[发明专利]二氧化硅溶胶

说明书

发明领域

本发明涉及二氧化硅溶胶及其制备和用途。本发明提供了在造纸中适用作絮凝剂，特别是助滤和助留剂的二氧化硅溶胶。

发明背景

在造纸领域中，将包含纤维素纤维以及任选的填料和添加剂的含水悬浮液供入将纤维素悬浮液喷于成形网上的流浆箱中。从纤维素悬浮液中排出水以提供湿纸幅，所述湿纸幅在造纸机的干燥段中进一步脱水并干燥。通常将助滤和助留剂引入纤维素悬浮液中以利于排水并提高细粒在纤维素纤维上的吸附以使其随纤维保留。

二氧化硅溶胶广泛用作助滤和助留剂，通常与带电荷的有机聚合物组合使用。此类添加剂体系目前最有效用于造纸工业中。本领域已知的二氧化硅溶胶的实例包括美国专利号4,388,150和6,372,806以及国际专利申请公开号91/07350、91/07351、94/05596、98/30753、98/56715、00/66491、00/66492、2005/097678、2005/100241、2008/150230和2010/006994公开的那些。

理想的是提供在纸和板的制备中具有改善的滤水和保留性能的二氧化硅溶胶。还理想的是提供制备该二氧化硅溶胶的方法。还理想的是提供制备具有改善的滤水和保留性能的纸和板的方法。

发明概述

本发明总体涉及pH为约10以上、SiO₂:M₂O摩尔比(其中M为碱金属)为约6-约16、可溶性二氧化硅的浓度为约3000mg SiO₂/l以上和S值为约18-约40％的二氧化硅溶胶。

本发明还涉及制备二氧化硅溶胶的方法，所述方法包括：

(a)将碱金属硅酸盐水溶液酸化至pH 1-4以形成酸溶胶，

(b)通过加入碱金属硅酸盐水溶液将酸溶胶碱化获得中间体溶胶，且当中间体溶胶达到pH为约5-约8时中止加入碱金属硅酸盐水溶液，

(c)在不加入碱金属硅酸盐水溶液的情况下，搅拌中间体溶胶约10-约6000秒的时间，

(d)通过加入碱金属硅酸盐水溶液将中间体溶胶碱化获得pH为约10以上和SiO₂:M₂O摩尔比(其中M为碱金属)为约6:1-约16:1的二氧化硅溶胶，和

(e)任选将铝化合物加入酸溶胶、中间体溶胶或二氧化硅溶胶中。

本发明还涉及可通过本发明方法获得的二氧化硅溶胶。

本发明还涉及本发明二氧化硅溶胶在水净化中作为絮凝剂以及在纸和板制备中作为助滤和助留剂的用途。

本发明总体还涉及制备纸和板的方法，所述方法包括：

(i)提供包含纤维素纤维的含水悬浮液；

(ii)向悬浮液加入一种或多种包含本发明二氧化硅溶胶的助滤和助留剂；和

(iii)使所得悬浮液脱水以提供纸或板的片或幅。

发明详述

根据本发明，提供了二氧化硅溶胶，本文也称作“溶胶”、“二氧化硅颗粒的溶胶”或“包含二氧化硅颗粒的溶胶”，其适用作絮凝剂，例如在造纸和水净化中，特别是在造纸中作为助滤和助留剂。本文所用的术语“助滤和助留剂”指一种或多种添加剂，当将其加入含水纤维素悬浮液中时，得到比没有加入所述一种或多种添加剂时所得的更好的滤水和/或保留。

当在纸和板的制备中用作添加剂时，本发明二氧化硅溶胶提供了几个改进，特别是当从具有低电导率和/或阳离子需求量的纤维素悬浮液制备纸和板时。此类纤维素悬浮液常用于从化学纸浆和再循环纤维纸浆制备纸和板，例如在非综合纸和板工厂和使用大量再循环纤维的工厂中。使用根据本发明的二氧化硅溶胶使得可提高滤水(脱水)和保留，降低在干燥工段中的蒸汽消耗和/或提高纸和板制造机的速度，使用更少量添加剂以获得相应滤水和保留效果，和改善纸和板形成，由此导致制备纸和板的改善方法、制备的纸和板的改善品质以及经济效益。本发明二氧化硅溶胶也表现出改善的稳定性，特别是当用水稀释时，以及对沉淀、聚集和胶凝的改善稳定性。本发明在此提供了就二氧化硅溶胶的应用和用途而言的益处。

优选根据本发明的溶胶为含水的。溶胶包含二氧化硅颗粒，即二氧化硅或SiO₂的颗粒或基于二氧化硅或SiO₂的颗粒，其优选为阴离子的且优选为胶态的，即在粒度的胶态范围内。这种含水分散体一般称作溶胶。优选二氧化硅颗粒通过含硅化合物如硅酸和硅酸盐的缩聚制备。其它元素或组分也可存在于溶胶的水相和/或二氧化硅颗粒中。这些元素或组分可作为杂质或故意引入或改性的结果存在。