硅溶胶,生产硅溶胶的方法及硅溶胶的用途技术

本文介绍了一种硅溶胶，它含有高含量微粒凝胶和已铝改性的高比表面积的颗粒。溶胶的制造方法可包括对水玻璃溶液酸化、在含一定的干物质时碱化、颗粒生长和铝改性。溶胶特别适于在造纸工业中与阳离子聚合物结合作为添加剂。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及新的硅溶胶，适于生产该硅溶胶的方法以及这种新的硅溶胶在造纸工业中的用途。本专利技术进一步涉及具有高比表面积并且其微粒凝胶含量相当高的新的硅溶胶。这种新的硅溶胶特别适于与阳离子型聚合物一起作为添加剂在造纸工业中使用。硅溶胶（此处指硅水溶胶）是含非常小的二氧化硅颗粒的含水系统，它可用于一些应用领域，除其它因素外，这取决于颗粒大小。近几年来，以带有阴离子型颗粒的二氧化硅为基的溶胶已在造纸工业中扩大了应用。此处，硅溶胶与阳离子型聚合物一起作为纸浆的添加剂，其主要作用是在造纸时增加留着率和脱水效果。例如在欧洲专利第41056号中公开了在造纸工业中与阳离子型淀粉结合使用的胶体二氧化硅溶胶的用途。PCT申请第WO86/00100号和第WO86/05826号公开了硅溶胶分别与表面基团至少含有铝的颗粒，及天然阳离子型聚合物和阳离子型聚丙烯酰胺相结合。通常，所说的二氧化硅颗粒的比表面积在50-1，000平方米/克范围内。造纸工业中所用的溶胶是含有胶体颗粒的，其尺寸一般从约4至约7纳米，即比表面积从约700至约300平方米/克，而商业上一直是首选颗粒比表面积约为500平方米/克的溶胶。通常一直认为含上述给定尺寸的胶体颗粒的溶胶已经得到最好的结果，而且就稳定性而言，这类溶胶被认为是理想的。通常，希望商用的硅溶胶-->尽可能是单分散性的，即希望它的颗粒尺寸分布尽可能地窄。所以，生产溶胶时均注意避免生成微粒凝胶。本专利技术涉及新的硅溶胶，其特征在于它们具有较低的S-值，而且溶胶颗粒有高比表面积。已经发现这些含有阴离子型颗粒的溶胶可用于造纸工业和相似的产品中，它们与阳离子型聚合物结合使用时对于改进留着率和脱水得到很好的效果。除所附的权利要求书中定义的硅溶胶外，本专利技术还涉及如在所附的权利要求书中定义的硅溶胶的生产和硅溶胶的用途。如上所述，本专利技术的硅溶胶的特征在于它们的高比表面积，在750-1，000平方米/克范围内。给出的比表面积是按《分析化学》28（1956）：12，1981-1983中Sears所写的方法用NaOH滴定测得的。比表面积在750-950平方米/克范围内较好，在800-950平方米/克范围内更好。本专利技术的另一个特性是与造纸工业中已知的市售溶胶相比其S-值较低。本专利技术的溶胶的S-值在8-45%范围内，10-35%较好，10-30%更好。给出的S-值是用《物理化学杂志》60（1956），955-957中Iler，R、K和Dalton，R、L、所写的方法测量和计算的。可以说S-值是聚集体形成程度或微粒凝胶形成程度的一种计量单位，所以较低的S-值表示微粒凝胶含量较高，S-值也可作为在分散相中SiO2含量的计量单位（以重量百分计）。本专利技术溶胶的颗粒表面用铝进一步改性至铝改性程度为2-25%，以3-20%为好。铝的表面改性程度是指在颗粒表面上铝原子取代硅原子的数目。改性程度以百分数表示，以每平方纳米8个硅烷醇基为基准计算。这在《胶体和界面科学杂志》55（1976）：1，-->25-34Iler，R、K、的文章中已有记载。溶胶的S-值在很大程度上与颗粒尺寸分布相关。由于聚集体的形成，本专利技术的溶胶有较宽的颗粒尺寸分布。可以说明这一点的事实是该溶胶中的SiO2有10%（重量）是大于20纳米的聚集体，通常这样的聚集体多于20%（重量）。所得的值是用凝胶渗透色谱（GPC）测得的（柱子：ShodexB-806;洗脱剂：0.05MNaHCO3，PH值用NaOH调至9.2，用量：SiO2含量为1%的溶胶100微升，检测：红外指数测量）。以SiO2计，本专利技术的溶胶的干燥物质含量以约3%至约15%（重量）较好，干燥物质的含量在约5%至约12%（重量）的范围内更好。本专利技术还涉及生产溶胶的方法，该方法适于生产具有较低S-值，宽的颗粒尺寸分布和含有高比表面积颗粒的溶胶。本专利技术的方法特别适于生产具有上述特征的溶胶。根据本专利技术的方法，制备溶胶从传统的碱性水玻璃，钾水玻璃或钠水玻璃作为起始原料，从钠水玻璃作为起始原料制备较好。正如已知的在水玻璃中SiO2与Na2O或K2O的比例在1.5∶1至4.5∶1范围内，在2.5∶1至3.9∶1范围内更好（以下Na2O和K2O以M2O表示）。水玻璃用的是稀释溶胶，其SiO2的含量以约3%至约12%（重量）为好，从约5%至约10%（重量）更好。通常PH值为约13或高于13的水玻璃要酸化至PH值从约1至约4。酸化可以用已知的方法加入无机酸进行，例如可用硫酸，盐酸和磷酸或用时选用可用于水玻璃的酸化的其它已知的化学品如硫酸铵和二氧化碳。加无机酸时分两步进行酸化，第一步酸化至PH值约8至9，然后在进一步酸化至PH值为约1至约4之前，让其发生一定程度的成熟即让颗粒生长。然而用酸性阳离子交换剂进行-->酸化更好。除其它优点以外，用该交换剂可得到更稳定的产品和几乎不含钠的酸性溶胶。用强酸性阳离子交换树脂如（磺酸型）进行酸化较好。酸化进行到PH值从约2.0至4.0较好，从约2.2至约3.0更好。然后将酸化后的酸性溶胶制成碱性。碱化可用传统的碱如氢氧化钠，氢氧化钾或氢氧化铵进行。然而加入水玻璃进行碱化更好。将钾水玻璃和钠水玻璃，特别是钠水玻璃（其SiO2与m2O的摩尔比如上文所述）用于这一碱化步骤。用于碱化的水玻璃溶液中的SiO2含量在约3%至约35%（重量）范围内较好，在5%至30%（重量）范围内更好。碱化进行至PH值至少为8是合适的，以进行至8至11范围内为宜。最好进一步碱化，进行至SiO2与M2O的最终摩尔比在约20∶1至约75∶1，在约30∶1至约60∶1的范围内更好。在如上述方法制备溶胶时，微粒凝胶的多少可受几方面的影响，并可控制到所希望的值。微粒凝胶的多少可受含盐量，制备酸性溶胶时和碱化时浓度调节的影响，因为在这些步骤中，当PH值为约5超过溶胶的最低稳定性时，微粒凝胶的多少就受到影响。在这个过程中，延长时间可使微粒凝胶的多少达到所希望的值。在碱化时用调节干燥物含量即SiO2含量的方法特别适合于控制微粒凝胶的多少，因此较高的干燥物含量得到较低的S-值。在碱化过程中，将SiO2含量保持在7-4.5%（重量）可使S-值控制在8-45%。为了得到S-值为10-30%范围内的溶胶，在碱化时将SiO2含量保持在6.8-5.5%（重量）范围内。酸性溶胶有大于1，000平方米/克的高比表面积的颗粒，通常约为1，300平方米/克。碱化以后，由于颗粒生长，所以比表面积减小了。碱化以后随着颗粒生长可达到所希望的比表面积，接着用铝进行改性使它稳-->定下来。用在室温下存放较长时间（如一天至约二昼夜）或加热的方法可使表面积减小到所希望的值。如用加热的方法，应调节时间和温度，这样采用较高温度时相应用较短的时间。尽管在非常短的时间内使用相当高的温度是可以的，但是实际上在较长时间内使用较低温度更合适。从实际中看，在较短时间内，（不超过约2小时）在不高于约50℃的温度条件下进行热处理是合适的，例如将溶胶在约35℃温度条件下加热约1小时。以这种方法制备的溶胶含有非常高的比表面积，在750-1，000平方米/克范围内。为了使这个高比表面积稳定并且在贮存时不降低，要进行表面改性。用于表面稳定的表面改性剂是铝改性剂，使用铝酸盐、铝本文档来自技高网...

【技术保护点】
硅溶胶，其特征在于该溶胶的Ｓ－值在８％至４５％范围内，并含有比表面积在７５０－１，０００平方米／克范围内的二氧化硅颗粒，而颗粒已用铝进行表面改性至改性程度为２－２５％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1、硅溶胶，其特征在于该溶胶的S-值在8%至45%范围内，并含有比表面积在750-1，000平方米/克范围内的二氧化硅颗粒，而颗粒已用铝进行表面改性至改性程度为2-25%。2、根据权利要求1的硅溶胶，其特征在于二氧化硅比表面积在800-950平方米/克范围内。3、根据权利要求1或2的硅溶胶，其特征在于溶胶的S-值在10-30%范围内。4、生产硅溶胶的方法，其特征在于它包括将水玻璃溶液酸化至PH值为1-4范围内，对所得的酸溶胶进行碱化，在碱化过程中，SiO2含量在7-4.5%（重量）范围内使溶胶颗粒生长至比表面积在750-1，000平方米/克范围内和铝改性。5、根据权利要求4的方法，其特征在于用水玻璃溶液进行碱化。6、由含有纤维、可选的填料的纤维素悬浮液造纸的方法，将阳离子聚合...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰逊H艾里克，拉斯逊B伏德玛，
申请(专利权)人：埃卡诺贝尔公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]