖維的懸浮物混合以便稀釋，結(jié)果形成脫水懸浮物。
此外在造紙中的常規(guī)的添加劑當(dāng)然能與本發(fā)明的添加劑結(jié)合使用，例如干燥強(qiáng)度劑，濕強(qiáng)度劑，任選的增亮劑，染料，膠粘劑如松香基膠粘劑和纖維素活性的膠粘劑，例如烷基和鏈烯基乙烯酮二聚物和乙烯酮多聚物，烷基和鏈烯基琥珀酸酐等。纖維素懸浮物或紙料還能含有常規(guī)類型的無(wú)機(jī)填料，例如高嶺土，陶土，二氧化鈦，石膏，滑石和天然和合成的碳酸鈣如白堊、磨細(xì)的大理石和沉淀的碳酸鈣。
本發(fā)明的方法可用于生產(chǎn)紙。在此使用的術(shù)語(yǔ)“紙”當(dāng)然不但包括紙及其生產(chǎn)，還包括其它的含纖維素纖維的片或類似卷筒紙的產(chǎn)品，例如板和紙板，及其生產(chǎn)。該方法能用在由不同類型的含纖維素纖維的懸浮物的造紙中，并且該懸浮物應(yīng)該適當(dāng)?shù)睾邢鄬?duì)于干燥物質(zhì)的至少25重量％、優(yōu)選至少50重量％的所述纖維。所述懸浮物可以是基于纖維的，該纖維來(lái)自化學(xué)紙漿如硫酸鹽、亞硫酸鹽和organosolv紙漿，機(jī)械紙漿如熱機(jī)械紙漿、化學(xué)熱機(jī)械紙漿、精制機(jī)紙漿和來(lái)自硬木材和軟木材的細(xì)磨木漿，該懸浮物還能基于再循環(huán)的纖維，任選地來(lái)自脫墨紙漿，以及它們的混合物。所述懸浮物、紙料的pH為約3-10。適合地該pH為3.5以上和優(yōu)選為4-9。
本發(fā)明可通過(guò)下面的實(shí)施例進(jìn)一步舉例說(shuō)明，然而這些實(shí)施例并不用于限制本發(fā)明。份數(shù)和％分別涉及重量份數(shù)和重量％，并且所有的溶液都是含水的，除非另有說(shuō)明。
實(shí)施例1用氫離子飽和的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂除去含有具有比表面積約800m2/gSiO2二氧化硅顆粒的氫氧化鈉穩(wěn)定的硅溶膠中的離子。所得到的酸硅溶膠的pH為2.6，SiO2含量為9.15重量％，含有具有比表面積為820m2/gSiO2的二氧化硅顆粒和S值為約27％。
在攪拌下約20秒內(nèi)，向5000g該酸硅溶膠中加入239g的34％膽堿氫氧化物溶液，獲得SiO2與N摩爾比為11∶1的胺穩(wěn)定的含水硅溶膠。為了降低來(lái)自膽堿氫氧化物的氣味，加入5.0g苧烯。最終的氧化硅基溶膠具有的pH為10.8，SiO2含量為8.73重量％，S值為20％和含有具有比表面積為820m2/g SiO2的二氧化硅顆粒。
實(shí)施例2將具有SiO2與Na2O摩爾比為3.4的鈉水玻璃稀釋到約6重量％SiO2，用氫離子飽和的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂處理。所得到的酸硅溶膠或聚硅酸的pH為2.4，SiO2含量為5.7重量％，含有具有比表面積為1350m2/g SiO2的二氧化硅顆粒和S值為約32％。
在攪拌下2秒內(nèi)，向2000g該聚硅酸中加入120g的34％膽堿氫氧化物溶液，獲得胺穩(wěn)定的含水氧化硅基溶膠，其具有的pH為10.4，SiO2含量為5.4重量％，SiO2與N摩爾比為5.5∶1，S值為28％和含有具有比表面積為1330m2/g SiO2的二氧化硅顆粒。
實(shí)施例3用與實(shí)施例1相同的方法除去氫氧化鈉穩(wěn)定的硅溶膠中的離子，所得到的酸硅溶膠的pH為2.4，SiO2含量為9.15重量％，含有具有比表面積為850m2/g SiO2的二氧化硅顆粒。
在攪拌下2秒內(nèi)，向2000g該酸硅溶膠中加入90g的25％四甲基氫氧化銨溶液。獲得的氧化硅基溶膠的pH為10.4，SiO2含量為8.75％，SiO2與N摩爾比為12∶1，S值為19.5％和含有具有比表面積為850m2/gSiO2的二氧化硅顆粒。
實(shí)施例4用與實(shí)施例2相同的方法離子交換稀釋的鈉水玻璃。所得到的聚硅酸的pH為2.4，SiO2含量為5.8重量％，含有具有比表面積為1365m2/gSiO2的二氧化硅顆粒。
在攪拌下20秒內(nèi)，向10000g該聚硅酸中加入552g的25％四甲基氫氧化銨溶液，獲得的胺穩(wěn)定的堿性硅溶膠，其具有的SiO2含量為5.4％和SiO2與N摩爾比為6.7∶1，用超濾法把該硅溶膠濃縮為穩(wěn)定的氧化硅基溶膠，該氧化硅基溶膠的pH為10.5，SiO2含量為13.4％，S值為27％和含有具有比表面積為1140m2/g SiO2的二氧化硅顆粒。
實(shí)施例5用與實(shí)施例1相同的方法除去氫氧化鈉穩(wěn)定的硅溶膠中的離子，所得到的酸硅溶膠的pH為2.5，SiO2含量為8.7重量％，含有具有比表面積為860m2/g SiO2的二氧化硅顆粒。
在攪拌下1秒內(nèi)，向1750g該酸硅溶膠中加入70g的35％四乙基氫氧化銨溶液，獲得的胺穩(wěn)定的堿性硅溶膠的pH為10.8，SiO2含量為8.4％，SiO2與N摩爾比為15∶1，S值為21％和含有具有比表面積為930m2/gSiO2的二氧化硅顆粒。
實(shí)施例6用與實(shí)施例1相同的方法除去氫氧化鈉穩(wěn)定的硅溶膠中的離子，所得到的酸硅溶膠的pH為2.4，SiO2含量為8.9重量％，含有具有比表面積為820m2/g SiO2的二氧化硅顆粒。
在攪拌下15秒內(nèi)，向2000g該酸硅溶膠中加入214g的20％四丙基氫氧化銨溶液，獲得的含水氧化硅基溶膠的pH為10.7，SiO2含量為8.1％，SiO2與N摩爾比為14∶1，S值為24％和含有具有比表面積為820m2/gSiO2的二氧化硅顆粒。
實(shí)施例7用與實(shí)施例1相同的方法除去含有具有比表面積約800m2/g SiO2二氧化硅顆粒的氫氧化鈉穩(wěn)定的硅溶膠中的離子，所得到的酸硅溶膠的pH為2.6，SiO2含量為9.3重量％，含有具有比表面積為795m2/g SiO2的二氧化硅顆粒。
在攪拌下10秒內(nèi)，向2000g該酸硅溶膠中加入192.4g的三乙醇胺，獲得的氧化硅基溶膠的pH為9.0，SiO2含量為8.5％，SiO2與N摩爾比為2.4∶1，S值為15％和含有具有比表面積為795m2/g SiO2的二氧化硅顆粒。
實(shí)施例8在攪拌下10秒內(nèi)，根據(jù)實(shí)施例7向2000g該酸硅溶膠中加入30.1g的三乙胺，獲得的氧化硅基溶膠的pH為10.2，SiO2含量為9.15％，SiO2與N摩爾比為10.4∶1，S值為25％和含有具有比表面積為800m2/g SiO2的二氧化硅顆粒。
實(shí)施例9用與實(shí)施例1相同的方法除去氫氧化鈉穩(wěn)定的硅溶膠中的離子，所得到的酸硅溶膠的pH為2.8，SiO2含量為9.3重量％，含有具有比表面積為860m2/g SiO2的二氧化硅顆粒。
在攪拌下5秒內(nèi)，向2000g該酸硅溶膠中加入68.1g的N，N-二甲基乙醇胺，獲得的氧化硅基溶膠的pH為10.1，SiO2含量為9.0％，SiO2與N摩爾比為4∶1，S值為26％和含有具有比表面積為860m2/g SiO2的二氧化硅顆粒。
實(shí)施例10用與實(shí)施例1相同的方法除去具有比表面積約800m2/g的氫氧化鈉穩(wěn)定的硅溶膠中的離子，所得到的酸硅溶膠的pH為2.6，SiO2含量為9.1重量％，含有具有比表面積為880m2/g SiO2的二氧化硅顆粒。
在攪拌下2秒內(nèi)，向2000g該酸硅溶膠中加入103g的二乙醇胺，獲得的胺穩(wěn)定的堿性氧化硅基溶膠的pH為10.4，SiO2含量為8.65％，SiO2與N摩爾比為3∶1，S值為22％和含有具有比表面積為875m2/g SiO2的二氧化硅顆粒。
實(shí)施例11在攪拌下2秒內(nèi)，根據(jù)實(shí)施例10向2000g酸硅溶膠中加入40.4g的二乙胺，獲得的氧化硅基溶膠的pH為11.4，SiO2含量為8.92％，SiO2與N摩爾比為6.5∶1，S值為22％和含有具有比表面積為880m2/g SiO2的二氧化硅顆粒。
實(shí)施例12在攪拌下2秒內(nèi)，根據(jù)實(shí)施例10向2000g酸硅溶膠中加入32.4g的二異丙基胺，獲得的氧化硅基溶膠的pH為11.0，SiO2含量為8.95％，SiO2與N摩爾比為9.5∶1，S值為25％和含有具有比表面積為885m2/gSiO2的二氧化硅顆粒。
實(shí)施例13在攪拌下2秒內(nèi)，根據(jù)實(shí)施例10向2000g酸硅溶膠中加入32.5g的吡咯烷，獲得的氧化硅基溶膠的pH為11.1，SiO2含量為8.95％，SiO2與N摩爾比為6.6∶1，S值為25％和含有具有比表面積為880m2/g SiO2的二氧化硅顆粒。
實(shí)施例14在攪拌下2秒內(nèi)，根據(jù)實(shí)施例10向2000g的具有的pH為2.8、SiO2含量為9.3重量％和含有具有比表面積為860m2/g SiO2的二氧化硅顆粒的另一種去離子的硅溶膠中加入35.5g的二丙胺，獲得的氧化硅基溶膠的pH為10.6，SiO2含量為9.10％，SiO2與N摩爾比為8.8∶1，S值為30％和含有具有比表面積為855m2/g SiO2的二氧化硅顆粒。
實(shí)施例15根據(jù)實(shí)施例10把2000g酸硅溶膠加入到33.7g的乙醇胺中，攪拌2秒。獲得的氧化硅基溶膠的pH為10.1，SiO2含量為8.95％，SiO2與N摩爾比為5.5∶1，S值為24％和含有具有比表面積為870m2/g SiO2的二氧化硅顆粒。
實(shí)施例16在攪拌下2秒內(nèi)，根據(jù)實(shí)施例10向2000g該酸硅溶膠中加入30g的環(huán)己胺，獲得的氧化硅基溶膠的pH為10.4，SiO2含量為9.0％，SiO2與N摩爾比為10∶1，S值為24％和含有具有比表面積為880m2/g SiO2的二氧化硅顆粒。
實(shí)施例17在攪拌下2秒內(nèi)，向2000g的具有的pH為2.8、SiO2含量為9.3重量％和含有具有比表面積為860m2/g SiO2的二氧化硅顆粒的另一種去離子的硅溶膠中加入59.1g的2-甲氧基乙基胺，獲得的氧化硅基溶膠的pH為10.2，SiO2含量為9.0％，SiO2與N摩爾比為3.9∶1，S值為28％和含有具有比表面積為850m2/g SiO2的二氧化硅顆粒。
實(shí)施例18在攪拌下2秒內(nèi)，向1500g的具有的pH為2.8、SiO2含量為9.3重量％和含有具有比表面積為860m2/g SiO2的二氧化硅顆粒的另一種去離子的硅溶膠中加入到66.1g的氨基乙基乙醇胺，獲得的氧化硅基溶膠的pH為10.5，SiO2含量為9.0％，SiO2與N摩爾比為3.6∶1，S值為26％和含有具有比表面積為875m2/g SiO2的二氧化硅顆粒。
實(shí)施例19在下面的試驗(yàn)中，測(cè)試根據(jù)實(shí)施例1-18的氧化硅基溶膠的洗漿和保留性能。用購(gòu)自Akribi，瑞典的Dynamic Drainage Analyser(DDA)來(lái)評(píng)價(jià)洗漿性能，當(dāng)除去塞子并且在與有紙料存在的絲網(wǎng)的一側(cè)相對(duì)的另一側(cè)加真空時(shí)，用該儀器測(cè)量通過(guò)絲網(wǎng)排出設(shè)定體積的紙料的時(shí)間。用濁度計(jì)通過(guò)測(cè)量由排出紙料所獲得的濾液、白水的濁度來(lái)評(píng)價(jià)保留性能。
所使用的紙料是基于由60％漂白的樺木硫酸鹽和40％漂白的松木硫酸鹽組成的標(biāo)準(zhǔn)的精紙配料。把30％碳酸鈣加入紙料中作為填料，以及加入0.3g/l的Na2SO4.10H2O以增加電導(dǎo)率。紙料的pH為8.4，電導(dǎo)率為0.46mS/cm，稠度為0.29％。在該試驗(yàn)中，被測(cè)試的氧化硅基溶膠與具有取代度約為0.042的陽(yáng)離子淀粉的陽(yáng)離子聚合物結(jié)合。把所述淀粉以12千克/噸的量加入，其是以相對(duì)于干燥紙料體系的干燥淀粉計(jì)算，并且把氧化硅基溶膠以0.25、0.5和1.0千克/噸的量加入，其是以相對(duì)于干燥紙料體系的干燥二氧化硅計(jì)算。
相對(duì)于為比較的目的而使用的氧化硅基溶膠參考1和參考2來(lái)測(cè)試本發(fā)明的氧化硅基溶膠。參考1是公開(kāi)在美國(guó)專利5368833中的硅基類型，其具有的S值約為25％，SiO2含量為8％，比表面積為72m2/g含水溶膠和含有具有比表面積為900m2/g SiO2的二氧化硅顆粒，它是5％程度的用鋁表面改性的。參考2是硅溶膠，其具有的S值為36％，SiO2含量為10.0％，SiO2與Na2O摩爾比為10∶1，比表面積為88m2/g含水溶膠和含有具有比表面積為880m2/g SiO2的二氧化硅顆粒。
在折流廣口瓶中在整個(gè)試驗(yàn)中以1500rpm的速度攪拌紙料，并且按如下方式實(shí)施加入到紙料中的化學(xué)藥品i)攪拌30秒后加入陽(yáng)離子聚合物，ii)攪拌15秒后加入氧化硅基顆粒，iii)排出紙料同時(shí)自動(dòng)記錄洗漿時(shí)間。
表1表示當(dāng)使用各種用量(千克/噸(kg/t)，以SiO2和基于干燥紙料體系計(jì)算)的氧化硅基溶膠時(shí)所獲得結(jié)果。在沒(méi)有加入化學(xué)物質(zhì)時(shí)，紙料顯示出的洗漿時(shí)間為20秒，濁度為490NTU。只加入陽(yáng)離子淀粉12千克/噸，其是以相對(duì)于干燥紙料體系的干燥淀粉計(jì)算，紙料顯示出的洗漿時(shí)間為15秒，濁度為70NTU。表1氧化硅基溶膠 洗漿時(shí)間(秒) /濁度(NTU) 在SiO2用量為0.25kg/t 0.5kg/t 1.0kg/t參考1 12.20/43 10.40/408.76/37參考2 11.60/45 9.83/44 8.28/37實(shí)施例1 9.11/38 7.19/30 5.74/28實(shí)施例2 8.65/38 6.79/35 5.76/-實(shí)施例3 9.34/40 7.30/34 6.30/28實(shí)施例4 8.82/39 6.97/36 5.86/31實(shí)施例5 -/- 7.74/37 -/-實(shí)施例6 -/- 8.98/38 -/-實(shí)施例7 10.3/42 8.77/37 6.66/33實(shí)施例8 10.3/42 8.31/36 7.02/33實(shí)施例9 9.90/-8.80/- 7.90/-實(shí)施例10 10.00/- 8.21/- 7.07/-實(shí)施例11 10.00/- 8.04/- 7.28/-實(shí)施例12 9.87/-7.97/- 6.85/-實(shí)施例13 9.60/-7.85/- 6.30/-實(shí)施例14 10.70/- 8.80/- 7.80/-實(shí)施例15 10.70/- 8.80/- 7.51/-實(shí)施例16 10.30/- 8.13/- 6.75/-實(shí)施例17 10.50/- 8.80/- 7.70/-實(shí)施例18 10.60/- 9.20/- 8.20/-實(shí)施例20在下面的試驗(yàn)中，進(jìn)一步評(píng)價(jià)根據(jù)實(shí)施例3的氧化硅基溶膠的洗漿和保留性能。除了使用不同的紙料和不同的陽(yáng)離子聚合物之外，遵循實(shí)施例19的過(guò)程。
配料是基于70％纖維素纖維和30％粘土填料。所述纖維由70％漂白的熱機(jī)械紙漿、10％石細(xì)磨紙漿、10％漂白的樺木硫酸鹽和10％漂白的松木硫酸鹽紙漿組成。紙漿和填料分散在水中，稠度為1.5g/l。水中含有25g/l的來(lái)自漂白廠的含有一定量的溶解的有機(jī)干擾物質(zhì)和氯化鈣(CaCl2.10H2O)的漂白水，結(jié)果獲得的電導(dǎo)率為5mS/cm。
所述氧化硅基溶膠可與高度陽(yáng)離子的低分子量聚胺和陽(yáng)離子聚丙烯酰胺結(jié)合使用，該聚胺以0.5千克/噸的量加入，其是以相對(duì)于干燥紙料體系的干燥聚合物計(jì)算，該聚丙烯酰胺以1.0千克/噸的量加入，其是以相對(duì)于干燥紙料體系的干燥聚合物計(jì)算。把聚胺加入紙料體系，接著攪拌15秒，然后根據(jù)實(shí)施例19的過(guò)程加入陽(yáng)離子聚丙烯酰胺和氧化硅基溶膠。把氧化硅基溶膠以0.25、0.5和1.0千克/噸的量加入，其是以相對(duì)于干燥紙料體系的干燥二氧化硅計(jì)算。
表II表示當(dāng)使用各種用量(千克/噸(kg/t)，以SiO2和基于干燥紙料體系計(jì)算)的氧化硅基溶膠時(shí)所獲得結(jié)果。在沒(méi)有加入化學(xué)物質(zhì)時(shí)，紙料顯示出的洗漿時(shí)間為22秒，濁度為100NTU。只加入1千克/噸的陽(yáng)離子聚丙烯酰胺，以相對(duì)于干燥紙料體系的干燥聚合物計(jì)算，紙料顯示出的洗漿時(shí)間為16秒，濁度為55NTU。加入0.5千克/噸的陽(yáng)離子聚胺和1千克/噸的陽(yáng)離子聚丙烯酰胺，以相對(duì)于干燥紙料體系的干燥聚合物計(jì)算，紙料顯示出的洗漿時(shí)間為11秒，濁度為50NTU。表II氧化硅基溶膠 洗漿時(shí)間(秒) /濁度(NTU) 在SiO2用量為0.25kg/t 0.5kg/t 1.0kg/t參考1 12.20/48 11.00/479.90/45參考2 12.30/47 10.70/439.18/41實(shí)施例3 10.10/40 8.08/39 6.27/40實(shí)施例21將具有SiO2與Na2O比率為3.4∶1的鈉水玻璃稀釋到約6重量％SiO2，用氫離子飽和的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂處理。所得到的聚硅酸的pH為2.5，SiO2含量為5.6重量％和含有具有比表面積為1300m2/g SiO2的二氧化硅顆粒。
在攪拌下5秒內(nèi)，向5000g該聚硅酸中加入353.5g的34％膽堿氫氧化物溶液，獲得胺穩(wěn)定的堿性氧化硅基溶膠，其具有的pH為10.8，SiO2含量為5.26重量％，SiO2與N摩爾比為4.6。通過(guò)真空蒸發(fā)將該溶膠濃縮為穩(wěn)定的氧化硅基溶膠，其具有的SiO2含量為13.9重量％，S值約為30％和比表面積為169m2/g含水溶膠(在40天后測(cè)量)，并且含有具有比表面積為1215m2/g SiO2(在40天后測(cè)量)的二氧化硅顆粒。在這40天過(guò)程中粘度基本上是恒定的；最初為11.8cp，在40天后為11.0cp。
實(shí)施例22在攪拌下5秒內(nèi)，根據(jù)實(shí)施例21向5000g聚硅酸中加入347.2g的35％四乙基氫氧化銨溶液，所獲得胺穩(wěn)定的堿性氧化硅基溶膠的pH為10.8，SiO2含量為5.26重量％，SiO2與N摩爾比為5.7∶1。通過(guò)真空蒸發(fā)將該溶膠濃縮為穩(wěn)定的氧化硅基溶膠，其具有的SiO2含量為20.0重量％，粘度為9.9cp和比表面積為250m2/g含水溶膠，并且含有具有比表面積為1250m2/g SiO2的氧化硅基顆粒。在儲(chǔ)存40天后，所述溶膠顯示出的粘度為8.2cp，S值為43％和比表面積為239m2/g含水溶膠和1195m2/g SiO2。
實(shí)施例23在攪拌下5秒內(nèi)，向5000g的用類似于實(shí)施例21的方法制備的具有SiO2含量為5.1重量％的聚硅酸中加入到114g的34％二丙胺，所獲得胺穩(wěn)定的堿性氧化硅基溶膠的pH為10.8，SiO2含量為5.0重量％，SiO2與N摩爾比為3.8∶1。通過(guò)超濾法將該溶膠濃縮為穩(wěn)定的氧化硅基溶膠，其具有的SiO2含量為14.8重量％，比表面積為196m2/g含水溶膠和含有具有比表面積為1320m2/g SiO2的二氧化硅顆粒。
實(shí)施例24在攪拌下5秒內(nèi)，向5000g的用類似于實(shí)施例21的方法制備的具有SiO2含量為5.5重量％的聚硅酸中加入229.8g的氨基乙基乙醇胺，所獲得胺穩(wěn)定的堿性硅溶膠的pH為10.3，SiO2含量為5.2重量％，SiO2與N摩爾比為2∶1。通過(guò)真空蒸發(fā)將該溶膠濃縮為穩(wěn)定的氧化硅基溶膠，其具有的SiO2含量為13.6重量％和比表面積為170m2/g含水溶膠和1255m2/g SiO2。
實(shí)施例25用與實(shí)施例1相同的方法把具有SiO2含量為15重量％、S值為50％和含有具有比表面積為500m2/g SiO2的二氧化硅顆粒的氫氧化鈉穩(wěn)定的硅溶膠去離子化，獲得的酸硅溶膠的pH為2.9，SiO2含量為14.8重量％和比表面積為490m2/g SiO2。
在攪拌下5秒內(nèi)，向4000g的該酸溶膠中加入414.5g的35％的四乙基氫氧化銨溶液，所獲得胺穩(wěn)定的堿性氧化硅基溶膠的pH為12.1，SiO2含量為13.4％和SiO2與N摩爾比為10∶1。通過(guò)真空蒸發(fā)將該溶膠濃縮為穩(wěn)定的氧化硅基溶膠，其具有的SiO2含量為40％和比表面積為224m2/g含水溶膠和560m2/g SiO2。
實(shí)施例26用類似于實(shí)施例19的方法研究根據(jù)實(shí)施例21-24的氧化硅基溶膠的洗漿(脫水)和保留性能。結(jié)果列于表III中。表III氧化硅基溶膠 洗漿時(shí)間(秒) /濁度(NTU) 在SiO2用量為0.25kg/t 0.5kg/t 1.0kg/t參考1 12.1/49 10.2/43 9.1/43參考2 11.8/50 10.2/50 9.0/42實(shí)施例21 9.3/367.4/34 6.9/34實(shí)施例22 10.3/45 9.3/42 8.8/41實(shí)施例23 10.8/44 8.8/42 8.1/37實(shí)施例24 10.0/44 8.7/40 7.9/38實(shí)施例27在攪拌下向1024g的用類似于實(shí)施例21的方法制備的具有的pH為2.7和SiO2含量為5.84重量％聚硅酸中加入37.1g的75重量％膽堿氯化物溶液，獲得的SiO2與N摩爾比為5.0。攪拌下向該混合物中加入99.6g的3M氫氧化鈉。所獲得的氧化硅基溶膠的pH為11.0，SiO2含量為5.1重量％和含有具有比表面積為1010m2/g SiO2的二氧化硅顆粒。實(shí)施例28根據(jù)實(shí)施例27在攪拌下向1068g的聚硅酸中加入39g的75％膽堿氯化物溶液和99.6g的3M氫氧化鈉的混合物。所獲得的氧化硅基溶膠的pH為11.0，SiO2與N摩爾比為5.0，SiO2含量為5.2重量％和含有具有比表面積為1175m2/g SiO2的氧化硅基顆粒。
實(shí)施例29根據(jù)實(shí)施例27在攪拌下向50g的聚硅酸中加入0.9g的75％膽堿氯化物溶液，獲得的SiO2與N摩爾比為10.0。攪拌下將所獲得的混合物加入到9.5g的3M氫氧化鈉中。所獲得的氧化硅基溶膠的pH為10.0。
實(shí)施例30根據(jù)實(shí)施例27在攪拌下把50g的聚硅酸加入到0.9g的75重量％膽堿氯化物溶液和9.5g的3M氫氧化鈉的混合物中。所獲得的氧化硅基溶膠的pH為10.1，SiO2與N摩爾比為10.0和SiO2含量為4.8重量％。
實(shí)施例31根據(jù)實(shí)施例27在攪拌下向50g的聚硅酸中加入0.9g的75重量％膽堿氯化物溶液，獲得的SiO2與N摩爾比為10.0。攪拌下向該混合物中加入20.0g含有9.2重量％SiO2的水玻璃，獲得的氧化硅基溶膠的pH為10.1和SiO2含量為6.6重量％。
實(shí)施例32用類似于實(shí)施例19的方法研究根據(jù)實(shí)施例27-31的氧化硅基溶膠的洗漿(脫水)和保留性能，除了向紙料中加入氯化鈣以使電導(dǎo)率增加為2.0mS/cm和以10千克/噸的量加入陽(yáng)離子淀粉，其是以相對(duì)于干燥紙料體系的干燥淀粉計(jì)算。結(jié)果列于表IV中。表IV氧化硅基溶膠 洗漿時(shí)間(秒) /濁度(NTU) 在SiO2用量為0.5kg/t 1.0kg/t參考1 25.5/120 21.4/104實(shí)施例27 23.4/116 16.1/83實(shí)施例28 23.1/115 14.5/91實(shí)施例29 22.3/102 16.2/85實(shí)施例30 20.9/98 14.4/78實(shí)施例31 23.0/110 17.3/8權(quán)利要求
1.含水氧化硅基溶膠，其包括含氮有機(jī)化合物和比表面積至少為300m2/g的二氧化硅的氧化硅基顆粒和具有的S值為10-60％。
2.含水氧化硅基溶膠，其包括含氮有機(jī)化合物和比表面積至少為700m2/g的二氧化硅的氧化硅基顆粒。
3.比表面積至少為100m2/g的含水溶膠的含水氧化硅基溶膠，其包括含氮有機(jī)化合物和具有比表面積至少為300m2/g的二氧化硅的氧化硅基顆粒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3的含水氧化硅基溶膠，其特征在于其含有比表面積為550-1700m2/g的二氧化硅的氧化硅基顆粒。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的含水氧化硅基溶膠，其特征在于含氮有機(jī)化合物具有的分子量低于1000。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的含水氧化硅基溶膠，其特征在于其具有的S值為15-40％。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的含水氧化硅基溶膠，其特征在于其具有比表面積為150-250m2/g的含水溶膠。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的含水氧化硅基溶膠，其特征在于其具有的二氧化硅含量為10-60重量％。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的含水氧化硅基溶膠，其特征在于其具有的pH為8-13。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的含水氧化硅基溶膠，其特征在于含氮有機(jī)化合物是含有2-12個(gè)碳原子的胺。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的含水氧化硅基溶膠，其特征在于含氮有機(jī)化合物含有至少一個(gè)氧原子。
12.制備包括含氮有機(jī)化合物的含水氧化硅基溶膠的方法，其包括在含有比表面積至少為300m2/g的二氧化硅的氧化硅基顆粒的氧化硅基溶膠中混入含氮有機(jī)化合物，以達(dá)到S值為10-60％。
13.制備包括含氮有機(jī)化合物的含水氧化硅基溶膠的方法，其包括在含有比表面積至少為700m2/g的二氧化硅的氧化硅基顆粒的氧化硅基溶膠中混入含氮有機(jī)化合物。
14.制備包括含氮有機(jī)化合物的含水氧化硅基溶膠的方法，其包括在含有比表面積至少為300m2/g的二氧化硅的氧化硅基顆粒的氧化硅基溶膠中混入含氮有機(jī)化合物和濃縮所獲得的含水氧化硅基溶膠，以達(dá)到比表面積至少為100m2/g的含水溶膠。
15.根據(jù)權(quán)利要求12、13或14的方法，其特征在于含氮有機(jī)化合物具有的分子量低1000。
16.根據(jù)權(quán)利要求12、13、14或15的方法，其特征在于含水氧化硅基溶膠含有比表面積為550-1700m2/g的二氧化硅的氧化硅基顆粒。
17.根據(jù)權(quán)利要求12-16任一項(xiàng)的方法，其特征在于將所獲得的含水氧化硅基溶膠濃縮為比表面積為150-250m2/g的含水溶膠。
18.根據(jù)權(quán)利要求12-17任一項(xiàng)的方法，其特征在于含氮有機(jī)化合物是含有2-12個(gè)碳原子的胺。
19.根據(jù)權(quán)利要求12-18任一項(xiàng)的方法，其特征在于含氮有機(jī)化合物含有至少一個(gè)氧原子。
20.根據(jù)權(quán)利要求12-19任一項(xiàng)的方法所獲得的含水氧化硅基溶膠。
21.根據(jù)權(quán)利要求1-11或20任一項(xiàng)的含水氧化硅基溶膠在制備紙漿和紙中作為洗漿助劑和助留劑的用途。
22.由含有纖維素纖維的含水懸浮物和任選的填料制備紙的方法，其包括向懸浮物中加入含水氧化硅基溶膠和至少一種帶電的有機(jī)聚合物，在絲網(wǎng)上成型和排出懸浮物，其特征在于所述溶膠是包括有機(jī)含氮化合物的氧化硅基溶膠。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其特征在于所述溶膠含有比表面積至少為300m2/g的二氧化硅的氧化硅基顆粒。
24.根據(jù)權(quán)利要求22或23的方法，其特征在于所述溶膠是根據(jù)權(quán)利要求1-11或20任一項(xiàng)的含水氧化硅基溶膠。
25.根據(jù)權(quán)利要求22、23或24的方法，其特征在于帶電的有機(jī)聚合物包括陽(yáng)離子淀粉和/或陽(yáng)離子聚丙烯酰胺。
全文摘要
本發(fā)明涉及包括含氮有機(jī)化合物和比表面積至少為300m
文檔編號(hào)B01F17/16GK1413168SQ00817479
公開(kāi)日2003年4月23日 申請(qǐng)日期2000年11月29日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月20日
發(fā)明者P·格林伍德, M·O·林斯坦, H·約翰森－維斯廷 申請(qǐng)人:阿克佐諾貝爾公司