[发明专利]在硬水中稳定含二氧化硅的阴离子微粒的方法

说明书

技术领域

本发明涉及含二氧化硅的阴离子微粒在造纸中的用途。更具体地，本发明涉及使用降低硬度的添加剂来防止硬水中的微粒胶凝或沉淀的方法，以及包括含二氧化硅的阴离子微粒和降低硬度的添加剂的稳定组合物(stabilized composition)。 

发明背景 

含二氧化硅的阴离子微粒在纸制品和纸板制品的生产中用作保留步骤(retention program)和脱水步骤的一部分。在造纸工艺中，在高分子量的絮凝剂的添加时刻(addition point)之前或之后，将这些颗粒添加到含有纤维素纤维、填充剂、粘土、染料、淀粉、促凝剂、阴离子垃圾捕集剂(ATC’s)和其他添加剂的流动浆料中。在将包括含二氧化硅的阴离子微粒的产品添加到浆料之前，用工艺用水或淡水稀释该产品。此稀释可以根据体积计算且可以在约25倍到约200倍的范围内，即，一加仑含有含二氧化硅的阴离子微粒的产品可以与25加仑到200加仑的水混合。 

已知由于这样的稀释可以使得含二氧化硅的阴离子微粒胶凝或沉淀，这取决于稀释水的硬度。微粒的这种胶凝或沉淀导致降低的保留性能和脱水性能，从而要求更高的用量以及相应增大的材料成本以获得期望的性能水平。也可以中断制造以便从管道系统和稀释系统去除凝胶。稀释水质量的涨落也可以导致工艺性能的变化以及由于保留和排放的变动而导致的产品质量的变化。为了避免前述问题，制造者已经被迫进行昂贵的水处理以便在用作含二氧化硅的阴离子微粒的稀释剂之前，降低水的硬度。因此，当硬水必须用在造纸工艺中时，存在对用于稳定含二氧化硅的阴离子微粒 以抵抗胶凝或沉淀的组合物和方法的迫切的需求。 

发明概述 

本发明是当含二氧化硅的阴离子微粒与硬水混合时，稳定含二氧化硅的阴离子微粒的方法，该方法包括在硬水与含二氧化硅的阴离子微粒混合之前，向硬水中添加一种或多种降低硬度的添加剂；或者，在硬水与含二氧化硅的阴离子微粒混合之前，向含二氧化硅的阴离子微粒中添加有效稳定量的一种或多种降低硬度的试剂。 

在另一个方面，本发明是一种稳定组合物，其包括含二氧化硅的阴离子微粒和有效稳定量的一种或多种降低硬度的添加剂。 

此处描述的降低硬度的添加剂的使用允许用具有以碳酸钙计高达约1200ppm硬度的水来稀释含二氧化硅的阴离子微粒产品，而不会形成凝胶或沉淀。 

本发明的详细描述 

当微粒与硬水混合时，本发明使用无机的、有机的或聚合的降低水硬度的添加剂来稳定含二氧化硅的阴离子微粒以抵抗胶凝或沉淀。在水与微粒混合之前，可以向水中添加添加剂，或者，在微粒与水混合之前，可以向微粒中添加添加剂。 

如此处使用，“稳定”和“稳定性”意味着抑制或防止由用硬水稀释含二氧化硅的阴离子微粒产品引起的含二氧化硅的阴离子微粒的胶凝或沉淀。 

对本发明来说，水的硬度被定义为水中溶解的多价阳离子的总数。参见“The Nalco Water Handbook(Nalco水处理手册)”，编辑Frank N.Kemmer，Chp.4-1，McGraw-Hill Book Company，New York，1979。尽管最普遍的这样的阳离子是钙和镁，但是铁、锶和镁可以起作用(AWWA，1990；EPA，1986)。硬度通常被表示为碳酸钙(CaCO₃)的等价量。通常而言，根据硬度将水分类(EPA，1986)。水的硬度将以格令每加仑、毫克每升(mg/l)或百万分之几(ppm)来表示。一格令的硬度等于17.1mg/l或17.1ppm的硬度。 

降低水硬度的添加剂适于稳定在具有以碳酸钙计至少约60ppm硬度的水中的含二氧化硅的阴离子微粒，然而，当稀释水具有以碳酸钙计大于180ppm的硬度时，降低水硬度的添加剂被有利地使用。 

适合于利用本发明的添加剂而在硬水中稳定的含二氧化硅的阴离子微粒包括但不限于，胶态二氧化硅、聚硅酸盐微凝胶、胶态硅酸、铝改性的胶态二氧化硅、聚硅酸铝微凝胶、胶态硅铝酸、胶态硅铝酸盐、胶态沸石(天然存在的和合成的两种)、天然的和合成的层状硅酸盐如膨润土、蒙脱石(montmorillonite)、锂蒙脱石以及类似物。层状硅酸盐也称为“片状硅酸盐”且此处被定义为天然或合成的矿物，其中所有SiO₄四面体与其他三个共享角落，因而形成了延展的层或片。其他阴离子交联的微粒，如可从Ciba Specialty Chemicals，Basel，Switzerland获得的 CP，也将获益于本发明。