專利名稱：金屬硅酸鹽、纖維素產(chǎn)品及其工藝的制作方法
發(fā)明背景1、發(fā)明領(lǐng)域
本發(fā)明涉及水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物，如含至少一種二價(jià)金屬的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物。本發(fā)明還涉及制備水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的方法。本發(fā)明進(jìn)一步涉及使用水溶性硅酸鹽復(fù)合物的廢水處理方法。本發(fā)明還涉及制備纖維素產(chǎn)品，如紙產(chǎn)品的方法，該方法包括將至少一種水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物加到纖維素淤漿，如紙淤漿中。類似地，本發(fā)明涉及制備纖維素產(chǎn)品的方法，該方法包括將至少一種水溶性金屬硅酸鹽，如一價(jià)陽(yáng)離子硅酸鹽加到纖維素淤漿中以便在纖維素淤漿中形成水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物。本發(fā)明還涉及含水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的纖維素產(chǎn)品，如紙產(chǎn)品。背景技術(shù)：
纖維素產(chǎn)品，如紙板，薄綿紙，書寫紙等在傳統(tǒng)上通過(guò)形成纖維素木纖維的含水淤漿來(lái)制備，該淤漿可以含有無(wú)機(jī)礦物增量劑或顏料。含水淤漿沉積在移動(dòng)地網(wǎng)或織物上以有利于纖維素基質(zhì)的形成。然后將纖維素基質(zhì)排水，干燥，和壓縮成最終的纖維素產(chǎn)品。然而，在排水過(guò)程中，所需的固體纖維，固體細(xì)粒和其它固體通常與水一起被除去。在這方面，固體細(xì)粒包括非常短的紙漿纖維或纖維碎片和射線晶粒(ray cells)。固體細(xì)粒也包括在紙張形成過(guò)程中可以透過(guò)織物的顏料，填料和其它非纖維添加劑。此外，在排水過(guò)程中，不希望有的水常常保留在纖維素基質(zhì)中。所需固體的去除和不需要的水的保留不利地影響了紙張形成，因此產(chǎn)生了低質(zhì)量的纖維素產(chǎn)品。此外，所需固體的損失給纖維素產(chǎn)品生產(chǎn)商造成了浪費(fèi)和增加了開支。
結(jié)果，造紙工業(yè)不斷地爭(zhēng)取提供改進(jìn)紙質(zhì)量、增加生產(chǎn)率和減少生產(chǎn)成本的造紙方法。通常在進(jìn)入造紙網(wǎng)或織物之前將化學(xué)品加到纖維淤漿中以改進(jìn)排水/脫水和保留。這些化學(xué)品被稱為排水和/或保留助劑。在造紙中已經(jīng)嘗試了添加各種排水和/或保留助劑如硅酸鹽，硅石膠體，微凝膠和膨潤(rùn)土。
造紙助留劑增加了細(xì)固體供料在排水和形成紙幅的紊流過(guò)程中的保留率。如果細(xì)固體沒(méi)有充分保留，它們要么隨工藝排放物損失，要么在再循環(huán)白水環(huán)路中積累到高水平，引起潛在的沉積物增加和損害造紙機(jī)排水設(shè)備。另外，細(xì)固體的保留不充分由于損失了用于吸附在纖維上以提供各自的紙不透明度、強(qiáng)度或施膠性能的添加劑，從而增加了造紙商的成本
例如，U.S.專利No.5,194,120(Peats等人)公開了將陽(yáng)離子聚合物和無(wú)定形金屬硅酸鹽材料加到紙供料中以改進(jìn)細(xì)粒保留和排水的方法。Peats等人的無(wú)定形金屬硅酸鹽是白色自由流動(dòng)的粉末，當(dāng)完全分散在水中時(shí)，它形成了極小的陰離子膠體顆粒。這些材料通常通過(guò)使硅酸鈉與適宜的金屬離子，如Mg2+，Ca2+和/或Al3+的可溶性鹽反應(yīng)以形成沉淀物來(lái)合成，然后將該沉淀物過(guò)濾，洗滌，再干燥。
WO 97/17289和同族專利No.5,989,714(Drummond)涉及通過(guò)使用金屬硅酸鹽沉淀物在紙基質(zhì)形成中控制排水和/或保留的方法。Drummond的金屬硅酸鹽沉淀物通過(guò)混合可溶性金屬鹽與可溶性硅酸鹽來(lái)制備。
JP63295794 A(Naka-Mura)涉及中性或弱堿性造紙方法，該方法包括將陽(yáng)離子水溶性聚合物和硅酸鈉水溶液加到紙漿淤漿中。
JP 1072793(Haimo)公開了通過(guò)將原硅酸鈉的水溶液直接加到紙淤漿中的造紙方法。Haimo的原硅酸鹽溶液在加到紙淤漿中之前在獨(dú)立的步驟中制備(例如，用硫酸鋁處理來(lái)調(diào)節(jié)pH)。
U.S.專利Nos.4,927,498；4,954,220；5,185,206；5,470,435；5,543,014；5,626,721；和5,707,494(Rushmere和Rushmere等人)涉及聚硅酸鹽微凝膠作為保留和排水助劑在造紙中的用途。許多這些專利的微凝膠通過(guò)使聚硅酸與堿金屬反應(yīng)以形成微凝膠(該微凝膠然后加到紙配料中)的就地方法來(lái)生產(chǎn)。
U.S.專利No.5,240,561(Kaliski)涉及微凝膠在造紙方法中的用途。Kaliski的微凝膠通過(guò)兩步法來(lái)制備。第一步涉及通過(guò)將紙配料與兩種單獨(dú)的溶液共混來(lái)制備瞬時(shí)化學(xué)反應(yīng)性亞膠體水溶膠。第二步是將含有至少一種交聯(lián)劑的水溶液與從第一步得到的配料共混以交聯(lián)就地形成的化學(xué)反應(yīng)性亞膠體水溶膠和合成(就地)復(fù)雜功能的微凝膠膠泥。所得膠泥使紙配料絮凝以形成紙張。
U.S.專利No.4,753,710(Langley等人)和U.S.專利No.5,513,249(Cauley)涉及膨潤(rùn)土粘土在造紙中的用途。
盡管為提供各種類型的排水和保留助劑作了許多嘗試，但在纖維素產(chǎn)品工業(yè)中仍然需要提供低成本和使用簡(jiǎn)便的排水和保留助劑。另外，還需要在保持纖維素產(chǎn)品，例如紙張的良好形成的同時(shí)在排水和保留上獲得顯著改進(jìn)的制造纖維素產(chǎn)品的方法。
還存在著對(duì)改進(jìn)保留和排水的需求，尤其對(duì)改進(jìn)纖維素產(chǎn)品的大量生產(chǎn)中的排水的需求，否則由于水經(jīng)厚纖維墊排出緩慢而降低生產(chǎn)率。
本發(fā)明的概述
本發(fā)明的目的是提供水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物，如含有至少一種二價(jià)金屬的金屬硅酸鹽復(fù)合物。
本發(fā)明的進(jìn)一步目的是通過(guò)將水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物加到纖維素淤漿，如紙淤漿中，或者通過(guò)在纖維素淤漿中形成水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物來(lái)改進(jìn)制備纖維素產(chǎn)品，如紙中的保留和排水控制。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供制備纖維素產(chǎn)品的方法，該方法包括將至少一種水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物加到纖維素淤漿，如紙淤漿中的方法。
本發(fā)明的類似目的是提供制備纖維素產(chǎn)品的方法，該方法包括將至少一種一價(jià)陽(yáng)離子硅酸鹽加到纖維素淤漿，如紙淤漿中，以便在纖維素淤漿中形成水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供含有水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的纖維素產(chǎn)品，如紙產(chǎn)品。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供廢水處理方法，包括在廢水中添加或形成水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物。
根據(jù)一個(gè)方面，本發(fā)明涉及水性組合物，包括含至少一種二價(jià)金屬的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物。
根據(jù)另一個(gè)方面，本發(fā)明涉及制備包括水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的水性組合物的方法，該方法包括將一價(jià)陽(yáng)離子硅酸鹽和二價(jià)金屬離子在水性環(huán)境中合并以形成水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物。
根據(jù)又一個(gè)方面，本發(fā)明涉及改性纖維素淤漿的方法，包括將含有含二價(jià)金屬的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的水性組合物加到纖維素淤漿中。
根據(jù)還一個(gè)方面，本發(fā)明涉及制備纖維素淤漿的方法，包括將一價(jià)陽(yáng)離子硅酸鹽加到含有與一價(jià)陽(yáng)離子硅酸鹽結(jié)合的足量二價(jià)金屬離子的纖維素淤漿中，以形成水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物。
根據(jù)另一個(gè)方面，本發(fā)明涉及制備纖維素產(chǎn)品的方法，包括將含有含二價(jià)金屬的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的水性組合物加到纖維素淤漿中；和由纖維素淤漿形成纖維素產(chǎn)品。
根據(jù)再一個(gè)方面，本發(fā)明涉及制備纖維素產(chǎn)品的方法，包括將一價(jià)陽(yáng)離子硅酸鹽加到包含與一價(jià)陽(yáng)離子硅酸鹽結(jié)合的足量二價(jià)金屬離子的纖維素淤漿中，以形成水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物；和由纖維素淤漿形成纖維素產(chǎn)品。
根據(jù)另一個(gè)方面，本發(fā)明涉及包括纖維素纖維和至少一種水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的殘余物的纖維素產(chǎn)品。優(yōu)選，殘余物以基于SiO2的大約50-10,000ppm的量存在。
根據(jù)又一個(gè)方面，本發(fā)明涉及廢水處理方法，包括將至少一種水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物加到廢水中，其中水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物包括二價(jià)金屬。
根據(jù)還一個(gè)方面，本發(fā)明涉及廢水處理方法，包括將一價(jià)金屬硅酸鹽加到廢水中，其中廢水包括其量足以與一價(jià)陽(yáng)離子硅酸鹽結(jié)合以形成水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的二價(jià)金屬離子。
在一個(gè)方面，二價(jià)金屬包括鎂、鈣、鋅、銅、鐵(II)、錳(II)和鋇的至少一種，優(yōu)選鎂和鈣的至少一種。
在另一方面，水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物具有大約2-20，優(yōu)選大約3-5的SiO2與一價(jià)陽(yáng)離子氧化物的摩爾比。
在又一個(gè)方面，水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物具有大約0.001-0.25，優(yōu)選大約0.01-0.2的二價(jià)金屬與硅的摩爾比。
在再一個(gè)方面，水性組合物具有大約0.01-5wt％，優(yōu)選大約0.1-2wt％的SiO2濃度。
在還一個(gè)方面，水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物具有小于約200nm的粒度。
在另一個(gè)方面，水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物包括根據(jù)以下結(jié)構(gòu)式的水溶性硅酸鹽
(1-y)M2O·yM’O·xSiO2
其中M是一價(jià)陽(yáng)離子；M’是二價(jià)金屬離子；x是大約2-4；y是大約0.005-0.4；和y/x是大約0.001-0.25。
在一個(gè)方面，M包括鈉、鉀、鋰、或銨，和優(yōu)選鈉。
在另一個(gè)方面，M’包括鈣或鎂。
在又一個(gè)方面，水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物包括根據(jù)以下結(jié)構(gòu)式的水溶性硅酸鹽
(1-y)Na2O·yM’O·xSiO2
其中M’是包括鈣或鎂的二價(jià)金屬離子，
x是大約2-4，
y是大約0.005-0.4，
y/x是大約0.001-0.25，
x/(1-y)是大約2-20，并且所述的水性組合物具有大約0.01-5wt％的SiO2濃度。優(yōu)選的是，y/x是大約0.01-0.2，x/(1-y)是大約3-10，和水性組合物具有大約0.1-2wt％的SiO2濃度。最優(yōu)選的是，y/x是大約0.025-0.15，x/(1-y)是大約3-5，和水性組合物具有大約0.25-1.5wt％的SiO2濃度。
在另一個(gè)方面，一價(jià)陽(yáng)離子硅酸鹽包括硅酸鈉、硅酸鉀、硅酸鋰和硅酸銨的至少一種，優(yōu)選硅酸鈉，如具有大約2-4的SiO2/Na2O重量比的硅酸鈉。
在另一個(gè)方面，二價(jià)金屬離子包括鎂和鈣的至少一種。
在還一個(gè)方面，水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物通過(guò)將一價(jià)陽(yáng)離子硅酸鹽加到具有足量二價(jià)金屬離子的水性反應(yīng)劑組合物中以形成水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物來(lái)制備。
在還一個(gè)方面，具有足量二價(jià)金屬離子的水性反應(yīng)劑組合物具有大約1-600ppm Ca當(dāng)量的硬度。例如，水性反應(yīng)劑組合物可以包括網(wǎng)下白水，硬水和處理水的至少一種，該處理水通過(guò)增加或降低硬度來(lái)制備。
在另一個(gè)方面，二價(jià)金屬離子的來(lái)源包括CaCl2，MgCl2，MgSO4，Ca(NO3)2，Mg(NO3)2，CaSO4和ZnSO4的至少一種。
在又一個(gè)方面，水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物通過(guò)將二價(jià)金屬離子加到具有足量一價(jià)陽(yáng)離子硅酸鹽的水性反應(yīng)劑組合物中以形成水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物來(lái)制備。
在一個(gè)方面，具有足量一價(jià)陽(yáng)離子硅酸鹽的水性反應(yīng)劑組合物具有大約0.01-30wt％的SiO2濃度。
在另一個(gè)方面，在最后的高剪切階段之后和在料箱中之前將水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物加到纖維素淤漿中。
在再一個(gè)方面，將包括絮凝劑、淀粉和凝固劑之一的至少一種添加劑加到纖維素淤漿中。例如，所述的至少一種添加劑可以是陽(yáng)離子聚丙烯酰胺共聚物。該至少一種添加劑可以在最后的高剪切階段之前加到纖維素淤漿中
在另一個(gè)方面，水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物包括根據(jù)以下結(jié)構(gòu)式的水溶性硅酸鹽
(1-y)Na2O·yM’O·xSiO2
其中M’是包括鈣或鎂的二價(jià)金屬離子，
x是大約2-4，
y是大約0.005-0.4，
y/x是大約0.001-0.25，
x/(1-y)是大約2-20，并且所述的水性組合物具有大約0.01-5wt％的SiO2濃度，以及將絮凝劑、淀粉和凝固劑的至少一種加到纖維素淤漿中。
本發(fā)明的詳細(xì)敘述
這里給出的細(xì)節(jié)作為例子和僅用于示例性論述本發(fā)明的各種實(shí)施方案，目的是為了提供據(jù)信是本發(fā)明原理和概念各方面的最有用和便于理解的描述。在這一點(diǎn)上，沒(méi)有試圖來(lái)給出比基本理解本發(fā)明所需內(nèi)容更詳細(xì)的本發(fā)明細(xì)節(jié)，該描述使得本領(lǐng)域中那些熟練人員清楚本發(fā)明的幾種形式如何在實(shí)踐中實(shí)施。
除非另有規(guī)定，在本申請(qǐng)中的所有百分?jǐn)?shù)測(cè)量值是以100％的既定樣品重量為基礎(chǔ)的重量來(lái)測(cè)定。因此，例如，30％表示30重量份/100重量份的樣品。
除非另有規(guī)定，化合物或組分的引用包括化合物或組分本身，以及與其它化合物或組分的結(jié)合物，如化合物的混合物。
在進(jìn)一步論述之前，將解釋以下術(shù)語(yǔ)以幫助理解本發(fā)明。
“硬度”是指二價(jià)金屬離子或它們的鹽在水中的濃度，例如鈣，鎂，碳酸鈣和氯化鈣。硬度可以按鈣當(dāng)量的百萬(wàn)分率來(lái)測(cè)量。在這一點(diǎn)上，1ppm Ca當(dāng)量等于2.78ppm CaCl2當(dāng)量，等于2.50ppm Ca2CO3當(dāng)量和等于0.61ppm Mg當(dāng)量。
“水溶性”和“穩(wěn)定性”是指本發(fā)明的金屬硅酸鹽復(fù)合物保持在溶液中的能力。當(dāng)形成本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物時(shí)，可以控制該方法，使得不形成沉淀。然而，在一些場(chǎng)合下，可以形成少量的沉淀。如果金屬硅酸鹽復(fù)合物形成沉淀，它們不再是復(fù)合物，而是金屬硅酸鹽沉淀。在本發(fā)明中，希望本發(fā)明的金屬硅酸鹽復(fù)合物保持在溶液中和不形成沉淀。需要指出，一些水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物可以隨時(shí)間延長(zhǎng)而沉淀，然而，優(yōu)選沒(méi)有沉淀物或最少量的沉淀物形成。只要金屬硅酸鹽復(fù)合物是水溶性的，該溶液應(yīng)該基本是無(wú)色的和透明的。在這一點(diǎn)上，本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物肉眼不能看見(jiàn)。尤其，考慮到濁度取決于濃度，在沒(méi)有影響濁度的其它物質(zhì)的存在下，具有0.3wt％SiO2濃度的本發(fā)明水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的水性組合物優(yōu)選具有低于大約70NTU，更優(yōu)選低于大約50NTU，和最優(yōu)選低于大約20NTU的濁度。本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物不能通過(guò)大多數(shù)物理或機(jī)械分離技術(shù)，如離心、沉降或過(guò)濾從水相中分離。
“纖維素淤漿”是指含纖維素纖維和細(xì)粒的水性淤漿，它可以含有其它添加劑。
“紙淤漿”或“紙配料”是指含纖維素纖維和/或細(xì)粒，如木材、植物和/或棉花的水性淤漿，以及它可以含有造紙用其它添加劑如填料，例如粘土和沉淀碳酸鈣。
“共聚物”是指包括兩種或多種不同類型的單體的聚合物。
總體而言，本發(fā)明涉及水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物，如含至少一種二價(jià)金屬的金屬硅酸鹽復(fù)合物。本發(fā)明還涉及制備水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的方法。本發(fā)明進(jìn)一步涉及使用水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物廢水處理方法。本發(fā)明還涉及通過(guò)將至少一種水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物加到纖維素淤漿，如紙淤漿中來(lái)制備纖維素產(chǎn)品如紙產(chǎn)品的方法。類似地，本發(fā)明涉及通過(guò)將至少一種一價(jià)陽(yáng)離子硅酸鹽加到纖維素淤漿中以便在纖維素淤漿中形成水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物來(lái)制備纖維素產(chǎn)品的方法。通過(guò)在纖維素淤漿中添加或形成水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物，本發(fā)明能夠改進(jìn)纖維素產(chǎn)品制造中的保留和排水。本發(fā)明進(jìn)一步涉及含水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的纖維素產(chǎn)品，如紙產(chǎn)品。
本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物優(yōu)選含有至少一種二價(jià)金屬離子和至少一種一價(jià)陽(yáng)離子。
可用于本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的二價(jià)金屬陽(yáng)離子的實(shí)例包括，但不限于堿土金屬和過(guò)渡金屬離子。尤其，二價(jià)金屬離子可以包括鎂、鈣、鋅、銅、鐵(II)，錳(II)和/或鋇。優(yōu)選，二價(jià)金屬離子包括鎂、鈣和/或鋅。最優(yōu)選的是，二價(jià)金屬離子包括鎂和/或鈣。
可用于本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物一價(jià)陽(yáng)離子的實(shí)例包括，但不限于堿金屬的離子。尤其，一價(jià)陽(yáng)離子可以是鈉、鉀、鋰和/或銨。優(yōu)選，一價(jià)陽(yáng)離子是鈉和/或鉀。最優(yōu)選，一價(jià)陽(yáng)離子是鈉。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，金屬硅酸鹽復(fù)合物是通過(guò)將硅酸鈉加到含鎂和/或鈣離子的水性組合物中制備的鎂硅酸鹽復(fù)合物和/或鈣硅酸鹽復(fù)合物。優(yōu)選，本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的水性組合物包括其量為水性組合物重量的大約0.01-5wt％的SiO2，具有大約2-20的SiO2/一價(jià)陽(yáng)離子氧化物如NaO2的摩爾比，和大約0.001-0.25的[(二價(jià)金屬，例如Mg+Ca)/Si]的摩爾比。
不希望受任何理論的約束，本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物據(jù)信包括具有以下結(jié)構(gòu)式的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物
(1-y)M2O·yM’O·xSiO2結(jié)構(gòu)式(1)
其中M是一價(jià)陽(yáng)離子，如上述那些，
M’是二價(jià)金屬離子，如上述二價(jià)金屬離子，
X優(yōu)選是大約2-4，
y是大約0.005-0.4，和
y/x是大約0.001-0.25。
本發(fā)明的金屬硅酸鹽復(fù)合物保持在溶液中的能力，即金屬硅酸鹽復(fù)合物的穩(wěn)定性對(duì)獲得本發(fā)明的結(jié)果是重要的。例如，穩(wěn)定性對(duì)改進(jìn)纖維素產(chǎn)品制造中的保留和排水控制是重要的。尤其，可以形成的金屬硅酸鹽沉淀物對(duì)保留和排水控制具有低活性或無(wú)活性。在一些例子中，金屬硅酸鹽復(fù)合物具有輕微的沉淀物和還證明了適當(dāng)?shù)谋Ａ艉团潘钚?，因?yàn)榻饘俟杷猁}復(fù)合物的小部分轉(zhuǎn)化為沉淀物和組分的大多數(shù)保持水溶性。如上所述，在沒(méi)有影響濁度的其它物質(zhì)的存在下，具有0.3wt％SiO2濃度的本發(fā)明水溶性復(fù)合物的水性組合物優(yōu)選具有低于大約70NTU，更優(yōu)選低于大約50NTU，和最優(yōu)選低于大約20NTU的濁度。
本發(fā)明的金屬硅酸鹽復(fù)合物保持在溶液中的能力，即穩(wěn)定性一般取決于幾個(gè)因素。這些因素包括SiO2/MO2摩爾比，M’/Si摩爾比，SiO2濃度，復(fù)合物微粒的大小，其中形成復(fù)合物的水性組合物的硬度，在形成金屬硅酸鹽復(fù)合物過(guò)程中施加的攪拌，水性組合物的pH，水性組合物的溫度，和在水性組合物中的溶質(zhì)。在這些因素當(dāng)中，最重要的是SiO2/MO2摩爾比和M’/Si摩爾比。如以下詳細(xì)論述的那樣，金屬硅酸鹽復(fù)合物保持在溶液中的能力取決于這些因素的相互作用。
在討論影響水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的制備方法中涉及的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的穩(wěn)定性的可變參數(shù)之前，對(duì)復(fù)合物本身特異的穩(wěn)定性因素的論述如下所示。對(duì)本發(fā)明的金屬硅酸鹽復(fù)合物本身特異的影響金屬硅酸鹽復(fù)合物穩(wěn)定性的因素包括SiO2/MO2摩爾比，M’/Si摩爾比和形成復(fù)合物的微粒的尺寸。
本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物優(yōu)選具有大約2-20，更優(yōu)選大約3-10，和最優(yōu)選大約3-5的SiO2/MO2摩爾比，即根據(jù)結(jié)構(gòu)式(1)的化合物的x∶(1-y)值。當(dāng)該值太高時(shí)，金屬硅酸鹽復(fù)合物會(huì)形成沉淀和喪失活性。當(dāng)該值太低時(shí)，形成了相對(duì)少量的金屬硅酸鹽復(fù)合物。
本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物優(yōu)選具有大約0.001-0.25，優(yōu)選大約0.01-0.2，和更優(yōu)選0.025-0.15的M’/Si摩爾比，即根據(jù)結(jié)構(gòu)式(1)的化合物的y∶x值。當(dāng)該值太高時(shí)，金屬硅酸鹽復(fù)合物會(huì)形成沉淀和喪失活性。當(dāng)該值太低時(shí)，形成了相對(duì)少量的金屬硅酸鹽復(fù)合物。
預(yù)期本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物具有優(yōu)選低于大約200nm的微粒尺寸，優(yōu)選在大約2-100nm，和更優(yōu)選大約5-80nm的范圍內(nèi)(在25℃下在水溶液中用動(dòng)態(tài)光散射法測(cè)定)。據(jù)信如果粒度太大，金屬硅酸鹽復(fù)合物將形成沉淀。如果粒度太小，金屬硅酸鹽復(fù)合物沒(méi)有足夠的絮凝力。
在討論影響本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的穩(wěn)定性的制備金屬硅酸鹽復(fù)合物的可變參數(shù)之前，提供了制備本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的方法的概述。
本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物能夠通過(guò)將至少一種一價(jià)陽(yáng)離子硅酸鹽加到含二價(jià)金屬離子的水性組合物中來(lái)制備。當(dāng)至少一種一價(jià)陽(yáng)離子硅酸鹽與含二價(jià)金屬離子的水性組合物混合時(shí)，水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物在一價(jià)陽(yáng)離子硅酸鹽和水性組合物的混合過(guò)程中自發(fā)形成。本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物還可以通過(guò)提供包括至少一種一價(jià)陽(yáng)離子硅酸鹽以及同時(shí)和/或隨后添加二價(jià)金屬離子源以形成本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物來(lái)制備。本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物能夠在廠區(qū)外的工廠以濃縮物形成，或者可以就地，例如在造紙廠制備。
用于形成本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的一價(jià)陽(yáng)離子硅酸鹽能夠以粉末或液體的形式存在。用于形成水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的一價(jià)陽(yáng)離子硅酸鹽的實(shí)例包括堿金屬的硅酸鹽。用于制備本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的硅酸鹽的特別優(yōu)選的實(shí)例包括硅酸鈉，硅酸鉀，硅酸鋰，和/或硅酸銨。
如上所述，用于制備本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的二價(jià)金屬離子的實(shí)例包括，但不限于堿土金屬和過(guò)渡金屬。尤其，二價(jià)金屬離子可以是鎂、鈣、鋅、銅、鐵(II)，錳(III)，和/或鋇。
具有二價(jià)金屬離子的水性組合物的實(shí)例包括，但不限于網(wǎng)下白水，硬水，處理水和纖維素淤漿?！熬W(wǎng)下白水”也稱之為“筒倉(cāng)水(silowater)”，指的是在纖維素產(chǎn)品制造過(guò)程中從纖維素產(chǎn)品機(jī)器中收集的水，例如，在造紙過(guò)程中和之后從造紙機(jī)收集的水。“硬水”是指含大量金屬離子，如Mg2+和/或Ca2+離子的水?！疤幚硭笔侵敢呀?jīng)進(jìn)行處理，增加或降低了硬度的硬水或軟水。如下所述，如果水硬度太高，一些金屬離子可以被任何已知方式，如通過(guò)添加螯合劑，例如亞乙基二胺四乙酸(EDTA)，羥乙基亞乙基二胺三乙酸(HEDTA)，酒石酸，檸檬酸，葡糖酸，聚丙烯酸被阻斷或滅活。如下所述，如果水硬度太低，可以加入二價(jià)金屬離子。例如，能夠加入鎂和/或鈣鹽以增加金屬離子，因此增加水硬度。尤其，能夠?qū)aCl2，MgCl2，MgSO4，Ca(NO3)2，Mg(NO3)2，CaSO4，和/或ZnSO4，優(yōu)選CaCl2，MgCl2和/或ZnSO4，更優(yōu)選CaCl2和/或MgCl2加到水性組合物中以增加金屬離子的濃度。
考慮到以上所述，制備水溶性復(fù)合物的方法的幾個(gè)可變因素影響了金屬硅酸鹽復(fù)合物保持在溶液中的能力。這些工藝可變參數(shù)包括SiO2在水性組合物中的濃度，水性組合物的硬度，在水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物形成過(guò)程中施加的攪拌，水性組合物的pH，水性組合物的溫度，和在水性組合物中的其它溶質(zhì)。在這些可變參數(shù)當(dāng)中，SiO2在水性組合物中的濃度和水性組合物的硬度是最重要的。
當(dāng)一價(jià)陽(yáng)離子硅酸鹽與二價(jià)金屬離子合并以形成本發(fā)明的包括水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的水性組合物時(shí)，所得水性組合物優(yōu)選具有大約0.01-5wt％，更優(yōu)選大約0.1-2wt％，和最優(yōu)選大約0.25-1.5wt％的SiO2濃度，基于水性組合物的重量。當(dāng)該值太高時(shí)，金屬硅酸鹽復(fù)合物能夠形成沉淀和喪失活性。當(dāng)該值太低時(shí)，溶液是不經(jīng)濟(jì)的，因?yàn)樾枰罅康娜芤骸?br> 當(dāng)將二價(jià)金屬離子加到包括一價(jià)陽(yáng)離子硅酸鹽的水性組合物中時(shí)，水性組合物優(yōu)選具有大約0.01-30wt％，更優(yōu)選大約0.1-15wt％，和最優(yōu)選大約0.25-10wt％的SiO2濃度，基于水性組合物的重量。當(dāng)該值太高時(shí)，金屬硅酸鹽復(fù)合物會(huì)形成沉淀和喪失活性。當(dāng)該值太低時(shí)，該組合物是不經(jīng)濟(jì)的，因?yàn)樾枰罅康乃越M合物。
當(dāng)將一價(jià)陽(yáng)離子硅酸鹽加到具有二價(jià)金屬離子的水性組合物中時(shí)，本發(fā)明的水性組合物優(yōu)選具有大約1-600ppm Ca當(dāng)量，更優(yōu)選大約10-200ppm Ca當(dāng)量，和最優(yōu)選大約20-100ppm Ca當(dāng)量的硬度。如果硬度太高，金屬硅酸鹽復(fù)合物會(huì)沉淀。如果硬度太低，不會(huì)形成水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物。
在金屬硅酸鹽復(fù)合物形成過(guò)程中施加的攪拌也影響了金屬硅酸鹽復(fù)合物保持在溶液中的能力。如果不施加攪拌，在一些情況下，本發(fā)明的水溶性復(fù)合物可以由于過(guò)濃而局部沉淀。攪拌的效果因而很難被定量。攪拌的量取決于諸如溶液的量和粘度，容器的大小，攪拌棒或攪拌葉片的尺寸和類型，攪拌器或混合器的轉(zhuǎn)速等等。例如，在實(shí)驗(yàn)室制備中，當(dāng)100ml的金屬硅酸鹽復(fù)合物溶液在200ml燒杯中使用1“攪拌棒在MIRAKTM磁力攪拌器(Model #L SO &3235-60，Bemstead Thermolyne Corporation，2555 Kerper Blvd.，Dubuque，Iowa 52004)上混合時(shí)，300rpm或更高的混合速度是適當(dāng)?shù)摹Ｒ话?，只要可能，使攪拌作用達(dá)到最大。然而，如果攪拌速度太高，由于過(guò)度消耗能源而可能是不經(jīng)濟(jì)的，或者可以引起設(shè)備振動(dòng)或溶液的分割。
雖然水性組合物的pH預(yù)期是金屬硅酸鹽復(fù)合物保持在溶液中的能力的重要因素，但沒(méi)有研究pH的準(zhǔn)確作用。然而，本發(fā)明發(fā)現(xiàn)用網(wǎng)下白水作為例子是有效的，網(wǎng)下白水一般具有大約6-10，更通常大約7-9，最通常大約7.5-8.5的pH。
水性組合物的溫度優(yōu)選是大約5-95℃，更優(yōu)選大約10-80℃，和最優(yōu)選大約20-60℃。例如，在造紙機(jī)中的網(wǎng)下白水一般是溫的和一般具有大約10-65℃，更通常大約30-60℃，和最通常大約45-55℃的溫度。因此，金屬硅酸鹽復(fù)合物可以在環(huán)境溫度下形成。在較低的M’/Si比率下，升高溫度將會(huì)加速金屬硅酸鹽復(fù)合物的形成。在較高的M’/Si比率下，溫度幾乎沒(méi)有效果。
預(yù)期影響金屬硅酸鹽復(fù)合物保持在溶液中的能力的另一因素是溶質(zhì)在水性組合物中的存在。換句話說(shuō)，預(yù)期抗衡離子的存在將影響金屬硅酸鹽復(fù)合物的穩(wěn)定性。
本發(fā)明還涉及制備纖維素淤漿，如紙淤漿的方法，和制備纖維素產(chǎn)品，如紙的方法。尤其，本發(fā)明的上述水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物可以加到纖維素淤漿中。此外，制備纖維素淤漿和本發(fā)明的產(chǎn)品的方法可以包括將至少一種上述一價(jià)陽(yáng)離子硅酸鹽加到含至少一種上述二價(jià)金屬離子的纖維素淤漿中。
本發(fā)明的纖維素淤漿可以含有填料，如本領(lǐng)域中已知的那些，如粘土，二氧化鈦，重質(zhì)碳酸鈣，或沉淀碳酸鈣。纖維素淤漿的pH和溫度不被認(rèn)為是本發(fā)明中的重要因素。只要纖維素淤漿的pH和溫度是在正常條件下，如在大約4-10范圍內(nèi)的pH和大約5-80℃的溫度，本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物預(yù)期是有效的。
當(dāng)將一價(jià)陽(yáng)離子硅酸鹽加到纖維素淤漿中以就地形成水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物時(shí)，本發(fā)明的纖維素淤漿優(yōu)選具有大約1-600ppm(百萬(wàn)分率)Ca當(dāng)量，更優(yōu)選大約10-200ppm Ca當(dāng)量，和最優(yōu)選大約20-100ppm Ca當(dāng)量的硬度。如果纖維素淤漿具有大約1-600ppm Ca當(dāng)量的硬度，一價(jià)陽(yáng)離子硅酸鹽能夠與二價(jià)金屬離子在纖維素淤漿中反應(yīng)和形成本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物。
本發(fā)明的一價(jià)陽(yáng)離子硅酸鹽或水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物優(yōu)選在最后的高剪切階段之后，但在進(jìn)入料箱之前的時(shí)候加到纖維素淤漿中，以避免所形成的絮凝物經(jīng)受過(guò)度的剪切力。
根據(jù)本發(fā)明，水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物或一價(jià)陽(yáng)離子硅酸鹽優(yōu)選以大約0.1-20lb/ton，更優(yōu)選大約0.5-6lb/ton，最優(yōu)選大約1-4lb/ton的劑量添加，基于SiO2和纖維素淤漿的干重。
另外，至少一種添加劑能夠與本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物一起加到纖維素淤漿中。例如，這至少一種添加劑可以包括用于造紙的基本任何添加劑。添加劑的實(shí)例包括，但不限于絮凝劑，陽(yáng)離子淀粉，凝固劑，施膠劑，濕強(qiáng)度劑，干強(qiáng)度劑和其它助留劑。
至少一種添加劑和水溶性硅酸鹽，即水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物和/或一價(jià)陽(yáng)離子硅酸鹽加到纖維素淤漿中的順序不是關(guān)鍵的。然而，水溶性硅酸鹽優(yōu)選在添加這至少一種添加劑之后加到纖維素淤漿中。例如，水溶性硅酸鹽可以在添加絮凝劑之后加到纖維素淤漿中。優(yōu)選，絮凝劑在最后的高剪切階段之前，如壓力篩和清潔器的地點(diǎn)添加，而水溶性硅酸鹽在最后的剪切階段之后，但在料箱之前添加。
當(dāng)將兩種或多種添加劑加到本發(fā)明的纖維素淤漿中時(shí)，優(yōu)選的添加劑包括絮凝劑和淀粉。淀粉能夠在絮凝劑之前或之后加到纖維素淤漿中。優(yōu)選的是，淀粉在絮凝劑之前添加。
當(dāng)將凝固劑與絮凝劑和/或淀粉一起加到纖維素淤漿中時(shí)，它能夠在絮凝劑和/或淀粉之前或之后添加。
根據(jù)本發(fā)明，絮凝劑能夠是屬于陽(yáng)離子、陰離子或基本非離子型的合成或天然聚合物。優(yōu)選的是，絮凝劑是陽(yáng)離子型的。
陽(yáng)離子絮凝劑的實(shí)例包括，但不限于含選自以下的至少一種陽(yáng)離子的均聚物或共聚物甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEM)，丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEA)，氯化甲基丙烯酰氧基乙基三甲基銨(METAC)，甲基丙烯酸二甲氨基丙酯(DMAPMA)，氯化甲基丙烯酰胺基丙基三甲基銨(MAPTAC)，二甲氨基丙基丙烯酰胺(DMAPAA)，氯化丙烯酰氧基乙基三甲基銨(AETAC)，二甲氨基乙基苯乙烯，氯化(對(duì)乙烯基芐基)-三甲基銨，2-乙烯基吡啶，4-乙烯基吡啶，乙烯基胺等。例如，陽(yáng)離子絮凝劑可以是陽(yáng)離子聚丙烯酰胺共聚物。
陽(yáng)離子絮凝劑的分子量?jī)?yōu)選是至少大約500,000，優(yōu)選的范圍為大約2,000,000-15,000,000，更優(yōu)選大約4,000,000-12,000,000，和最優(yōu)選大約5,000,000-10,000,000。
陽(yáng)離子絮凝劑的陽(yáng)離子取代度優(yōu)選是至少大約1mol％，優(yōu)選范圍為大約5-50mol％，乃至更優(yōu)選大約10-30mol％。
陽(yáng)離子絮凝劑的潛電荷密度優(yōu)選是0.1-4meq/g，更優(yōu)選大約0.5-3meq/g，和最優(yōu)選大約1-2.5meq/g。
在本發(fā)明的纖維素產(chǎn)品制備方法中，陽(yáng)離子絮凝劑的劑量?jī)?yōu)選是大約0.1-4lg/ton，更優(yōu)選大約0.2-2lb/ton，和最優(yōu)選大約0.25-1lb/ton，基于絮凝劑的活性成分和纖維素淤漿的干重。
本發(fā)明的適合陰離子絮凝劑能夠是含選自以下的陰離子單體的均聚物或共聚物丙烯酸酯，甲基丙烯酸酯，馬來(lái)酸酯，衣康酸酯，磺酸酯，膦酸酯等。例如，陰離子絮凝劑可以是聚(丙烯酰胺/丙烯酸酯)。
本發(fā)明的陰離子絮凝劑的分子量?jī)?yōu)選是至少大約500,000，優(yōu)選范圍為大約5,000,000-20,000,000，和更優(yōu)選大約8,000,000-15,000,000。
陰離子絮凝劑的陰離子取代度優(yōu)選是至少大約1mol％，優(yōu)選的范圍為大約10-65mol％，更優(yōu)選大約15-50mol％。
陰離子絮凝劑的潛電荷密度優(yōu)選是大約1-20meq/g，更優(yōu)選大約2-8meq/g，和最優(yōu)選大約2.5-6meq/g。
在本發(fā)明的纖維素產(chǎn)品制備方法中，陰離子絮凝劑的劑量?jī)?yōu)選是大約0.1-4lg/ton，更優(yōu)選大約0.2-2lb/ton，和最優(yōu)選大約0.25-1lb/ton，基于絮凝劑的活性成分和纖維素淤漿的干重。
本發(fā)明的基本非離子型絮凝劑的實(shí)例包括、但不限于聚丙烯酰胺，聚(環(huán)氧乙烷)，聚乙烯基醇，和聚(乙烯基吡咯烷酮)，優(yōu)選聚丙烯酰胺，聚(環(huán)氧乙烷)，和聚乙烯基醇，以及更優(yōu)選聚丙烯酰胺和聚(環(huán)氧乙烷)。
基本非離子型絮凝劑的分子量?jī)?yōu)選是至少大約500,000，其中優(yōu)選的范圍是1,000,000-10,000,000，更優(yōu)選大約2,000,000-8,000,000。
在本發(fā)明的纖維素產(chǎn)品制備方法中，基本非離子型絮凝劑的劑量?jī)?yōu)選是大約0.2-41g/ton，更優(yōu)選大約0.5-2lb/ton，基于絮凝劑的活性成分和纖維素淤漿的干重。
如上所述，陽(yáng)離子淀粉(包括兩性淀粉)還可以加到本發(fā)明的纖維素淤漿中。優(yōu)選的是，陽(yáng)離子淀粉在纖維素產(chǎn)品制備中用作濕或干強(qiáng)度添加劑。本發(fā)明的陽(yáng)離子淀粉優(yōu)選具有至少大約0.01的陽(yáng)離子電荷取代度，其中優(yōu)選的范圍是大約0.01-1，更優(yōu)選大約0.1-0.5。陽(yáng)離子淀粉能夠從各種植物，如土豆、玉米、含蠟玉米、小麥和稻米中獲得。
淀粉的分子量?jī)?yōu)選是大約1,000,000-5,000,000，更優(yōu)選大約1,500,000-4,000,000，和最優(yōu)選大約2,000,000-3,000,000。
本發(fā)明的淀粉能夠在絮凝劑之前或之后，優(yōu)選在本發(fā)明的水溶性硅酸鹽之前加到纖維素淤漿中。淀粉的優(yōu)選劑量是大約1-50lb/ton，更優(yōu)選大約5-20lb/ton，基于纖維素淤漿的干重。
能夠加到本發(fā)明的纖維素淤漿中的另-添加劑是凝固劑。本發(fā)明的凝固劑的實(shí)例包括，但不限于無(wú)機(jī)凝固劑，如明礬，或類似物質(zhì)，如氯化鋁，聚氯化鋁(PAC)，聚硫酸鋁(PAS)，和聚硅酸硫酸鋁(PASS)，或有機(jī)凝固劑如聚胺，聚(氯化二烯丙基二甲基銨)，聚乙烯亞胺，聚乙烯基胺等，優(yōu)選無(wú)機(jī)凝固劑，和更優(yōu)選明礬，或類似物質(zhì)。
有機(jī)凝固劑的分子量?jī)?yōu)選是大約1000-1,000,000，更優(yōu)選大約2000-750,000，最優(yōu)選大約5000-500,000。
本發(fā)明的凝固劑可以在絮凝劑之前或之后，優(yōu)選在水溶性硅酸鹽之前加到纖維素淤漿中。無(wú)機(jī)凝固劑的優(yōu)選劑量是大約1-30lb/ton，更優(yōu)選大約5-20lb/ton，基于纖維素淤漿的干重。有機(jī)凝固劑的優(yōu)選劑量是0.1-5lb/ton，更優(yōu)選大約0.5-2lb/ton。
本發(fā)明的纖維素淤漿可以通過(guò)任何方法形成纖維素產(chǎn)品。例如，在添加或形成水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物，和任選將至少一種添加劑加到纖維素淤漿中之后，纖維素淤漿可以沉積在造紙網(wǎng)上，排水，干燥，再壓縮成最終的纖維素產(chǎn)品。
所得纖維素產(chǎn)品包括纖維素纖維和至少一種水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的殘余物。優(yōu)選的是，殘余物在纖維素產(chǎn)品中的量是大約50-10,000ppm，更優(yōu)選大約250-3000ppm，和最優(yōu)選大約500-2000ppm，基于SiO2。
因?yàn)楸Ａ艉团潘鷦┮话隳芷鸬接糜谔幚韽U水的絮凝劑的作用，預(yù)期本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物也可用于處理廢水。為處理廢水，水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物將加到廢水中，致使懸浮顆粒沉淀。
本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物和方法獲得了幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。尤其，本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物和方法在保留和排水上獲得了顯著的改進(jìn)，同時(shí)保持了纖維素紙張的良好形成。本發(fā)明的復(fù)合物的用途作為排水助劑在纖維素產(chǎn)品制造中是有益的，尤其當(dāng)需要大量排水時(shí)(例如至少大約76lb/3300sq.ft)，否則生產(chǎn)率由于水經(jīng)相對(duì)厚的纖維墊排出緩慢而降低。
因此，本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物和方法能夠用于增加生產(chǎn)速度。在這一點(diǎn)上，纖維淤漿用網(wǎng)或篩進(jìn)行的脫水或排水通常是獲得較高生產(chǎn)速度的限制步驟。
增加的脫水也能夠在壓榨機(jī)和干燥機(jī)區(qū)段中獲得更干燥的纖維素紙張，因此能夠減少耗汽量。干燥機(jī)區(qū)段也是在纖維素產(chǎn)品制造方法中的決定許多最終紙張性能的階段。
同樣，當(dāng)用作助留劑時(shí)，本發(fā)明的金屬硅酸鹽減少了填料和細(xì)粒的損失，因此減少了生產(chǎn)成本。另外，本發(fā)明的復(fù)合物由于適當(dāng)?shù)呐潘捅Ａ粢蔡峁┝藘?yōu)異的紙形成。
此外，制備本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的方法是簡(jiǎn)單的和不需要任何特殊的生產(chǎn)方法。
不用進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，據(jù)信本領(lǐng)域的熟練人員能夠使用前面的敘述以最完全的程度利用本發(fā)明。本發(fā)明將進(jìn)一步通過(guò)以下實(shí)施例來(lái)說(shuō)明。這些實(shí)施例是非限制性的，并不限制本發(fā)明的范圍。
除非另有規(guī)定，在實(shí)施例中出現(xiàn)的所有百分?jǐn)?shù)、份等均按重量計(jì)。
實(shí)施例
以下實(shí)施例1-17涉及通過(guò)將液體硅酸鈉混合到含Ca或/和Mg離子的各種水溶液中制備的水溶性金屬(Ca或/和Mg)硅酸鹽復(fù)合物。水溶液是CaCl2溶液，MgCl2溶液或硬水。含Ca或Mg離子的Ca或Mg溶液通過(guò)用去離子水稀釋濃CaCl2或MgCl2溶液來(lái)制備。含有Ca和Mg離子二者的Ca/Mg溶液通過(guò)將具有136ppm Ca當(dāng)量的硬度的硬水與去離子水混合來(lái)制備。
除非另有規(guī)定，以下實(shí)施例通過(guò)將液體硅酸鈉與水溶液持續(xù)混合達(dá)約30分鐘來(lái)制備。水溶液可以是CaCl2溶液或MgCl2溶液或新鮮硬水。然后在進(jìn)行排水和保留試驗(yàn)之前，讓所得溶液靜置至少大約3小時(shí)。
用于以下實(shí)施例中的液體硅酸鈉在以下表1中列舉。在表1中，A的生產(chǎn)商是PQ Corporation(P.O.Box 840，Valley Forge，PA 19482-0840)和B的生產(chǎn)商是OxyChem，Occidental Chemical Corporation(Occidental Tower，5005 LBJ Freeway，Dallas，TX 75380-9050)。
用于以下實(shí)施例的含Ca或Mg離子的Ca或Mg溶液通過(guò)用去離子水稀釋濃CaCl2或MgCl2溶液來(lái)制備。
用于以下實(shí)施例中的CaCl2和MgCl2由Tetra Technologies，Inc.(25025 I-45 North，The Woodlands，Texas 77380)生產(chǎn)。
表1加拿大標(biāo)準(zhǔn)打漿度(CSF)試驗(yàn)
加拿大標(biāo)準(zhǔn)打漿度(CSF)試驗(yàn)用于評(píng)價(jià)以下實(shí)施例(例如實(shí)施例1-13和15-17)中的Ca或/和Mg硅酸鹽復(fù)合物的排水活性。除非另有規(guī)定，CSF排水試驗(yàn)用1,000ml的紙配料進(jìn)行。紙配料具有0.3wt％的稠度，和含有80wt％纖維和20wt％沉淀碳酸鈣(PCC)填料，基于總干燥配料的重量。用于紙配料的纖維是硬木/軟木的70/30共混物。硬木纖維是由Ekman and Company(STE 4400，200S，Biscayne Blvd.，Miami，F(xiàn)L 33130)生產(chǎn)的St.Croix Northern Hardwood的漂白化學(xué)紙漿。軟木纖維是由Rayonier(4470 Savannan HWY.Jessup，GA)生產(chǎn)的Georgianier Softwood的漂白化學(xué)紙漿。PCC是由SpecialtyMinerals(230 Columbia Street，Adams，MA 01220)生產(chǎn)的Albacar5970。
紙配料的pH是8.0-8.9。紙配料的溫度是21℃-25℃。用于紙配料的纖維是硬木/軟木的70/30共混物。CSF排放試驗(yàn)通過(guò)在環(huán)境溫度下(除非有規(guī)定)和在1200rpm混合速度下在方形燒杯中混合1000ml的紙配料來(lái)進(jìn)行。紙配料含有硅酸鹽配合物或控制樣品和任選的添加劑。紙配料含有硅酸鹽復(fù)合物或?qū)φ諛悠泛腿芜x的添加劑。
在以下實(shí)施例中，紙配料能夠在添加硅酸鹽復(fù)合物、硅酸鈉或水之前通過(guò)將添加劑加到紙配料中來(lái)進(jìn)行預(yù)處理。然后將紙配料轉(zhuǎn)移到CSF設(shè)備中，以便測(cè)量排水率。
在排水試驗(yàn)中使用的添加劑是陽(yáng)離子淀粉，明礬和絮凝劑。陽(yáng)離子淀粉是Sta-Lok 600TM(從A.E.Staley Manufacturing Company獲得)。絮凝劑是陽(yáng)離子或陰離子性質(zhì)。陽(yáng)離子絮凝劑是具有大約6,000,000的分子量和10mol％的陽(yáng)離子電荷的陽(yáng)離子改性聚丙烯酰胺(CPAM)。CPAM是由Hercules Incorporated(Wilmington，DE)生產(chǎn)的PC 8695，Novus 8910，或PC8138。
陰離子絮凝劑是具有大約20,000,000的分子量和大約30mol％的陰離子電荷的陰離子改性聚丙烯酰胺(APAM)。APAM是由HerculesIncorporated(Wilmington，DE)生產(chǎn)的PA 1830。
明礬是含48.5wt％(按干重計(jì))的Al2(SO4)·14H2O的液體硫酸鋁(從90 East Halsey Road，Parsippany，NJ 07054的General ChemicalCorporation獲得)。
在實(shí)施例中用于測(cè)定添加劑的量的單位按以紙配料的干重為基準(zhǔn)的#/T(lb/ton)計(jì)。淀粉和明礬的用量以干燥產(chǎn)物為基準(zhǔn)。陽(yáng)離子和陰離子絮凝劑的用量以活性固體為基準(zhǔn)。金屬硅酸鹽的用量是以SiO2的干重為基準(zhǔn)或?yàn)楣杷徕c的干重。
各添加劑、水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物，金屬硅酸鹽和對(duì)照樣品(例如膨潤(rùn)土)按以下次序加到紙配料中陽(yáng)離子淀粉，明礬，絮凝劑，和水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物或金屬硅酸鹽或?qū)φ諛悠?例如膨潤(rùn)土)。
陽(yáng)離子淀粉和明礬的混合時(shí)間是10秒。對(duì)于絮凝劑，混合時(shí)間是如在實(shí)施例中規(guī)定的10秒或60秒。水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物或金屬硅酸鹽或?qū)φ諛悠返幕旌蠒r(shí)間是10秒。Britt Jar細(xì)粒保留試驗(yàn)
進(jìn)行Britt Jar細(xì)粒保留試驗(yàn)，以評(píng)價(jià)Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物(例如，實(shí)施例14)的保留性能。在保留試驗(yàn)中所用的紙配料具有與CSF排水試驗(yàn)中那些相同的固體組成，只是具有0.5wt％的稠度。在試驗(yàn)過(guò)程中，在Britt Jar中混合500ml配料，并在如排水試驗(yàn)相同的實(shí)驗(yàn)條件下用各種添加劑處理。
在完成處理后，收集來(lái)自罐中的最先100ml流出物用于保留率分析。實(shí)施例1
通過(guò)將10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬和1#/T的CPAM(PC8695)加到紙配料中來(lái)制備對(duì)照試驗(yàn)樣品(在以下表2中所示的試驗(yàn)No.1)。
通過(guò)將1.02g的液體硅酸鈉O加到98.98g去離子水中以使硅酸鈉O稀釋到0.3wt％SiO2來(lái)制備硅酸鈉O樣品(以下表2中所示的試驗(yàn)No.2)。將2#/T的稀釋硅酸鈉O加到預(yù)處理的紙配料中。紙配料經(jīng)10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬和1#/T的CPAM(PC 8695)預(yù)處理。
在本實(shí)施例中使用含0.3wt％SiO2和具有表2中所示的Ca/Si或Mg/Si摩爾比的5種Ca硅酸鹽復(fù)合物和5種鎂硅酸鹽復(fù)合物(在以下表2中所示的試驗(yàn)Nos.3-12)。各硅酸鹽復(fù)合物制備如下
對(duì)于表2中所示的試驗(yàn)No.3，Ca硅酸鹽復(fù)合物通過(guò)將1.017g硅酸鈉O與98.98g的含100ppm Mg當(dāng)量的CaCl2溶液混合來(lái)制備。將2#/T的硅酸鹽復(fù)合物加到預(yù)處理的紙配料中。該紙配料已用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T明礬和1#/T的CPAM(PC 8695)預(yù)處理。
對(duì)于表2中所示的試驗(yàn)No.4，Ca硅酸鹽復(fù)合物通過(guò)將1.017g的硅酸鈉O與98.98g的含150ppm Mg當(dāng)量的CaCl2溶液混合來(lái)制備。將2#/T的硅酸鹽復(fù)合物加到預(yù)處理的紙配料中。該紙配料已用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T明礬和1#/T的CPAM(PC 8695)預(yù)處理。
對(duì)于表2中所示的試驗(yàn)No.5，Ca硅酸鹽復(fù)合物通過(guò)將1.017g的硅酸鈉O與98.98g的含200ppm Mg當(dāng)量的CaCl2溶液混合來(lái)制備。將2#/T的硅酸鹽復(fù)合物加到預(yù)處理的紙配料中。該紙配料已用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T明礬和1#/T的CPAM(PC 8695)預(yù)處理。
對(duì)于表2中所示的試驗(yàn)No.6，Ca硅酸鹽復(fù)合物通過(guò)將1.017g的硅酸鈉O與98.98g的含300ppm Mg當(dāng)量的CaCl2溶液混合來(lái)制備。將2#/T的硅酸鹽復(fù)合物加到預(yù)處理的紙配料中。該紙配料已用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T明礬和1#/T的CPAM(PC 8695)預(yù)處理。
對(duì)于表2中所示的試驗(yàn)No.7，Ca硅酸鹽復(fù)合物通過(guò)將1.017g的硅酸鈉O與98.98g的含400ppm Mg當(dāng)量的CaCl2溶液混合來(lái)制備。將2#/T的硅酸鹽復(fù)合物加到預(yù)處理的紙配料中。該紙配料已用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T明礬和1#/T的CPAM(PC 8695)預(yù)處理。
對(duì)于表2中所示的試驗(yàn)No.8，Ca硅酸鹽復(fù)合物通過(guò)將1.017g的硅酸鈉O與98.98g的含100ppm Mg當(dāng)量的MgCl2溶液混合來(lái)制備。將2#/T的硅酸鹽復(fù)合物加到預(yù)處理的紙配料中。該紙配料已用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T明礬和1#/T的CPAM(PC 8695)預(yù)處理。
對(duì)于表2中所示的試驗(yàn)No.9，Ca硅酸鹽復(fù)合物通過(guò)將1.017g的硅酸鈉O與98.98g的含200ppm Mg當(dāng)量的MgCl2溶液混合來(lái)制備。將2#/T的硅酸鹽復(fù)合物加到預(yù)處理的紙配料中。該紙配料已用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T明礬和1#/T的CPAM(PC 8695)預(yù)處理。
對(duì)于表2中所示的試驗(yàn)No.10，Ca硅酸鹽復(fù)合物通過(guò)將1.017g的硅酸鈉O與98.98g的含300ppm Mg當(dāng)量的MgCl2溶液混合來(lái)制備。將2#/T的硅酸鹽復(fù)合物加到預(yù)處理的紙配料中。該紙配料已用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T明礬和1#/T的CPAM(PC 8695)預(yù)處理。
對(duì)于表2中所示的試驗(yàn)No.11，Ca硅酸鹽復(fù)合物通過(guò)將1.017g的硅酸鈉O與98.98g的含400ppm Mg當(dāng)量的MgCl2溶液混合來(lái)制備。將2#/T的硅酸鹽復(fù)合物加到預(yù)處理的紙配料中。該紙配料已用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T明礬和1#/T的CPAM(PC 8695)預(yù)處理。
對(duì)于表2中所示的試驗(yàn)No.12，Ca硅酸鹽復(fù)合物通過(guò)將1.017g的硅酸鈉O與98.98g的含500ppm Mg當(dāng)量的MgCl2溶液混合來(lái)制備。將2#/T的硅酸鹽復(fù)合物加到預(yù)處理的紙配料中。該紙配料已用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T明礬和1#/T的CPAM(PC 8695)預(yù)處理。
然后將試驗(yàn)Nos.1-12的最終紙配料轉(zhuǎn)移到CSF設(shè)備中，以便測(cè)量排水率。樣品的結(jié)果總結(jié)在以下的表2中。
表2
表2說(shuō)明，具有0.018-0.072的Ca/Si摩爾比或具有0.021-0.105的Mg/Si摩爾比的Ca和Mg硅酸鹽復(fù)合物顯著改進(jìn)了紙配料的排水性能。另外，表2顯示，當(dāng)Ca硅酸鹽復(fù)合物的Ca/Si摩爾比為至少0.036時(shí)，硅酸鹽復(fù)合物形成了肉眼可見(jiàn)的沉淀(如試驗(yàn)Nos.5-7中的樣品)，因此排水活性降低。
表2也說(shuō)明，將硅酸鈉加到紙配料中有助于紙配料排水率的增加。
含本發(fā)明的硅酸鹽復(fù)合物的所有溶液是透明溶液，只是試驗(yàn)Nos.5-7的溶液含有肉眼可見(jiàn)的少量沉淀。因此，從實(shí)施例1獲得的所有硅酸鹽復(fù)合物是水溶性的，除了試驗(yàn)Nos.5-7產(chǎn)生了少量的沉淀以外。實(shí)施例2
通過(guò)將10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T明礬和0.5#/T的CPAM(PC8138)加到紙配料中來(lái)制備對(duì)照樣品(以下表3中所示的試驗(yàn)No.1)來(lái)制備對(duì)照樣品。
在本實(shí)施例中也包括了含商購(gòu)微粒排水助劑膨潤(rùn)土的的樣品(以下表3中所示的試驗(yàn)No.2)。在本實(shí)施例中使用的膨潤(rùn)土是BentoliteHS和由Southern Clay Products，Inc.供應(yīng)。將膨潤(rùn)土加到已用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T明礬和0.5#/T的CPAM(PC 8138)預(yù)處理的紙配料中。膨潤(rùn)土的添加量是以干重為基準(zhǔn)的2#/T。
還制備了不含Ca或Mg離子的硅酸鈉N樣品(以下表3中所示的試驗(yàn)No.3)。將2.01g的硅酸鈉N用248g去離子水稀釋至0.3wt％的濃度和繼續(xù)混合1分鐘。稀釋的硅酸鈉然后立即加到已用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T明礬和0.5#/T的CPAM(PC 8138)預(yù)處理的紙配料中。硅酸鈉N的添加量是以固體重量為基準(zhǔn)的2#/T。
如下制備含0.3wt％硅酸鈉固體和具有如表3所示的各種M’/Si摩爾比的7種Ca硅酸鹽復(fù)合物和4種Mg硅酸鹽復(fù)合物(在以下表3中所示的試驗(yàn)Nos.4-14)
對(duì)于表3中所示的試驗(yàn)No.4，通過(guò)首先將0.313g的2％CaCl2溶液加到247.68g去離子水中，隨后將2.01g硅酸鈉N加到去離子水中來(lái)制備Ca硅酸鹽復(fù)合物?；旌衔镉么帕嚢杵鬟B續(xù)混合1分鐘。立即將2#/T的硅酸鹽復(fù)合物加到預(yù)處理紙配料中，用于測(cè)量排水率。(硅酸鹽復(fù)合物的量是按硅酸鈉的固體重量計(jì)的2#/T。)預(yù)處理的配料通過(guò)將以下添加劑按以下次序加到紙配料中來(lái)制備10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T明礬和0.5#/T的CPAM(PC 8138)。除了CPAM(PC 8138)以外的各添加劑混合10秒。CPAM(PC 8138)混合60秒。
對(duì)于表3中所示的試驗(yàn)No.5，通過(guò)首先將0.625g的2％CaCl2溶液加到247.37g去離子水中，隨后將2.01g硅酸鈉N加到去離子水中來(lái)制備Ca硅酸鹽復(fù)合物?；旌衔镉么帕嚢杵鬟B續(xù)混合1分鐘。立即將2#/T的硅酸鹽復(fù)合物加到預(yù)處理紙配料中，用于測(cè)量排水率。預(yù)處理的配料通過(guò)將以下添加劑按以下次序加到紙配料中來(lái)制備10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T明礬和0.5#/T的CPAM(PC 8138)。除了CPAM(PC 8138)以外的各添加劑混合10秒。CPAM(PC 8138)混合60秒。
對(duì)于表3中所示的試驗(yàn)No.6，通過(guò)首先將1.25g的2％CaCl2溶液加到246.74g去離子水中，隨后將2.01g硅酸鈉N加到去離子水中來(lái)制備Ca硅酸鹽復(fù)合物?；旌衔镉么帕嚢杵鬟B續(xù)混合1分鐘。立即將2#/T的硅酸鹽復(fù)合物加到預(yù)處理紙配料中，用于測(cè)量排水率。預(yù)處理的配料通過(guò)將以下添加劑按以下次序加到紙配料中來(lái)制備10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T明礬和0.5#/T的CPAM(PC 8138)。除了CPAM(PC 8138)以外的各添加劑混合10秒。CPAM(PC 8138)混合60秒。
對(duì)于表3中所示的試驗(yàn)No.7，通過(guò)首先將1.875g的2％CaCl2溶液加到246.12g去離子水中，隨后將2.01g硅酸鈉N加到去離子水中來(lái)制備Ca硅酸鹽復(fù)合物?；旌衔镉么帕嚢杵鬟B續(xù)混合1分鐘。立即將2#/T的硅酸鹽復(fù)合物加到預(yù)處理紙配料中，用于測(cè)量排水率。預(yù)處理的配料通過(guò)將以下添加劑按以下次序加到紙配料中來(lái)制備10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T明礬和0.5#/T的CPAM(PC 8138)。除了CPAM(PC 8138)以外的各添加劑混合10秒。CPAM(PC 8138)混合60秒。
對(duì)于表3中所示的試驗(yàn)No.8，通過(guò)首先將2.5g的2％CaCl2溶液加到245.49g去離子水中，隨后將2.01g硅酸鈉N加到去離子水中來(lái)制備Ca硅酸鹽復(fù)合物?；旌衔镉么帕嚢杵鬟B續(xù)混合1分鐘。立即將2#/T的硅酸鹽復(fù)合物加到預(yù)處理紙配料中，用于測(cè)量排水率。預(yù)處理的配料通過(guò)將以下添加劑按以下次序加到紙配料中來(lái)制備10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T明礬和0.5#/T的CPAM(PC 8138)。除了CPAM(PC 8138)以外的各添加劑混合10秒。CPAM(PC 8138)混合60秒。
對(duì)于表3中所示的試驗(yàn)No.9，通過(guò)首先將3.75g的2％CaCl2溶液加到244.24g去離子水中，隨后將2.01g硅酸鈉N加到去離子水中來(lái)制備Ca硅酸鹽復(fù)合物。混合物用磁力攪拌器連續(xù)混合1分鐘。立即將2#/T的硅酸鹽復(fù)合物加到預(yù)處理紙配料中，用于測(cè)量排水率。預(yù)處理的配料通過(guò)將以下添加劑按以下次序加到紙配料中來(lái)制備10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T明礬和0.5#/T的CPAM(PC 8138)。除了CPAM(PC 8138)以外的各添加劑混合10秒。CPAM(PC 8138)混合60秒。
對(duì)于表3中所示的試驗(yàn)No.10，通過(guò)首先將5g的2％CaCl2溶液加到242.99g去離子水中，隨后將2.01g硅酸鈉N加到去離子水中來(lái)制備Ca硅酸鹽復(fù)合物?；旌衔镉么帕嚢杵鬟B續(xù)混合1分鐘。立即將2#/T的硅酸鹽復(fù)合物加到預(yù)處理紙配料中，用于排水率測(cè)量。預(yù)處理的配料通過(guò)將以下添加劑按以下次序加到紙配料中來(lái)制備10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T明礬和0.5#/T的CPAM(PC 8138)。除了CPAM(PC 8138)以外的各添加劑混合10秒。CPAM(PC 8138)混合60秒。
對(duì)于表3中所示的試驗(yàn)No.11，通過(guò)首先將2.5g的1％MgCl2溶液加到245.49g去離子水中，隨后將2.01g硅酸鈉N加到去離子水中來(lái)制備Mg硅酸鹽復(fù)合物?；旌衔镉么帕嚢杵鬟B續(xù)混合1分鐘。立即將2#/T的硅酸鹽復(fù)合物加到預(yù)處理紙配料中，用于排水率測(cè)量。預(yù)處理的配料通過(guò)將以下添加劑按以下次序加到紙配料中來(lái)制備10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T明礬和0.5#/T的CPAM(PC 8138)。除了CPAM(PC 8138)以外的各添加劑混合10秒。CPAM(PC 8138)混合60秒。
對(duì)于表3中所示的試驗(yàn)No.12，通過(guò)首先將5g的1％MgCl2溶液加到242.99g去離子水中，隨后將2.01g硅酸鈉N加到去離子水中來(lái)制備Mg硅酸鹽復(fù)合物。混合物用磁力攪拌器連續(xù)混合1分鐘。立即將2#/T的硅酸鹽復(fù)合物加到預(yù)處理紙配料中，用于排水率測(cè)量。預(yù)處理的配料通過(guò)將以下添加劑按以下次序加到紙配料中來(lái)制備10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T明礬和0.5#/T的CPAM(PC 8138)。除了CPAM(PC 8138)以外的各添加劑混合10秒。CPAM(PC 8138)混合60秒。
對(duì)于表3中所示的試驗(yàn)No.13，通過(guò)首先將7.5g的1％MgCl2溶液加到240.49g去離子水中，隨后將2.01g硅酸鈉N加到去離子水中來(lái)制備Mg硅酸鹽復(fù)合物?；旌衔镉么帕嚢杵鬟B續(xù)混合1分鐘。立即將2#/T的硅酸鹽復(fù)合物加到預(yù)處理紙配料中，用于排水率測(cè)量。預(yù)處理的配料通過(guò)將以下添加劑按以下次序加到紙配料中來(lái)制備10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T明礬和0.5#/T的CPAM(PC 8138)。除了CPAM(PC 8138)以外的各添加劑混合10秒。CPAM(PC 8138)混合60秒。
對(duì)于表3中所示的試驗(yàn)No.14，通過(guò)首先將10g的1％MgCl2溶液加到237.99g去離子水中，隨后將2.01g硅酸鈉N加到去離子水中來(lái)制備Mg硅酸鹽復(fù)合物?；旌衔镉么帕嚢杵鬟B續(xù)混合1分鐘。立即將2#/T的硅酸鹽復(fù)合物加到預(yù)處理紙配料中，用于排水率測(cè)量。預(yù)處理的配料通過(guò)將以下添加劑按以下次序加到紙配料中來(lái)制備10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T明礬和0.5#/T的CPAM(PC 8138)。除了CPAM(PC 8138)以外的各添加劑混合10秒。CPAM(PC 8138)混合60秒。
然后將試驗(yàn)Nos.1-14的所得紙配料轉(zhuǎn)移到CSF設(shè)備中，以便測(cè)量排水率。本實(shí)施例中的樣品的結(jié)果表示在以下表3中。
表3
表3清楚說(shuō)明，具有0.006-0.11的摩爾比的Ca和Mg硅酸鹽復(fù)合物(試驗(yàn)Nos.3-14的樣品)顯著改進(jìn)了紙配料的排水性能。同樣，將硅酸鈉或膨潤(rùn)土添加到紙配料中也增加了排水率。
本發(fā)明的所有含硅酸鹽復(fù)合物的溶液都是透明溶液。實(shí)施例3
通過(guò)將10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬和1#/T的CPAM(PC8695)加到紙配料中進(jìn)行預(yù)處理來(lái)制備對(duì)照樣品(在以下表4中所示的試驗(yàn)No.1)。
在本實(shí)施例中還包括了硅酸鈉O樣品(在以下表4中所示的試驗(yàn)No.2)。通過(guò)將0.254g的硅酸鈉O加到99.75g去離子水中來(lái)將硅酸鈉O稀釋到0.075wt％SiO2，之后再加到已用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬和1#/T的CPAM(PC8695)預(yù)處理的紙配料中。
如下制備含0.075wt％SiO2和具有如表4所示的各種M’/Si摩爾比的四種Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物(如以下表4所示的試驗(yàn)Nos.3-6)
對(duì)于試驗(yàn)No.3，復(fù)合物通過(guò)將0.254g的硅酸鈉O加到99.75g的含Mg/Ca離子和具有34ppm Ca當(dāng)量的硬度的水中來(lái)制備。然后將2#/T的復(fù)合物加到已用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬和1#/T的CPAM(PC8695)預(yù)處理的紙配料中。將混合物連續(xù)混合大約30分鐘，然后放置3小時(shí)。然后將紙配料轉(zhuǎn)移到CSF設(shè)備中，以便測(cè)量排水率。
對(duì)于試驗(yàn)No.4，復(fù)合物通過(guò)將0.254g的硅酸鈉O加到99.75g的含Mg/Ca離子和具有68ppm Ca當(dāng)量的硬度的水中來(lái)制備。然后將2#/T的復(fù)合物加到已用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬和1#/T的CPAM(PC8695)預(yù)處理的紙配料中。將混合物連續(xù)混合大約30分鐘，然后放置3小時(shí)。然后將紙配料轉(zhuǎn)移到CSF設(shè)備中，以便測(cè)量排水率。
對(duì)于試驗(yàn)No.5，復(fù)合物通過(guò)將0.254g的硅酸鈉O加到99.75g的含Mg/Ca離子和具有102ppm Ca當(dāng)量的硬度的水中來(lái)制備。然后將2#/T的復(fù)合物加到已用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬和1#/T的CPAM(PC8695)預(yù)處理的紙配料中。將混合物連續(xù)混合大約30分鐘，然后放置3小時(shí)。然后將紙配料轉(zhuǎn)移到CSF設(shè)備中，以便測(cè)量排水率。
對(duì)于試驗(yàn)No.6，復(fù)合物通過(guò)將0.254g的硅酸鈉O加到99.75g的含Mg/Ca離子和具有136ppm Ca當(dāng)量的硬度的水中來(lái)制備。然后將2#/T的復(fù)合物加到已用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬和1#/T的CPAM(PC8695)預(yù)處理的紙配料中。將混合物連續(xù)混合大約30分鐘，然后放置3小時(shí)。然后將紙配料轉(zhuǎn)移到CSF設(shè)備中，以便測(cè)量排水率。
在本實(shí)施例中的樣品的結(jié)果在以下表4中總結(jié)。
表4
表4說(shuō)明，使用具有0.068-0.204的(Ca+Mg)/Si比率的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物顯著改進(jìn)了紙配料的排水性能。相反，使用具有0.272的(Ca+Mg)/Si比率的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物(如試驗(yàn)No.6的樣品所示)形成了沉淀，因此在紙配料的排水性能上沒(méi)有顯示大的改進(jìn)。
表4還顯示，硅酸鈉在紙配料中的存在增加了排水活性。
除了試驗(yàn)No.6的溶液含有肉眼可見(jiàn)的沉淀以外，含本發(fā)明的硅酸鹽復(fù)合物的所有溶液都是透明溶液。因此，從實(shí)施例3獲得的所有硅酸鹽復(fù)合物是水溶性的，只有試驗(yàn)No.6(具有136ppm Ca當(dāng)量的硬度)產(chǎn)生了沉淀。實(shí)施例4
本實(shí)施例的試驗(yàn)Nos.3-6(如以下表5所示)的樣品與實(shí)施例3的試驗(yàn)Nos.3-6的那些相同，只是紙配料用APAM(PA 8130)代替CPAM進(jìn)行處理。也就是說(shuō)，在添加Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物之前，將10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬和0.5#/T的APAM依次加到紙配料中。
也制備了不含Ca或Mg離子的硅酸鈉O樣品(在以下表5中所示的試驗(yàn)No.2)。硅酸鈉O在去離子水中稀釋至0.075wt％SiO2，然后加到含10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬，和0.5#/T的APAM(PA 8130)的紙配料中。
制備僅含紙配料的對(duì)照樣品(在以下表5中所示的試驗(yàn)No.1)。該紙配料已用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬，和0.5#/T的APAM(PA 8130)預(yù)處理。
將所得紙配料轉(zhuǎn)移到CSF設(shè)備中，以便測(cè)量排水率。結(jié)果在以下表5中總結(jié)。
表5
如表5所示，當(dāng)紙配料用陰離子聚合物與Ca/Mg硅酸鹽一起處理時(shí)，獲得了排水性能的改進(jìn)。同樣，將硅酸鈉加到紙配料中也增加了排水率。實(shí)施例5
通過(guò)將10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬和1#/T的CPAM(NOVUS 8910)加到紙配料中來(lái)制備對(duì)照樣品(在以下表5中所示的試驗(yàn)No.1)。
如下制備含0.3wt％SiO2和具有0.034的(Ca+Mg)/Si摩爾比的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物的9種樣品(在表6中所示的試驗(yàn)Nos.2-10)
對(duì)于試驗(yàn)No.2，通過(guò)將1g的硅酸鈉STIXSO RR混合到99.00g的含Mg/Ca離子和具有68ppm Ca當(dāng)量的硬度的水中來(lái)制備復(fù)合物。將混合物連續(xù)混合30分鐘和然后放置3小時(shí)。然后將2#/T的復(fù)合物加到已用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬和1#/T的CPAM(NOVUS 8910)預(yù)處理的紙配料中。
對(duì)于試驗(yàn)No.3，通過(guò)將1.083g的硅酸鈉E混合到98.92g的含Mg/Ca離子和具有68ppm Ca當(dāng)量的硬度的水中來(lái)制備復(fù)合物。將混合物連續(xù)混合30分鐘和然后放置3小時(shí)。然后將2#/T的復(fù)合物加到已用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬和1#/T的CPAM(NOVUS8910)預(yù)處理的紙配料中。
對(duì)于試驗(yàn)No.4，通過(guò)將1.045g的硅酸鈉N混合到98.95g的含Mg/Ca離子和具有68ppm Ca當(dāng)量的硬度的水中來(lái)制備復(fù)合物。將混合物連續(xù)混合大約30分鐘和然后放置3小時(shí)。然后將2#/T的復(fù)合物加到已用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬和1#/T的CPAM(NOVUS 8910)預(yù)處理的紙配料中。
對(duì)于試驗(yàn)No.5，通過(guò)將1.017g的硅酸鈉O混合到98.98g的含Mg/Ca離子和具有68ppm Ca當(dāng)量的硬度的水中來(lái)制備復(fù)合物。將混合物連續(xù)混合大約30分鐘和然后放置3小時(shí)。然后將2#/T的復(fù)合物加到已用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬和1#/T的CPAM(NOVUS 8910)預(yù)處理的紙配料中。
對(duì)于試驗(yàn)No.6，通過(guò)將1.027g的40級(jí)硅酸鈉混合到98.97g的含Mg/Ca離子和具有68ppm Ca當(dāng)量的硬度的水中來(lái)制備復(fù)合物。將混合物連續(xù)混合大約30分鐘和然后放置3小時(shí)。然后將2#/T的復(fù)合物加到已用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬和1#/T的CPAM(NOVUS 8910)預(yù)處理的紙配料中。
對(duì)于試驗(yàn)No.7，通過(guò)將1g的42級(jí)硅酸鈉混合到99.00g的含Mg/Ca離子和具有68ppm Ca當(dāng)量的硬度的水中來(lái)制備復(fù)合物。將混合物連續(xù)混合大約30分鐘和然后放置3小時(shí)。然后將2#/T的復(fù)合物加到已用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬和1#/T的CPAM(NOVUS 8910)預(yù)處理的紙配料中。
對(duì)于試驗(yàn)No.8，通過(guò)將0.946g的硅酸鈉K混合到99.05g的含Mg/Ca離子和具有68ppm Ca當(dāng)量的硬度的水中來(lái)制備復(fù)合物。將混合物連續(xù)混合大約30分鐘和然后放置3小時(shí)。然后將2#/T的復(fù)合物加到已用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬和1#/T的CPAM(NOVUS 8910)預(yù)處理的紙配料中。
對(duì)于試驗(yàn)No.9，通過(guò)將0.935g的硅酸鈉M混合到99.07g的含Mg/Ca離子和具有68ppm Ca當(dāng)量的硬度的水中來(lái)制備復(fù)合物。將混合物連續(xù)混合大約30分鐘和然后放置3小時(shí)。然后將2#/T的復(fù)合物加到已用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬和1#/T的CPAM(NOVUS 8910)預(yù)處理的紙配料中。
對(duì)于試驗(yàn)No.10，通過(guò)將1.020g的硅酸鈉D混合到98.98g的含Mg/Ca離子和具有68ppm Ca當(dāng)量的硬度的水中來(lái)制備復(fù)合物。將混合物連續(xù)混合大約30分鐘和然后放置3小時(shí)。然后將2#/T的復(fù)合物加到已用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬和1#/T的CPAM(NOVUS 8910)預(yù)處理的紙配料中。
然后將紙配料轉(zhuǎn)移到CSF設(shè)備中，以便測(cè)量排水率。結(jié)果在表6中給出。
表6
如表6所示，具有2.0-3.25范圍內(nèi)的SiO2/Na2O重量比的硅酸鈉形成了活性Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物。實(shí)施例6
在本實(shí)施例中使用的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物與實(shí)施例5中的相同，只是使用0.25#/T的APAM(PA 8130)代替1#/T的CPAM。也就是說(shuō)，將10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬，0.25#/T的APAM和2#/T的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物(按SiO2計(jì))依次加到紙配料中。
本實(shí)施例的對(duì)照樣品與實(shí)施例5中的相同，只是使用0.25#/T的APAM(PA 8130)代替1#/T的CPAM。
然后將處理的紙配料轉(zhuǎn)移到CSF設(shè)備中，以便測(cè)量排水率。結(jié)果在以下表7中總結(jié)。
表7
如表7所示，從具有2.0-3.25范圍內(nèi)的SiO2/Na2O重量比的硅酸鈉形成的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物改進(jìn)了用APAM絮凝劑處理的紙配料的排水率。實(shí)施例7
制備對(duì)照樣品(在以下表8中所示的試驗(yàn)No.1)，將紙配料投入CSF設(shè)備中，以便測(cè)量排水率。
通過(guò)將0.5#/T的CPAM(PC 8138)加到紙配料中制備另一對(duì)照樣品(在以下表8中所示的試驗(yàn)No.2)。
通過(guò)將0.452g的濃CaCl2溶液(具有38％干燥固體，由TETRATechnology生產(chǎn))加到114.5g的去離子水中來(lái)制備0.15％CaCl2樣品(在以下表8中所示的試驗(yàn)No.3)。將0.15％CaCl2溶液以2#/T的量加到預(yù)處理的紙配料中，用于測(cè)量排水率。預(yù)處理的配料通過(guò)將0.5#/T的CPAM(PC 8138)加到紙配料中來(lái)制備。
還如下所示制備不含Ca或Mg離子的硅酸鈉N樣品(在以下表8中所示的試驗(yàn)No.4)0.803g的硅酸鈉N用99.20g的去離子水稀釋到0.3wt％的濃度和連續(xù)混合1分鐘。然后立即將2#/T的稀釋硅酸鈉加到已用0.5#/T的CPAM(PC 8138)預(yù)處理的紙配料中。
對(duì)于在表8中所示的試驗(yàn)Nos.5-8，一起制備Ca硅酸鹽復(fù)合物。在這些試驗(yàn)中的Ca硅酸鹽復(fù)合物通過(guò)將20g的0.15 CaCl2溶液和0.803g硅酸鈉N加到89.2g的去離子水中來(lái)制備。溶液用磁力攪拌器連續(xù)混合1分鐘。對(duì)于試驗(yàn)Nos.5-8，將2#/T的硅酸鹽復(fù)合物立即加到預(yù)處理的紙配料中，用于測(cè)量排水率。
對(duì)于試驗(yàn)No.5，預(yù)處理的配料通過(guò)將0.5#/T的CPAM(PC 8138)加到紙配料中來(lái)制備。
對(duì)于試驗(yàn)No.6，預(yù)處理的配料通過(guò)先后將5#/T的明礬和0.5#/T的CPAM(PC 8138)加到紙配料中來(lái)制備。
對(duì)于試驗(yàn)No.7，預(yù)處理的配料通過(guò)先后將10#/T的陽(yáng)離子淀粉和0.5#/T的CPAM(PC 8138)加到紙配料中來(lái)制備。
對(duì)于試驗(yàn)No.8，預(yù)處理的配料通過(guò)將以下添加劑加到配料中來(lái)制備10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬，和0.5#/T的CPAM(PC81138)。
然后將最終的紙配料轉(zhuǎn)移到CSF設(shè)備中，以便測(cè)量排水率。本實(shí)施例的結(jié)果表示在以下表8中。
表8
從表8能夠看出，試驗(yàn)No.3和4(分別含CaCl2和硅酸鈉N)沒(méi)有排水活性，而Ca硅酸鹽復(fù)合物具有顯著的排水活性。在表8中的結(jié)果也證明，Ca硅酸鹽復(fù)合物具有最佳性能，當(dāng)將陽(yáng)離子淀粉，明礬和陽(yáng)離子絮凝劑(CPAM(PC 8138))加到紙配料中時(shí)。還有，添加了至少一種添加劑的Ca硅酸鹽復(fù)合物也增強(qiáng)了紙配料中的排水活性。實(shí)施例8
在本實(shí)施例中，通過(guò)使1.02g硅酸鈉O與98.98g的具有68ppm當(dāng)量Ca的硬度的Ca/Mg溶液反應(yīng)來(lái)制備具有0.3％SiO2濃度和0.034的(Ca+Mg)/Si摩爾比的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物。
在排水研究中，Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物與其中硅酸鈉以及CaCl2和MgCl2的Ca或Mg離子單獨(dú)加到紙配料中，而不預(yù)混形成Ca或Mg硅酸鹽復(fù)合物的系列樣品進(jìn)行比較。硅酸鹽復(fù)合物和硅酸鈉的量表示在以下的表9中。配料處理包括依次添加10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬，和1#/T的CPAM(PC 8695)，隨后添加如以下表9所示的測(cè)試添加劑。
Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物的劑量按SiO2測(cè)定，硅酸鈉O，CaCl2和MgCl2的按產(chǎn)品的干燥固體來(lái)測(cè)定。
將處理的紙配料轉(zhuǎn)移到CSF設(shè)備中，以便測(cè)量排水率。本實(shí)施例的結(jié)果表示在表9中。
表9
如表9中所示，試驗(yàn)No.8的預(yù)先形成的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物在排水改進(jìn)上勝過(guò)試驗(yàn)Nos.3-7的硅酸鈉和Ca或Mg離子的簡(jiǎn)單結(jié)合物(沒(méi)有預(yù)先形成Ca或Mg硅酸鹽復(fù)合物)。表9也說(shuō)明，硅酸鈉和Ca或Mg離子的簡(jiǎn)單結(jié)合物獲得了與試驗(yàn)No.2中硅酸鈉本身基本相同的排水改進(jìn)。實(shí)施例9
對(duì)照樣品(在以下表10中所示的試驗(yàn)No.1)通過(guò)依次將10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T明礬，和0.5#/T的CPAM(PC8138)加到紙配料中來(lái)制備。然后將紙配料轉(zhuǎn)移到CSF設(shè)備中，以便測(cè)量排水率。該對(duì)照樣品的結(jié)果表示在以下的表10中。
在本實(shí)施例中使用具有0.3干重％的SiO2濃度和0.071的Ca/Si比率的7種Ca硅酸鹽復(fù)合物(在以下表10中的試驗(yàn)Nos.2-8)。這7種Ca硅酸鹽復(fù)合物的每一種在22℃下通過(guò)在244.24g的去離子水中添加3.75g的2％CaCl2和隨后將2.01g的硅酸鈉N加到該去離子水中來(lái)制備。
在試驗(yàn)No.2中，當(dāng)反應(yīng)已經(jīng)進(jìn)行約0.5分鐘時(shí)，然后將2#/T的Ca復(fù)合物轉(zhuǎn)移到已經(jīng)用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T明礬，和0.5#/T的CPAM(PC 8138)預(yù)處理的紙配料中。紙配料然后立即轉(zhuǎn)移到CSF設(shè)備中，以便測(cè)量排水率。
在試驗(yàn)No.3中，當(dāng)反應(yīng)已經(jīng)進(jìn)行約4.3分鐘時(shí)，然后將2#/T的Ca復(fù)合物轉(zhuǎn)移到已經(jīng)用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T明礬，和0.5#/T的CPAM(PC 8138)預(yù)處理的紙配料中。紙配料然后立即轉(zhuǎn)移到CSF設(shè)備中，以便測(cè)量排水率。
在試驗(yàn)No.4中，當(dāng)反應(yīng)已經(jīng)進(jìn)行約7.3分鐘時(shí)，將2#/T的Ca復(fù)合物轉(zhuǎn)移到已經(jīng)用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T明礬，和0.5#/T的CPAM(PC 8138)預(yù)處理的紙配料中。紙配料然后立即轉(zhuǎn)移到CSF設(shè)備中，以便測(cè)量排水率。
在試驗(yàn)No.5中，當(dāng)反應(yīng)已經(jīng)進(jìn)行約15.5分鐘時(shí)，然后將2#/T的Ca復(fù)合物轉(zhuǎn)移到已經(jīng)用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T明礬，和0.5#/T的CPAM(PC 8138)預(yù)處理的紙配料中。紙配料然后立即轉(zhuǎn)移到CSF設(shè)備中，以便測(cè)量排水率。
在試驗(yàn)No.6中，當(dāng)反應(yīng)已經(jīng)進(jìn)行約30分鐘時(shí)，將2#/T的Ca復(fù)合物轉(zhuǎn)移到已經(jīng)用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T明礬，和0.5#/T的CPAM(PC 8138)預(yù)處理的紙配料中。紙配料然后立即轉(zhuǎn)移到CSF設(shè)備中，以便測(cè)量排水率。
在試驗(yàn)No.7中，當(dāng)反應(yīng)已經(jīng)進(jìn)行約39分鐘時(shí)，將2#/T的Ca復(fù)合物轉(zhuǎn)移到已經(jīng)用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T明礬，和0.5#/T的CPAM(PC 8138)預(yù)處理的紙配料中。紙配料然后立即轉(zhuǎn)移到CSF設(shè)備中，以便測(cè)量排水率。
在試驗(yàn)No.8中，當(dāng)反應(yīng)已經(jīng)進(jìn)行約59分鐘時(shí)，將2#/T的Ca復(fù)合物轉(zhuǎn)移到已經(jīng)用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T明礬，和0.5#/T的CPAM(PC 8138)預(yù)處理的紙配料中。紙配料然后立即轉(zhuǎn)移到CSF設(shè)備中，以便測(cè)量排水率。
在本實(shí)施例中使用具有0.3干重％的SiO2濃度和0.071的Ca/Si比率的2種Ca硅酸鹽復(fù)合物(在以下表10中的試驗(yàn)Nos.9-10)。這兩種Ca硅酸鹽復(fù)合物的每一種在50℃下通過(guò)在244.24g的去離子水中添加3.75g的2％CaCl2和隨后將2.01g的硅酸鈉N加到該去離子水中來(lái)制備。
在試驗(yàn)No.9中，當(dāng)反應(yīng)已經(jīng)進(jìn)行約0.5分鐘時(shí)，然后將2#/T的Ca復(fù)合物轉(zhuǎn)移到已經(jīng)用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T明礬，和0.5#/T的CPAM(PC 8138)預(yù)處理的紙配料中。紙配料然后立即轉(zhuǎn)移到CSF設(shè)備中，以便測(cè)量排水率。
在試驗(yàn)No.10中，當(dāng)反應(yīng)已經(jīng)進(jìn)行約3分鐘時(shí)，然后將2#/T的Ca復(fù)合物轉(zhuǎn)移到已經(jīng)用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T明礬，和0.5#/T的CPAM(PC 8138)預(yù)處理的紙配料中。紙配料然后立即轉(zhuǎn)移到CSF設(shè)備中，以便測(cè)量排水率。
在本實(shí)施例中使用具有0.3干重％的SiO2濃度和0.012的Ca/Si比率的5種Ca硅酸鹽復(fù)合物(在以下表10中的試驗(yàn)Nos.11-15)。這5種Ca硅酸鹽復(fù)合物的每一種在50℃下通過(guò)在247.37g的去離子水中添加0.625g的2％CaCl2和隨后將2.01g的硅酸鈉N加到該去離子水中來(lái)制備。
在試驗(yàn)No.11中，當(dāng)反應(yīng)已經(jīng)進(jìn)行約0.5分鐘時(shí)，然后將2#/T的Ca復(fù)合物轉(zhuǎn)移到已經(jīng)用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T明礬，和0.5#/T的CPAM(PC 8138)預(yù)處理的紙配料中。紙配料然后轉(zhuǎn)移到CSF設(shè)備中，以便測(cè)量排水率。
在試驗(yàn)No.12中，當(dāng)反應(yīng)已經(jīng)進(jìn)行約3.3分鐘時(shí)，然后將2#/T的Ca復(fù)合物轉(zhuǎn)移到已經(jīng)用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T明礬，和0.5#/T的CPAM(PC 8138)預(yù)處理的紙配料中。紙配料然后轉(zhuǎn)移到CSF設(shè)備中，以便測(cè)量排水率。
在試驗(yàn)No.13中，當(dāng)反應(yīng)已經(jīng)進(jìn)行約6.3分鐘時(shí)，然后將2#/T的Ca復(fù)合物轉(zhuǎn)移到已經(jīng)用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T明礬，和0.5#/T的CPAM(PC 8138)預(yù)處理的紙配料中。紙配料然后轉(zhuǎn)移到CSF設(shè)備中，以便測(cè)量排水率。
在試驗(yàn)No.14中，當(dāng)反應(yīng)已經(jīng)進(jìn)行約17分鐘時(shí)，然后將2#/T的鈣復(fù)合物轉(zhuǎn)移到已經(jīng)用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T明礬，和0.5#/T的CPAM(PC 8138)預(yù)處理的紙配料中。紙配料然后轉(zhuǎn)移到CSF設(shè)備中，以便測(cè)量排水率。
在試驗(yàn)No.15中，當(dāng)反應(yīng)已經(jīng)進(jìn)行約20.5分鐘時(shí)，然后將2#/T的Ca復(fù)合物轉(zhuǎn)移到已經(jīng)用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T明礬，和0.5#/T的CPAM(PC 8138)預(yù)處理的紙配料中。紙配料然后立即轉(zhuǎn)移到CSF設(shè)備中，以便測(cè)量排水率。
以上測(cè)試樣品的結(jié)果在以下給出。
表10
如由在表10中總結(jié)的結(jié)果所說(shuō)明的那樣，當(dāng)Ca/Si的摩爾比是0.071時(shí)，Ca硅酸鹽復(fù)合物在反應(yīng)開始后不久很快達(dá)到其最高排水活性。然而，在較低的Ca/Si摩爾比下，反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，即使當(dāng)反應(yīng)溫度上升到50℃時(shí)也是如此。實(shí)施例10
在試驗(yàn)Nos.2-4和6中使用的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物是相同的，因?yàn)樗鼈円黄鹬苽?。該Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物具有0.3wt％SiO2的濃度和0.034的(Ca+Mg)/Si摩爾比，通過(guò)將1.02g的硅酸鈉O與98.98g的具有68ppm Ca當(dāng)量的硬度的Ca/Mg溶液混合大約30分鐘，然后使之靜置大約3小時(shí)來(lái)制備。
具體地說(shuō)，如下制備本實(shí)施例的6個(gè)樣品(表11中的試驗(yàn)Nos.1-6)
試驗(yàn)No.1通過(guò)依次將10#/T的陽(yáng)離子淀粉和1#/T的CPAM(PC 8695)加到紙配料中來(lái)制備。然后將該紙配料轉(zhuǎn)移到CSF設(shè)備，以便測(cè)量排水率。該對(duì)照樣品的結(jié)果表示在以下表11中。
在試驗(yàn)No.2中，將2#/T的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物加到紙配料中，該紙配料已通過(guò)依次將10#/T的陽(yáng)離子淀粉和1#/T的CPAM(PC 8695)加到紙配料中來(lái)進(jìn)行預(yù)處理。然后將紙配料轉(zhuǎn)移到CSF設(shè)備中，以便測(cè)量排水率。
在試驗(yàn)No.3中，將4#/T的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物加到紙配料中，該紙配料已通過(guò)依次將10#/T的陽(yáng)離子淀粉和1#/T的CPAM(PC 8695)加到紙配料中來(lái)進(jìn)行預(yù)處理。然后將紙配料轉(zhuǎn)移到CSF設(shè)備中，以便能夠測(cè)量排水率。
在試驗(yàn)No.4中，將6#/T的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物加到紙配料中，該紙配料已通過(guò)依次將10#/T的陽(yáng)離子淀粉和1#/T的CPAM(PC 8695)加到紙配料中來(lái)進(jìn)行預(yù)處理。然后將紙配料轉(zhuǎn)移到CSF設(shè)備中，以便能夠測(cè)量排水率。
試驗(yàn)No.5通過(guò)將1#/T的CPAM(PC 8695)加到紙配料中來(lái)制備。然后將紙配料轉(zhuǎn)移到CSF設(shè)備中，以便測(cè)量排水率。該對(duì)比樣品的結(jié)果表示在以下表11中。
在試驗(yàn)No.6中，將2#/T的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物加到紙配料中，該紙配料已通過(guò)依次將1#/T的CPAM(PC 8695)加到紙配料中來(lái)進(jìn)行預(yù)處理。然后將紙配料轉(zhuǎn)移到CSF設(shè)備中，以便能夠測(cè)量排水率。
表11
如表11所示，(a)當(dāng)在紙配料中僅存在CPAM絮凝劑時(shí)；和(b)當(dāng)在紙配料中存在CPAM絮凝劑和陽(yáng)離子淀粉時(shí)，Ca/Mg的使用證實(shí)了顯著的排水改進(jìn)。實(shí)施例11
在本實(shí)施例中，如下制備四種Ca/Mg復(fù)合物(在表12中所示的試驗(yàn)Nos.1-4)
在試驗(yàn)No.1中，在7℃下通過(guò)使1.02g的硅酸鈉O與98.98g的含68ppm硬度(按Ca當(dāng)量計(jì))的Ca/Mg溶液反應(yīng)來(lái)制備具有0.3wt％SiO2的濃度和0.034的(Ca+Mg)/Si摩爾比的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物。當(dāng)反應(yīng)已進(jìn)行大約3分鐘時(shí)，立即將2#/T的Ca/Mg復(fù)合物加到已用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬和1#/T的CPAM(PC 8695)預(yù)處理的紙配料中。然后將紙配料轉(zhuǎn)移到CSF設(shè)備中，以便測(cè)量排水率。
在試驗(yàn)No.2中，在15℃下通過(guò)使1.02g的硅酸鈉O與98.98g的含68ppm硬度(按Ca當(dāng)量計(jì))的Ca/Mg溶液反應(yīng)來(lái)制備具有0.3wt％SiO2的濃度和0.034的(Ca+Mg)/Si摩爾比的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物。當(dāng)反應(yīng)已進(jìn)行大約3分鐘時(shí)，立即將2#/T的Ca/Mg復(fù)合物加到已用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬和1#/T的CPAM(PC 8695)預(yù)處理的紙配料中。然后將紙配料轉(zhuǎn)移到CSF設(shè)備中，以便測(cè)量排水率。
在試驗(yàn)No.3中，在20℃下通過(guò)使1.02g的硅酸鈉O與98.98g的含68ppm硬度(按Ca當(dāng)量計(jì))的Ca/Mg溶液反應(yīng)來(lái)制備具有0.3wt％SiO2的濃度和0.034的(Ca+Mg)/Si摩爾比的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物。當(dāng)反應(yīng)已進(jìn)行大約3分鐘時(shí)，立即將2#/T的Ca/Mg復(fù)合物加到已用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬和1#/T的CPAM(PC 8695)預(yù)處理的紙配料中。然后將紙配料轉(zhuǎn)移到CSF設(shè)備中，以便測(cè)量排水率。
在試驗(yàn)No.4中，在50℃下通過(guò)使1.02g的硅酸鈉O與98.98g的含68ppm硬度(按Ca當(dāng)量計(jì))的Ca/Mg溶液反應(yīng)來(lái)制備具有0.3wt％SiO2的濃度和0.034的(Ca+Mg)/Si摩爾比的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物。當(dāng)反應(yīng)已進(jìn)行大約3分鐘時(shí)，立即將2#/T的Ca/Mg復(fù)合物加到已用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬和1#/T的CPAM(PC8695)預(yù)處理的紙配料中。然后將紙配料轉(zhuǎn)移到CSF設(shè)備中，以便測(cè)量排水率。結(jié)果列于表12
表12
如表12所示，當(dāng)反應(yīng)溫度增加時(shí)，Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物的排水活性增加。實(shí)施例12
在本實(shí)施例中使用的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物與實(shí)施例10的復(fù)合物相同。具體地說(shuō)，通過(guò)將1.02g的硅酸鈉O與98.98g的具有68ppmCa當(dāng)量的硬度的Ca/Mg溶液混合大約30分鐘，然后使混合物放置大約3小時(shí)來(lái)制備具有0.3wt％SiO2的濃度和0.034的(Ca+Mg)/Si摩爾比的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物。
如下制備在表13中所示的試驗(yàn)Nos.1-12
在試驗(yàn)No.1中，將10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬和1#/T的CPAM(Novus 8910)加到具有7.7pH的配料中。
在試驗(yàn)No.2中，將2#/T的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物加到具有7.7pH的配料中和用10#/T的陽(yáng)離子淀粉、5#/T的明礬和1#/T的CPAM(Novus 8910)預(yù)處理。
在試驗(yàn)No.3中，將10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬和0.25#/T的APAM(PA 8130)加到具有7.7pH的配料中。
在試驗(yàn)No.4中，將2#/T的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物加到具有7.7的pH的配料中和用10#/T的陽(yáng)離子淀粉、5#/T的明礬和0.25#/T的CPAM(Novus 8910)預(yù)處理。
在試驗(yàn)No.5中，將10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬和1#/T的CPAM(Novus 8910)加到具有8.7pH的配料中。
在試驗(yàn)No.6中，將2#/T的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物加到具有8.7的pH的配料中和用10#/T的陽(yáng)離子淀粉、5#/T的明礬和1#/T的CPAM(Novus 8910)預(yù)處理。
在試驗(yàn)No.7中，將10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬和0.25#/T的APAM(PA 8130)加到具有8.7pH的配料中。
在試驗(yàn)No.8中，將2#/T的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物加到具有8.7的pH的配料中和用10#/T的陽(yáng)離子淀粉、5#/T的明礬和0.25#/T的APAM(PA 8130)預(yù)處理。
在試驗(yàn)No.9中，將10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬和1#/T的CPAM(Novus 8910)加到具有9.6pH的配料中。
在試驗(yàn)No.10中，將2#/T的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物加到具有9.6的pH的配料中和用10#/T的陽(yáng)離子淀粉、5#/T的明礬和1#/T的CPAM(Novus 8910)預(yù)處理。
在試驗(yàn)No.11中，將10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬和0.25#/T的APAM(PA 8130)加到具有9.6pH的配料中。
在試驗(yàn)No.12中，將2#/T的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物加到具有9.6的pH的配料中和用10#/T的陽(yáng)離子淀粉、5#/T的明礬和0.25#/T的APAM(PA 8130)預(yù)處理。
然后將紙配料轉(zhuǎn)移到CSF設(shè)備中，以便測(cè)量排水率。排水率的結(jié)果也表示在以下表13中。
表13
從表13中能夠看出，將Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物加到具有7.7-9.6的pH的紙配料中顯著增加了排水率。實(shí)施例13
在本實(shí)施例中使用的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物與實(shí)施例10的復(fù)合物相同。具體地說(shuō)，通過(guò)使1.02g的硅酸鈉O與98.98g的具有68ppm當(dāng)量Ca的硬度的Ca/Mg溶液反應(yīng)來(lái)制備具有0.3％SiO2的濃度和0.034的(Ca+Mg)/Si摩爾比的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物。
如下制備在表14中所示的試驗(yàn)Nos.1-16
在試驗(yàn)No.1中，將10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬，和1#/T的CPAM(Novus 8910)加到1000ml的具有0.3wt％稠度以及含100wt％纖維和0wt％沉淀碳酸鈣(PCC)填料(基于總干漿料的重量)的紙配料中。
在試驗(yàn)No.2中，將10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬，和1#/T的CPAM(Novus 8910)加到1000ml的具有0.3wt％稠度以及含100wt％纖維和0wt％沉淀碳酸鈣(PCC)填料(基于總干漿料的重量)的紙配料中。隨后將2#/T的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物加到紙配料中。
在試驗(yàn)No.3中，將10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬，和0.25#/T的APAM(PA 8130)加到1000ml的具有0.3wt％稠度以及含100wt％纖維和0wt％沉淀碳酸鈣(PCC)填料(基于總干漿料的重量)的紙配料中。
在試驗(yàn)No.4中，將10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬，和0.25#/T的APAM(PA 8130)加到1000ml的具有0.3wt％稠度以及含100wt％纖維和0wt％沉淀碳酸鈣(PCC)填料(基于總干漿料的重量)的紙配料中。隨后將2#/T的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物加到紙配料中。
在試驗(yàn)No.5中，將10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬，和1#/T的CPAM(Novus 8910)加到1000ml的具有0.3wt％稠度以及含90wt％纖維和10wt％沉淀碳酸鈣(PCC)填料(基于總干漿料的重量)的紙配料中。
在試驗(yàn)No.6中，將10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬，和1#/T的CPAM(Novus 8910)加到1000ml的具有0.3wt％稠度以及含90wt％纖維和10wt％沉淀碳酸鈣(PCC)填料(基于總干漿料的重量)的紙配料中。隨后將2#/T的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物加到紙配料中。
在試驗(yàn)No.7中，將10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬，和0.25#/T的APAM(PA 8130)加到1000ml的具有0.3wt％稠度以及含90wt％纖維和10wt％沉淀碳酸鈣(PCC)填料(基于總干漿料的重量)的紙配料中。
在試驗(yàn)No.8中，將10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬，和0.25#/T的APAM(PA 8130)加到1000ml的具有0.3wt％稠度以及含90wt％纖維和10wt％沉淀碳酸鈣(PCC)填料(基于總干漿料的重量)的紙配料中。隨后將2#/T的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物加到紙配料中。
在試驗(yàn)No.9中，將10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬，和1#/T的CPAM(Novus 8910)加到1000ml的具有0.3wt％稠度以及含80wt％纖維和20wt％沉淀碳酸鈣(PCC)填料(基于總干漿料的重量)的紙配料中。
在試驗(yàn)No.10中，將10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬，和0.25#/T的CPAM(Novus 8910)加到1000ml的具有0.3wt％稠度以及含80wt％纖維和20wt％沉淀碳酸鈣(PCC)填料(基于總干漿料的重量)的紙配料中。隨后將2#/T的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物加到紙配料中。
在試驗(yàn)No.11中，將10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬，和0.25#/T的APAM(PA 8130)加到1000ml的具有0.3wt％稠度以及含80wt％纖維和20wt％沉淀碳酸鈣(PCC)填料(基于總干漿料的重量)的紙配料中。
在試驗(yàn)No.12中，將10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬，和0.25#/T的APAM(PA 8130)加到1000ml的具有0.3wt％稠度以及含80wt％纖維和20wt％沉淀碳酸鈣(PCC)填料(基于總干漿料的重量)的紙配料中。隨后將2#/T的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物加到紙配料中。
在試驗(yàn)No.13中，將10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬，和1#/T的CPAM(Novus 8910)加到1000ml的具有0.3wt％稠度以及含65wt％纖維和35wt％沉淀碳酸鈣(PCC)填料(基于總干漿料的重量)的紙配料中。
在試驗(yàn)No.14中，將10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬，和1#/T的CPAM(Novus 8910)加到1000ml的具有0.3wt％稠度以及含65wt％纖維和35wt％沉淀碳酸鈣(PCC)填料(基于總干漿料的重量)的紙配料中。隨后將2#/T的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物加到紙配料中。
在試驗(yàn)No.15中，將10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬，和0.25#/T的APAM(PA 8130)加到1000ml的具有0.3wt％稠度以及含65wt％纖維和35wt％沉淀碳酸鈣(PCC)填料(基于總干漿料的重量)的紙配料中。
在試驗(yàn)No.16中，將10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬，和0.25#/T的APAM(PA 8130)加到1000ml的具有0.3wt％稠度以及含65wt％纖維和35wt％沉淀碳酸鈣(PCC)填料(基于總干漿料的重量)的紙配料中。隨后將2#/T的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物加到紙配料中。
然后將紙配料轉(zhuǎn)移到CSF設(shè)備中，以便測(cè)量排水率。結(jié)果在表14中給出。
表14
從表14能夠看出，Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物對(duì)具有0填料水平或高達(dá)35wt％填料的紙配料產(chǎn)生了顯著的排水改進(jìn)。實(shí)施例14
在本實(shí)施例中使用的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物與實(shí)施例10的復(fù)合物相同。具體地說(shuō)，通過(guò)將1.02g的硅酸鈉O與98.98g的具有68ppm當(dāng)量Ca的硬度的Ca/Mg溶液混合大約30分鐘，然后讓混合物放置大約3小時(shí)來(lái)制備具有0.3％SiO2的濃度和0.034的(Ca+Mg)/Si摩爾比的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物。
本實(shí)施例的樣品(在以下表15中所示的試驗(yàn)Nos.1-12)進(jìn)行Britt Jar系細(xì)粒保留率評(píng)價(jià)。
在試驗(yàn)No.1中，通過(guò)依次將10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬和1#/T的CPAM(PC 8695)加到紙配料中來(lái)進(jìn)行保留率評(píng)價(jià)。
在試驗(yàn)No.2中，通過(guò)依次將10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬，1#/T的CPAM(PC 8695)和2#/T的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物加到紙配料中來(lái)進(jìn)行保留率評(píng)價(jià)。
在試驗(yàn)No.3中，通過(guò)依次將10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬，1#/T的CPAM(PC 8695)和4#/T的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物加到紙配料中來(lái)進(jìn)行保留率評(píng)價(jià)。
在試驗(yàn)No.4中，通過(guò)依次將10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬，1#/T的CPAM(PC 8695)和6#/T的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物加到紙配料中來(lái)進(jìn)行保留率評(píng)價(jià)。
在試驗(yàn)No.5中，通過(guò)依次將10#/T的陽(yáng)離子淀粉和5#/T的明礬加到紙配料中來(lái)進(jìn)行保留率評(píng)價(jià)。
在試驗(yàn)No.6中，通過(guò)依次將10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬，和2#/T的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物加到紙配料中來(lái)進(jìn)行保留率評(píng)價(jià)。
在試驗(yàn)No.7中，通過(guò)依次將10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬，和4#/T的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物加到紙配料中來(lái)進(jìn)行保留率評(píng)價(jià)。
在試驗(yàn)No.8中，通過(guò)依次將10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬，和6#/T的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物加到紙配料中來(lái)進(jìn)行保留率評(píng)價(jià)。
在試驗(yàn)No.9中，通過(guò)依次將10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬，和0.25#/T的APAM(PA 8130)加到紙配料中來(lái)進(jìn)行保留率評(píng)價(jià)。
在試驗(yàn)No.10中，通過(guò)依次將10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬，0.25#/T的APAM(PA 8130)和2#/T的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物加到紙配料中來(lái)進(jìn)行保留率評(píng)價(jià)。
在試驗(yàn)No.11中，通過(guò)依次將10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬，0.25#/T的APAM(PA 8130)和4#/T的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物加到紙配料中來(lái)進(jìn)行保留率評(píng)價(jià)。
在試驗(yàn)No.12中，通過(guò)依次將10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬，0.25#/T的APAM(PA 8130)和6#/T的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物加到紙配料中來(lái)進(jìn)行保留率評(píng)價(jià)。
然后將紙配料轉(zhuǎn)移到CSF設(shè)備中，以便測(cè)量排水率。保留率評(píng)價(jià)的結(jié)果在以下表15中給出。
表15
如表15所示，與用Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物處理的紙配料相比，不用Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物處理的紙配料獲得了較低的保留率。Ca/Mg復(fù)合物改進(jìn)了用或不用絮凝劑的紙配料的保留率。實(shí)施例15
通過(guò)將10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬，和0.5#/T的CPAM(PC 8138)加到紙配料中來(lái)制備對(duì)照樣品(在以下表16中所示的試驗(yàn)No.1)。
在本實(shí)施例中還包括了商購(gòu)微粒排水助劑膨潤(rùn)土的樣品(在以下表16中所示的試驗(yàn)No.2)。在本實(shí)施例中使用的膨潤(rùn)土是BentoliteHS和由Southern Clay Products，Inc.生產(chǎn)。將膨潤(rùn)土加到已用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬和0.5#/T的CPAM(PC 8138)預(yù)處理的紙配料中。
在試驗(yàn)No.3中，通過(guò)將1.04g的硅酸鈉N與98.96g的具有124ppmCa當(dāng)量的硬度的淡水混合大約2-3分鐘來(lái)制備含有0.3wt％SiO2的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物。將2#/T的Ca/Mg復(fù)合物加到已用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬和0.5#/T的CPAM(PC 8138)預(yù)處理的紙配料中。
在試驗(yàn)No.4中，通過(guò)將1.04g的硅酸鈉N與98.96g的具有124ppmCa當(dāng)量的硬度的淡水混合大約2-3分鐘來(lái)制備含有0.3wt％SiO2的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物。將2#/T的Ca/Mg復(fù)合物加到已用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬和0.5#/T的CPAM(PC 8138)預(yù)處理的紙配料中。
在試驗(yàn)No.5中，將0.50g的2％CaCl2加到98.45g的具有124ppmCa當(dāng)量的硬度的淡水中。然后將1.04g硅酸鈉與淡水混合大約2-3分鐘以形成含0.3wt％SiO2的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物。然后將2#/T的Ca/Mg復(fù)合物加到已用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬和0.5#/T的CPAM(PC 8138)預(yù)處理的紙配料中。
在試驗(yàn)No.6中，將0.75g的2％CaCl2加到98.21g的具有124ppmCa當(dāng)量的硬度的淡水中。然后將1.04g硅酸鈉與淡水混合大約2-3分鐘以形成含0.3wt％SiO2的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物。然后將2#/T的Ca/Mg復(fù)合物加到已用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬和0.5#/T的CPAM(PC 8138)預(yù)處理的紙配料中。
在試驗(yàn)No.7中，將1.0g的2％CaCl2加到97.96g的具有124ppmCa當(dāng)量的硬度的淡水中。然后將1.04g硅酸鈉與淡水混合大約2-3分鐘以形成含0.3wt％SiO2的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物。然后將2#/T的Ca/Mg復(fù)合物加到已用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬和0.5#/T的CPAM(PC 8138)預(yù)處理的紙配料中。
在試驗(yàn)No.8中，將1.5g的2％CaCl2加到97.46g的具有124ppmCa當(dāng)量的硬度的淡水中。然后將1.04g硅酸鈉與淡水混合大約2-3分鐘以形成含0.3wt％SiO2的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物。然后將2#/T的Ca/Mg復(fù)合物加到已用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬和0.5#/T的CPAM(PC 8138)預(yù)處理的紙配料中。
在試驗(yàn)No.9中，將2.0g的2％CaCl2加到96.96g的具有124ppmCa當(dāng)量的硬度的淡水中。然后將1.04g硅酸鈉與淡水混合大約2-3分鐘以形成含0.3wt％SiO2的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物。然后將2#/T的Ca/Mg復(fù)合物加到已用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬和0.5#/T的CPAM(PC 8138)預(yù)處理的紙配料中。
然后將處理的紙配料轉(zhuǎn)移到CSF設(shè)備中，以便測(cè)量排水率。在本實(shí)施例中的樣品的結(jié)果表示在以下表16中。
表16
如表16所示，Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物和膨潤(rùn)土顯著改進(jìn)了紙配料的排水性能。實(shí)施例16
本實(shí)施例包括與以上實(shí)施例15中試驗(yàn)Nos.1-9相同的9個(gè)樣品(在以下表17中所示的試驗(yàn)Nos.1-9)，只是在形成Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物之后(在試驗(yàn)Nos.3-9中)，將它們放置大約2小時(shí)，再將它們加到預(yù)處理的紙配料中。
然后將紙配料轉(zhuǎn)移到CSF設(shè)備中，以便測(cè)量排水率。在排水試驗(yàn)之后，使用HACH 2100AN濁度計(jì)測(cè)量金屬硅酸鹽復(fù)合物的濁度。
結(jié)果在以下表17中總結(jié)。
表17
如表17所示，在本實(shí)施例中使用的所有金屬硅酸鹽復(fù)合物對(duì)排水率改進(jìn)是高度有效的。還顯示，復(fù)合物的濁度從18.7增加到56.5不有益于復(fù)合物的性能。實(shí)施例17
通過(guò)將10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬，和0.5#/T的CPAM(PC 8138)加到紙配料中來(lái)制備對(duì)照樣品(在以下表18中所示的試驗(yàn)No.1)。
如下制備含0.3wt％SiO2的三種Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物(在以下表18中所示的試驗(yàn)Nos.2-4)
在試驗(yàn)No.2(樣品A)中，將1.5g的2％CaCl2加到97.46g的具有124ppm Ca當(dāng)量的硬度的淡水中。然后將1.04g硅酸鈉N與淡水混合大約2-3分鐘以形成含0.3wt％SiO2的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物。將Ca/Mg復(fù)合物放置5天。在5天后，然后將2#/T的Ca/Mg復(fù)合物加到已用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬和0.5#/T的CPAM(PC8138)預(yù)處理的紙配料中。然后將紙配料轉(zhuǎn)移到CSF設(shè)備中，以便測(cè)量排水率。在排水試驗(yàn)之后，使用HACH 2100AN濁度計(jì)測(cè)量Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物的濁度。
在試驗(yàn)No.3(樣品B)中，將1.5g的2％CaCl2加到97.46g的具有124ppm Ca當(dāng)量的硬度的淡水中。然后在7℃-9℃下將1.04g硅酸鈉N與淡水混合大約50分鐘以形成含0.3wt％SiO2的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物。然后，進(jìn)一步經(jīng)22分鐘將0.5g的2％CaCl2加到含Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物的混合物中，然后將2#/T的Ca/Mg復(fù)合物加到已用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬和0.5#/T的CPAM(PC 8138)預(yù)處理的紙配料中。然后將紙配料轉(zhuǎn)移到CSF設(shè)備中，以便測(cè)量排水率。在排水試驗(yàn)之后，使用HACH 2100 AN濁度計(jì)測(cè)量Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物的濁度。
在試驗(yàn)No.4中，通過(guò)在9℃下將1.0g的2％CaCl2溶液加到如上所述的樣品B(試驗(yàn)No.3)并混合65分鐘來(lái)制備Ca/Mg復(fù)合物(樣品C)。然后將2#/T的Ca/Mg復(fù)合物加到已用10#/T的陽(yáng)離子淀粉，5#/T的明礬和0.5#/T的CPAM(PC 8138)預(yù)處理的紙配料中。然后將紙配料轉(zhuǎn)移到CSF設(shè)備中，以便測(cè)量排水率。在排水試驗(yàn)后，使用HACH 2100 AN濁度計(jì)測(cè)量Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物的濁度。
本實(shí)施例的結(jié)果在以下表18中總結(jié)。
表18
如表18所示，當(dāng)金屬硅酸鹽復(fù)合物的濁度從大約30 NTU增加到71 NTU時(shí)，排水性能急劇下降。
以上實(shí)施例說(shuō)明，通過(guò)使用含金屬離子，如Mg2+和/或Ca2+離子的水溶液稀釋硅酸鈉，使得將硅酸鈉轉(zhuǎn)化成活性鎂和/或鈣硅酸鹽，紙配料的排水和保留性能被顯著改進(jìn)。
以上實(shí)施例也說(shuō)明，通過(guò)將硅酸鈉加到紙配料中，紙配料的排水和保留性能也被改進(jìn)。
以上實(shí)施例還說(shuō)明，向紙配料中添加選自陽(yáng)離子淀粉、凝固劑和絮凝劑中的至少一種添加劑，隨后添加水溶性金屬?gòu)?fù)合物或硅酸鈉，可改進(jìn)排水和保留性能，并且在生產(chǎn)紙和紙板中成本降低。
通過(guò)用一般和特定描述的成分和/或本發(fā)明的操作條件代替在前述實(shí)施例中使用的那些，能夠同樣成功地重復(fù)前述實(shí)施例。根據(jù)前面的描述，本領(lǐng)域中的熟練人員能夠容易地確定本發(fā)明的基本特征，以及在不偏離本發(fā)明精神和范圍的情況下，能夠作出本發(fā)明的各種變化和修改以適應(yīng)各種用途和條件。
權(quán)利要求
1、水性組合物，包括水和含有至少一種二價(jià)金屬和至少一種一價(jià)陽(yáng)離子硅酸鹽的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物。
2、權(quán)利要求1的水性組合物，其中二價(jià)金屬包括鎂、鈣、鋅、銅、鐵(II)，錳(II)和鋇中的至少一種。
3、權(quán)利要求1的水性組合物，其中二價(jià)金屬包括鎂和鈣中的至少一種。
4、權(quán)利要求1或2的水性組合物，其中水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物具有大約2-20的SiO2與一價(jià)陽(yáng)離子氧化物的摩爾比。
5、權(quán)利要求1或2的水性組合物，其中水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物具有大約3-5的SiO2與一價(jià)陽(yáng)離子氧化物的摩爾比。
6、權(quán)利要求1或2的水性組合物，其中水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物具有大約0.001-0.25的二價(jià)金屬與硅的摩爾比。
7、權(quán)利要求1或2的水性組合物，其中水性組合物具有大約0.01-5wt％的SiO2濃度。
8、權(quán)利要求4的水性組合物，其中水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物具有大約0.001-0.25的二價(jià)金屬與硅的摩爾比。
9、權(quán)利要求1的水性組合物，其中水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物具有以下結(jié)構(gòu)式(1-y)M2O·yM’O·xSiO2
其中M是一價(jià)陽(yáng)離子；M’是二價(jià)金屬離子；x是大約2-4；y是大約0.005-0.4；并且y/x是大約0.001-0.25。
10、權(quán)利要求9的水性組合物，其中M包括鈉、鉀、鋰或銨。
11、權(quán)利要求9的水性組合物，其中M包括鈉。
12、權(quán)利要求9的水性組合物，其中M’包括鈣或鎂。
13、權(quán)利要求9的水性組合物，其中水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物具有大約2-20的SiO2/M2O摩爾比。
14、權(quán)利要求17的水性組合物，其中水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物具有大約0.001-0.25的M’/Si摩爾比。
15、權(quán)利要求17的水溶性組合物，其中水性組合物具有大約0.01-5wt％的SiO2濃度。
16、權(quán)利要求1的水性組合物，其中水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物包括根據(jù)以下結(jié)構(gòu)式的水溶性硅酸鹽
(1-y)Na2O·yM’O·xSiO2
其中M’是包括鈣或鎂的二價(jià)金屬離子，
x是大約2-4，
y是大約0.005-0.4，
y/x是大約0.001-0.25，
x/(1-y)是大約2-20，并且
所述的水性組合物具有大約0.01-5wt％的SiO2濃度。
17、權(quán)利要求16的組合物，其中
y/x是大約0.01-0.2，
x/(1-y)是大約3-10，并且
所述的水性組合物具有大約0.1-2wt％的SiO2濃度。
18、制備含有水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的水性組合物的方法，包括將一價(jià)陽(yáng)離子硅酸鹽和二價(jià)金屬離子在水性環(huán)境中合并以形成水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物。
19、權(quán)利要求18的方法，其中水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物具有大約2-20的SiO2與一價(jià)陽(yáng)離子氧化物的摩爾比。
20、權(quán)利要求18的方法，其中一價(jià)陽(yáng)離子硅酸鹽包括硅酸鈉、硅酸鉀、硅酸鋰和硅酸銨的至少一種。
21、權(quán)利要求18的方法，其中一價(jià)陽(yáng)離子硅酸鹽包括硅酸鈉。
22、權(quán)利要求21的方法，其中硅酸鈉具有大約2-4的SiO2/Na2O重量比。
23、權(quán)利要求18的方法，其中二價(jià)金屬離子包括鎂、鈣、鋅、銅、鐵(II)、錳(II)和鋇中的至少一種。
24、權(quán)利要求18的方法，其中二價(jià)金屬離子包括鎂和鈣中的至少一種。
25、權(quán)利要求18的方法，其中水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物包括根據(jù)以下結(jié)構(gòu)式的水溶性硅酸鹽
(1-y)Na2O·yM’O·xSiO2
其中M’是包括鈣或鎂的二價(jià)金屬離子，
x是大約2-4，
y是大約0.005-0.4，
y/x是大約0.001-0.25，
x/(1-y)是大約2-20，并且
所述的水性組合物具有大約0.01-5wt％的SiO2濃度。
26、權(quán)利要求18的方法，其中水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的制備是通過(guò)將一價(jià)陽(yáng)離子硅酸鹽加到具有足量二價(jià)金屬離子的水性反應(yīng)劑組合物中以形成水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物。
27、權(quán)利要求26的方法，其中二價(jià)金屬離子的來(lái)源包括CaCl2，MgCl2，MgSO4，Ca(NO3)2，Mg(NO3)2，CaSO4，和ZnSO4中的至少一種。
28、權(quán)利要求18的方法，其中水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的制備是通過(guò)將二價(jià)金屬離子加到具有足量的一價(jià)陽(yáng)離子硅酸鹽的水性反應(yīng)劑組合物中以形成水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物。
29、使纖維素淤漿改性的方法，包括將含有水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的水性組合物加到纖維素淤漿中，其中該復(fù)合物包括二價(jià)金屬和至少一種一價(jià)陽(yáng)離子硅酸鹽。
30、權(quán)利要求29的方法，其中二價(jià)金屬包括鎂、鈣、鋅、銅、鐵(II)、錳(II)和鋇中的至少一種。
31、權(quán)利要求29的方法，其中二價(jià)金屬包括鎂和鈣中的至少一種。
32、權(quán)利要求29的方法，其中水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物包括根據(jù)以下結(jié)構(gòu)式的水溶性硅酸鹽
(1-y)M2O·yM’O·xSiO2
其中M是一價(jià)陽(yáng)離子；M’是二價(jià)金屬離子；x是大約2-4；y是大約0.005-0.4；并且y/x是大約0.001-0.25。
33、權(quán)利要求32的方法，其中M包括鈉、鉀、鋰或銨。
34、權(quán)利要求32的方法，其中M’包括鈣或鎂。
35、權(quán)利要求32的方法，其中水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物具有大約2-20的SiO2/M2O摩爾比。
36、權(quán)利要求29的方法，其中含有水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的水性組合物通過(guò)將二價(jià)金屬的來(lái)源加到足量一價(jià)陽(yáng)離子硅酸鹽的水性反應(yīng)劑組合物中以形成水溶性金屬硅酸鹽來(lái)制備。
37、權(quán)利要求29的方法，其中水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物包括根據(jù)以下結(jié)構(gòu)式的水溶性硅酸鹽
(1-y)Na2O·yM’O·xSiO2
其中M’是包括鈣或鎂的二價(jià)金屬離子，
x是大約2-4，
y是大約0.005-0.4，
y/x是大約0.001-0.25，
x/(1-y)是大約2-20，并且
所述的水性組合物具有大約0.01-5wt％的SiO2濃度，以及將絮凝劑、淀粉和凝固劑中的至少一種加到纖維素淤漿中。
38、制備纖維素淤漿的方法，包括將一價(jià)陽(yáng)離子硅酸鹽加到含有與一價(jià)陽(yáng)離子硅酸鹽結(jié)合的足量二價(jià)金屬離子的纖維素淤漿中以形成水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物。
39、權(quán)利要求38的方法，其中一價(jià)陽(yáng)離子硅酸鹽包括硅酸鈉、硅酸鉀、硅酸鋰和硅酸銨中的至少一種。
40、權(quán)利要求39的方法，其中二價(jià)金屬離子包括鎂、鈣、鋅、銅、鐵(II)、錳(II)和鋇中的至少一種。
41、包括纖維素纖維和至少一種水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的殘余物的纖維素產(chǎn)品。
全文摘要
水性組合物，包括含有至少一種二價(jià)金屬的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物。制備含水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的水性組合物的方法，包括將一價(jià)陽(yáng)離子硅酸鹽和二價(jià)金屬離子在水性環(huán)境中合并以形成水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物。改性纖維素淤漿的方法，包括將含有含二價(jià)金屬的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的水性組合物加到纖維素淤漿中。制備纖維素淤漿的方法，包括將一價(jià)陽(yáng)離子硅酸鹽加到含有與一價(jià)陽(yáng)離子硅酸鹽結(jié)合的足量二價(jià)金屬離子的纖維素淤漿中以形成水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物。制備纖維素產(chǎn)品的方法，包括將含有含二價(jià)金屬的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的水性組合物加到纖維素淤漿中，和由該纖維素淤漿形成纖維素產(chǎn)品。
文檔編號(hào)D21H17/66GK1420844SQ0081718
公開日2003年5月28日 申請(qǐng)日期2000年12月14日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月14日
發(fā)明者童吉梅, 湯姆·E·塔加特, 張福山 申請(qǐng)人:赫爾克里士公司