[发明专利]用于助留剂系统的合成矿物微粒

说明书

本发明涉及合成矿物。更确切地说，本发明涉及一种生产合成微粒的方法及用这样的微粒提高所制得的纸制品的质量。甚至更确切地说，本发明涉及尤其适用于造纸方法中的合成微粒，在这些造纸方法中留着、排水和纸张组织很重要。

造纸者一直探索进一步改善留着系统使最终纸制品中填料和浆粕细骨料的留着率达到最大的能力。在过去的几年里，为满足这种需要已研制出无机微粒助留剂系统。微粒留着系统有几个优点，其中包括比造纸机的纸页成形部有更高的留着水平、改善的纸张组织和更好的排水。这些优点使造纸者能制造高质量的有附加值的产品，能在更高效率水平上操作造纸方法，并能通过操作更干净的工作场所而改善环境条件。更干净的工作环境、现高的机器速度和更好质量的纸张组织使造纸者有可能节约可计成本。

对于造纸者虽然现有几种微粒系统可资利用，但在商业上基本上取得成功并现被广泛使用的只有两个系统，包括膨润土基系统和硅胶基系统。膨润土是在世界各地的矿床层中发现的一种天然生成的粘土。膨润土主要由硅铝酸盐构成，并含有少量的其它元素例如钙、镁和铁。膨润土基系统尤其适用于磨木造纸系统。硅胶基系统是很小粒径即1nm到2nm的微粒状硅石的特殊形式。这些微粒互相连接成链或网络形成称为微胶(microcel)的三维结构。硅胶系统尤其应用于不含磨木浆的纸厂。硅胶与其它微粒相比价格昂贵，故它们在磨木造纸中没有得到广泛的应用。

已发现是新的且未被现有技术预计到的是一种人造膨润土型无机微粒的生产方法及把这样的微粒进一步用于那些留着、排水、纸张组织和节约可计成本的可能性很重要的造纸方法中。

因此，本发明的一个目的是提供一种微粒助留剂系统，它能用于造纸方法中从而把填料和纸浆细骨料的留着率、排水及纸张组织达到最大。本发明的另一目的是提供一种与硅胶基系统相比能节约成本的人造膨润土型无机微粒。本发明进一步的目的是提供一种用于改善纸制品质量的方法。

本发明的这些以及其它的目的通过下面所给的进一步详细介绍将很清楚。

国际公开号WO 92/20862揭示的方法通过分别向造纸配料中加入一种阳离子聚合物和一种无定形金属硅酸盐并使添加之间充分混合而改善纸和纸制品的生产。这些组分的添加次序不十分重要，然而最佳的添加次序是在最后的高剪切成分之前添加聚合物。接着在所得混合物送进造纸机的网前箱之前加入无定形金属硅酸盐，而不使混合物经受任何进一步大的剪切。根据该发明的方法制造的产品适用于在用液体浆生产纸中提高留着率、排水、纸张组织。

U.S.Pat No.3,784,422揭示了在一种水介质中硅酸钠和硫酸铝的反应。对所得的沉淀接着进行过滤、冲洗和干燥。根据该发明的方法制造的产品适用作颜料、湿度调节剂并尤其适用作橡胶补强材料和造纸中的填料。

U.S.Pat.No.4,213,874揭示了一种制造具有提高了的离子交换性的细分散、无定形、沉淀的碱金属硅铝酸盐的方法。该发明的产品具有与已知的晶态沸石碱交换剂或吸收剂相等的碱或离子交换能力，它们适用于水软化和洗涤添加剂。

已发现是新的且未被现有技术所预料到的是一种人造膨润土型无机微粒的生产方法及把这样的微粒进一步用于那些留着率、排水、纸张组织和节约可计成本的可能性很重要的造纸方法中。

根据本发明的用作造纸中的助留剂的合成微粒是硅铝酸盐、硅磷铝酸盐和硅硼铝酸盐。

硅铝酸盐是通过溶液沉淀法，利用一种硅酸盐和一种铝(III)的可溶性盐而制备的。硅磷铝酸盐是通过溶液沉淀法，利用一种硅酸盐、一种铝(III)盐和一种磷酸盐的可溶性盐而制备的。硅硼铝酸盐是通过溶液沉淀法，利用一种硅酸盐、一种铝(III)盐和一种硼酸盐的可溶性盐而制备的。

制备本发明的合成微粒的优选方法是利用强力搅拌，在室温下把反应物混在一起的溶液沉淀法。反应物通常为从约1到约10重量百分比的水溶液。下面描述根据本发明所用的特定反应物的优选量。硅铝酸盐微粒：

根据本发明制备的硅铝酸盐微粒具有下述通式：

       M_x/n⁺ⁿ[Al_xSi_yO_2x+y]^-x·zH₂O

式中该方法可得的x和y值为从x/y＝0.4到x/y＝0.7。根据所使用的具体的造纸配料不同，x/y的最佳值可以改变。硅磷铝酸盐微粒：

根据本发明制备的硅磷铝酸盐微粒具有下述通式：