[发明专利]硅石类颗粒组合物

说明书

技术领域

本发明总体涉及形成具有活性物的硅石类组合物的方法、合成的硅石类复合材料组合物以及由其形成的溶胶。具体地，本发明涉及一种形成包含一种或多种活性物的硅石类组合物的方法。

背景技术

在造纸技术中，将称为原料的包含纤维素纤维、可选的填料和添加剂的水悬浮液注入将原料喷射在成形造纸网上的流浆箱内。通过成形造纸网将原料滤水，使纸张的湿网形成在造纸网上，进一步对纸网脱水并在造纸机的干燥部进行干燥。通常对原料引入助滤助留剂，以便促进滤水和增加细颗粒在纤维素纤维上的吸附，从而使它们与纤维一起保留在造纸网上。

为了最小化合成流出液的负载，重要的是确保用纸网自身尽可能除去大量的细粒材料和胶体材料，而不是进入下水道。因此，了解在适当位置的机理，从而细粒材料和胶体保留可达到最大程度而不会牺牲纸张质量很重要。本质上，这就是微粒效应对策的应用。虽然可以利用对策保证全部浆料成分的一次保留率，但是微粒效应，最近称为纳米微粒效应允许含纤维素料浆的再絮凝。这对纤维回收和其它添加剂提供了显著的效率改善，即便流出液的稠度不变。因此，希望纳米微粒用作助滤助留剂。

术语微粒最初应用于使用阳离子淀粉和阴离子胶体硅石的体系中。硅石类颗粒与带电有机聚合物类如阴离子和阳离子丙烯酰胺类聚合物以及阳离子和两性淀粉类结合而广泛用作助滤助留剂。美国专利第4,388,150；4,961,825；4,980,025；5,368,833；5,603,805；5,607,552；5,858,174和6,103,064号公开了这种添加剂体系。这些体系为目前使用的最高效的助滤助留剂之一。这种硅石类颗粒通常以称为溶胶的含水胶体分散体的形式提供。商业上使用的硅石类溶胶通常具有产品的约15wt％至约75wt％的二氧化硅含量。硅石类溶胶为比表面积至少30m²/g的颗粒的分散体形式。溶胶的分散颗粒由二氧化硅(SO₂)和含有无机杂质的水组成，仅举几个例子，该无机杂质例如为钾、铝、钛和铁。另外，这些参考文献教导了作为颗粒分散体的硅石类溶胶，其组合物是基于二氧化硅和含有用于改变颗粒表面电荷的添加元素如铝和/或硼的水。因此，已知的硅石类组合物(composition)包含通常更稀以改善储存稳定性并避免凝胶形成的颗粒分散体。然而，希望制造高浓度硅石的溶胶。进一步希望得到担载多种活性物且可容易改变的溶胶。

因此，本领域中需要具有提供能够起担载其它“活性物”至最终产品并提供滤水保留性能作用的硅石类溶胶的能力。优选地，这种组合物将具有增强的稳定性。能提供用于制备滤水、保留和稳定性改善的此硅石类溶胶和颗粒的方法也将是有利的。而且，需要开发制备包含多种活性物作为在含纤维素产品的形成过程中提供改良的滤水和保留的添加剂的硅石类溶胶的方法。这种活性物的一个实例为并入硅石类颗粒的荧光“活性物”，使得量子效率增加而荧光活性物的淬灭减少。如果活性物能够被担载并防护免受环境影响，则荧光活性物将不再妨碍存在于含纤维素料浆内的其它添加剂或者保留滤水添加剂的性能。因此，希望得到将荧光材料并入胶体硅石类颗粒的组合物，使得量子效率增加而荧光探针的淬灭减少。

发明内容

本发明涉及包括颗粒和复合材料的硅石类颗粒组合物的制造，由(i)硅石类反应物、活性物和需要时的表面改性剂的组合；或者(ii)通过进一步与含硅石的反应物、活性物和表面改性剂的反应以生产颗粒的水分散体的预先存在的硅石类或硅石或硼硅酸盐颗粒溶胶来制备，该颗粒具有(SiO₂)_x(OH)_yR_zS_t的通式。其中，R定义为活性物，该活性物选自标识剂类、胺类、硫醇类、环氧树脂类、有机硅氧烷类(或者有机硅烷类)、水溶性剂类、该活性物的反应产物和/或它们的组合。其中，S定义表面改性剂，该表面改性剂选自无机、聚合和有机化合物。

无机表面改性剂可包括多种化合物、铝盐类、锆盐类、钛盐类、锌盐类、铈盐类、硼盐类、锂盐类、铁盐类和它们的组合。聚合表面改性剂可包括聚胺类、聚丙烯酸酯类、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚乙烯亚胺类、聚季胺类、聚膦酸酯类、聚砜类和它们的组合。有机表面改性剂可包括羧酸类、胺类、膦酸酯类、有机硅氧烷类(或者有机硅烷类)、乙二醇类、非离子表面活性剂类、季铵类和它们的组合。在通式中，羟基与二氧化硅的重量比y/x为0.2至0.5；活性物与二氧化硅的重量比z/x为0.0001至0.20；且表面改性剂与二氧化硅的重量比t/x为0至0.5。