ЗОЛИ НА ОСНОВЕ ДИОКСИДА КРЕМНИЯ Российский патент 2014 года по МПК C01B33/141 D21H21/10 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к золям на основе диоксида кремния и к их получению и применению. Настоящее изобретение предусматривает золи на основе диоксида кремния с улучшенными характеристиками обезвоживания и удерживания в бумажном производстве.

Предпосылки создания изобретения

В бумажном производстве водную суспензию, содержащую целлюлозные волокна и необязательные наполнители и добавки, подают в напорный ящик, который выбрасывает целлюлозную суспензию на формующую проволочную сетку. Вода отводится из целлюлозной суспензии с созданием сырого бумажного холста, который дополнительно обезвоживается и сушится в секции сушки бумагоделательной машины. В целлюлозную суспензию обычно вводят добавки обезвоживания и удерживания для облегчения обезвоживания и увеличения адсорбции мелких частиц на целлюлозных волокнах с тем, чтобы они удерживались волокнами.

Золи на основе диоксида кремния широко используются в качестве добавок обезвоживания и удерживания, обычно в комбинации с заряженными органическими полимерами. Такие системы добавок в настоящее время находятся среди наиболее эффективных в использовании в бумагоделательной промышленности, в частности, системы, содержащие золи на основе диоксида кремния, которые содержат микрогель или агрегированные частицы с высокой площадью поверхности. Примеры золей на основе диоксида кремния указанного типа включают описанные в патентах США № 5176891, 5368833, 5603805 и 6372806, а также в опубликованных заявках WO 98/30753, 98/56715, 00/66491, 00/66492, 2005/097678 и 2005/100241.

Золи на основе диоксида кремния обычно транспортируются и хранятся в форме золей высокой концентрации. Перед введением в целлюлозную суспензию золи обычно разбавляют водой для того, чтобы улучшить смешивание частиц на основе диоксида кремния с компонентами шихты целлюлозной суспензии. Однако в зависимости от ее происхождения используемая разбавляющая вода может быть жесткой водой или, в ином случае, содержать значительное количество солей, электролитов и т.д., которые обычно влияют на характеристики золей.

Предпочтительно создание золей на основе диоксида кремния с улучшенными характеристиками обезвоживания и удерживания в бумажном производстве, в частности, когда золи разбавляются жесткой водой или разбавляющая вода содержит значительное количество солей и электролитов. Предпочтительно создание способа получения таких золей на основе диоксида кремния. Предпочтительно также создание способа получения бумаги с улучшенными характеристиками обезвоживания и удерживания.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение в общем относится к золю на основе диоксида кремния, имеющему концентрацию растворимого диоксида кремния менее примерно 1000 мг SiO₂/л, электропроводность по меньшей мере примерно 2,0 мСм/см и S-показатель ниже примерно 50%.

Настоящее изобретение также относится к способу получения золя на основе диоксида кремния, включающему

(i) обработку электродиализом водного раствора силиката щелочного металла с образованием электродиализованного золя;

(ii) подкисление электродиализованного золя с образованием подкисленного золя, имеющего рН в интервале от примерно 5,0 до примерно 10,0.

Изобретение, кроме того, относится к золю на основе диоксида кремния, получаемому способом согласно настоящему изобретению.

Изобретение, кроме того, относится к различным применениям золя на основе диоксида кремния согласно настоящему изобретению, таким как флоккулянт, в частности добавка обезвоживания и удерживания в бумажном производстве и флоккулянт для водоочистки.

Настоящее изобретение, кроме того, в общем относится к способу получения бумаги, включающему

(i) обеспечение водной суспензии, содержащей целлюлозные волокна;

(ii) введение в суспензию одной или более добавок обезвоживания и удерживания, содержащей золь на основе диоксида кремния согласно настоящему изобретению; и

(iii) обезвоживание полученной суспензии с получением листа или холста бумаги.

Подробное описание изобретения

В соответствии с настоящим изобретением предусматриваются золи на основе диоксида кремния, также называемые в настоящем описании золи частиц (на основе диоксида кремния), которые являются подходящими для использования в качестве флоккулянтов в бумажном производстве и водоочистке, в частности, в качестве добавок обезвоживания и удерживания в бумажном производстве. Используемый в настоящем описании термин «добавки обезвоживания и удерживания» относится к одной или более добавок, которые при введении в водную целлюлозную суспензию дают лучшее обезвоживание и/или удерживание, чем обезвоживание и/или удерживание, которое получается, когда не вводится одна или более указанных добавок. Золи на основе диоксида кремния изобретения показывают улучшенное обезвоживание и удерживание при использовании в бумажном производстве, в частности, когда золи на основе диоксида кремния разбавляются жесткой водой или разбавляющей водой, содержащей значительное количество солей, электролитов и т.д. Поэтому настоящее изобретение делает возможным увеличение скорости бумагоделательной машины и использование более низкой дозы добавки для получения соответствующего эффекта обезвоживания и удерживания, что в результате дает улучшенный способ получения бумаги и экономические выгоды.

Водный золь согласно настоящему изобретению содержит (диоксид кремния)содержащие частицы, т.е. частицы на основе диоксида кремния, или SiO₂, который является предпочтительно анионным и предпочтительно коллоидным, т.е. в коллоидном интервале размера частиц. Водные дисперсии указанного типа обычно называются золями. Предпочтительно (диоксид кремния)содержащие частицы получают поликонденсацией кремнийсодержащих соединений, например кремниевых кислот и силикатов. Другие элементы или компоненты могут также присутствовать в водной фазе золя и/или в (диоксид кремния)содержащих частицах. Такие элементы или компоненты могут присутствовать как примеси или как результат преднамеренного введения. В одном варианте изобретения золь содержит (диоксид кремния)содержащие частицы, которые не модифицированы алюминием. Это значит, что алюминий может присутствовать в золе в количествах, соответствующих количествам примесей, и тогда золь обычно имеет мольное отношение Si:Al выше примерно 100:1 или выше примерно 50:1. В другом варианте изобретения золь содержит (диоксид кремния)содержащие частицы, которые модифицированы алюминием. Это значит, что алюминий присутствует в золе в более высоких количествах. Соответственно, будучи модифицированным алюминием, золь на основе диоксида кремния обычно имеет мольное отношение Si:Al от примерно 1:1 до примерно 50:1 или от примерно 3:1 до 30:1, подходяще от примерно 5:1 до 20:1.

Золь на основе диоксида кремния данного изобретения имеет концентрацию растворимого диоксида кремния менее примерно 1500 мг SiO₂ на литр водного золя (мг SiO₂/л), обычно менее примерно 1200 мг SiO₂/л или менее 1000 мг SiO₂/л, подходяще менее примерно 800 мг SiO₂/л или менее примерно 750 мг SiO₂/л и предпочтительно менее примерно 700 мг SiO₂/л или менее примерно 650 мг SiO₂/л. Концентрация растворимого диоксида кремния составляет обычно выше примерно 100 мг SiO₂/л или выше примерно 150 мг SiO₂/л. Концентрацию растворимого диоксида кремния определяют и рассчитывают, как описано в работе J.B. Mullin and J.P. Riley, Anal. Chim. Acta, vol. 12 (1955), pp. 162-176.

В золях на основе диоксида кремния электропроводность составляет по меньшей мере примерно 2,0 мСм/см или по меньшей мере примерно 2,5 мСм/см, обычно по меньшей мере примерно 2,75 мСм/см или по меньшей мере примерно 3,0 мСм/см. Иногда электропроводность составляет по меньшей мере примерно 4,0 мСм/см или даже по меньшей мере примерно 5,0 мСм/см. Электропроводность составляет обычно до примерно 6,0 мСм/см или до примерно 8,0 мСм/см, подходяще до примерно 10,0 мСм/см. Электропроводность может быть измерена с помощью известных методов, например, с использованием портативного измерителя электропроводности WTW LF330.

(Диоксид кремния)содержащие частицы, присутствующие в золе, могут агрегироваться с образованием пучков или трехмерных сеток и микрогелей. S-показатель золя на основе диоксида кремния показывает степень агрегирования или образования микрогеля, и низкий S-показатель показывает высокую степень агрегирования. Золь на основе диоксида кремния изобретения обычно имеет S-показатель по меньшей мере примерно 4% или по меньшей мере примерно 6%, подходяще по меньшей мере примерно 10% и предпочтительно по меньшей мере 15%. Обычно S-показатель составляет до примерно 50% или до примерно 40%, подходяще до примерно 35% и предпочтительно до примерно 30%. S-показатель измеряют и рассчитывают, как описано в работе R.K. Iler and R.L. Dalton, J. Phys. Chem. 60 (1956), 955-957.

Золь на основе диоксида кремния изобретения обычно имеет рН по меньшей мере примерно 5,0 или по меньшей мере примерно 6,0, часто по меньшей мере 7,0 и подходяще по меньшей мере примерно 7,5 или по меньшей мере 8,0. Обычно значение рН золя на основе диоксида кремния составляет до примерно 11,5 или до примерно 11,0, подходяще до примерно 10,5 или до примерно 10,0.

(Диоксид кремния)содержащие частицы, присутствующие в золе, обычно имеют удельную площадь поверхности по меньшей мере примерно 300 м²/г или по меньшей мере примерно 500 м²/г, подходяще по меньшей мере примерно 600 м²/г и предпочтительно по меньшей мере примерно 650 м²/г. Удельная площадь поверхности составляет обычно до 1500 м²/г или по меньшей мере примерно 1200 м²/г, подходяще до примерно 1000 м²/г или до примерно 800 м²/г. Удельную площадь поверхности определяют с помощью титрования NaOH, как описано в работе G.W. Sears, Jr., Analytical Chemistry, 28 (1956): 12, 1981-1983, после соответствующего удаления и корректирования любых соединений, присутствующих в образце, которые могут исказить титрование. Удельная площадь поверхности, приведенная в настоящем описании, представляет собой среднюю удельную площадь поверхности (диоксид кремния)содержащих частиц, присутствующих в золе.

Золь на основе диоксида кремния изобретения обычно имеет содержание диоксида кремния (SiO₂) в интервале от примерно 0,05 до примерно 30% масс. Обычно содержание диоксида кремния составляет по меньшей мере примерно 2% масс., подходяще по меньшей мере примерно 3% масс. или по меньшей мере примерно 4% масс. и предпочтительно по меньшей мере примерно 5% масс. Обычно содержание диоксида кремния составляет до примерно 30% масс. или до примерно 20% масс., подходяще до примерно 15% масс. и предпочтительно до примерно 10% масс. Для того чтобы упростить перевозку и снизить транспортные затраты, обычно предпочтительно перевозить высококонцентрированные золи на основе диоксида кремния согласно настоящему изобретению, но, конечно, можно и обычно предпочтительно разбавлять и смешивать золи на основе диоксида кремния с водой до значительно более низкого содержания диоксида кремния перед использованием, например, до содержания диоксида кремния в интервале от примерно 0,05 до примерно 2% масс. или от примерно 0,1 до 1,5% масс. для того, чтобы улучшить смешивание с компонентами шихты. Указанное низкое содержание диоксида кремния является также общим для разбавленного золя на основе диоксида кремния изобретения, для чего желательно увеличить собственную стабильность.

Золь на основе диоксида кремния изобретения обычно имеет мольное соотношение Si:X, где Х представляет собой щелочной металл по меньшей мере примерно 10:1 или по меньшей мере примерно 15:1, подходяще по меньшей мере примерно 20:1. Мольное соотношение составляет обычно до 50:1 или до примерно 40:1, подходяще до примерно 30:1 или до примерно 25:1.

Вязкость золя на основе диоксида кремния изобретения может варьироваться в зависимости, например, от содержания диоксида кремния в золе. Обычно вязкость составляет по меньшей мере примерно 1,1 сП или по меньшей мере примерно 2 сП, и она даже может составлять по меньшей мере примерно 4 сП или по меньшей мере 6 сП. Обычно вязкость составляет до примерно 100 сП или до примерно 50 сП, подходяще до примерно 30 сП. Вязкость может быть измерена с помощью известного метода, например, с использованием вискозиметра Брукфилда LVDV II+, оборудованного УФИ-адаптером.

Золь на основе диоксида кремния изобретения является предпочтительно стабильным. Предпочтительно золь сохраняет удельную площадь поверхности по меньшей мере примерно 300 м²/г или по меньшей мере примерно 500 м²/г, подходяще по меньшей мере примерно 600 м²/г и более предпочтительно по меньшей мере примерно 700 м²/г в течение по меньшей мере 1 месяца при хранении или старении при 20°C в темноте и без перемешивания.

Согласно настоящему изобретению золь на основе диоксида кремния может быть получен из водного раствора силиката щелочного металла или жидкого стекла. Примеры подходящих водных растворов силиката щелочного металла или жидких стекол включают традиционные материалы, например силикаты лития, натрия и калия, предпочтительно силикат натрия. Мольное отношение диоксида кремния к оксиду щелочного металла, например SiO₂ к Na₂O, K₂O или Li₂O или их смеси в растворе силиката, может находиться в интервале от 15:1 до 1:1, подходяще в интервале от 4,5:1 до 1,5:1, предпочтительно, от 3,9:1 до 2,5:1. Водный силикат щелочного металла, используемый обычно, имеет содержание SiO₂ от примерно 1 до примерно 35% масс. или от примерно 2 до примерно 20% масс. и подходяще от примерно 3 до примерно 15% масс. или от примерно 5 до примерно 10% масс. Значение рН водного силиката щелочного металла является обычно выше примерно 12, типично выше примерно 13.

Согласно настоящему изобретению водный раствор силиката щелочного металла подвергают электродиализу. Это может быть проведено при пропускании водного раствора силиката щелочного металла через батарею, содержащую одну или более электродиализных ячеек. Электродиализная батарея содержит по меньшей мере одну пару ионоселективных мембран, помещенных между по меньшей мере двумя электродами, так что образуется по меньшей мере три параллельных отсека. Ионоселективные мембраны могут быть катионного селективного и анионного селективного типа, и они могут быть также биполярного типа.

В одном варианте несколько пар мембран катионного селективного и анионного селективного типа помещают между одним анодом и одним катодом, поэтому катионные мембраны размещаются близко к электродам с образованием отдельных электродных отсеков. Водный раствор силиката щелочного металла подают через разбавленные отсеки, а водный раствор гидроксида натрия подают через отсеки с концентратом. К электродам прикладывают электрическое поле постоянного тока, так что ток идет от анода к катоду. Указанный ток переносится в растворе ионами натрия и гидроксида таким образом, что ионы натрия движутся из разбавленных отсеков, содержащих силикат щелочного металла, через катионную селективную мембрану в отсеки с концентратом, содержащие гидроксид натрия, и гидроксидные ионы переносятся через анионные селективные мембраны из разбавленных отсеков, содержащих раствор силиката щелочного металла, в отсеки с концентратом, содержащие гидроксид натрия.

В другом варианте несколько биполярных и катионных селективных мембран прослаиваются между электродами, причем катионные селективные мембраны устанавливаются близко к двум крайним электродам. Биполярные мембраны предпочтительно размещают их катионной селективной стороной к разбавленным отсекам, содержащим силикат щелочного металла, а их анионной селективной стороной к отсекам с концентратом, содержащим гидроксид натрия, поэтому вода переносится диффузией от обеих сторон в центр биполярной мембраны и расщепляется на протоны и гидроксильные ионы при приложении к электродам электрического поля постоянного тока. Образованные таким образом гидроксильные ионы переносят ток через анионную селективную часть биполярной мембраны в отсеки с концентратом, содержащие гидроксид натрия, а протоны переносятся током через катионную селективную часть биполярной мембраны в разбавленные отсеки, содержащие силикат щелочного металла.

Прикладываемые напряжение и ток выбирают так, чтобы обеспечить подходящую производительность. Предпочтительно максимальное напряжение выбирают так, чтобы паразитные токи через коллекторы были низкими. Плотность тока, выраженная в А/м², выступающей поверхности мембраны, выдерживаемой в силикате щелочного металла, предпочтительно поддерживается ниже предельной плотности тока для желательного ионного переноса через мембраны. Обычно плотность тока является ниже примерно 800 А/м² или ниже примерно 600 А/м², подходяще ниже примерно 300 А/м². Плотность тока обычно составляет выше примерно 20 А/м² или выше примерно 60 А/м², подходяще выше примерно 100 А/м². Температура составляет обычно от примерно 15 до примерно 120°C или от примерно 20 до примерно 90°C, подходяще от примерно 25 до примерно 45°C. Раствор гидроксида натрия обычно имеет содержание NaOH от примерно 0,5 до примерно 15% масс. или от примерно 1 до примерно 10% масс., подходяще от примерно 2 до примерно 8% масс. Электродиализ может осуществляться непрерывным или периодическим способом. Предпочтительно электродиализ осуществляется периодическим способом или при комбинации периодического и непрерывного способа. Между каждой партией батарея может промываться или кондиционироваться, например, раствором гидроксида натрия, раствором силиката щелочного металла или водой.

При проведении электродиализа водного раствора силиката щелочного металла натриевые и гидроксильные ионы выводятся из него, так что рН обработанного электродиализом водного раствора силиката щелочного металла обычно снижается до интервала от примерно 6,5 до примерно 11,5. Промежуточный продукт, полученный способом электродиализа, т.е. электродиализованный золь, обычно имеет рН ниже примерно 11,5 или ниже примерно 11,0, подходяще ниже примерно 10,5 или ниже примерно 10,0, и рН составляет обычно выше примерно 6,5 или выше примерно 7,0, подходяще выше примерно 7,5 или выше примерно 8,0. S-показатель промежуточного золя на основе диоксида кремния, полученного способом электродиализа, находится обычно в интервале от примерно 60 до примерно 90% или от примерно 65 до примерно 85%.

Промежуточный золь на основе диоксида кремния, полученный способом электродиализа, затем дополнительно подкисляют с образованием подкисленного золя, имеющего рН в интервале от примерно 5,0 до примерно 10,0. Подкисленный золь имеет рН по меньшей мере примерно 5,0, обычно по меньшей мере примерно 6,0, подходяще по меньшей мере примерно 6,5 или по меньшей мере примерно 7,0, и рН составляет до примерно 10,0, обычно до примерно 9,0 и подходяще до примерно 8,5. Подкисление может выполняться добавлением подкисляющего агента. Примеры подходящих подкисляющих агентов включают кислоты, например минеральные и органические кислоты, и другие химические вещества, известные как подходящие для подкисления растворов силиката щелочного металла, например сульфат аммония и диоксид углерода. Примеры подходящих минеральных кислот включают серную кислоту, хлористоводородную кислоту и фосфорную кислоту, предпочтительно серную кислоту. Примеры подходящих органических кислот включают лимонную кислоту, уксусную кислоту и т.п.

После подкисления подходяще позволяют иметь место росту частиц и/или агрегированию частиц подкисленного золя. Это может быть достигнуто при хранении при комнатной температуре в течение до некоторой степени длительных периодов времени от 1 дня до 3-4 дней или предпочтительно при термообработке, в течение которой периоды времени и температуры могут быть отрегулированы так, что более короткие периоды времени используются при более высоких температурах. Можно использовать довольно высокие температуры в течение очень коротких периодов времени, но предпочтительно использовать более низкие температуры в течение до некоторой степени длительных периодов времени. При термообработке подкисленный золь может нагреваться при температуре по меньшей мере примерно 30°C, подходяще в интервале от примерно 30 до примерно 95°C и предпочтительно от примерно 35 до примерно 80°C. Термообработку обычно проводят в течение по меньшей мере примерно 10 мин, подходяще от примерно 15 до примерно 600 мин или от примерно 20 до 240 мин.

В одном варианте подкисленный золь подщелачивают до рН в интервале от примерно 7,0 до примерно 11,0. Золь на основе диоксида кремния, полученный подщелачиванием, т.е. подщелоченный золь, имеет рН по меньшей мере примерно 7,0, обычно по меньшей мере примерно 7,5 или по меньшей мере примерно 8,0, подходяще по меньшей мере примерно 8,5 или по меньшей мере примерно 9,0, и он имеет рН до примерно 11,0, обычно до примерно 10,5 или до примерно 10,0, подходяще до примерно 9,5. Подщелачивание может выполняться введением в золь щелочного материала. Примеры подходящих щелочных материалов включают водные силикаты щелочного металла, например, любой из определенных выше, предпочтительно силикат натрия; водные гидроксиды щелочного металла, например гидроксиды натрия и калия, предпочтительно гидроксид натрия; гидроксид аммония; щелочные соли алюминия, например алюминаты, подходяще водные алюминаты, например алюминаты натрия и калия, предпочтительно алюминат натрия. Предпочтительно вводят водный силикат щелочного металла либо в отдельности, либо в комбинации с водным алюминатом натрия. При введении водного силиката щелочного металла и водного алюмината натрия они могут вводиться в любом порядке, предпочтительно водный силикат щелочного металла вводится перед введением водного алюмината натрия. При использовании алюминиевой соли ее обычно вводят в количестве с обеспечением мольного соотношения Si:Al, как определено выше.

Если желательно, золь на основе диоксида кремния, полученный после подщелачивания, может быть подвергнут концентрированию. Это может быть выполнено известным образом, например осмотическими способами, выпариванием и ультрафильтрацией.

В другом варианте подкисленный золь или золь на основе диоксида кремния, полученный подщелачиванием, разбавляют водой для снижения содержания диоксида кремния. Разбавление водой обычно имеет место при содержании диоксида кремния в интервале от примерно 0,05 до примерно 2% масс. или от примерно 0,1 до 1,5% масс. Разбавление очищенной водой обычно повышает стабильность золя на основе диоксида кремния.

Золи (диоксид кремния)содержащих частиц, полученных настоящим способом, обычно имеют концентрацию растворимого диоксида кремния, электропроводность, S-показатель, рН, содержание диоксида кремния, мольное соотношение Si:Х, где Х представляет собой щелочной металл, вязкость, стабильность и удельную площадь поверхности, как определено выше.

Золь на основе диоксида кремния согласно настоящему изобретению является подходящим для применения в качестве флоккулянта, например, в получении пульпы и бумаги, особенно в качестве добавки обезвоживания и удерживания, и в области водоочистки как для очистки различных видов сточных вод, так и очистки, в частности сточной воды производства пульпы и бумаги. Золи на основе диоксида кремния могут использоваться в качестве флоккулянта, особенно в качестве добавки обезвоживания и удерживания, в комбинации с органическими полимерами, которые могут быть выбраны из анионных, амфотерных, неионных и катионных полимеров и их смесей. Использование таких полимеров в качестве флоккулянтов и в качестве добавок обезвоживания и удерживания хорошо известно в области техники. Полимеры могут быть получены из природных или синтетических источников, и они могут быть линейными, разветвленными или сшитыми. Примеры в целом подходящих органических полимеров включают анионные, амфотерные и катионные крахмалы; анионные, амфотерные и катионные акриламидсодержащие полимеры, включая по существу линейные, разветвленные и сшитые анионные и катионные акриламидсодержащие полимеры, а также катионный поли(диаллилдиметиламмонийхлорид); катионные полиэтиленимины; катионные полиамины; катионные полиамидамины и виниламидсодержащие полимеры, меламиноформальдегидные и мочевиноформальдегидные смолы. Подходяще золи на основе диоксида кремния используются в комбинации с по меньшей мере одним катионным или амфотерным полимером, предпочтительно катионным полимером. Катионный крахмал и катионный полиакриламид являются особенно предпочтительными полимерами, и они могут использоваться отдельно, вместе друг с другом или вместе с другими полимерами, например другими катионными и/или анионными полимерами. Средневесовая молекулярная масса полимера составляет подходяще выше 1000000 и предпочтительно выше 2000000. Верхний предел средневесовой молекулярной массы полимера не является критическим; он может быть примерно 50000000, обычно 30000000 и подходяще примерно 25000000. Однако средневесовая молекулярная масса полимеров, получаемых из природных источников, может быть выше.

Настоящий золь на основе диоксида кремния может также использоваться в комбинации с катионным коагулянтом(ами), либо с либо без совместного использования органического полимера(ов), описанного выше. Примеры подходящих катионных коагулянтов включают водорастворимые органические полимерные коагулянты и неорганические коагулянты. Катионные коагулянты могут использоваться отдельно или вместе, т.е. полимерный коагулянт может использоваться в комбинации с неорганическим коагулянтом. Примеры подходящих водорастворимых органических полимерных катионных коагулянтов включают катионные полиамины, полиамидамины, полиэтиленимины, полимеры конденсации дициандиамида и полимеры водорастворимого мономера с этиленовой ненасыщенностью мономера или мономерной смеси, которая образуется из 50-100% мол. катионного мономера и 0-50% мол. другого мономера. Количество катионного мономера составляет обычно по меньшей мере 80% мол., подходяще 100% мол. Примеры подходящих катионных мономеров с этиленовой ненасыщенностью включают диалкиламиноалкил(мет)акрилаты и -акриламиды, предпочтительно, в кватернизованной форме, и диаллилдиалкиламмонийхлориды, например диаллилдиметиламмонийхлорид (ДАДМАХ), предпочтительно гомополимеры и сополимеры ДАДМАХ. Органические полимерные катионные коагулянты обычно имеют средневесовую молекулярную массу в интервале от 1000 до 700000, подходяще от 10000 до 500000. Примеры подходящих неорганических коагулянтов включают соединения алюминия, например алюмо- и полиалюминийсоединения, например полиалюминийхлориды, полиалюминийсульфаты, полиалюминийсиликатсульфаты и их смеси.

Компоненты добавок обезвоживания и удерживания согласно настоящему изобретению могут быть введены в исходную смесь или водную целлюлозную суспензию, обычным способом и в любом порядке. При использовании добавок обезвоживания и удерживания, содержащих золь на основе диоксида кремния и органический полимер, предпочтительно вводить органический полимер в исходную смесь перед введением золя на основе диоксида кремния, даже если может быть использован обратный порядок введения. Кроме того, предпочтительно вводить органический полимер перед стадией сдвига, которая может быть выбрана из прокачивания насосом, смешивания, очистки и т.д., и вводить золь на основе диоксида кремния после такой стадии сдвига. При использовании добавок обезвоживания и удерживания, содержащих золь на основе диоксида кремния и анионный и катионный органические полимеры, предпочтительно вводить катионный органический полимер в исходную смесь перед введением золя на основе диоксида кремния и анионного органического полимера. При использовании катионного коагулянта его предпочтительно вводить в целлюлозную суспензию перед введением золя на основе диоксида кремния предпочтительно также перед введением органического полимера(ов).

Компоненты добавок обезвоживания и удерживания согласно настоящему изобретению вводят в обезвоживаемую исходную смесь в количествах, которые могут варьироваться в широких пределах в зависимости от, среди прочего, типа и числа компонентов, типа шихты, содержания наполнителя, типа наполнителя, момента введения и т.д. Обычно компоненты вводят в количествах, которые дают лучшее обезвоживание и удерживание, чем получаемое без введения компонентов. Золь на основе диоксида кремния обычно вводят в количестве по меньшей мере примерно 0,001% масс., часто по меньшей мере примерно 0,005% масс., рассчитанном как SiO₂ и по отношению к сухой шихте, т.е. сухим целлюлозным волокнам и необязательным наполнителям, и верхний предел обычно составляет примерно 1,0% масс. и подходяще примерно 0,5% масс. Каждый из органических полимеров обычно вводят в количестве по меньшей мере примерно 0,001% масс., часто по меньшей мере 0,005% масс. по отношению к сухой шихте, и верхний предел обычно составляет примерно 3% масс. и подходяще примерно 1,5% масс. При использовании катионного полимерного коагулянта он может быть введен в количестве по меньшей мере примерно 0,05% масс. по отношению к сухой шихте. Подходяще количество находится в интервале от примерно 0,07 до примерно 0,5% масс., предпочтительно в интервале от примерно 0,1 до примерно 0,35% масс. При использовании соединения алюминия в качестве неорганического коагулянта общее введенное количество составляет обычно по меньшей мере примерно 0,05% масс., рассчитанное как Al₂O₃ и по отношению к сухой шихте. Подходяще количество находится в интервале от примерно 0,1 до примерно 3,0% масс., предпочтительно в интервале от примерно 0,5 до примерно 2,0% масс.

Другие добавки, которые являются традиционными в бумажном производстве, могут, конечно, использоваться в комбинации с добавками согласно настоящему изобретению, такими как, например, добавки, упрочняющие в сухом состоянии, добавки, упрочняющие в мокром состоянии, оптические осветляющие агенты, красители, проклеивающие вещества, подобные канифольсодержащим проклеивающим веществам, целлюлозореактивным проклеивающим веществам, например алкил- и алкенилкетеновые димеры и кетеновые мультимеры, алкил- и алкенилянтарные ангидриды и т.д. Целлюлозная суспензия, или исходная смесь, может также содержать минеральные наполнители традиционного типа, такие как, например, каолин, белая глина, диоксид титана, гипс, тальк и природные и синтетические карбонаты кальция, такие как мел, измельченный мрамор и осажденный карбонат кальция.

Способ данного изобретения используется для получения бумаги. Термин «бумага», как использовано в настоящем описании, конечно, включает не только бумагу и ее получение, но также другие целлюлозные листы или холстоподобные продукты, такие как, например, картон и бумажный картон, и их получение. Способ может использоваться в получении бумаги из различных типов суспензий из целлюлозосодержащих волокон, и суспензии должны подходяще содержать по меньшей мере примерно 25% масс. и предпочтительно по меньшей мере примерно 50% масс. таких волокон на сухое вещество. Суспензия может быть на основе волокон из целлюлозы, такой как сульфатная, сульфитная и органозольная пульпы, древесная масса, такая как термомеханическая пульпа, хемотермомеханическая пульпа, облагороженная целлюлоза и измельченная древесная масса как из жесткой, так и из мягкой древесины, и может быть также на основе регенерированных волокон, необязательно, из очищенных от краски пульп, и их смесей. Значение рН суспензии, исходной смеси, может быть в интервале от примерно 3 до примерно 10. Значение рН является подходяще выше примерно 3,5 и предпочтительно находится в интервале от примерно 4 до примерно 8.

Настоящее изобретение дополнительно иллюстрируется в последующих примерах (Ех.), которые, однако, не предназначены его ограничивать. Части и % относятся к масс.ч. и % масс. соответственно, если не установлено иное.

Пример 1

Данный пример иллюстрирует получение золя на основе диоксида кремния согласно настоящему изобретению.

10 кг водного раствора силиката натрия, имеющего содержание SiO₂ 6,4% масс. и мольное отношение SiO₂ к Na₂O 3,4, подвергают электродиализу. Электродиализ проводят при использовании электродиализной батареи, состоящей из 10 пар элементов. Выступающая поверхность одной мембраны составляет 186 см², и каждая пара элементов состоит из одной катионной селективной мембраны, одной анионной селективной мембраны и 2 полимерных разделителей. Электроды имеют размеры примерно 10 см × 50 см и являются выполненными из Nb-металла с платиновым покрытием. После каждого электрода помещают катионные селективные мембраны. Три различных потока подают в батарею центробежным насосом, оборудованным магнитным приводом, со скоростью потока 100 л/ч, если не указано иное. Раствор силиката натрия подают в разбавленные отсеки, а раствор гидроксида натрия подают в отсеки с концентратом и электродные отсеки (10 л/ч). Выпрямитель тока питает батарею либо постоянным напряжением, либо постоянным током. Ток является ниже 3,6 А, а напряжение является ниже 15 В. Электродиализ проводят в течение 7 ч и 22 мин с получением промежуточного силикатного продукта, имеющего содержание SiO₂ 7,8% масс., рН 9,46 и S-показатель 78%.

К 900 г промежуточного силикатного продукта добавляют 47,1 г 5% H₂SO₄ для снижения рН до 7,5. Полученный образец подвергают вызреванию в течение 160 мин при 40°C. Затем вводят 22,6 г водного раствора силиката натрия, имеющего содержание SiO₂ 23,9% масс. и мольное отношение SiO₂ к Na₂O 3,4. Полученный золь на основе диоксида кремния, обозначенный Ex.1, имеет содержание SiO₂ 7,8% масс. и мольное отношение SiO₂ к Na₂O 19,1, рН 9,5, электропроводность 6,4 мСм/см, вязкость 7,8 сП (20°C), концентрацию растворимого SiO₂ 557 мг SiO₂/л и S-показатель 18% и содержит (диоксид кремния)содержащие частицы с удельной площадью поверхности 740 м²/г.

Пример 2

Данный пример иллюстрирует получение другого золя на основе диоксида кремния согласно настоящему изобретению.

Водный раствор силиката натрия подвергают электродиализу в течение 8 ч и 36 мин в соответствии с методикой примера 1 с получением промежуточного силикатного продукта, имеющего содержание SiO₂ 7,8% масс., рН 9,2 и S-показатель 78%.

К 900 г промежуточного силикатного продукта добавляют 36,9 г 5% H₂SO₄ для снижения рН до 7,5. Полученный образец подвергают вызреванию в течение 3 ч при 40°C. Затем вводят 24,6 г водного раствора силиката натрия, имеющего содержание SiO₂ 23,9% масс. и мольное отношение SiO₂ к Na₂O 3,4. Полученный золь на основе диоксида кремния, обозначенный Ex.2, имеет содержание SiO₂ 8,0% масс. и мольное отношение SiO₂ к Na₂O 20,2, рН 9,7, электропроводность 5,7 мСм/см, вязкость 6,4 сП (20°C), концентрацию растворимого SiO₂ 643 мг SiO₂/л и S-показатель 20% и содержит (диоксид кремния)содержащие частицы с удельной площадью поверхности 710 м²/г.

Пример 3

Данный пример иллюстрирует получение другого золя на основе диоксида кремния согласно настоящему изобретению.

10 кг водного раствора силиката натрия, имеющего содержание SiO₂ 6,5% масс. и мольное отношение SiO₂ к Na₂O 3,3, подвергают электродиализу в течение 9 ч и 13 мин в соответствии с методикой примера 1. Полученный промежуточный силикатный продукт имеет содержание SiO₂ 8,0% масс. и рН 8,15.

К 1000 г промежуточного силикатного продукта добавляют 3,2 г 5% H₂SO₄ для снижения рН до 7,5. Полученный образец подвергают вызреванию в течение 5 ч при 40°C. Затем вводят 12,0 г водного раствора силиката натрия, имеющего содержание SiO₂ 23,9% масс. и мольное отношение SiO₂ к Na₂O 3,4. Полученный золь на основе диоксида кремния, обозначенный Ex.3, имеет содержание SiO₂ 8,5% масс. и мольное отношение SiO₂ к Na₂O 31,0, рН 9,4, электропроводность 3,1 мСм/см, вязкость 6,4 сП (20°C), концентрацию растворимого SiO₂ 579 мг SiO₂/л и содержит (диоксид кремния)содержащие частицы с удельной площадью поверхности 670 м²/г.

Пример 4

Данный пример иллюстрирует получение другого золя на основе диоксида кремния согласно настоящему изобретению.

700 кг водного раствора силиката натрия, имеющего содержание SiO₂ 7,9% масс. и мольное отношение SiO₂ к Na₂O 3,2, подвергают электродиализу. Электродиализ проводят в соответствии с методикой примера 1, за исключением того, что используют более крупную батарею электродиализа, в которой выступающая поверхность одной мембраны составляет 3200 см², оборудованную 36 парами мембран.

Поток раствора силиката натрия через ячейку электродиализа составляет 3600 л/ч, ток является ниже 84 А, и напряжение составляет ниже 61 В. Электродиализ проводят в течение 6 ч и 30 мин с получением промежуточного силикатного продукта, имеющего содержание SiO₂ 8,5% масс. и рН 8,9.

К 608 кг промежуточного силикатного продукта добавляют 4,6 кг 34% H₂SO₄ для снижения рН до 7,8. Полученный образец подвергают вызреванию в течение 98 мин при 36°C. Затем вводят 16,4 кг водного раствора силиката натрия, имеющего содержание SiO₂ 22,75% масс. и мольное отношение SiO₂ к Na₂O 3,4. Полученный золь на основе диоксида кремния, обозначенный Ex.4, имеет содержание SiO₂ 8,8% масс., мольное отношение SiO₂ к Na₂O 21, рН 9,3, электропроводность 5,5 мСм/см, вязкость 7,3 сП (20°C), концентрацию растворимого SiO₂ 590 мг SiO₂/л и S-показатель 22% и содержит (диоксид кремния)содержащие частицы с удельной площадью поверхности 760 м²/г.

Пример 5

Данный пример иллюстрирует получение другого золя на основе диоксида кремния согласно настоящему изобретению.

Промежуточный силикатный продукт, который был получен электродиализом водного раствора силиката натрия, добавлением H₂SO₄ и вызреванием в соответствии с методикой примера 4, разбавляют в 10 раз добавлением воды. Полученный золь на основе диоксида кремния, обозначенный Ex.5, имеет содержание SiO₂ 0,8% масс., мольное отношение SiO₂ к Na₂O 35, рН 8,9, вязкость 1,4 сП (20°C) и концентрацию растворимого SiO₂ 160 мг SiO₂/л и содержит (диоксид кремния)содержащие частицы с удельной площадью поверхности 780 м²/г.

Пример 6

Данный пример иллюстрирует получение другого золя на основе диоксида кремния согласно настоящему изобретению.

Повторяют методику примера 5, за исключением того, что используемой разбавляющей водой является жесткая вода, содержащая 100 ч./млн Са²⁺. Полученный золь на основе диоксида кремния, обозначенный Ex.6, имеет содержание SiO₂ 0,8% масс., мольное отношение SiO₂ к Na₂O 35, рН 8,4, вязкость 1,3 сП (20°C) и концентрацию растворимого SiO₂ 130 мг SiO₂/л и содержит (диоксид кремния)содержащие частицы с удельной площадью поверхности 740 м²/г.

Пример 7

Данный пример иллюстрирует получение другого золя на основе диоксида кремния согласно настоящему изобретению.

913 кг водного раствора силиката натрия, имеющего содержание SiO₂ 9% масс. и мольное отношение SiO₂ к Na₂O 3,3, подвергают электродиализу в течение 5 ч и 20 мин в соответствии с методикой примера 4, за исключением того, что используют батарею электродиализа, в которой выступающая поверхность одной мембраны составляет 3200 см², оборудованную 144 парами мембран. Получают промежуточный силикатный продукт, имеющий содержание SiO₂ 9,6% масс. и рН 9,0.

К 1500 г промежуточного силикатного продукта добавляют 15,4 г 37% H₂SO₄ для снижения рН до 8,2. Полученный образец подвергают вызреванию в течение 2 ч при 40°C. Затем 4,26 г алюмината натрия, содержащего 24,4% Al₂O₃ и 18,3% Na₂O, смешивают с 76 г воды с образованием водного раствора. Полученный раствор затем медленно добавляют к 400 г вышеуказанного вызревшего продукта.

Полученный золь на основе диоксида кремния имеет содержание SiO₂ 8% масс., мольное отношение SiO₂ к Na₂O 19,6, содержание Al₂O₃ 0,23%, рН 9,9, электропроводность 4,7 мСм/см, вязкость 6,9 сП (20°C) и содержит (диоксид кремния)содержащие частицы с удельной площадью поверхности 770 м²/г.

Пример 8

Известные золи на основе диоксида кремния анализируют и используют в целях сравнения в испытаниях по определению характеристик обезвоживания и удерживания примеров.

Ref.1 представляет собой золь на основе диоксида кремния, полученный согласно общему описанию патента США № 5603805, который имеет содержание SiO₂ 15,3% масс., мольное отношение SiO₂ к Na₂O 20,7, рН 10,7, электропроводность 5,5 мСм/см, вязкость 7,3 сП (20°C), S-показатель 32% и концентрацию растворимого SiO₂ 2143 мг SiO₂/л и содержит (диоксид кремния)содержащие частицы с удельной площадью поверхности 690 м²/г.

Ref.2 представляет собой золь на основе диоксида кремния, коммерчески доступный под торговой маркой ВМА 0 от фирмы Eka Chemicals AB (Швеция), который имеет содержание SiO₂ 15,2% масс., мольное отношение SiO₂ к Na₂O 40,1, рН 10,2, электропроводность 3,4 мСм/см, вязкость 3,1 сП (20°C), S-показатель 57% и концентрацию растворимого SiO₂ 1029 мг SiO₂/л и содержит (диоксид кремния)содержащие частицы с удельной площадью поверхности 500 м²/г.

Ref.3 представляет собой золь на основе диоксида кремния, полученный согласно общему описанию патента США № 5368833, который имеет содержание SiO₂ 7,8% масс., мольное отношение SiO₂ к Na₂O 33,3, мольное отношение SiO₂ к Al₂O₃ 38, рН 9,2, электропроводность 2,1 мСм/см, вязкость 5,9 сП (20°C), S-показатель 23% и концентрацию растворимого SiO₂ 2571 мг SiO₂/л и содержит (диоксид кремния)содержащие частицы с удельной площадью поверхности 810 м²/г.

Ref.4 представляет собой золь на основе диоксида кремния, полученный согласно общему описанию патента США № 5447604, который имеет содержание SiO₂ 10,2% масс., мольное отношение SiO₂ к Na₂O 10,9, рН 11,1, электропроводность 10,0 мСм/см, вязкость 3,5 сП (20°C), S-показатель 27%, мутность 27,1 NTU-единицы и концентрацию растворимого SiO₂ 8143 мг SiO₂/л и содержит (диоксид кремния)содержащие частицы с удельной площадью поверхности 830 м²/г.

Пример 9

Характеристику обезвоживания золей на основе диоксида кремния согласно примерам 1-6 и 8 определяют с помощью динамического анализатора обезвоживания ((ДАО)(DDA)), доступного от Akribi AB (Швеция), который определяет время обезвоживания установленного объема исходной смеси. Исходную смесь перемешивают в емкости с перегородками со скоростью 1500 об/мин в процессе всего испытания после введения химических веществ. Объем исходной смеси 800 мл обезвоживают через проволочную сетку при удалении пробки и подведении вакуума к стороне проволочной сетки, противоположной стороне, на которой находится исходная смесь. Характеристику обезвоживания регистрируют как время обезвоживания (с).

Целлюлозная суспензия, или исходная смесь, используемая в данном примере, представлена на основе стандартной тонкой бумажной шихты, состоящей из 60% отбеленной березы и 40% сульфата отбеленной сосны. В исходную смесь вводят в качестве наполнителя 30% порошка ИКК (GCC) (измельченного карбоната кальция). Для увеличения электропроводности исходной смеси добавляют 0,3 г/л Na₂SO₄·10H₂O. рН исходной смеси составляет 8,1, электропроводность 1,5 мСм/см и консистенция 4,9 г/л.

В экспериментах золи на основе диоксида кремния испытывают в сочетании с катионным крахмалом, имеющим степень замещения примерно 0,042, и катионным полиакриламидом (Eka PL 1510 от фирмы Eka Chemicals AB, Швеция). Добавки рассчитывают как сухую добавку на сухую шихту. Введение выполняют в соответствии со следующей общей последовательностью:

(i) введение катионного крахмала с последующим перемешиванием в течение 15 с;

(ii) введение катионного полиакриламида с последующим перемешиванием в течение 10 с;

(iii) введение золя на основе диоксида кремния с последующим перемешиванием в течение 10 с; и

(iv) обезвоживание исходной смеси при автоматическом регистрировании времени обезвоживания.

В таблице 1 представлены результаты при различных дозировках SiO₂.

Таблица 1 № эксперимента Катионный крахмал [кг/т] Катионный полиакриламид [кг/т] Золь на основе диоксида кремния [кг/т] Время обезвоживания [с] Ex.1 Ex.2 Ref.1 1 5 0,75 0 19,4 19,4 19,4 2 5 0,75 0,3 12,7 13,8 15,1 3 5 0,75 0,6 8,2 8,4 9,2 4 5 0,75 1,2 6,1 5,9 6 5 5 0,75 1,8 5,3 5,3 5,5

Пример 10

Характеристику обезвоживания определяют в соответствии с общей методикой примера 9, за исключением того, что используют различную шихту. Шихта, используемая в примере, содержит суспензию 50% волокон и 50% предварительно диспергированного ИКК (GCC) (измельченного карбоната кальция) Hydrocarb 60 вместо порошка ИКК. рН исходной смеси составляет 8,1, электропроводность 1,5 мСм/см и консистенция 4,9 г/л. В таблице 2 представлены результаты при различных дозировках SiO₂.

Таблица 2 № эксперимента Катионный крахмал [кг/т] Катионный полиакриламид [кг/т] Золь на основе диоксида кремния [кг/т] Время обезвоживания [с] Ex.1 Ex.2 Ref.1 1 8 0,75 0 27,8 27,8 27,8 2 8 0,75 0,3 23,1 21,8 24,8 3 8 0,75 0,6 12,1 11,7 12,1 4 8 0,75 1,2 7,7 7,6 7,9 5 8 0,75 1,8 6,1 5,9 6,4

Пример 11

Характеристику обезвоживания определяют в соответствии с общей методикой примера 9, за исключением того, что за 1 ч до введения в исходную смесь золи на основе диоксида кремния разбавляют либо в 35 раз (35×), либо в 50 раз (50×) жесткой водой, содержащей 100 ч./млн Са²⁺. В таблице 3 представлены результаты при различных дозировках SiO₂.

Таблица 3 № эксперимента Катионный крахмал [кг/т] Катионный полиакриламид [кг/т] Золь на основе диоксида кремния [кг/т] Время обезвоживания [с] Ex.1
35× Ref.1
35× Ex.1
50× Ref.1
50× 1 5 0,75 0 19,5 19,5 19,5 19,5 2 5 0,75 0,3 14,1 15,7 14,1 18,9 3 5 0,75 0,6 8,5 9,3 8,5 17,8 4 5 0,75 1,2 5,5 6,5 6,1 16,0 5 5 0,75 1,8 5,4 5,7 5,1 13,5

Пример 12

Характеристику обезвоживания определяют в соответствии с общей методикой примера 11, за исключением того, что испытывают различный золь на основе диоксида кремния согласно настоящему изобретению. В таблице 4 представлены результаты при различных дозировках SiO₂.

Таблица 4 № эксперимента Катионный крахмал [кг/т] Катионный полиакриламид [кг/т] Золь на основе диоксида кремния [кг/т] Время обезвоживания [с] Ex.3
35× Ref.1
35× Ex.3
50× Ref.1
50× 1 5 0,75 0 18,9 18,9 18,9 18,9

2 5 0,75 0,3 12,7 13,4 12,3 16,7 3 5 0,75 0,6 8,3 8,8 8,1 13,6 4 5 0,75 1,2 6,2 6,4 5,5 8,3 5 5 0,75 1,8 5,3 5,5 5,4 6,3

Пример 13

Характеристику обезвоживания определяют в соответствии с общей методикой примера 9, за исключением того, что испытывают различные золи на основе диоксида кремния согласно настоящему изобретению и что за 1 ч до введения в исходную смесь золи на основе диоксида кремния Ref.1 и Ех.4 разбавляют в 35 раз (35×) жесткой водой, содержащей 100 ч./млн Са²⁺. Золи на основе диоксида кремния Ех.5 и Ех.6 используют без какого-либо дополнительного разбавления, т.е. в состоянии получения, при содержании диоксида кремния 0,8% масс. В таблице 5 представлены результаты при различных дозировках SiO₂.

Таблица 5 № эксперимента Катионный крахмал [кг/т] Катионный полиакриламид [кг/т] Золь на основе диоксида кремния [кг/т] Время обезвоживания [с] Ex.4
35× Ex.5 Ex.6 Ref.1
35× 1 5 0,75 0 21,7 21,7 21,7 21,7 2 5 0,75 0,2 15,2 15,3 15,5 17,1 3 5 0,75 0,4 10,8 11,0 10,8 11,9 4 5 0,75 0,7 8,3 8,5 8,5 9,9 5 5 0,75 1,0 7,4 7,0 7,5 8,2

Пример 14

В последующих экспериментах определяют характеристику удерживания золей на основе диоксида кремния согласно примерам 1-6 и 8.

Характеристику удерживания определяют с использованием сосуда динамического обезвоживания ((СДО)(DDJ)), доступного от фирмы Paper Research Materials Inc., который измеряет удерживание очень коротких волокон при обезвоживании установленного объема исходной смеси. Исходную смесь перемешивают в емкости с перегородками со скоростью 1200 об/мин в течение всего эксперимента. Используют объем исходной смеси 500 мл и вводят химические вещества. Исходную смесь обезвоживают через проволочную сетку при открытии зажимного устройства трубы, причем труба соединена с отверстием в днище емкости ниже проволочной сетки. Дренаж собирают в химический стакан в течение 30 с со скоростью потока, частично определяемой кончиком отверстия, соединенного с трубой. Скорость потока составляет приблизительно 130-160 мл/мин. Количество сухого материала в химическом стакане определяют выпариванием при 105°C в термошкафу. Суммарную фракцию очень коротких волокон определяют отдельно. Результаты регистрируются как удерживание очень коротких волокон (%).

Исходная смесь, химические вещества и введение согласно примеру 9 аналогично применяются в данном примере. В таблице 6 представлены результаты при различных дозировках SiO₂.

Таблица 6 № эксперимента Катионный крахмал [кг/т] Катионный полиакриламид [кг/т] Золь на основе диоксида кремния [кг/т] Удерживание [%] Ex.1 Ex.2 Ref.1 1 5 0,75 0 30 30 30 2 5 0,75 0,5 39 37 31 3 5 0,75 1 50 54 45 4 5 0,75 1,5 57 58 54 5 5 0,75 2 59 59 56

Пример 15

Характеристику удерживания определяют в соответствии с общей методикой примера 14, за исключением того, что за 1 ч до введения в исходную смесь золи на основе диоксида кремния разбавляют в 35 раз (35×) жесткой водой, содержащей 100 ч./млн Са²⁺. В таблице 7 представлены результаты при различных дозировках SiO₂.

Таблица 7 № эксперимента Катионный крахмал [кг/т] Катионный полиакриламид [кг/т] Золь на основе диоксида кремния [кг/т] Удерживание [%] Ex.1
35× Ex.2
35× Ref.1
35× 1 5 0,75 0 33 33 33 2 5 0,75 0,5 51 54 47 3 5 0,75 1 55 57 55 4 5 0,75 1,5 58 60 58 5 5 0,75 2 59 59 59

Пример 16

Характеристику удерживания определяют в соответствии с общей методикой примера 14, за исключением того, что испытывают различные золи на основе диоксида кремния согласно настоящему изобретению и что за 1 ч до введения в исходную смесь золи на основе диоксида кремния Ref.1 и Ex.4 разбавляют в 35 раз (35×) жесткой водой, содержащей 100 ч./млн Са²⁺. Золи на основе диоксида кремния Ex.5 и Ex.6 используют без какого-либо дополнительного разбавления, т.е. в состоянии получения, при содержании диоксида кремния 0,8% масс. В таблице 8 представлены результаты при различных дозировках SiO₂.

Таблица 8 № эксперимента Катионный крахмал [кг/т] Катионный полиакриламид [кг/т] Золь на основе диоксида кремния [кг/т] Удерживание [%] Ex.4
35× Ex.5 Ex.6 Ref.1
35× 1 5 0,75 0 31 31 31 31 2 5 0,75 0,5 44 40 40 38 3 5 0,75 1 58 58 54 51 4 5 0,75 1,5 61 59 59 58 5 5 0,75 2 61 61 61 60

Изобретение может быть использовано в химической и целлюлозно-бумажной отраслях промышленности. Золь на основе диоксида кремния имеет концентрацию растворимого диоксида кремния менее примерно 800 мг SiO₂/л, содержание SiO₂ по меньшей мере 3 масс. %, электропроводность по меньшей мере примерно 2,0 мСм/см и S-показатель ниже примерно 50%. Способ получения золя на основе диоксида кремния включает обработку водного раствора силиката щелочного металла электродиализом с последующим подкислением электродиализованного золя до рН от примерно 5,0 до примерно 10. Золь на основе диоксида кремния применяется в качестве флоккулянта, а также в качестве добавки при изготовлении бумаги. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 8 табл.

1. Золь на основе диоксида кремния, имеющий концентрацию растворимого диоксида кремния менее примерно 800 мг SiO₂/л, имеющий содержание SiO₂ по меньшей мере примерно 3% масс., электропроводность по меньшей мере примерно 2,0 мСм/см и S-показатель ниже примерно 50%.

2. Золь на основе диоксида кремния по п.1, имеющий электропроводность по меньшей мере примерно 2,5 мСм/см.

3. Золь на основе диоксида кремния по п.1, имеющий S-показатель в интервале от примерно 8 до примерно 30%.

4. Золь на основе диоксида кремния по п.1, где золь содержит (диоксид кремния)содержащие частицы, имеющие удельную площадь поверхности по меньшей мере примерно 300 м²/г.

5. Золь на основе диоксида кремния по п.1, где золь содержит (диоксид кремния)содержащие частицы, которые не модифицированы алюминием.

6. Способ получения золя на основе диоксида кремния по любому одному из пп.1-5, содержащий
(i) обработку водного раствора силиката щелочного металла электродиализом с образованием электродиализованного золя;
(ii) подкисление электродиализованного золя с образованием подкисленного золя, имеющего рН в интервале от примерно 5,0 до примерно 10.

7. Способ по п.6, дополнительно включающий
(iii) подщелачивание подкисленного золя с образованием подщелоченного золя, имеющего рН в интервале от примерно 7,0 до примерно 11,0.

8. Способ по п.7, в котором подщелачивание проводят путем введения водного силиката щелочного металла.

9. Способ по п.7, в котором подщелачивание проводят путем введения водного алюмината.

10. Способ по п.6 или 7, дополнительно включающий разбавление подкисленного или подщелоченного золя водой до содержания SiO₂ менее примерно 2% масс.

11. Применение золя на основе диоксида кремния по любому из пп.1-5 в качестве флоккулянта.

12. Применение по п.11, в котором золь на основе диоксида кремния используется в качестве добавки обезвоживания и удерживания в бумажном производстве.

13. Способ получения бумаги, включающий
(i) обеспечение водной суспензии, содержащей целлюлозные волокна;
(ii) введение в суспензию одной или более добавок обезвоживания и удерживания, содержащих золь на основе диоксида кремния по любому из пп.1-5; и
(iii) обезвоживание полученной суспензии с получением листа или холста бумаги.

14. Способ по п.13, в котором указанная одна или более добавок обезвоживания и удерживания содержит катионный крахмал или катионный синтетический полимер.