[发明专利]一种稳定的高比表面积硼硅溶胶的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硼硅溶胶的制备方法，特别是涉及一种以水玻璃和硼盐为原料制备稳定的高比表面积硼硅溶胶的制备方法。

背景技术

二氧化硅溶胶是指二氧化硅在水中的分散体系，它可以和阳离子淀粉组成二元微粒助留助滤体系(Compozil系统)而用于在造纸工业中作为一种优良的助留助滤剂。作为助留助滤剂它能显著改善细小纤维的留着率和纸张匀度以及提高网部的滤水性和压榨部的脱水速度。自20世纪80年开发出Compozil系统以来，由于其助留助滤效果好又适用于高速纸机，因此硅溶胶用于造纸得到迅猛发展，目前世界60％的纸机使用二氧化硅溶胶/阳离子淀粉二元体系作为助留助滤剂。

传统的离散型的二氧化硅溶胶不适于用作二元体系助留助滤剂中的微粒组分。用于造纸的二氧化硅溶胶需要的是结构型的硅溶胶，该种溶胶胶体粒径越小越好，一般小于10nm最好小于3nm，其比表面积大于270m²/g，最好要大于800m²/g，并且溶胶粒子要有一定程度的凝聚(S值＜30％)，粒子粒度分布范围较宽，带有较多的负电荷并有很好的储存稳定性能。这样的溶胶具有商业价值，可与阳离子絮凝剂共同使用，具有优异的助留助滤性能。

硅溶胶的制备的方法众多，其中使用最普遍的方法是离子交换法，该法是将水玻璃经离子交换树脂交换除去阳离子、再经增粒、浓缩等步骤制得。但是采用这种方法制得的硅溶胶粒径较大，一般大于10nm且是单分散型的，不适于用作造纸助留助滤剂使用。也有一些专利如美国纳尔科化学公司专利CN1281490C，介绍了一种比表面积为700-1100m²/g，S值20-50的硅溶胶，其浓度可达7wt％-14wt％，甚至可达15wt％及更高，但其不稳定，仅能在室温稳定保持30天左右，故不适于商业化应用。

要得到稳定的小粒径高比表面积硅溶胶常采用对纳米SiO₂粒子表面改性的方法。瑞典埃卡.诺贝尔公司专利CN1029950C“硅溶胶，生产硅溶胶的方法及硅溶胶的用途”介绍了一种硅溶胶，其制备中采用了铝改性的方法。硅溶胶由水玻璃溶液依次经过酸化、碱化、颗粒生长和铝表面改性而制得，它含有高含量的微粒凝胶，S值在8％-45％之间，铝改性程度为2-25％，比表面积在750-1000m²/g，溶胶浓度可达15％且较稳定。铝改性硅溶胶在国外已实现商品化，但铝改性硅溶胶性能还有进一步提升空间，如将比表面积应可提高到＞1000m²/g，这样其助留助滤效果更佳。

目前对硅溶胶粒子的表面稳定也采用硼盐处理的方法，利用该法改性得到的硅溶胶具有更好的助留助滤效果。专利WO99/16708报道了一种胶体硼硅酸盐的制备，其过程为1.032g/ml-1.046g/ml的稀硅酸在搅拌下加入用NaOH和硼砂溶液构成的尾料中制得，该溶胶的比表面积可达1000-1210m²/g，S值20-40，该稀硼硅酸盐胶体比表面积更大可以用于造纸助留助滤剂。但该专利产品溶胶浓度稀，不适于商品化。专利CN1259238C报道了一种硼改性硅溶胶的制备方法，其采用强酸性阳离子交换树脂酸化水玻璃后，再经碱化、熟化和超滤浓缩而制得，硼改性在强酸性阳离子交换树脂酸化水玻璃后进行，所得硅溶胶比表面积在800-1060m²/g，S值在10-45％之间，浓度可达15％以上，稳定时间6个月到1年。专利CN1259238C则报道了一种微粒造纸助留助滤剂的制备方法，该方法是将稀水玻璃经阳离子树脂酸化，再碱化、熟化、硼改性和浓缩而制得，所得硅溶胶产品的含量≥15％，平均粒径3-5nm，比表面积≥800m²/g，负电荷密度0.9-1meq/g，S值小于30％。尽管硼改性硅溶胶助留助滤效果较好，但还存在一些问题，如硼改性的硅溶胶浓缩操作麻烦时间长，改性反应不完全；储存过程中随时间的增加溶胶粒子粒径会逐渐增长，这导致比表面积逐渐下降，助留助滤效果变差，这些导致了硼改性硅溶胶目前还没能实现商品化。因此现有的硼改性硅溶胶制备技术还有待进一步改进和完善。

发明内容

本发明的目的在于解决当前硼改性硅溶胶制备的不足，提供一种适于商业应用的具有稳定的高比表面积硼硅溶胶的制备方法。

实现本发明目的的技术方案是：它包括以下步骤：