專利名稱：含二氧化硅的含水組合物和生產(chǎn)紙的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于從含有纖維素纖維的懸浮液生產(chǎn)紙的方法，所述懸浮液包括加入的至少一種陽離子有機聚合物和一種含二氧化硅的含水組合物，所述組合物含有陰離子萘磺酸鹽甲醛縮合物和陰離子二氧化硅基顆粒。本發(fā)明還涉及一種含二氧化硅的含水組合物和用于制備所述含二氧化硅的含水組合物的方法，以及所述含二氧化硅的含水組合物的用途。
背景技術：
在造紙領域中，含纖維素纖維和任選的填料和添加劑的水懸浮液被稱為紙料，將其加入流漿箱中，從而紙料被排出到成型線上。水通過成型絲網(wǎng)從紙料中排出，從而在生產(chǎn)線上形成紙的濕紙幅并脫水。然后將紙幅在造紙設備的干燥段干燥。通常在紙料中加入排水和保留助劑，以促進排水和提高微粒對纖維素纖維的吸附，由此使得它們與纖維一起保留在絲網(wǎng)上。
US4388150公開了一種造紙用的粘合劑，包括陽離子淀粉和膠態(tài)硅酸的復合物，用于生產(chǎn)強度增加的紙，并且提高了所加入的無機物和造紙粉末的保留程度。
US4750974公開了一種用于造紙的coarcervate粘合劑，其包括陽離子淀粉、陰離子高分子聚合物和分散的二氧化硅的三元組合位物。
US5368833公開了含二氧化硅溶膠的改進的二氧化硅微粒，其具有高比表面積和高微凝膠體含量。
US6083997公開了陰離子納米復合材料，其通過將高分子電解質(zhì)加入到硅酸鹽溶液中然后將其與硅酸合并制備。所述納米復合材料在造紙中顯示出保留和排水特性。
EP0418015A1公開了一種活性物上漿組合物，含有與陰離子分散劑或乳化劑結(jié)合的含水乳液。通過使用陰離子型聚丙烯酰胺、陰離子淀粉或膠態(tài)二氧化硅，可加大在上漿組合物中陰離子電荷密度。
US4443496涉及了一種方法，通過使用含有特定比例的堿金屬硅酸鹽溶液和萘磺酸鈉甲醛縮合物的制劑將硬化水泥和基底的表層改性。
US4559241涉及了一種堿金屬硅酸鹽和亞硝酸鹽的水溶液。所述溶液還可同時含有添加劑，諸如甲醛與萘磺酸鹽的縮合物。
US5595629涉及一種造紙方法，包括在料漿中加入陰離子聚合物和陽離子聚合物以增加保留和/或脫水。所述陰離子聚合物包括萘磺酸鹽的甲醛縮合物，分子量范圍在500-120000。
US6033524公開了一種方法，用于在紙生產(chǎn)過程中增加保留和紙生產(chǎn)配料中的填料成分排水，包括向配料中加入填料成分的料漿，此外還含有酚增強劑。
US4772332涉及一種熱穩(wěn)定的大塊陶土料漿，其通過將水溶性陽離子原料和高嶺粘土顏料在水存在下混合制備。
US5733414涉及一種用于從纖維素懸浮液生產(chǎn)紙的方法，包括加入水溶性的陽離子聚合物和水溶性的甲醛縮合物樹脂。
US5110414公開了一種生產(chǎn)木質(zhì)纖維材料產(chǎn)品并提高它們的強度和耐水特性的方法，高摩爾量的木質(zhì)素衍生物被加入到材料中。
能夠提供性能改進的排水和保留助劑應當是有利的。能夠提供優(yōu)良儲藏穩(wěn)定性的保留和排水助劑也是有利的。另外，提供排水和/或保留性能改進的造紙方法也是有利的。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明，出人意料地發(fā)現(xiàn)通過使用含有陰離子萘磺酸鹽甲醛縮合物和二氧化硅基顆粒的一種含二氧化硅的含水組合物可改進絲網(wǎng)上纖維素懸浮液的排水和/或保留效果。本發(fā)明能夠增加造紙機的速度，使用較低劑量的添加劑而得到相當?shù)呐潘?或保留效果，從而改進造紙方法并提高經(jīng)濟效益。
這里使用的術語″排水和保留助劑″是指一種和多種成分，當其加入到含水纖維素懸浮液中時，得到了比不加入所述一種和多種成分更好的排水和/或保留。各種類型的紙料，尤其是高含鹽量(高電導率)和高膠質(zhì)含量的紙料，通過加入本發(fā)明的組合物可得到更好的排水和保留性能。在造紙方法中，改進的排水和保留特性很重要，例如在高度白液截流的工藝中，即，再循環(huán)大量白液同時限制清水供給。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于從含有纖維素纖維和任選的填料的懸浮液生產(chǎn)紙的方法，該方法包括在懸浮液中加入至少一種陽離子有機聚合物和一種含二氧化硅的含水組合物，所述的含二氧化硅的含水組合物包括陰離子萘磺酸鹽甲醛縮合物和陰離子二氧化硅基顆粒，以二氧化硅計，所述組合物中萘磺酸鹽甲醛縮合物對二氧化硅基顆粒的重量比在0.2∶1到99∶1范圍內(nèi)，基于所述含二氧化硅的含水組合物的總重量，以二氧化硅計，所含的萘磺酸鹽甲醛縮合物和二氧化硅基顆粒的量為至少0.01wt％，條件是該組合物基本上不含有纖維素反應性的上漿劑。
還提供了一種含二氧化硅的含水組合物，其包括陰離子萘磺酸鹽甲醛縮合物和陰離子二氧化硅基顆粒，所述的陰離子二氧化硅基顆粒包括聚集的或微粒凝膠形成的二氧化硅基顆粒，以二氧化硅計，所述組合物中萘磺酸鹽甲醛縮合物對二氧化硅基顆粒的重量比在0.2∶1到99∶1范圍內(nèi)，基于所述含二氧化硅的含水組合物的總重量，以二氧化硅計，所含的萘磺酸鹽甲醛縮合物和二氧化硅基顆粒的量為至少0.01wt％，條件是該組合物基本上不含有纖維素反應性的上漿劑。
還提供了一種含二氧化硅的含水組合物，其通過混合陰離子萘磺酸鹽甲醛縮合物和含水堿穩(wěn)定的二氧化硅基溶膠得到，所述溶膠的S-值在約5直到約50％范圍內(nèi)并含有聚集的或微粒凝膠形成的二氧化硅基顆粒，基于所述含二氧化硅的含水組合物的總重量，以二氧化硅計算，所得的含二氧化硅的含水組合物含有陰離子萘磺酸鹽甲醛縮合物和陰離子二氧化硅基顆粒的量為至少0.01wt％，條件是所述組合物基本上不含有纖維素反應性的上漿劑。
還提供了一種制備含二氧化硅的含水組合物的方法，其包括在基本上無纖維素反應性上漿劑的存在下，混合陰離子萘磺酸鹽甲醛縮合物和含水堿穩(wěn)定的二氧化硅基溶膠，所述溶膠的S-值在約5直到約50％范圍內(nèi)并含有聚集的或微粒凝膠形成的二氧化硅基顆粒，得到的含二氧化硅的含水組合物中，以二氧化硅計，萘磺酸鹽甲醛縮合物對二氧化硅基顆粒的重量比在0.2∶1到99∶1范圍內(nèi)，并且，以二氧化硅計，所含陰離子萘磺酸鹽甲醛縮合物和陰離子二氧化硅基顆粒的量為至少0.01wt％。
還提供了一種制備含二氧化硅的含水組合物的方法，其包括將電導率小于20mS/cm的陰離子萘磺酸鹽甲醛縮合物水溶液與含水堿穩(wěn)定的含有二氧化硅基顆粒的溶膠混合，得到一種含二氧化硅的含水組合物，以二氧化硅計，其含有的萘磺酸鹽甲醛縮合物和二氧化硅基顆粒的量為至少0.01wt％。
還提供了一種制備含二氧化硅的含水組合物的方法，其包括將陰離子萘磺酸鹽甲醛縮合物水溶液脫鹽，將所述脫鹽的陰離子萘磺酸鹽甲醛縮合物水溶液與含水堿穩(wěn)定的含有二氧化硅基顆粒的溶膠混合，得到一種含二氧化硅的含水組合物，以二氧化硅計，其含有的萘磺酸鹽甲醛縮合物和二氧化硅基顆粒的量為至少0.01wt％。
還提供了一種制備含二氧化硅的含水組合物的方法，其包括在基本上無纖維素反應性上漿劑的存在下，混合陰離子萘磺酸鹽甲醛縮合物和含水堿穩(wěn)定的二氧化硅基溶膠，所述溶膠的S-值在約5直到約50％范圍內(nèi)并含有聚集的或微粒凝膠形成的二氧化硅基顆粒，以二氧化硅計，得到的含二氧化硅的含水組合物所含萘磺酸鹽甲醛縮合物和二氧化硅基顆粒的量為至少0.01wt％。
此外，提供了一種用根據(jù)本發(fā)明方法獲得的含二氧化硅的含水組合物。
本發(fā)明進一步涉及本發(fā)明的含二氧化硅的含水組合物的作為絮凝劑在紙漿生產(chǎn)和水凈化中的應用。
根據(jù)本發(fā)明，用于生產(chǎn)紙的方法包括在懸浮液中加入至少一種陽離子有機聚合物和一種含二氧化硅的含水組合物，所述含二氧化硅的含水組合物包括陰離子萘磺酸鹽甲醛縮合物和二氧化硅基顆粒。在此使用的術語″陰離子萘磺酸鹽甲醛縮合物″表示一類聚合物，其通過甲醛與一或多種萘磺酸或其鹽縮聚得到。
萘磺酸鹽甲醛縮合物可與堿反應，諸如堿金屬氫氧化物或堿土氫氧化物(例如氫氧化鈉)、氨或胺(例如三乙胺)，從而形成堿金屬、堿土金屬或銨反荷離子。
陰離子萘磺酸鹽甲醛縮合物具有至少約500的分子量，約1000是適合的。上限不是關鍵的，其可高達1000000，通常高達300000，高達150000是適合的，優(yōu)選高達60000。
用于根據(jù)本發(fā)明方法的所述含二氧化硅的含水組合物還包括陰離子二氧化硅基顆粒，即基于SiO2的顆粒，優(yōu)選所述顆粒通過聚合硅酸形成，包括均聚物和共聚物。任選所述的二氧化硅基顆粒可被改性以及含有其它成分，例如胺、鋁和/或硼，它們可存在于水相和/或存在于二氧化硅基顆粒中。
合適的二氧化硅基顆粒的例子包括膠態(tài)二氧化硅、膠態(tài)鋁改性的二氧化硅或硅酸鋁，以及不同類型的聚硅酸(polysilicic acid)和其混合物，它們可單獨使用或與其它種類的陰離子二氧化硅基顆粒結(jié)合使用。在本領域種，聚硅酸也被稱為聚合硅酸(polymeric silicic acid)、聚硅酸微凝膠、聚硅酸鹽和聚硅酸鹽微凝膠，所有這些均包括在在此使用的聚硅酸術語中。其中含鋁的這類化合物通常稱為聚鋁硅酸鹽和聚鋁硅酸鹽微凝膠，包括膠態(tài)的鋁改性的二氧化硅和硅酸鋁。
優(yōu)選所述陰離子二氧化硅基顆粒具有膠態(tài)粒子范圍的尺寸，即，膠態(tài)二氧化硅基顆粒。這種膠態(tài)包括顆粒足夠小從而不會受到重力的作用，同時又足夠大從而不顯示出與典型的溶液特性不符，即，平均粒度顯著小于1μm。所述陰離子二氧化硅基顆粒具有的平均粒度以低于約50納米為宜，優(yōu)選低于約20納米，更優(yōu)選約1-50納米之間，最優(yōu)選約1納米到最多約10納米。作為常規(guī)的二氧化硅化學性質(zhì)，顆粒尺寸指的是原始顆粒的平均尺寸，其可以是聚集的或非聚集的。本發(fā)明含二氧化硅的含水組合物中存在的二氧化硅基顆粒適當?shù)睾芯奂幕蛭⒘Ｄz形成的二氧化硅基顆粒，任選并通常與非聚集的、或單分散的二氧化硅基顆粒結(jié)合。
適當?shù)兀趸杌w粒具有的比表面積大于50平方米/克，優(yōu)選大于100平方米/克。比表面積可高達1700平方米/克，優(yōu)選高達1300平方米/克，通常在300-1300平方米/克，優(yōu)選500-1050平方米/克。根據(jù)Sears，Analytical Chemistry 28(1956)，12，1981-1983或美國專利No.5176891中所述的方法，可通過用NaOH滴定測定比表面積。這樣得到的面積表示顆粒的平均比表面積。
用于根據(jù)本發(fā)明方法的所述含二氧化硅的含水組合物，以二氧化硅計，陰離子萘磺酸鹽甲醛縮合物對陰離子二氧化硅基顆粒的重量比可以在0.2∶1-99∶1范圍內(nèi)，在0.2∶1-90∶1是適合的，優(yōu)選0.25∶1-85∶1。基于含二氧化硅的含水組合物的總重量，以二氧化硅計算，在含二氧化硅的含水組合物中所含的陰離子萘磺酸鹽甲醛縮合物和陰離子二氧化硅基顆粒的總重量至少為0.01wt％，以二氧化硅計算，陰離子萘磺酸鹽甲醛縮合物和陰離子二氧化硅基顆粒的濃度宜為1-45wt％，優(yōu)選2-35wt％，最優(yōu)選5-30wt％。
所述含二氧化硅的含水組合物可具有的陰離子電荷密度為至少0.1meq/g，通常所述電荷在0.1-6meq/g范圍內(nèi)，適當?shù)卦?.1-5meq/g范圍內(nèi)，優(yōu)選在0.2-4meq/g范圍內(nèi)，最優(yōu)選在0.2-3.5meq/g范圍內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的含二氧化硅的含水組合物基本上不含有纖維素反應性的上漿劑。實質(zhì)上，在所述含二氧化硅的含水組合物中存在的纖維素反應性的上漿劑小于或等于10wt％，小于5％是適合的，優(yōu)選小于1wt％。最優(yōu)選在所述含二氧化硅的含水組合物中沒有纖維素反應性的上漿劑。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案，所述含二氧化硅的含水組合物基本上不含亞硝酸鹽。實質(zhì)上，在所述含二氧化硅的含水組合物中存在的亞硝酸鹽小于或等于10wt％，小于5％是適合的，優(yōu)選小于1wt％。最優(yōu)選在含二氧化硅的含水組合物中不含纖維素反應性的上漿劑，即，所述組合物不含亞硝酸鹽。術語″亞硝酸鹽″包括所有的亞硝酸鹽，諸如銨、鋰、鉀、鈉、鈣和鎂的亞硝酸鹽。
本發(fā)明還涉及用于制備含二氧化硅的含水組合物的方法。優(yōu)選將兩種組分在一起攪拌。可將所述陰離子萘磺酸鹽甲醛縮合物加入到含有所述二氧化硅基顆粒的水溶膠中，或?qū)⒍趸杌w粒加入到萘磺酸鹽甲醛縮合物的水溶液中。在將陰離子萘磺酸鹽甲醛縮合物和二氧化硅基顆?；旌现?，可將陰離子萘磺酸鹽甲醛縮合物的水溶液脫鹽或去離子?？捎猛笣B析、膜濾法、超濾、反滲透或離子交換等方法進行脫鹽或去離子。優(yōu)選通過超濾法或透析法進行脫鹽或去離子。
要與二氧化硅基顆?；旌系乃鲫庪x子萘磺酸鹽甲醛縮合物具有上文提到的特性，在陰離子萘磺酸鹽甲醛縮合物含量10％時測定，具有的電導率小于30mS/cm，小于25mS/cm是適合的，優(yōu)選小于20mS/cm，最優(yōu)選小于15mS/cm。在陰離子萘磺酸鹽甲醛縮合物含量10％時測定，電導率為通常至少1mS/cm，至少3mS/cm是適合的，優(yōu)選5-15mS/cm。
與陰離子萘磺酸鹽甲醛縮合物混合的二氧化硅基顆粒，優(yōu)選陰離子，可具有上文所述的特性。在與陰離子萘磺酸鹽甲醛縮合物混合前，二氧化硅基顆粒包含在(優(yōu)選堿穩(wěn)定的)溶膠中是適合的。溶膠可具有5-50％范圍內(nèi)的S-值，優(yōu)選8-45％，最優(yōu)選10-30％。如Iler& Dalton在J.Phys.Chem.60(1956)，955-957所述可進行S-值的計算和測定。S-值顯示了聚集的或微粒凝膠形成的程度，較低的S-值顯示高程度的聚集。二氧化硅基顆粒適當?shù)睾芯奂幕蛭⒘Ｄz形成的二氧化硅基顆粒，任選并且通常與非聚集的或單分散的二氧化硅基顆粒結(jié)合。
二氧化硅基顆粒具有小于60的Si2O∶Na2O摩爾比，通常該摩爾比在5-60范圍內(nèi)，優(yōu)選在8-55范圍內(nèi)。
陰離子萘磺酸鹽甲醛縮合物與二氧化硅基顆?；旌?，通常的重量比在0.2∶1-99∶1范圍內(nèi)，0.2∶1-90∶1是適合的，優(yōu)選0.25∶1-85∶1。
通過任何方法制備的產(chǎn)品顯示出了改進的儲藏穩(wěn)定性，因此在儲藏時具有更好的排水和保留助劑特性。
上述方法的混合操作在實質(zhì)上適當?shù)刂袩o纖維素反應性上漿劑的存在下進行。實質(zhì)上，存在的纖維素反應性上漿劑小于或等于10wt％，小于5％是適合的，優(yōu)選小于1wt％。最優(yōu)選不存在纖維素反應性的上漿劑。
本發(fā)明還涉及用于從含有纖維素纖維的水懸浮液生產(chǎn)紙的方法。該方法包括加入陽離子有機聚合物和本發(fā)明的含二氧化硅的含水組合物。根據(jù)本發(fā)明，陽離子有機聚合物可以是直鏈的、支鏈的或交聯(lián)的。優(yōu)選陽離子聚合物是水可溶性的和水可分散性的。
合適的陽離子聚合物的例子包括合成的有機聚合物，例如分步增長的聚合物和鏈式增長的聚合物以及來源于天然源的聚合物，例如多糖。
合適的陽離子合成有機聚合物的例子包括乙烯基加成聚合物(諸如基于丙烯酸酯和丙烯酰胺的聚合物)，以及陽離子聚(二烯丙基二甲氯化銨)、陽離子聚乙烯亞胺、陽離子多胺、聚酰氨基胺和乙烯基酰胺基的聚合物、三聚氰胺甲醛和脲甲醛樹脂。
合適的多糖的例子包括淀粉、瓜爾豆樹膠、纖維素、殼多糖、脫乙酰殼多糖、聚糖、半乳聚糖、葡萄糖、黃原膠、果膠、甘露聚糖、糊精，優(yōu)選淀粉以及瓜爾豆樹膠。
合適的淀粉的例子包括馬鈴薯淀粉、玉米淀粉、小麥淀粉、木薯淀粉、稻米淀粉、蠟質(zhì)玉米淀粉、大麥淀粉、等等。
根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選使用陽離子淀粉和陽離子丙烯酰胺基的聚合物，并且它們可以單獨使用，彼此結(jié)合使用，或與其它聚合物一起使用，特別優(yōu)選陽離子淀粉和陽離子丙烯酰胺基的具有至少一個芳基的聚合物。
陽離子有機聚合物可具有一個或多個連接其上的疏水基。疏水基可以是芳基、包括芳基和非芳基的基團，優(yōu)選疏水基含有芳基。疏水基可連接到雜原子上，例如氮或氧原子，氮任選帶有電荷，所述的雜原子接著可連接到聚合物骨架上，例如通過原子鏈連接。疏水基可具有的碳原子為至少2個，通常至少3個，3-12個是適合的，優(yōu)選4-8個。疏水基為烴鏈是適合的。
在體系中陽離子聚合物的合適劑量基于干紙漿和任選的填料以干物質(zhì)計算，為0.01-50公斤/噸(公斤/公噸，″噸″)，優(yōu)選從0.1-30公斤/噸，最優(yōu)選1-15公斤/噸。
在體系中，上述定義的含二氧化硅的含水組合物的合適劑量基于干紙漿和任選的填料以干物質(zhì)計算，作為具有陰離子萘磺酸鹽甲醛縮合物和陰離子二氧化硅基顆粒計算，為0.01-15公斤/噸，優(yōu)選從0.01-10公斤/噸，最優(yōu)選0.05-5公斤/噸。
可以將適合的常規(guī)類型的礦物填料加入到根據(jù)本發(fā)明的含水纖維素懸浮液中。合適的填料的例子包括高嶺土、陶土、二氧化鈦、石膏、滑石和天然的和合成的碳酸鈣，諸如白堊、粉碎的大理石和沉淀碳酸鈣(PCC)。
其它在造紙中常規(guī)的添加劑當然可與根據(jù)本發(fā)明的化學制品聯(lián)合使用，例如陰離子雜質(zhì)捕獲劑(ATC)、濕強度劑、干強度劑、熒光增白劑、染料、鋁化合物等。合適的鋁化合物的例子包括明礬、鋁酸鹽、氯化鋁、硝酸鋁和聚合氯化鋁化合物，如聚氯化鋁、聚合氯化鋁硫酸鹽、含有氯化物和/或硫酸鹽離子的聚合氯化鋁化合物、聚合氯化鋁硅酸鹽硫酸鹽和其混合物。聚合氯化鋁化合物相磯含有除了氯離子以外的其它陰離子，例如硫酸、磷酸和諸如檸檬酸和草酸的有機酸的陰離子。當在所述的方法中使用鋁化合物時，通常優(yōu)選在聚合物成分和微米-和納米顆粒材料之前加入到紙料中。合適的含鋁化合物的添加濃度，基于干紙漿和任選的填料以Al2O3計算，為至少0.001公斤/噸，優(yōu)選0.01-5公斤/噸，更優(yōu)選0.05-1公斤/噸。
合適的陰離子雜質(zhì)捕捉劑的例子包括陽離子多胺、季銨類聚合物或共聚物或含鋁化合物。
本發(fā)明的方法用于生產(chǎn)紙。在此使用的術語″紙″不僅包括紙和其生產(chǎn)，并且包括其它幅狀產(chǎn)品，例如紙板和紙板以及其生產(chǎn)。本發(fā)明特別用于生產(chǎn)克數(shù)在150g/m2以下的紙，優(yōu)選克數(shù)在100g/m2以下，例如高級紙、報紙、輕質(zhì)涂料紙、強度砑光紙和薄紙。
該方法可用于由各種類型的含木材和不含木材的紙料生產(chǎn)紙。含纖維素纖維和懸浮液的不同類型的懸浮液應適當?shù)睾兄辽?5wt％、優(yōu)選至少50wt％基于干物質(zhì)的這類纖維。該所述的懸浮液含有的纖維來自含木材的化學紙漿，如硫酸鹽紙漿、亞硫酸鹽紙漿和有機溶劑紙漿，和來自機械木漿，諸如加熱機械紙漿、化學-加熱機械紙漿、精研機漿料和和磨木漿，所述木漿用硬木和軟木制造，另外還可以再生纖維為基礎，任選再生纖維來自脫油墨漿料，以及上述漿料的混合物。優(yōu)選紙料是含木材的紙料，其具有高含鹽量并因此具有高電導率。
根據(jù)該本發(fā)明的化學制品可用常規(guī)方法并以任何順序加入到所述含水纖維素懸浮液中或紙料中。通常優(yōu)選在加入含二氧化硅的含水組合物之前將陽離子聚合物加入到紙料中，即使相反的加料順序也是可以采用的。更優(yōu)選在剪切階段之前加入陽離子聚合物，所述的剪切階段可選自泵送、混合、清除等，然后在剪切階段之后加入含二氧化硅的含水組合物。
含二氧化硅的含水組合物可作為絮凝劑用于飲用水生產(chǎn)的水處理或用于例如湖泊的環(huán)境水凈化處理中。該組合物還可以作為絮凝劑用于廢水或廢棄淤泥的處理。
在下述實施例中進一步說明本發(fā)明，這些實施例不對本發(fā)明構(gòu)成限制。除非另有說明，份數(shù)和％分別指重量份和wt％，所有的溶液是指水溶液。單位為公制的。
實施例1根據(jù)本發(fā)明的含二氧化硅的含水組合物的測試樣品通過將萘磺酸鹽甲醛縮合物(NSF)水溶液與含有二氧化硅基顆粒的硅溶膠在不同劑量下混合并進行適中攪拌制備。參考樣品也在相同條件下制備，作為測試樣品。NSF的一個樣品進行超濾，得到的產(chǎn)品(NSF I)具有12wt％的濃度，該樣品稀釋至5wt％的濃度，具有電導率12mS/cm。NSF的另一個樣品進行滲析，得到的產(chǎn)品(NSF II)具有12wt％的濃度，該樣品稀釋至5wt％的濃度，具有電導率12mS/cm。NSF的未處理樣品(NSFIII)被稀釋到濃度5wt％，具有電導率25mS/cm。在實施例中，所有的電導率在NSF為10wt％濃度下測定。在下述實施例中使用的二氧化硅均在下表1中定義。
表1
實施例2在如下的實施例中，萘磺酸鹽甲醛縮合物的測試樣品和二氧化硅基顆粒以不同的劑量加入到測試紙料中，作為排水劑對組合物的特性進行評價。通過購自瑞典Akribi的動態(tài)排水分析儀(DDA)評價排水特性。當除去封堵并且在與存在紙料的一側(cè)相對的一側(cè)施加真空時，DDA對給定體積的紙料通過絲網(wǎng)的時間進行測定。
在該實施例中，在根據(jù)本發(fā)明的含二氧化硅的含水組合物或陰離子對照物加入前，在紙料中加入陽離子聚合物。
用不同比例的NSF II和二氧化硅I混合物制備試驗樣品，其在測試紙料上測試，所述的測試紙料時含木材的紙料，具有pH 7.6，電導率5.0mS/cm，稠度1.43g/l。在整個測試中，該紙料以1500rpm的速度在有柵板缸中攪拌。
在試驗中，20kg/t(20公斤/公噸)的陽離子淀粉(C1)是通過天然馬鈴薯淀粉與3-氯-2-羥丙基二甲基芐基氯化銨的quarternisation得到的含氮量0.5％的陽離子馬鈴薯淀粉，將其加入到紙料中，攪拌30秒后，加入陰離子混合物，然后在排水前攪拌15秒。
作為參考，使用二氧化硅I。在測試前，將所有樣品稀釋到0.5％固體。比例和結(jié)果總結(jié)于表2。
表2
實施例3用NSF II和二氧化硅II制備測試樣品。作為參考，使用二氧化硅II。在評價排水之前，將所有樣品稀釋到0.5％固體，評價與實施例2相同的方式進行，在相同的紙料中使用20kg/t的C1。比例和結(jié)果總結(jié)于表3。
表3
實施例4用NSF I和二氧化硅I制備測試樣品。二氧化硅I是用作參考。樣品稀釋到0.5％固體，如實施例1進行排水測試。向測試紙料中加入20kg/t的C1。該紙料是含木材紙料，電導率為5.0mS/cm，稠度1.52克/升，pH＝7.8。比例和脫水時間總結(jié)于表4。
表4
實施例5用NSF I和二氧化硅I制備測試樣品。二氧化硅I用作參考。制備操作與上述實施例相同。含木材紙料的電導率僅為0.5mS/cm。在所有測試中，C1的量為30公斤/噸。單獨加入陽離子淀粉的濾水時間為22秒。比例和脫水時間總結(jié)于表5。
表5
實施例6用NSF I和二氧化硅I制備測試樣品。作為參考，使用二氧化硅I。紙料是含木材的紙料，電導率為5.0mS/cm，稠度為1.52g/L，pH＝7.8。在測試開始時，向所述紙料中加入3kg/t的陽離子型聚丙烯酰胺(C-PAM)，其通過丙烯酰胺(90mol％)和酰氧基乙基二甲基芐基氯化銨(10mol％)聚合制備，具有分子量約6000000。攪拌30秒后，加入NSF I和二氧化硅I的組合物，隨后在排水之前攪拌15秒。在加入所述紙料之前，將NSF I和二氧化硅I組合物稀釋到0.5％固體，將C-PAM稀釋到0.1％固體。比例和脫水時間總結(jié)于表6。
表6
實施例7制備NSF III和二氧化硅I組合物測試樣品和NSF III和二氧化硅III組合物測試樣品。在電導率5.0mS/cm的高電導率紙料中，如上述實施例進行樣品的排水評價。C1以20公斤/噸的量加入到紙料中。比例和脫水時間總結(jié)于表7。
表7
結(jié)果表明，根據(jù)本發(fā)明的含二氧化硅的含水組合物具有改進的排水特性。
實施例8制備NSF I和二氧化硅I組合物測試樣品和NSF III和二氧化硅III組合物測試樣品。使用二氧化硅I和二氧化硅III作為參考。在電導率5.0mS/cm的高電導率紙料中，如上述實施例進行樣品的排水評價。C1以20公斤/噸的量加入到紙料中。脫水時間總結(jié)于表8。
表8
結(jié)果表明，根據(jù)本發(fā)明的含二氧化硅的含水組合物具有改進的排水特性。
實施例9Mw從約10000000-20000000、含有約30mol％陰離子基團、轉(zhuǎn)化為油包水乳劑形式的高分子量陰離子型聚丙烯酰胺(A-PAM)用水稀釋到濃度0.1％。A-PAM與0.1％的二氧化硅I以三個不同的A-PAM對二氧化硅I比例2∶1、1∶1和0.5∶1混合。通過在攪拌下將稀釋<p>PM-5000C是顏料油墨，PM-950C是水溶性染料油墨。
將這些油墨中的每一種都填充到噴墨打印機PM-950C(Seiko EpsonCorporation生產(chǎn))的品紅油墨或淡品紅油墨管中，使用用于其他顏色的PM-950C的油墨打印密度不同的各種彩色圖像。打印圖像的圖像接收片是Fuji Photo Film Co.，Ltd生產(chǎn)的噴墨紙張Photo Gloss Paper EX。對得到的圖像進行油墨噴射性能和圖像牢固度的評價。
(評價試驗)1)噴射穩(wěn)定性用實施例1所述的方法進行試驗。
2)圖像保存性能用實施例1所述的方法進行試驗。
3)圖像在高密度區(qū)域中的透明性在評價圖像模糊性時，圖像在高密度區(qū)域中的透明性是作為與模糊性相關的性能進行評價的。即，通過評價染料將樣品劃分為A-C(A良好，B一般，C差)。
得到的結(jié)果示于下表D。
表D
從表D的結(jié)果可以看出使用本發(fā)明的其中將兩種油墨分為淡品紅油墨和品紅油墨的油墨組的系統(tǒng)能夠滿足噴射穩(wěn)定性，并且在圖像牢固度和透明性方面超過對比例(更具體地說，本發(fā)明的4號樣品與對比例的3號對應樣品相比，具有優(yōu)異的光固性和透明性，本發(fā)明的5和6號樣品與對比例的2號對應樣品相比，具有優(yōu)異的透明性，6號樣品與1號<p>實施例10測定不同的NSF和二氧化硅混合物的儲藏穩(wěn)定性。NSF樣品是使用超濾法(NSF I)脫鹽的，在與二氧化硅混合形成含水組合物之前，在10wt％固體測定的電導率為12mS/cm。未處理的NSF III與二氧化硅混合作為對照。所有得到的含水組合物和參考樣品根據(jù)下述操作儲藏在冷藏室中儲存9周；然后在40攝氏度的烘箱中儲存3周；在60攝氏度的烘箱儲存1周；和在80攝氏度儲存6周。
總存儲時間為20周。測試樣品的存儲時間總結(jié)于表10。
表10
沒有凝膠形成的樣品比有凝膠形成的樣品穩(wěn)定性更好，它們甚至沒有顯示出稠度的增加。
實施例11制備NSF III/二氧化硅I混合物測試樣品和NSF III/二氧化硅III混合物測試樣品。作為參考，使用二氧化硅III。在電導率5.0mS/cm的高電導率紙料中，進行樣品的DDA評價。C1以20公斤/噸的量加入到紙料中。脫水時間總結(jié)于表11。
表11
結(jié)果表明含有二氧化硅I的混合物與含有二氧化硅III的混合物相比，具有改進的脫水時間。二氧化硅I是一種堿穩(wěn)定的硅溶膠。
權利要求
1.一種用于從含有纖維素纖維和任選的填料的懸浮液生產(chǎn)紙的方法，該方法包括在懸浮液中加入至少一種陽離子有機聚合物和一種含二氧化硅的含水組合物，所述含二氧化硅的含水組合物包括陰離子萘磺酸鹽甲醛縮合物和陰離子二氧化硅基顆粒，以二氧化硅計，所述組合物中萘磺酸鹽甲醛縮合物對二氧化硅基顆粒的重量比在0.2∶1-99∶1范圍內(nèi)，基于所述含二氧化硅的含水組合物的總重量，以二氧化硅計，所含的萘磺酸鹽甲醛縮合物和二氧化硅基顆粒的量為至少0.01wt％，條件是該組合物基本上不含有纖維素反應性的上漿劑。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其中陰離子二氧化硅基顆粒含有聚集的或微粒凝膠形成的二氧化硅基顆粒。
3.根據(jù)權利要求1或2的方法，其中陰離子萘磺酸鹽甲醛縮合物具有小于20mS/cm的電導率。
4.根據(jù)權利要求3的方法，其中陰離子萘磺酸鹽甲醛縮合物具有小于15mS/cm的電導率。
5.根據(jù)任何前述權利要求的方法，其中含二氧化硅的含水組合物，以二氧化硅計，所含萘磺酸鹽甲醛縮合物對二氧化硅基顆粒的重量比為0.2∶1-90∶1。
6.根據(jù)任何前述權利要求的方法，其中陰離子二氧化硅基顆粒具有300-1300平方米/克范圍內(nèi)的比表面積。
7.根據(jù)任何前述權利要求的方法，其中陽離子有機聚合物為陽離子淀粉或陽離子型聚丙烯酰胺。
8.根據(jù)任何前述權利要求的方法，其中陽離子有機聚合物具有至少一個芳基。
9.根據(jù)任何權利要求1-8的含二氧化硅的含水組合物的用途，其作為絮凝劑用于紙漿和紙的生產(chǎn)和水凈化。
10.一種含二氧化硅的含水組合物，其包括陰離子萘磺酸鹽甲醛縮合物和陰離子二氧化硅基顆粒，所述的陰離子二氧化硅基顆粒包括聚集的或微粒凝膠形成的二氧化硅基顆粒，以二氧化硅計，所述組合物中萘磺酸鹽甲醛縮合物對二氧化硅基顆粒的重量比在0.2∶1到99∶1范圍內(nèi)，基于所述含二氧化硅的含水組合物的總重量，以二氧化硅計，所含的萘磺酸鹽甲醛縮合物和二氧化硅基顆粒的量為至少0.01wt％，條件是該組合物基本上不含有纖維素反應性的上漿劑。
11.一種含二氧化硅的含水組合物，其通過混合陰離子萘磺酸鹽甲醛縮合物和含水堿穩(wěn)定的二氧化硅基溶膠得到，所述溶膠的S-值在約5直到約50％范圍內(nèi)并含有聚集的或微粒凝膠形成的二氧化硅基顆粒，基于所述含二氧化硅的含水組合物的總重量，以二氧化硅計算，所得的含二氧化硅的含水組合物含有陰離子萘磺酸鹽甲醛縮合物和陰離子二氧化硅基顆粒的量為至少0.01wt％，條件是所述組合物基本上不含有纖維素反應性的上漿劑。
12.根據(jù)權利要求10或11的含二氧化硅的含水組合物，其中陰離子萘磺酸鹽甲醛縮合物具有小于15mS/cm的電導率。
13.根據(jù)權利要求10或11的方法，其中含二氧化硅的含水組合物，以二氧化硅計，所含陰離子萘磺酸鹽甲醛縮合物對陰離子二氧化硅基顆粒的重量比為0.2∶1-90∶1。
14.根據(jù)權利要求10或11的含二氧化硅的含水組合物，其中二氧化硅基顆粒具有300-1300平方米/克的比表面積。
15.一種制備含二氧化硅的含水組合物的方法，其包括在基本上無纖維素反應性上漿劑的存在下，混合陰離子萘磺酸鹽甲醛縮合物和含水堿穩(wěn)定的二氧化硅基溶膠，所述溶膠的S-值在約5直到約50％范圍內(nèi)并含有聚集的或微粒凝膠形成的二氧化硅基顆粒，得到的含二氧化硅的含水組合物中，以二氧化硅計，萘磺酸鹽甲醛縮合物對二氧化硅基顆粒的重量比在0.2∶1到99∶1范圍內(nèi)，并且，以二氧化硅計，所含陰離子萘磺酸鹽甲醛縮合物和陰離子二氧化硅基顆粒的量為至少0.01wt％。
16.一種制備含二氧化硅的含水組合物的方法，其包括將電導率小于20mS/cm的陰離子萘磺酸鹽甲醛縮合物水溶液與含水堿穩(wěn)定的含有二氧化硅基顆粒的溶膠混合，得到一種含二氧化硅的含水組合物，以二氧化硅計，其含有的萘磺酸鹽甲醛縮合物和二氧化硅基顆粒的量為至少0.01wt％。
17.一種制備含二氧化硅的含水組合物的方法，其包括將陰離子萘磺酸鹽甲醛縮合物水溶液脫鹽，將所述脫鹽的陰離子萘磺酸鹽甲醛縮合物水溶液與含水堿穩(wěn)定的含有二氧化硅基顆粒的溶膠混合，得到一種含二氧化硅的含水組合物，以二氧化硅計，其含有的萘磺酸鹽甲醛縮合物和二氧化硅基顆粒的量為至少0.01wt％。
18.一種制備含二氧化硅的含水組合物的方法，其包括在基本上無纖維素反應性上漿劑的存在下，混合陰離子萘磺酸鹽甲醛縮合物和含水堿穩(wěn)定的二氧化硅基溶膠，所述溶膠的S-值在約5直到約50％范圍內(nèi)并含有聚集的或微粒凝膠形成的二氧化硅基顆粒，以二氧化硅計，得到的含二氧化硅的含水組合物所含萘磺酸鹽甲醛縮合物和二氧化硅基顆粒的量為至少0.01wt％。
19.根據(jù)權利要求15、16、17或18的方法，其中陰離子萘磺酸鹽甲醛縮合物具有小于15mS/cm的電導率。
20.根據(jù)權利要求15、16、17或18的方法，其中以二氧化硅計，所含陰離子萘磺酸鹽甲醛縮合物對陰離子二氧化硅基顆粒的重量比為0.2∶1-90∶1。
21.根據(jù)權利要求15、16、17或18的方法，其中二氧化硅基顆粒具有300到1300平方米/克范圍內(nèi)的比表面積。
22.根據(jù)權利要求16或17的方法，其中與陰離子萘磺酸鹽甲醛縮合物混合之前，溶膠具有的S-值在5-50％范圍內(nèi)。
23.根據(jù)權利要求15、16、17或18的方法，其中與陰離子萘磺酸鹽甲醛縮合物混合之前，溶膠具有的S-值在8-45％范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種方法，用于從含有纖維素纖維和任選的填料的懸浮液生產(chǎn)紙，該方法包括在懸浮液中加入至少一種陽離子有機聚合物和一種含二氧化硅的含水組合物，所述的含二氧化硅的含水組合物包括陰離子萘磺酸鹽甲醛縮合物和陰離子二氧化硅基顆粒，以二氧化硅計，所述組合物中萘磺酸鹽甲醛縮合物對二氧化硅基顆粒的重量比在0.2∶1到99∶1范圍內(nèi)，基于所述含二氧化硅的含水組合物的總重量，以二氧化硅計，所含的萘磺酸鹽甲醛縮合物和二氧化硅基顆粒的量為至少0.01wt％，條件是該組合物基本上不含有纖維素反應性的上漿劑。本發(fā)明還包括一種含二氧化硅的含水組合物和用于制備的含二氧化硅的含水組合物的方法。
文檔編號D21H17/29GK1633533SQ02825886
公開日2005年6月29日 申請日期2002年12月20日 優(yōu)先權日2001年12月21日
發(fā)明者J·奈安德爾, H·約翰森－維斯廷, J·諾丁, A·V·帕爾 申請人:阿克佐諾貝爾公司