專利名稱：包含硅酸鹽的纖維素產(chǎn)品及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制備諸如紙產(chǎn)品的纖維素產(chǎn)品地方法，其包括在纖維素漿料如紙漿料中添加至少一種鋁化合物以及至少一種水溶性硅酸鹽。具體而言，本發(fā)明涉及制備諸如紙產(chǎn)品的纖維素產(chǎn)品的方法，其包括在纖維素漿料如紙漿料中基本上同時(shí)或者順序地添加至少一種鋁化合物以及至少一種單價(jià)陽離子硅酸鹽或者水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物。另外，本發(fā)明涉及包含至少一種鋁化合物以及至少一種水溶性金屬硅酸鹽的組合物。本發(fā)明還涉及包含至少一種水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的諸如紙產(chǎn)品的纖維素產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
諸如紙板、衛(wèi)生紙、書寫紙等的纖維素產(chǎn)品傳統(tǒng)上是通過制造纖維素木纖維的含水漿料而制得的，該纖維素木纖維的含水漿料有可能包含無機(jī)礦物增量劑或者顏料。該含水漿料沉積在移動的絲網(wǎng)或者織物上，有利于纖維素基質(zhì)的形成。纖維素基質(zhì)接著被排水、干燥，然后壓制成最終的纖維素產(chǎn)品。但是，在排水步驟中，所希望的固體纖維、固體細(xì)屑、以及其他的固體物經(jīng)常與水一起被除去。在此方面，固體細(xì)屑包括非常短的紙漿纖維或者纖維碎片以及射線細(xì)胞(ray cell)。固體細(xì)屑還包括有可能在纖維素片形成期間從織物中通過的顏料、纖維、以及其他非纖維性的添加劑。另外，在排水期間，非所希望的水經(jīng)常滯留在纖維素基質(zhì)中。人們所希望的固體物質(zhì)被除去，而非所希望的水卻滯留在纖維素基質(zhì)中，都對纖維素片的形成產(chǎn)生負(fù)面影響，并由此形成低質(zhì)量的纖維素產(chǎn)品。再者，人們所希望的固體物質(zhì)的丟失對于纖維素產(chǎn)品制造商而言既是一種浪費(fèi)，也是一種成本的損失。
因此，造紙工業(yè)不斷地在努力以研制出一種具有以下優(yōu)點(diǎn)的造紙方法提高紙的質(zhì)量、增加生產(chǎn)率、并降低制造成本。經(jīng)常在造紙絲網(wǎng)或者織物之前將化學(xué)品添加在纖維素漿料中，以改善排水/脫水以及保留特性。這些化學(xué)品被稱為排水和/或保留助劑。在造紙中已試圖添加各種排水和/或保留助劑，如硅酸鹽、二氧化硅膠體、微凝膠、以及膨潤土。
例如，Peats等人的第5,194,120號美國專利公開了在紙配料中添加陽離子性聚合物和無定形的金屬硅酸鹽材料，以提高細(xì)屑的保留和排水。Peats等人的無定形金屬硅酸鹽是白色、自由流動的粉末，但當(dāng)完全分散于水中時(shí)形成極小的陰離子膠體顆粒。這些材料通常是如下合成的使硅酸鈉與合適金屬離子如Mg2+、Ca2+和/或Al3+的水溶性鹽反應(yīng)，形成沉淀物，然后再過濾、洗滌并干燥該過濾物。
Drummond的WO 97/17289和第5,989,714號美國專利涉及通過使用金屬硅酸鹽沉淀物來控制紙基質(zhì)形成中的排水和/或保留的方法。Drummond的金屬硅酸鹽沉淀物是通過混合水溶性金屬鹽和水溶性硅酸鹽而制得的。
Naka-Mura的JP 63295794A涉及中性或者弱堿性造紙法，其包括在紙漿漿料中添加陽離子性的水溶性聚合物以及硅酸鈉水溶液。
Haimo的JP 10 72,793公開了一種通過在紙漿料中直接添加原硅酸鈉水溶液來造紙的方法。Haimo的原硅酸鹽溶液必須在添加至紙漿料前于一個(gè)單獨(dú)的步驟中制備(例如，處理硫酸鋁，以調(diào)節(jié)pH)。
Rushmere和Rushmere等人的第4,927,498、4,954,220、5,185,206、5,470,435、5,543,014、5,626,721、和5,707,494號美國專利涉及聚硅酸鹽微凝膠在造紙中作為保留和排水助劑的應(yīng)用。這些專利的微凝膠是如下通過原位法(on-site process)制得的使聚硅酸與堿金屬反應(yīng)，形成微凝膠。然后將微凝膠添加至紙配料中。
Kaliski的第5,240,561號美國專利涉及微凝膠在造紙工藝中的應(yīng)用。Kaliski的微凝膠是通過一個(gè)兩步法制得的。第一步涉及通過使紙配料與兩個(gè)單獨(dú)的溶液混合制備暫時(shí)性的、化學(xué)活性的亞膠體水溶膠。第二步是使包含至少一種交聯(lián)劑的水溶液與第一步中得到的配料相混合，以使原位形成的化學(xué)活性的亞膠體水溶膠交聯(lián)，并合成(原位)復(fù)合官能的微凝膠膠泥。所得的膠泥使紙配料絮凝，并形成紙片。Kaliski的方法是一個(gè)兩步法，其比較復(fù)雜而且耗時(shí)。
Langley的第4,753,710號美國專利以及Cauley的第5,513,249號美國專利涉及膨潤土在造紙中的應(yīng)用。
盡管已進(jìn)行了許多的努力來提供各種類型的排水和保留助劑，但在造紙工業(yè)中仍需要具有優(yōu)異的排水和保留性能、成本低、并且簡單易用的制造纖維素產(chǎn)品如紙產(chǎn)品的方法。另外，還需要纖維素制造方法能夠使保留和排水得到顯著改善、并且仍保持良好的紙片形成性能。
而且還需要排水助劑在大量制造紙產(chǎn)品中的應(yīng)用，其中不會由于較慢地由厚的纖維墊中排水而降低生產(chǎn)率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及制備纖維素產(chǎn)品的方法，其包括基本上同時(shí)地在纖維素漿料中添加(1)至少一種鋁化合物、以及(2)至少一種水溶性硅酸鹽。水溶性硅酸鹽可為單價(jià)陽離子硅酸鹽或者水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物。水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物可以是單價(jià)陽離子硅酸鹽與二價(jià)金屬離子的反應(yīng)產(chǎn)物。
以Al2O3/SiO2計(jì)，鋁化合物與水溶性硅酸鹽的摩爾比為約0.1-10，優(yōu)選為0.2-5，并且更優(yōu)選為0.5-2。
鋁化合物的例子包括但不限于明礬、AlCl3(氯化鋁)、PAC(聚氯化鋁)、PAS(聚硫酸鋁)、PASS(聚硅酸硫酸鋁)、和/或聚磷酸鋁，其中優(yōu)選的是明礬、PAC、和/或PAS，并更優(yōu)選為明礬和/或PAC。
本發(fā)明合適的單價(jià)陽離子硅酸鹽包括但不限于硅酸鈉、硅酸鉀、硅酸鋰、和/或硅酸銨，優(yōu)選的是硅酸鈉和/或硅酸鉀，并更優(yōu)選為硅酸鈉。硅酸鈉中，SiO2/Na2O的重量比優(yōu)選為2-4，更優(yōu)選為2.8-3.3，并最優(yōu)選是3.0-3.5。
本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物可包括單價(jià)陽離子硅酸鹽和二價(jià)金屬硅酸鹽中的至少一種。二價(jià)金屬硅酸鹽的例子包括但不限于硅酸鎂、硅酸鈣、硅酸鋅、硅酸銅、硅酸鐵、硅酸錳、和/或硅酸鋇。更優(yōu)選的是，二價(jià)金屬硅酸鹽包括硅酸鎂、硅酸鈣、和/或硅酸鋅。最優(yōu)選的是，二價(jià)金屬硅酸鹽包括硅酸鎂和/或硅酸鈣。
水溶性二價(jià)金屬硅酸鹽復(fù)合物具有以下式(1)
(1-y)M2O·yM′O·xSiO2(1)其中M是單價(jià)離子，M′是二價(jià)金屬離子，x是2-4，y是0.005-0.4；而y/x為0.001-0.25。
M選自于鈉、鉀、鋰和氨。M′選自于鈣、鎂、鋅、銅、鐵(II)、錳(II)、和鋇。二價(jià)金屬離子得自于包括水溶性鹽的物質(zhì)，所述水溶性鹽是選自于以下組中的至少一種CaCl2、MgCl2、MgSO4、Ca(NO3)2、Mg(NO3)2、和ZnSO4。
水溶性二價(jià)金屬硅酸鹽復(fù)合物優(yōu)選的SiO2/M2O摩爾比為2-20，更優(yōu)選為3-10，并最優(yōu)選為3-5，而M′/Si的摩爾比為0.001-0.25。
在包含水溶性二價(jià)金屬硅酸鹽復(fù)合物的溶液中，SiO2的濃度為溶液重量的0.01-5％。
在本發(fā)明的方法中，在最后的高剪切階段后并在料箱之前，將鋁化合物和水溶性二價(jià)金屬硅酸鹽復(fù)合物基本上同時(shí)添加至纖維素漿料中。
本發(fā)明的方法可進(jìn)一步包括在纖維素漿料中添加至少一種添加劑的步驟，所述添加劑包括但不限于絮凝劑、淀粉、促凝劑、施膠劑、濕強(qiáng)度劑、干強(qiáng)度劑、以及其他的保留助劑中的至少一種。這些添加劑可在基本上同時(shí)添加鋁化合物和水溶性二價(jià)金屬硅酸鹽復(fù)合物之后或者之前添加至纖維素漿料中。
本發(fā)明的絮凝劑的離子包括但不限于高分子量的聚合物，如陽離子聚合物、陰離子聚合物、以及基本上非離子性的聚合物。
陽離子聚合物包括但不限于包含至少一種選自于以下組中的陽離子單體的均聚物和共聚物二甲基氨基乙基甲基丙烯酸酯(DMAEM)、二甲基氨基乙基丙烯酸酯(DMAEA)、甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化銨(METAC)、二甲基氨基丙基甲基丙烯酸酯(DMAPMA)、甲基丙烯酰胺基丙基-三甲基氯化銨(MAPTAC)、二甲基氨基丙基丙烯酰胺(DMAPAA)、丙烯酰氧基乙基三甲基氯化銨(AETAC)、二甲氨基乙基苯乙烯、(p-乙烯基芐基)-三甲基氯化銨、2-乙烯基吡啶、4-乙烯基吡啶、以及乙烯基胺。例如，陽離子絮凝劑可以是陽離子聚丙烯酰胺的共聚物。
陰離子聚合物的例子包括但不限于包含陰離子單體的均聚物和共聚物，所述陰離子單體例如是丙烯酸、甲基丙烯酸、馬來酸、衣康酸、磺酸和膦酸。例如，陰離子性絮凝劑可以是陰離子聚丙烯酰胺的共聚物。
基本上非離子性的共聚物包括但不限于以下組中的至少一種聚丙烯酰胺、聚氧乙烯、聚乙烯醇、和聚(乙烯吡咯烷酮)。
淀粉的例子包括但不限于以下組中的至少一種馬鈴薯淀粉、玉米淀粉、蠟質(zhì)玉米淀粉、小麥淀粉、和玉米淀粉。
合適的促凝劑包括但不限于以下組中的至少一種明礬、氯化鋁、聚氯化鋁、聚硫酸鋁、聚硅酸硫酸鋁、聚磷酸鋁、聚胺、聚(二烯丙基二甲基氯化銨)、聚乙烯亞胺、以及聚乙烯基胺。
本發(fā)明還涉及制備纖維素產(chǎn)品的方法，其包括在纖維素漿料中順序地添加至少一種鋁化合物和至少一種水溶性硅酸鹽。該方法也包括在纖維素漿料中添加至少一種添加劑的步驟。
另外，本發(fā)明涉及用于制備纖維素產(chǎn)品的組合物，該組合物包含至少一種鋁化合物和至少一種水溶性硅酸鹽。本發(fā)明還涉及包含纖維素纖維、至少一種鋁化合物、以及至少一種水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的殘留物的纖維素產(chǎn)品。該纖維素產(chǎn)品是如下制備的同時(shí)或者順序地在纖維素漿料中添加至少一種鋁化合物和至少一種水溶性硅酸鹽。優(yōu)選的是，鋁化合物在纖維素產(chǎn)品中的量可為約100-5000ppm Al2O3，更優(yōu)選為200-2000ppm Al2O3，并最優(yōu)選為約500-1000ppm Al2O3。水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物在纖維素產(chǎn)品中的量可以為50-10000ppm SiO2，更優(yōu)選為250-3000ppm SiO2，并最優(yōu)選為500-2000ppm SiO2。
根據(jù)本發(fā)明制備纖維素產(chǎn)品的方法對于造紙是有益的。其增加了細(xì)配料固體在排水的湍流過程以及形成紙網(wǎng)的過程中的保留。如果沒有足夠的細(xì)固體保留，該固體物質(zhì)流失到工藝廢流中或者在再循環(huán)的白水環(huán)中累積至高濃度，使得潛在沉積增強(qiáng)，并損壞造紙機(jī)的排水。另外，細(xì)固體物質(zhì)保留不足時(shí)，增加了造紙商的成本，這是因?yàn)榱魇У奶砑觿皆诶w維上，形成各自不同的紙不透明性、強(qiáng)度、或者施膠性質(zhì)。
本發(fā)明的方法使保留和排水得到顯著改善，并同時(shí)保持了良好的紙產(chǎn)品形成性。本發(fā)明的紙產(chǎn)品具有優(yōu)異的紙品質(zhì)。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是在于提高制造諸如紙的纖維素產(chǎn)品時(shí)對保留和排水的控制。
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，該方法包括基本上同時(shí)地在纖維素漿料如紙漿料中添加(1)至少一種鋁化合物、以及(2)至少一種單價(jià)陽離子硅酸鹽或者至少一種水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供包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。
具體實(shí)施例方式
在此所述的細(xì)節(jié)僅是本發(fā)明各種實(shí)施方案的實(shí)施例或者是對它們的示例性討論，并使本發(fā)明更易于理解和實(shí)施。
在本申請中，除非另有說明，所有百分?jǐn)?shù)都是以給定的樣品重量為100％計(jì)算得到的重量百分比。例如，30％代表以100重量份的樣品計(jì)為30重量份。
除非另有說明，化合物或者組分的描述包括該化合物或組分本身，而且還包括其他化合物或組分的組合，如化合物的混合物。
在進(jìn)一步討論之前，將討論以下術(shù)語，以有助于本發(fā)明的理解。
“纖維素漿料”是指包含纖維素纖維、細(xì)屑以及本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的在制備纖維素產(chǎn)品中使用的添加劑的水基漿料。
“共聚物”是指包含兩種或更多種不同的單體的聚合物。
“硬度”是指二價(jià)金屬離子或其鹽(如鈣、鎂、碳酸鈣、和氯化鈣)在水中的總濃度。硬度可以鈣當(dāng)量的百萬分之份數(shù)(ppm)測量。在此方面，1ppm的鈣當(dāng)量等于2.78ppm的氯化鈣當(dāng)量，而后者又等于2.50ppm的碳酸鈣當(dāng)量。另外，1ppm的鎂當(dāng)量等于1.65ppm的鈣當(dāng)量、4.57ppm的氯化鈣當(dāng)量、以及4.12ppm的碳酸鈣當(dāng)量。
“紙漿料”或者“紙配料”是指包含諸如木材和植物、和/或棉花的纖維和/或細(xì)屑的水基漿料，而且還可包含造紙中使用的其他添加劑，如粘土和沉淀碳酸鈣。
“順序添加”是指至少兩種不同的物質(zhì)被添加在制造纖維素產(chǎn)品所用的機(jī)器的不同位置中。這些位置距離足夠遠(yuǎn)，使得在另一種物質(zhì)被添加之前，一種被添加的物質(zhì)與纖維素漿料混合。
“基本上同時(shí)添加”或者“同時(shí)添加”是指基本上沒有時(shí)間差異地添加兩種物質(zhì)，而且基本上是在相同的位置處被添加。兩種添加的物質(zhì)可為混合物的形式或者是例如在添加一種物質(zhì)期間添加另一種物質(zhì)地分別添加。
“水溶性的”或者“穩(wěn)定性”是指本發(fā)明的金屬硅酸鹽復(fù)合物保留在溶液中的能力。當(dāng)形成本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物時(shí)，可控制該過程，使得不形成沉淀。但是，在某些情況下，有可能形成少量的沉淀。如果金屬硅酸鹽復(fù)合物形成沉淀，它們就不再是復(fù)合物，而變?yōu)榻饘俟杷猁}沉淀物。在本發(fā)明中，希望本發(fā)明的金屬硅酸鹽復(fù)合物保留在溶液中，而不是形成沉淀。注意到，一些水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物會隨著時(shí)間而沉淀，但優(yōu)選不形成沉淀或者僅形成最小量的沉淀。只要金屬硅酸鹽復(fù)合物是水溶性的，則溶液基本上應(yīng)是無色、澄清的。在此方面，本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物用肉眼是看不見的。具體而言，考慮到濁度取決于濃度，本發(fā)明之水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的含水組合物具有0.3重量％SiO2的濃度，沒有影響濁度的其他物質(zhì)，此時(shí)優(yōu)選具有低于70 NTU、更優(yōu)選低于50 NTU、并最優(yōu)選低于約20 NTU的濁度。本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物不能通過大多數(shù)的物理或者化學(xué)分離技術(shù)(如離心、沉降、或者過濾)由含水相中分離。
總之，本發(fā)明涉及簡單而且成本低廉地制備纖維素產(chǎn)品如紙產(chǎn)品的方法。具體而言，本發(fā)明的方法包括基本上同時(shí)地在纖維素漿料中添加(1)至少一種鋁化合物、以及(2)至少一種水溶性硅酸鹽。優(yōu)選的是，水溶性硅酸鹽可為單價(jià)陽離子硅酸鹽或者水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物。水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物可以是單價(jià)陽離子硅酸鹽與二價(jià)金屬離子的反應(yīng)產(chǎn)物。
另外，本發(fā)明涉及一種包含至少一種鋁化合物和至少一種水溶性硅酸鹽的組合物。本發(fā)明還涉及包含至少一種鋁化合物、以及至少一種水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的纖維素產(chǎn)品如紙產(chǎn)品。
在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及制備纖維素產(chǎn)品的方法。具體而言，本發(fā)明的方法包括基本上同時(shí)地在纖維素漿料中添加至少一種鋁化合物和至少一種單價(jià)陽離子硅酸鹽。
以Al2O3/SiO2計(jì)，鋁化合物與單價(jià)陽離子硅酸鹽的摩爾比為約0.1-10，優(yōu)選為0.2-5，并且更優(yōu)選為0.5-2。
鋁化合物的例子包括但不限于明礬、AlCl3(氯化鋁)、PAC(聚氯化鋁)、PAS(聚硫酸鋁)、PASS(聚硅酸硫酸鋁)、和/或聚磷酸鋁，其中優(yōu)選的是明礬、PAC、和/或PAS，并更優(yōu)選為明礬和/或PAC。
本發(fā)明的單價(jià)陽離子硅酸鹽包括但不限于硅酸鈉、硅酸鉀、硅酸鋰、和/或硅酸銨，優(yōu)選的是硅酸鈉和/或硅酸鉀，并更優(yōu)選為硅酸鈉。
本發(fā)明的纖維素漿料中可優(yōu)選地包含至少一種二價(jià)金屬離子?？稍诒景l(fā)明中使用的二價(jià)金屬的例子包括但不限于鎂、鈣、鋅、銅、鐵(II)、錳、和/或鋇。優(yōu)選地，二價(jià)金屬包括鎂、鈣、和/或鋅。最優(yōu)選的是，二價(jià)金屬包括鎂和/或鈣。
二價(jià)金屬離子得自于包括水溶性鹽的物質(zhì)，所述水溶性鹽是選自于以下組中的至少一種CaCl2、MgCl2、MgSO4、Ca(NO3)2、Mg(NO3)2、和/或ZnSO4，優(yōu)選為CaCl2、MgCl2、和/或ZnSO4，并更優(yōu)選為CaCl2和/或MgCl2。
本發(fā)明的纖維素漿料可包含本領(lǐng)域已知的填料，如粘土、二氧化鈦、研磨碳酸鈣、或者沉淀碳酸鈣。纖維素漿料的pH和溫度并不被認(rèn)為是本發(fā)明的重要因素。只要纖維素漿料的pH和溫度在正常的條件下，如pH在約4-10的范圍內(nèi)，溫度為約5-80℃，則本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物都是有效的。
當(dāng)在纖維素漿料中添加單價(jià)陽離子硅酸鹽以原位形成水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物時(shí)，本發(fā)明的纖維素漿料的硬度優(yōu)選為1-600ppm的鈣當(dāng)量，更優(yōu)選約10-200ppm的鈣當(dāng)量，并最優(yōu)選20-100ppm的鈣當(dāng)量。如果纖維素漿料的硬度為約1-600ppm的鈣當(dāng)量，則單價(jià)陽離子硅酸鹽可與纖維素漿料中的二價(jià)離子反應(yīng)，并形成本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物。
或者，如上所述的制備本發(fā)明的紙制品的方法包括基本上同時(shí)在纖維素漿料中添加至少一種鋁化合物和至少一種水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物。
以Al2O3/SiO2計(jì)，鋁化合物與水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的摩爾比為約0.1-10，優(yōu)選為約0.2-5，并更優(yōu)選為約0.5-2。
本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物優(yōu)選包含至少一種二價(jià)硅酸鹽和至少一種單價(jià)陽離子硅酸鹽。
如上所述，可在本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物中使用的二價(jià)硅酸鹽的例子包括但不限于堿土金屬和過渡金屬。例如，二價(jià)金屬可包括鎂、鈣、鋅、銅、鐵(II)、錳(II)、和/或鋇。優(yōu)選地，二價(jià)金屬包括鎂、鈣、和/或鋅。最優(yōu)選的是，二價(jià)金屬包括鎂和/或鈣。
優(yōu)選的二價(jià)金屬硅酸鹽包括硅酸鎂、硅酸鈣、硅酸鋅、硅酸銅、硅酸鐵、硅酸錳、和/或硅酸鋇。更優(yōu)選的是，二價(jià)金屬硅酸鹽包括硅酸鎂、硅酸鈣、和/或硅酸鋅。最優(yōu)選的是，二價(jià)金屬硅酸鹽包括硅酸鎂和/或硅酸鈣。
可在本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物中使用的單價(jià)陽離子硅酸鹽的例子包括單價(jià)陽離子，如鈉、鉀、鋰和/或銨。優(yōu)選的是，單價(jià)陽離子包括鈉和/或鉀。最優(yōu)選的是，單價(jià)陽離子包括鈉。
優(yōu)選的單價(jià)陽離子硅酸鹽包括硅酸鈉、硅酸鉀、硅酸鋰、和/或硅酸銨，更優(yōu)選地包括硅酸鈉和/或硅酸鉀，最優(yōu)選地包括硅酸鈉。在硅酸鈉中，SiO2/Na2O的重量比在2-4的范圍內(nèi)，更優(yōu)選為約2.8-3.3，并最優(yōu)選為約3.0-3.5。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，金屬硅酸鹽復(fù)合物是如下制得的硅酸鎂復(fù)合物和/或硅酸鈣復(fù)合物將硅酸鈉添加在包含鎂和/或鈣離子的含水組合物中。優(yōu)選地，以含水組合物的重量計(jì)，本發(fā)明之水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的含水組合物包括0.01-5重量％的SiO2，SiO2/單價(jià)陽離子氧化物如Na2O的摩爾比為約2-20，二價(jià)金屬如(Mg+Ca)/Si的摩爾比為約0.001-0.25。
不希望囿于任何理論的限制，本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物可包含以下式(1)的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物
(1-y)M2O·yM′O·xSiO2 (1)其中M是如上所述的單價(jià)離子，M′是二價(jià)金屬，例如以上討論的二價(jià)金屬，X優(yōu)選是2-4，Y優(yōu)選是0.005-0.4；以及y/x優(yōu)選為0.001-0.25。
本發(fā)明之金屬硅酸鹽復(fù)合物保留在溶液中的能力，即、金屬硅酸鹽復(fù)合物的穩(wěn)定性，對于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的結(jié)果是非常重要的。例如，穩(wěn)定性對于提高纖維素產(chǎn)品制造過程中的保留和排水控制是重要的。具體而言，可形成的金屬硅酸鹽沉淀物相對于保留和排水控制具有低的活性或者無活性。在某些情況下，金屬硅酸鹽復(fù)合物具有輕微的沉淀物，而且仍表現(xiàn)出合適的保留和排水活性，這是因?yàn)榻饘俟杷猁}復(fù)合物中較小的部分轉(zhuǎn)化為沉淀物，而絕大部分的組分仍是水溶性的。如上所討論的，本發(fā)明的水溶性復(fù)合物的含水組合物具有0.3重量％濃度的SiO2，其優(yōu)選具有低于約70 NTU的濁度，更優(yōu)選具有低于約50 NTU的濁度，并最優(yōu)選具有低于約20 NTU的濁度。
本發(fā)明的金屬硅酸鹽復(fù)合物保留在溶液中的能力，即、穩(wěn)定性，通常取決于幾個(gè)因素。這些因素之中包括(1)SiO2/M2O的摩爾比，(2)M′/Si的摩爾比，(3)SiO2的濃度，(4)復(fù)合物微顆粒的大小，(5)其中形成有復(fù)合物的含水組合物的硬度，(6)在金屬硅酸鹽復(fù)合物形成期間進(jìn)行的攪拌，(7)含水組合物的pH，(8)含水組合物的溫度，以及(9)含水組合物中的溶質(zhì)。在這些因素中，最重要的是SiO2/M2O的摩爾比以及M′/Si的摩爾比。金屬硅酸鹽復(fù)合物保留在溶液中的能力取決于以下將詳細(xì)討論的因素之間的相互作用。
在討論可影響制造水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的方法中所涉及到的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的穩(wěn)定性的因素之前，以下將討論對復(fù)合物本身特殊的穩(wěn)定性因素。
本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物優(yōu)選具有2-20、優(yōu)選3-10、更優(yōu)選3.0-5.0的SiO2/M2O摩爾比，例如根據(jù)式(1)的化合物中的x∶(1-y)。如果該值過高，則金屬硅酸鹽復(fù)合物可形成沉淀并丟失活性。如果該值過低，則形成相對較小量的金屬硅酸鹽復(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0.001-0.25、優(yōu)選0.01-0.2、更優(yōu)選0.025-0.15的M′/Si摩爾比，例如根據(jù)式(1)的化合物中的y∶x。如果該值過高，則金屬硅酸鹽復(fù)合物可形成沉淀并丟失活性。如果該值過低，則形成相對較小量的金屬硅酸鹽復(fù)合物。
所希望的是，在水溶液中于25℃下用動態(tài)激光掃描法測量時(shí)，本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物優(yōu)選具有低于約200nm、更優(yōu)選約2-100nm、最優(yōu)選為約5-80nm的微顆粒粒徑。如果該值過高，則金屬硅酸鹽復(fù)合物將形成沉淀。如果粒徑過小，則金屬硅酸鹽復(fù)合物將不具備足夠的絮凝能力。
另外，在討論制造本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽中影響本發(fā)明的水溶性復(fù)合物的穩(wěn)定性的因素之前，以下先總結(jié)制造本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的方法。
本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物可如下進(jìn)行制備在包含二價(jià)金屬離子的水溶液中添加至少一種單價(jià)陽離子硅酸鹽。當(dāng)至少一種單價(jià)陽離子硅酸鹽與包含二價(jià)金屬離子的水溶液混合時(shí)，在混合單價(jià)陽離子硅酸鹽和水溶液期間，自發(fā)性地形成水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物。
或者，本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物可如下制備(1)在水溶液中添加至少一種單價(jià)硅酸鹽；以及(2)在含水組合物中同時(shí)或者順序地添加二價(jià)金屬陽離子源。單價(jià)陽離子硅酸鹽與含水組合物中的二價(jià)金屬離子相互反應(yīng)，并形成水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物。
用于制備本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的合適單價(jià)陽離子硅酸鹽可為粉末或者液體形式。如上所述，單價(jià)陽離子硅酸鹽的例子包括但不限于硅酸鈉、硅酸鉀、硅酸鋰、和/或硅酸銨。
如上所討論的，可在制備本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物中使用的二價(jià)金屬離子的例子包括但不限于堿土金屬和過渡金屬，如鎂、鈣、鋅、銅、鐵(II)、錳(II)、和/或鋇。
當(dāng)將至少一種單價(jià)陽離子硅酸鹽添加至包含二價(jià)金屬離子的水溶液中時(shí)，本發(fā)明的含水組合物優(yōu)選具有1-600ppm鈣當(dāng)量、更優(yōu)選10-200ppm鈣當(dāng)量、并最優(yōu)選20-100ppm鈣當(dāng)量的硬度。
水溶液的溫度為約5-95℃，優(yōu)選為約10-80℃，更優(yōu)選為約20-60℃。
包含二價(jià)金屬離子的水溶液的例子包括但不限于網(wǎng)下白水、硬水、經(jīng)處理的水和纖維素漿料。“網(wǎng)下白水”也稱為“筒倉水(silo water)”，其是指在制造纖維素產(chǎn)品期間由纖維素產(chǎn)品機(jī)中收集到的水，例如，在造紙期間以及之后由造紙機(jī)中收集的水。
在本發(fā)明中，網(wǎng)下白水的pH優(yōu)選為6-10、更優(yōu)選為7-9、并最優(yōu)選為7.5-8.5。造紙機(jī)中的網(wǎng)下白水通常是溫?zé)岬模錅囟鹊湫偷貫榧s10-60℃，更典型地是約30-60℃，并更典型地是45-55℃。
“硬水”是指包含大量金屬離子如Mg2+和/或Ca2+離子的水。“經(jīng)處理的水”是指已經(jīng)經(jīng)過處理以增加或者降低硬度的硬水或者軟水。如果水的硬度過高，如以下所討論的，一些金屬離子可通過本領(lǐng)域任何已知的技術(shù)阻斷或者使它們失活，所述的已知技術(shù)例如是添加至少一種螯合劑，如乙二胺四乙酸(EDTA)、羥乙基乙二胺四乙酸(HEDTA)、酒石酸、檸檬酸、葡糖酸、以及聚丙烯酸。如果水的硬度過低，如以下所討論的，可添加二價(jià)金屬離子。例如，可添加鎂和/或鈣鹽，以增加金屬離子，并由此增加硬度。具體而言，可在含水組合物中添加CaCl2、MgCl2、MgSO4、Ca(NO3)2、Mg(NO3)2、和/或ZnSO4，優(yōu)選CaCl2、MgCl2、和/或ZnSO4，更優(yōu)選CaCl2和/或MgCl2，以增加金屬離子的濃度。
“紙漿料溶液”是指造紙中的紙配料或者紙漿料。紙漿料溶液的pH優(yōu)選為4-10，更優(yōu)選為6-9，并最優(yōu)選為7-8.5。造紙機(jī)中的紙漿料溶液通常是溫?zé)岬?，其溫度典型地為約5-80℃，更典型地是約10-60℃，并更典型地是15-55℃。
如上所述，在制備水溶性復(fù)合物的過程中有幾個(gè)因素可影響金屬硅酸鹽復(fù)合物保留在溶液中的能力。這些因素包括(1)含水組合物中的SiO2濃度，(2)含水組合物的硬度，(3)形成水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物期間施加的攪拌，(4)含水組合物的pH，(5)含水組合物的溫度，以及(6)含水組合物中的額外溶質(zhì)。在這些因素中，含水組合物中的SiO2濃度以及含水組合物的硬度是最重要的。
當(dāng)單價(jià)陽離子硅酸鹽與二價(jià)金屬離子混合形成包含本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的含水組合物時(shí)，以含水組合物的重量計(jì)，所得的含水組合物的SiO2濃度優(yōu)選為約0.01-5重量％，更優(yōu)選為約0.1-2重量％，并最優(yōu)選為約0.25-1.5重量％。如果該值過高，則金屬硅酸鹽復(fù)合物可形成沉淀并丟失活性。如果該值過低，則組合物是不經(jīng)濟(jì)的，因?yàn)樾枰罅康娜芤骸?br> 當(dāng)二價(jià)金屬離子添加至包含單價(jià)陽離子硅酸鹽的含水組合物中時(shí)，以含水組合物的重量計(jì)，含水組合物的SiO2濃度優(yōu)選為約0.01-30重量％，更優(yōu)選為約0.1-15重量％，并最優(yōu)選為約0.25-10重量％。如果該值過高，則金屬硅酸鹽復(fù)合物可形成沉淀，并由此丟失活性(如排水和保留性質(zhì))。如果該值過低，則組合物是不經(jīng)濟(jì)的，因?yàn)樾枰罅康娜芤骸?br> 將單價(jià)陽離子硅酸鹽添加至包含二價(jià)金屬離子的含水組合物中時(shí)，本發(fā)明的含水組合物的硬度優(yōu)選為約1-600ppm的鈣當(dāng)量，更優(yōu)選為約10-200ppm的鈣當(dāng)量，并最優(yōu)選為約20-100ppm的鈣當(dāng)量。如果硬度過高，則金屬硅酸鹽復(fù)合物有可能沉淀。如果硬度過低，則有可能形成不了水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物。
形成金屬硅酸鹽復(fù)合物期間所施加的攪拌也影響金屬硅酸鹽復(fù)合物保留在溶液中的能力。如果不施加攪拌，在某些情況下，本發(fā)明的水溶性復(fù)合物會由于過濃而形成局部的沉淀。但是，攪拌的效果難以定量。攪拌的量取決于諸如溶液的量和粘度、容器的尺寸、攪拌棒或者槳葉的尺寸和類型、攪拌器或者混合器的旋轉(zhuǎn)速度等因素。例如，在實(shí)驗(yàn)室的制備中，在200ml燒杯中混合100ml金屬硅酸鹽復(fù)合物溶液時(shí)，在MIRAKTM磁攪拌器(#L SO&3235-60型，Bemstead Thermolyne Corporation，2555 Kerper Blvd.，Dubuque，Iowa 52004)上使用1″攪拌棒，300rpm或者更高的混合速度應(yīng)是合適的。通常情況下，只要可能，應(yīng)使攪拌最大化。但是，如果攪拌過度，則由于能量的過度消耗而有可能是不經(jīng)濟(jì)的，或者有可能導(dǎo)致設(shè)備的振動或者溶液的濺出。
雖然預(yù)期含水組合物的pH對于金屬硅酸鹽復(fù)合物保留在溶液中的能力是重要的因素，但尚未研究pH的精確作用。然而，以網(wǎng)下白水作為例子，發(fā)現(xiàn)本發(fā)明是可行的。網(wǎng)下白水的pH通常為6-10，更典型地是7-9，最典型地是7.5-8.5。
含水組合物的溫度優(yōu)選是約5-95℃，優(yōu)選約10-80℃，并最優(yōu)選為約20-60℃。例如，造紙機(jī)中的網(wǎng)下白水通常是溫?zé)岬?，而且通常具?0-65℃的溫度，更典型的是具有約30-60℃的溫度，最典型的是具有45-55℃的溫度。因此，金屬硅酸鹽復(fù)合物可在環(huán)境溫度下形成。在較低的M′/Si比例時(shí)，增加溫度將加速金屬硅酸鹽復(fù)合物的形成。在較高的M′/Si比例時(shí)，溫度幾乎沒有作用。
預(yù)期影響金屬硅酸鹽復(fù)合物保留在溶液中的能力的另一個(gè)因素是溶質(zhì)在含水組合物中的存在。例如，希望平衡離子的存在有可能影響金屬硅酸鹽復(fù)合物的穩(wěn)定性。
如以上所討論的，本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物是通過在包含二價(jià)金屬離子的水溶液中添加單價(jià)陽離子硅酸鹽而制得的。本發(fā)明的單價(jià)陽離子硅酸鹽是水溶性的，而且可以為粉末或者液體的形式。水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物是在將單價(jià)陽離子硅酸鹽稀釋于包含足夠硬度的水溶液中期間自發(fā)形成的。因此，本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物是液體形式的。制備本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的方法是簡單的，而且不需要任何特殊的制造步驟。本發(fā)明的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物可在遠(yuǎn)離工廠時(shí)以濃縮物的形式形成，或者可原位如在造紙廠中制得。
根據(jù)本發(fā)明，在纖維素漿料中基本上同時(shí)添加至少一種鋁化合物和至少一種水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物或者至少一種單價(jià)陽離子硅酸鹽將對保留和排水特性產(chǎn)生顯著的提高，并同時(shí)保持良好地形成紙片。本發(fā)明的方法在造紙中是有益的，特別是在需要大量排水(如至少約76lb/3300sq.ft)時(shí)，此時(shí)由于較厚的纖維墊使排水更加緩慢，有可能降低生產(chǎn)率。
使在造紙網(wǎng)中的纖維漿料脫水或者排水經(jīng)常是實(shí)現(xiàn)更高生產(chǎn)率的限制步驟。增加脫水也可在壓機(jī)和干燥器部分中得到更干的紙片，并由此使液流消耗降低。這在造紙工藝中也是決定許多最終紙片性質(zhì)的階段。
類似地，本發(fā)明的方法降低了填料和細(xì)屑的丟失，并由此降低了生產(chǎn)成本。另外，由于合適的排水和保留，本發(fā)明的方法還提供優(yōu)異的紙形成。
或者，本發(fā)明的纖維素產(chǎn)品可通過在纖維素漿料中順序地添加至少一種鋁化合物和至少一種水溶性金屬硅酸鹽來制備。水溶性硅酸鹽優(yōu)選包含至少一種金屬硅酸鹽復(fù)合物或者至少一種單價(jià)陽離子硅酸鹽。以Al2O3/SiO2計(jì)，鋁化合物與水溶性硅酸鹽的摩爾比為0.1-10，更優(yōu)選為0.2-5，并最優(yōu)選為約0.5-2。
根據(jù)本發(fā)明，基本上同時(shí)或者順序地添加(1)至少一種鋁化合物、以及(2)至少一種單價(jià)陽離子硅酸鹽或者水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物，優(yōu)選是在最后的高剪切階段之后、但在料箱之前添加于紙配料中，以避免由于受到過多的剪切力作用形成絮凝物。
以紙配料(紙漿料)的干重計(jì)，鋁化合物優(yōu)選以1-40lb/噸的劑量添加，優(yōu)選為2-20lb/噸的SiO2、最優(yōu)選為2.5-10lb/噸的SiO2。
以紙配料(紙漿料)的干重計(jì)，水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物或者單價(jià)硅酸鹽優(yōu)選以0.1-20lb/噸的SiO2、優(yōu)選為0.5-6lb/噸的SiO2、最優(yōu)選為1-4lb/噸的SiO2的劑量添加。
另外，優(yōu)選在纖維素漿料中與本發(fā)明的鋁化合物和水溶性硅酸鹽一起添加至少一種添加劑。本發(fā)明合適的添加劑包括本領(lǐng)域中已知的任何添加劑，如絮凝劑、淀粉、促凝劑、施膠劑、濕強(qiáng)度劑、干強(qiáng)度劑、以及其他的保留助劑，優(yōu)選添加絮凝劑、淀粉和促凝劑。
添加劑可在基本上同時(shí)或者順序地添加(1)鋁化合物、以及(2)單價(jià)硅酸鹽或者水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物之前或者之后添加。
在紙配料中添加添加劑以及基本上同時(shí)或者順序地添加(1)鋁化合物和(2)單價(jià)硅酸鹽或者水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的順序不是關(guān)鍵性的。但是，優(yōu)選在添加絮凝劑后再基本上同時(shí)或者順序地添加(1)鋁化合物和(2)單價(jià)硅酸鹽或者水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物。優(yōu)選的是，添加劑是在最后的高剪切階段之前的點(diǎn)添加的，例如在壓力篩和清潔劑處，而鋁化合物和水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物或者單價(jià)硅酸鹽是在最后的高剪切階段之后、但在料箱之前同時(shí)或者順序添加的。
在本發(fā)明的纖維素漿料中添加兩種或者更多種添加劑時(shí)，優(yōu)選的添加劑是絮凝劑和淀粉。淀粉可在絮凝劑之前或者之后添加至纖維素漿料中。優(yōu)選的是，淀粉是在絮凝劑之前添加的。
與至少一種絮凝劑和/或淀粉一起將促凝劑添加至纖維素漿料中時(shí)，促凝劑可在絮凝劑和/或淀粉之前或者之后添加。
根據(jù)本發(fā)明，絮凝劑可為陽離子聚合物、陰離子聚合物、以及基本上非離子性的聚合物。絮凝劑優(yōu)選是陽離子聚合物。
陽離子絮凝劑的例子包括但不限于包含至少一種選自于以下組中的陽離子單體的均聚物和共聚物二甲基氨基乙基甲基丙烯酸酯(DMAEM)、二甲基氨基乙基丙烯酸酯(DMAEA)、甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化銨(METAC)、二甲基氨基丙基甲基丙烯酸酯(DMAPMA)、甲基丙烯酰胺基丙基-三甲基氯化銨(MAPTAC)、二甲基氨基丙基丙烯酰胺(DMAPAA)、丙烯酰氧基乙基三甲基氯化銨(AETAC)、二甲氨基乙基苯乙烯、(p-乙烯基芐基)-三甲基氯化銨、2-乙烯基吡啶、4-乙烯基吡啶、以及乙烯基胺等。例如，陽離子絮凝劑可以是陽離子聚丙烯酰胺的共聚物。
陽離子絮凝劑的分子量優(yōu)選至少為約500000，其范圍優(yōu)選是2000000-15000000，更優(yōu)選為約4000000-12000000，并最優(yōu)選為約5000000-10000000。
對于陽離子絮凝劑，陽離子取代度優(yōu)選至少為約1mol％，其范圍優(yōu)選為約5-50mol％，甚至更優(yōu)選為約10-30mol％。
陽離子絮凝劑的潛電荷密度優(yōu)選為約0.1-4meq/g，更優(yōu)選為約0.5-3meq/g，并最優(yōu)選為約1-2.5meq/g。
在本發(fā)明的纖維素產(chǎn)品制造方法中，以絮凝劑的活性成分以及纖維素漿料的干重計(jì)，陽離子絮凝劑的添加量優(yōu)選為約0.1-4lb/噸，更優(yōu)選為約0.2-2lb/噸，并最優(yōu)選為約0.25-1lb/噸。
本發(fā)明合適的陰離子絮凝劑可以是包含陰離子單體的均聚物和共聚物，所述陰離子單體選自于以下組中丙烯酸、甲基丙烯酸、馬來酸、衣康酸、磺酸和膦酸。例如，陰離子性絮凝劑可以是陰離子聚丙烯酰胺的共聚物。
陰離子絮凝劑的分子量優(yōu)選至少為約500000，其范圍優(yōu)選是5000000-20000000，更優(yōu)選為約8000000-15000000。
對于陰離子絮凝劑，陰離子取代度優(yōu)選至少為約1mol％，其范圍優(yōu)選為約10-60mol％，甚至更優(yōu)選為約15-50mol％。
陰離子絮凝劑的潛電荷密度優(yōu)選為約1-20meq/g，更優(yōu)選為約2-8meq/g，并最優(yōu)選為約2.5-6meq/g。
在本發(fā)明的纖維素產(chǎn)品制造方法中，以絮凝劑的活性成分以及纖維素漿料的干重計(jì)，陰離子絮凝劑的添加量優(yōu)選為約0.1-4lb/噸，更優(yōu)選為約0.2-2lb/噸，并最優(yōu)選為約0.25-1lb/噸。
本發(fā)明之基本上非離子性的絮凝劑的例子包括但不限于以下組中的至少一種聚丙烯酰胺、聚氧乙烯、聚乙烯醇、和聚(乙烯吡咯烷酮)，優(yōu)選為聚丙烯酰胺、聚氧乙烯、和聚乙烯醇，更優(yōu)選為聚丙烯酰胺和聚氧乙烯。
基本上非離子性的絮凝劑的分子量優(yōu)選至少為約500000，其范圍優(yōu)選是1000000-10000000，更優(yōu)選為約2000000-8000000。
在本發(fā)明的纖維素產(chǎn)品制造方法中，以絮凝劑的活性成分以及纖維素漿料的干重計(jì)，基本上非離子性的絮凝劑的添加量優(yōu)選為約0.2-4lb/噸，更優(yōu)選為約0.5-2lb/噸。
如上所述，陽離子淀粉包括兩性淀粉，也可添加在本發(fā)明的纖維素漿料中。優(yōu)選地，陽離子淀粉是作為濕或者干強(qiáng)度添加劑用于纖維素產(chǎn)品的制造中的。本發(fā)明的陽離子淀粉的陽離子電荷取代度優(yōu)選至少為約0.01，其范圍優(yōu)選為約0.01-1，更優(yōu)選為約0.1-0.5。陽離子淀粉可得自于各種植物，如馬鈴薯、玉米、蠟質(zhì)玉米、小麥和稻米。
淀粉的分子量優(yōu)選為約1000000-5000000，更優(yōu)選為約1500000-4000000，并最優(yōu)選為約2000000-3000000。
本發(fā)明的淀粉可在絮凝劑之前或者之后添加于纖維素漿料中，優(yōu)選在本發(fā)明的水溶性硅酸鹽之前添加。以纖維素漿料的干重計(jì)，淀粉的優(yōu)選添加量為約1-50lb/噸，更優(yōu)選為約5-20lb/噸。
可添加在本發(fā)明的纖維素漿料中的其他添加劑是促凝劑。本發(fā)明的促凝劑的例子包括但不限于無機(jī)促凝劑，如明礬或者類似的物質(zhì)，例如氯化鋁、聚氯化鋁(PAC)、聚硫酸鋁(PAS)、以及聚硅酸硫酸鋁(PASS)，或者有機(jī)促凝劑，如聚胺、聚(二烯丙基二甲基氯化銨)、聚乙烯亞胺、以及聚乙烯基胺等。優(yōu)選的是無機(jī)促凝劑，并更優(yōu)選是明礬、或者類似的物質(zhì)。
有機(jī)促凝劑的分子量優(yōu)選為約1000-1000000，更優(yōu)選為約2000-750000，更優(yōu)選為約5000-500000。
本發(fā)明的促凝劑可在絮凝劑之前或者之后添加至纖維素漿料中，優(yōu)選在本發(fā)明的水溶性硅酸鹽之前添加。以纖維素漿料的干重計(jì)，無機(jī)促凝劑的優(yōu)選添加量為約1-30lb/噸，更優(yōu)選為約5-20lb/噸。有機(jī)促凝劑的優(yōu)選添加量為0.1-5lb/噸，并更優(yōu)選為約0.5-2lb/噸。
由本發(fā)明的方法制得的紙產(chǎn)品具有優(yōu)異的紙質(zhì)量。由本發(fā)明的方法得到的紙產(chǎn)品包含纖維素纖維、至少一種鋁化合物、以及至少一種水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物。
如上所述，本發(fā)明的纖維素產(chǎn)品是通過在纖維素漿料中基本上同時(shí)或者順序地添加至少一種鋁化合物和至少一種水溶性硅酸鹽而制得的。優(yōu)選地，水溶性硅酸鹽包括至少一種單價(jià)陽離子硅酸鹽和二價(jià)金屬硅酸鹽復(fù)合物。
另外，如上所述，同時(shí)添加鋁化合物和水溶性硅酸鹽可單獨(dú)添加或者以混合物的形式一起添加。因此，本發(fā)明涉及用于制備纖維素產(chǎn)品的組合物，該組合物包含至少一種鋁化合物和至少一種水溶性硅酸鹽。本發(fā)明的纖維素產(chǎn)品包含纖維素纖維、至少一種鋁化合物、以及至少一種水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的殘留物。優(yōu)選的是，鋁化合物在纖維素產(chǎn)品中的量可為約100-5000ppm Al2O3，更優(yōu)選為200-2000ppm Al2O3，并最優(yōu)選為約500-1000ppm Al2O3。水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物在纖維產(chǎn)品中的量可以為50-10000ppm SiO2，更優(yōu)選為250-3000ppm SiO2，并最優(yōu)選為500-2000ppm SiO2。
當(dāng)紙產(chǎn)品是通過在纖維素漿料中基本上同時(shí)或者順序地添加至少一種鋁化合物和至少一種單價(jià)陽離子硅酸鹽而制得的時(shí)候，如果纖維素漿料包含至少一種二價(jià)離子而且具有約1-600ppm鈣當(dāng)量的硬度，則可形成水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物。
如上所述，纖維素漿料可包含纖維素纖維、填料以及本領(lǐng)域已知的造紙成分，如粘土、二氧化鈦、研磨碳酸鈣或者沉淀碳酸鈣。在基本上同時(shí)或者順序地添加(1)至少一種鋁化合物、以及(2)至少一種水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物或者單價(jià)陽離子硅酸鹽，并任選地在纖維素漿料中添加至少一種添加劑后，使纖維素漿料沉積在造紙網(wǎng)上，排水，干燥，然后通過本領(lǐng)域已知的技術(shù)壓制成最終的紙產(chǎn)品。
本發(fā)明的方法在保證良好地形成纖維素產(chǎn)品的同時(shí)，顯著地提高了保留和排水特性。本發(fā)明的方法可提供高質(zhì)量的纖維素產(chǎn)品。
根據(jù)本發(fā)明制備紙產(chǎn)品的方法對于造紙是有益的。本發(fā)明的方法增加了細(xì)配料固體在排水的湍流過程以及形成紙網(wǎng)的過程中的保留。如果沒有足夠的細(xì)固體保留，該固體物質(zhì)流失到工藝廢流中或者在再循環(huán)的白水環(huán)中累積至高濃度，使得潛在沉積增強(qiáng)，并損壞造紙機(jī)的排水。另外，細(xì)固體物質(zhì)保留不足時(shí)，增加了造紙商的成本，這是因?yàn)榱魇У奶砑觿皆诶w維上，形成各自不同的紙不透明性、強(qiáng)度、或者施膠性質(zhì)。
無需進(jìn)一步的說明，相信本領(lǐng)域技術(shù)人員可在以上描述的基礎(chǔ)上更好地利用本發(fā)明。
因此，以下的優(yōu)選實(shí)施方案僅是用于說明本發(fā)明，而絕不是對本發(fā)明范圍的限制。實(shí)施例
以下實(shí)施例涉及制備紙產(chǎn)品的方法，其包括在本發(fā)明的紙配料中添加鋁化合物和金屬硅酸鹽。在本發(fā)明的方法中還可添加諸如絮凝劑和淀粉等的添加劑。本發(fā)明的方法增加了造紙中的排水和保留率。
在以下實(shí)施例中所用的鋁化合物是明礬。.所用的明礬是液體硫酸鋁，其包含48.5重量％的Al2(SO4)3·14H2O干燥固體(由General ChemicalCorporation，90 East Halsey Road，Parsippany，NJ 07054得到的)。
在以下實(shí)施例中所用的硅酸鈉是由PQ公司(P.O.Box 840，ValleyForge，PA 19482-0840)制造的硅酸鈉O。其包含29.5重量％的SiO2，而且SiO2/Na2O的重量比為3.22。
在實(shí)施例中所用的紙配料具有0.3重量％的稠度，并且以總的干配料計(jì)包含80重量％的纖維和20重量％的沉淀碳酸鈣(PCC)填料。在紙配料中所用的纖維是闊葉材/針葉材的70/30混合物。闊葉材纖維是經(jīng)漂白的化學(xué)紙漿——St.Croix Northern Hardwood，其是由Ekman andCompany(STE 4400，200 S.Biscayne Blvd.，Miami，F(xiàn)1 33130)制造的。針葉材纖維是經(jīng)漂白的化學(xué)紙漿——Georgianier Softwood，其是由Rayonier(4470 Savanna HWY，Jessup，GA)制造的。PCC是Albacar 5970，其是由Specialty Minerals(230 Columbia Street，Adams，MA 01220)制造的。
紙配料的溫度為21-25℃。紙配料的pH為7.5-9。在以下實(shí)施例中所使用的紙配料的量為1000升。在實(shí)施例中所用的添加劑是陽離子淀粉、促凝劑和絮凝劑。陽離子淀粉是Sta-Lok 600TM(由A.E.StaleyManufacturing Company制造)。促凝劑是明礬。該明礬也是包含48.5重量％的Al2(SO4)3·14H2O干燥固體的液體硫酸鋁(由General ChemicalCorporation，90 East Halsey Road，Parsippany，NJ 07054制造)。
絮凝劑本身可以是陽離子或者陰離子性的。陽離子絮凝劑是經(jīng)改性的陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)，其分子量為約6000000，陽離子電荷為10mol％。CPAM是由Hercules Incorporated(Wilmington，DE)制造的PC8695。陰離子絮凝劑是經(jīng)改性的陰離子聚丙烯酰胺(APAM)，其分子量為約20000000，陰離子電荷為約30mol％。APAM是由HerculesIncorporated(Wilmington，DE)制造的PA8130。
用于確定以下實(shí)施例中添加劑的量的單位是#/T(lb/噸)，其是以紙配料的干重為基礎(chǔ)計(jì)算的。淀粉和明礬的用量是以干燥產(chǎn)品測定的。陽離子和陰離子絮凝劑的用量是以活性固體為基礎(chǔ)測定的。金屬硅酸鹽的用量是以二氧化硅的干重或者硅酸鈉的干重為基礎(chǔ)的。
除非另有說明，各添加劑、明礬、以及硅酸鈉在紙配料中的添加順序如下陽離子淀粉、明礬(促凝劑)、絮凝劑、以及測試物質(zhì)。陽離子淀粉和明礬的混合時(shí)間為10秒。
在紙配料中添加至少一種添加劑和/或明礬和/或硅酸鈉后，將紙配料轉(zhuǎn)移至Canadian Standard Freeness(CSF)裝置中，使得可以測量排水活性。鈣CFS排水實(shí)驗(yàn)是如下進(jìn)行的使1000ml的紙配料與各種添加劑(包括待測試的金屬硅酸鹽)在方形燒杯中于室溫(除非另有說明)和1200rpm混合速度下混合。
以下實(shí)施例1-8涉及紙配料的排水實(shí)驗(yàn)。實(shí)施例1-8的結(jié)果示于以下表1中。實(shí)施例1
在本實(shí)施例中，10#/T的陽離子淀粉、5#/T的明礬、以及1#/T的CPAM順序地添加在紙配料中。將紙配料轉(zhuǎn)移至CSF裝置中，以測量排水率。實(shí)施例2
將0.77g的液體明礬添加至99.23g的去離子水中，由此將明礬稀釋至0.375重量％的干燥固體。在紙配料中添加5#/T經(jīng)稀釋的明礬。
隨后，在紙配料中順序地添加10#/T的陽離子淀粉、1#/T的CPAM、以及5#/T的明礬。將紙配料轉(zhuǎn)移至CSF裝置中，以測量排水率。實(shí)施例3
將0.51g的液體硅酸鈉O添加至99.49g的去離子水中，由此將硅酸鈉O稀釋至0.15重量％的二氧化硅。在經(jīng)預(yù)處理的紙配料中添加1#/T經(jīng)稀釋的硅酸鈉O。在紙配料中順序地添加10#/T的陽離子淀粉、5#/T的明礬、以及1#/T的CPAM，由此對紙配料進(jìn)行預(yù)處理。將紙配料轉(zhuǎn)移至CSF裝置中，以測量排水率。實(shí)施例4
將1.02g的液體硅酸鈉O添加至98.98g的去離子水中，由此將硅酸鈉O稀釋至0.3重量％的二氧化硅。在經(jīng)預(yù)處理的紙配料中添加2#/T經(jīng)稀釋的硅酸鈉O。在紙配料中順序地添加10#/T的陽離子淀粉、5#/T的明礬、以及1#/T的CPAM，由此對紙配料進(jìn)行預(yù)處理。將紙配料轉(zhuǎn)移至CSF裝置中，以測量排水率。實(shí)施例5
將0.51g的液體硅酸鈉O添加至99.49g的去離子水中，由此將硅酸鈉O稀釋至0.15重量％的二氧化硅。
將0.77g的液體明礬添加至99.23g的去離子水中，由此將明礬稀釋至0.375重量％的干燥固體。
在經(jīng)預(yù)處理的紙配料中同時(shí)添加1#/T經(jīng)稀釋的硅酸鈉O和5#/T經(jīng)稀釋的明礬。在紙配料中順序地添加10#/T的陽離子淀粉、5#/T的明礬、以及1#/T的CPAM，由此對紙配料進(jìn)行預(yù)處理。將紙配料轉(zhuǎn)移至CSF裝置中，以測量排水率。實(shí)施例6
將1.02g的液體硅酸鈉O添加至98.98g的去離子水中，由此將硅酸鈉O稀釋至0.3重量％的二氧化硅。
將0.77g的液體明礬添加至99.23g的去離子水中，由此將明礬稀釋至0.375重量％的干燥固體。
在經(jīng)預(yù)處理的紙配料中同時(shí)添加2#/T經(jīng)稀釋的硅酸鈉O和5#/T經(jīng)稀釋的明礬。在紙配料中順序地添加10#/T的陽離子淀粉、5#/T的明礬、以及1#/T的CPAM，由此對紙配料進(jìn)行預(yù)處理。將紙配料轉(zhuǎn)移至CSF裝置中，以測量排水率。實(shí)施例7
將0.51g的液體硅酸鈉O添加至99.49g的去離子水中，由此將硅酸鈉O稀釋至0.15重量％的二氧化硅。
將0.77g的液體明礬添加至99.23g的去離子水中，由此將明礬稀釋至0.375重量％的干燥固體。
在經(jīng)預(yù)處理的紙配料中同時(shí)添加1#/T經(jīng)稀釋的硅酸鈉O和10#/T經(jīng)稀釋的明礬。在紙配料中順序地添加10#/T的陽離子淀粉、5#/T的明礬、以及1#/T的CPAM，由此對紙配料進(jìn)行預(yù)處理。將紙配料轉(zhuǎn)移至CSF裝置中，以測量排水率。實(shí)施例8
將1.02g的液體硅酸鈉O添加至98.98g的去離子水中，由此將硅酸鈉O稀釋至0.3重量％的二氧化硅。
將0.77g的液體明礬添加至99.23g的去離子水中，由此將明礬稀釋至0.375重量％的干燥固體。
在經(jīng)預(yù)處理的紙配料中同時(shí)添加2#/T經(jīng)稀釋的硅酸鈉O和10#/T經(jīng)稀釋的明礬。在紙配料中順序地添加10#/T的陽離子淀粉、5#/T的明礬、以及1#/T的CPAM，由此對紙配料進(jìn)行預(yù)處理。將紙配料轉(zhuǎn)移至CSF裝置中，以測量排水率。
表1
表1表明，在紙配料中同時(shí)添加硅酸鈉和明礬(實(shí)施例5-10)比在紙配料中順序地添加硅酸鈉O或者明礬(實(shí)施例2-4)產(chǎn)生更高的排水率。
具體而言，在對照實(shí)施例(實(shí)施例1)中，僅在配料中順序地添加添加劑，排水率為453ml。在對比實(shí)施例(實(shí)施例2-4)中，在配料中順序地添加硅酸鈉O或者明礬以及添加劑，排水率為510-550ml，比對照實(shí)施例高57-97ml。因此，在使用硅酸鈉O或者明礬時(shí)，排水率增加。
在實(shí)施例5-8中，當(dāng)同時(shí)添加硅酸鈉O和明礬(在順序地添加添加劑之后)時(shí)，排水率為573-665ml，比對照實(shí)施例高出120-212ml。因此，當(dāng)在配料中同時(shí)添加硅酸鈉O和明礬時(shí)，排水率顯著增加。
以下實(shí)施例9-11涉及紙配料的排水實(shí)驗(yàn)。實(shí)施例9-11的結(jié)果示于以下表2中。實(shí)施例9
將0.51g的液體硅酸鈉O添加至99.49g的去離子水中，由此將硅酸鈉O稀釋至0.15重量％的二氧化硅。
在經(jīng)預(yù)處理的紙配料中添加1#/T經(jīng)稀釋的硅酸鈉O。在紙配料中順序地添加10#/T的陽離子淀粉、10#/T的明礬、以及1#/T的CPAM，由此對紙配料進(jìn)行預(yù)處理。將紙配料轉(zhuǎn)移至CSF裝置中，以測量排水率。實(shí)施例10
將0.51g的液體硅酸鈉O添加至99.49g的去離子水中，由此將硅酸鈉O稀釋至0.15重量％的二氧化硅。
將0.77g的液體明礬添加至99.23g的去離子水中，由此將明礬稀釋至0.375重量％的干燥固體。
在經(jīng)預(yù)處理的紙配料中同時(shí)添加1#/T經(jīng)稀釋的硅酸鈉O和5#/T經(jīng)稀釋的明礬。在紙配料中順序地添加10#/T的陽離子淀粉、5#/T的明礬、以及1#/T的CPAM，由此對紙配料進(jìn)行預(yù)處理。將紙配料轉(zhuǎn)移至CSF裝置中，以測量排水率。實(shí)施例11
將0.51g的液體硅酸鈉O添加至99.49g的去離子水中，由此將硅酸鈉O稀釋至0.15重量％的二氧化硅。
將0.77g的液體明礬添加至99.23g的去離子水中，由此將明礬稀釋至0.375重量％的干燥固體。
在經(jīng)預(yù)處理的紙配料中同時(shí)添加1#/T經(jīng)稀釋的硅酸鈉O和10#/T經(jīng)稀釋的明礬。在紙配料中順序地添加10#/T的陽離子淀粉、以及1#/T的CPAM，由此對紙配料進(jìn)行預(yù)處理。將紙配料轉(zhuǎn)移至CSF裝置中，以測量排水率。
表2
表2表明，在紙配料中同時(shí)添加硅酸鈉和明礬(實(shí)施例10和11)比在紙配料中順序地添加硅酸鈉O或者明礬(實(shí)施例9)產(chǎn)生更高的排水率。
具體而言，在對照實(shí)施例(實(shí)施例9)中，僅在配料中順序地添加硅酸鈉O和添加劑，排水率為540ml。在實(shí)施例10和11中，當(dāng)同時(shí)添加硅酸鈉O和明礬(在順序地添加添加劑之后)時(shí)，排水率為573-600ml，比對照實(shí)施例高出33-60ml。因此，當(dāng)在配料中同時(shí)添加硅酸鈉O和明礬時(shí)，排水率顯著增加。表2清楚地表明，同時(shí)添加明礬和硅酸鈉比在紙配料中與硅酸鈉分開地單獨(dú)添加所有的明礬或者部分明礬時(shí)產(chǎn)生更高的排水率。
以下實(shí)施例12-15涉及紙配料的排水實(shí)驗(yàn)。實(shí)施例12-15的結(jié)果示于以下表3中。實(shí)施例12
在紙配料中順序地添加10#/T的陽離子淀粉和5#/T的明礬。將紙配料轉(zhuǎn)移至CSF裝置中，以測量排水率。實(shí)施例13
在紙配料中順序地添加10#/T的陽離子淀粉和5#/T的明礬，由此對紙配料進(jìn)行預(yù)處理。
將0.77g的液體明礬添加至99.23g的去離子水中，由此將明礬稀釋至0.375重量％的干燥固體。
隨后在經(jīng)預(yù)處理的紙配料中添加5#/T經(jīng)稀釋的明礬。
然后將紙配料轉(zhuǎn)移至CSF裝置中，以測量排水率。實(shí)施例14
在紙配料中順序地添加10#/T的陽離子淀粉和5#/T的明礬，由此對紙配料進(jìn)行預(yù)處理。
將1.02g的液體硅酸鈉O添加至98.98g的Ca/Mg溶液中，由此制得包含0.3重量％SiO2而且(Ca+Mg)/Si摩爾比為0.035的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物。然后混合該溶液30分鐘，并放置約3小時(shí)。Ca/Mg溶液的水硬度為68ppm鈣當(dāng)量。
在經(jīng)預(yù)處理的紙配料中添加2#/T的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物。
然后將紙配料轉(zhuǎn)移至CSF裝置中，以測量排水率。實(shí)施例15
在紙配料中順序地添加10#/T的陽離子淀粉和5#/T的明礬，由此對紙配料進(jìn)行預(yù)處理。
將1.02g的液體硅酸鈉O添加至98.98g的Ca/Mg溶液中，由此制得包含0.3重量％SiO2而且(Ca+Mg)/Si摩爾比為0.035的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物。然后混合該溶液30分鐘，并放置約3小時(shí)。Ca/Mg溶液的水硬度為68ppm鈣當(dāng)量。
將0.77g的液體明礬添加至99.23g的去離子水中，由此將明礬稀釋至0.375重量％的干燥固體。
在經(jīng)預(yù)處理的紙配料中同時(shí)添加2#/T的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物和5#/T經(jīng)稀釋的明礬。
然后將紙配料轉(zhuǎn)移至CSF裝置中，以測量排水率。
表3
表3表明，在紙配料中同時(shí)添加硅酸鈉和明礬(實(shí)施例15)比在紙配料中順序地添加Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物或者明礬(實(shí)施例13和14)產(chǎn)生更高的排水率。
具體而言，在對照實(shí)施例(實(shí)施例12)中，僅在配料中順序地添加添加劑，排水率為428ml。在對比實(shí)施例(實(shí)施例13和14)中，在配料中順序地添加Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物或者明礬以及添加劑，排水率分別為488和515ml，比對照實(shí)施例高60-87ml。因此，在使用Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物或者明礬時(shí)，排水率增加。
在實(shí)施例15中，當(dāng)同時(shí)添加Ca/Mg硅酸鹽和明礬(在順序地添加添加劑之后)時(shí)，排水率為570ml，比對照實(shí)施例高出142ml。因此，當(dāng)在配料中同時(shí)添加Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物和明礬時(shí)，排水率顯著增加。
以下實(shí)施例16-19涉及紙配料的排水實(shí)驗(yàn)。實(shí)施例16-19的結(jié)果示于以下表4中。實(shí)施例16
在紙配料中順序地添加10#/T的陽離子淀粉、5#/T的明礬和0.25#/T的APAM。
將紙配料轉(zhuǎn)移至CSF裝置中，以測量排水率。實(shí)施例17
在紙配料中順序地添加10#/T的陽離子淀粉、5#/T的明礬和0.25#/T的APAM，由此對紙配料進(jìn)行預(yù)處理。
將0.77g的液體明礬添加至99.23g的去離子水中，由此將明礬稀釋至0.375重量％的干燥固體。
隨后在經(jīng)預(yù)處理的紙配料中添加5#/T經(jīng)稀釋的明礬。
然后將紙配料轉(zhuǎn)移至CSF裝置中，以測量排水率。實(shí)施例18
在紙配料中順序地添加10#/T的陽離子淀粉、5#/T的明礬和0.25#/T的APAM，由此對紙配料進(jìn)行預(yù)處理。
將1.02g的液體硅酸鈉O添加至98.98g的Ca/Mg溶液中，由此制得包含0.3重量％SiO2而且(Ca+Mg)/Si摩爾比為0.035的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物。然后混合該溶液30分鐘，并放置約3小時(shí)。Ca/Mg溶液的水硬度為68ppm鈣當(dāng)量。
在經(jīng)預(yù)處理的紙配料中添加2#/T的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物。
然后將紙配料轉(zhuǎn)移至CSF裝置中，以測量排水率。實(shí)施例19
在紙配料中順序地添加10#/T的陽離子淀粉、5#/T的明礬和0.25#/T的APAM，由此對紙配料進(jìn)行預(yù)處理。
將1.02g的液體硅酸鈉O添加至98.98g的Ca/Mg溶液中，由此制得包含0.3重量％SiO2而且(Ca+Mg)/Si摩爾比為0.035的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物。然后混合該溶液30分鐘，并放置約3小時(shí)。Ca/Mg溶液的水硬度為68ppm鈣當(dāng)量。
將0.77g的液體明礬添加至99.23g的去離子水中，由此將明礬稀釋至0.375重量％的干燥固體。
在經(jīng)預(yù)處理的紙配料中同時(shí)添加2#/T的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物和5#/T經(jīng)稀釋的明礬。
然后將紙配料轉(zhuǎn)移至CSF裝置中，以測量排水率。
表4
表4表明，在紙配料中同時(shí)添加硅酸鈉和明礬(實(shí)施例19)比在紙配料中順序地添加Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物或者明礬(實(shí)施例17和18)產(chǎn)生更高的排水率。
具體而言，在對照實(shí)施例(實(shí)施例16)中，僅在配料中順序地添加添加劑，排水率為490ml。在對比實(shí)施例(實(shí)施例17和18)中，在配料中順序地添加Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物或者明礬以及添加劑，排水率分別為525和543ml，比對照實(shí)施例高35-53ml。因此，在使用Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物或者明礬時(shí)，排水率增加。
在實(shí)施例19中，當(dāng)在經(jīng)過預(yù)處理的紙配料中同時(shí)添加Ca/Mg硅酸鹽和明礬時(shí)，排水率為575ml，比對照實(shí)施例高出85ml。因此，當(dāng)在配料中同時(shí)添加Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物和明礬時(shí)，排水率顯著增加。
以下實(shí)施例20-23涉及紙配料的排水實(shí)驗(yàn)。實(shí)施例20-23的結(jié)果示于以下表5中。實(shí)施例20
在紙配料中順序地添加10#/T的陽離子淀粉、5#/T的明礬和0.5#/T的APAM。
將紙配料轉(zhuǎn)移至CSF裝置中，以測量排水率。實(shí)施例21
在紙配料中順序地添加10#/T的陽離子淀粉、5#/T的明礬和0.5#/T的APAM，由此對紙配料進(jìn)行預(yù)處理。
將0.77g的液體明礬添加至99.23g的去離子水中，由此將明礬稀釋至0.375重量％的干燥固體。
隨后在經(jīng)預(yù)處理的紙配料中添加5#/T經(jīng)稀釋的明礬。
然后將紙配料轉(zhuǎn)移至CSF裝置中，以測量排水率。實(shí)施例22
在紙配料中順序地添加10#/T的陽離子淀粉、5#/T的明礬和0.5#/T的APAM，由此對紙配料進(jìn)行預(yù)處理。
將1.02g的液體硅酸鈉O添加至98.98g的Ca/Mg溶液中，由此制得包含0.3重量％SiO2而且(Ca+Mg)/Si摩爾比為0.035的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物。然后混合該溶液30分鐘，并放置約3小時(shí)。Ca/Mg溶液的水硬度為68ppm鈣當(dāng)量。
在經(jīng)預(yù)處理的紙配料中添加2#/T的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物。
然后將紙配料轉(zhuǎn)移至CSF裝置中，以測量排水率。實(shí)施例23
在紙配料中順序地添加10#/T的陽離子淀粉、5#/T的明礬和0.5#/T的APAM，由此對紙配料進(jìn)行預(yù)處理。
將1.02g的液體硅酸鈉O添加至98.98g的Ca/Mg溶液中，由此制得包含0.3重量％SiO2而且(Ca+Mg)/Si摩爾比為0.035的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物。然后混合該溶液30分鐘，并放置約3小時(shí)。Ca/Mg溶液的水硬度為68ppm鈣當(dāng)量。
將0.77g的液體明礬添加至99.23g的去離子水中，由此將明礬稀釋至0.375重量％的干燥固體。
在經(jīng)預(yù)處理的紙配料中同時(shí)添加2#/T的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物和5#/T經(jīng)稀釋的明礬。
然后將紙配料轉(zhuǎn)移至CSF裝置中，以測量排水率。
表5
表5表明，在紙配料中同時(shí)添加硅酸鈉和明礬(實(shí)施例23)比在紙配料中順序地添加Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物或者明礬(實(shí)施例21和22)產(chǎn)生更高的排水率。
具體而言，在對照實(shí)施例(實(shí)施例20)中，僅在配料中順序地添加添加劑，排水率為548ml。在對比實(shí)施例(實(shí)施例21和22)中，在配料中順序地添加Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物或者明礬以及添加劑，排水率分別為540和585ml，比對照實(shí)施例高8-37ml。因此，在使用Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物或者明礬時(shí)，排水率增加。
在實(shí)施例23中，當(dāng)在經(jīng)過預(yù)處理的紙配料中同時(shí)添加Ca/Mg硅酸鹽和明礬時(shí)，排水率為605ml，比對照實(shí)施例高出57ml。因此，當(dāng)在配料中同時(shí)添加Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物和明礬時(shí)，排水率顯著增加。
以下實(shí)施例24-27涉及紙配料的排水實(shí)驗(yàn)。實(shí)施例24-27的結(jié)果示于以下表6中。實(shí)施例24
在紙配料中順序地添加10#/T的陽離子淀粉、5#/T的明礬和1#/T的APAM。
將紙配料轉(zhuǎn)移至CSF裝置中，以測量排水率。實(shí)施例25
在紙配料中順序地添加10#/T的陽離子淀粉、5#/T的明礬和1#/T的APAM，由此對紙配料進(jìn)行預(yù)處理。
將0.77g的液體明礬添加至99.23g的去離子水中，由此將明礬稀釋至0.375重量％的干燥固體。
隨后在經(jīng)預(yù)處理的紙配料中添加5#/T經(jīng)稀釋的明礬。
然后將紙配料轉(zhuǎn)移至CSF裝置中，以測量排水率。實(shí)施例26
在紙配料中順序地添加10#/T的陽離子淀粉、5#/T的明礬和1#/T的APAM，由此對紙配料進(jìn)行預(yù)處理。
將1.02g的液體硅酸鈉O添加至98.98g的Ca/Mg溶液中，由此制得包含0.3重量％SiO2而且(Ca+Mg)/Si摩爾比為0.035的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物。然后混合該溶液30分鐘，并放置約3小時(shí)。Ca/Mg溶液的水硬度為68ppm鈣當(dāng)量。
在經(jīng)預(yù)處理的紙配料中添加2#/T的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物。
然后將紙配料轉(zhuǎn)移至CSF裝置中，以測量排水率。實(shí)施例27
在紙配料中順序地添加10#/T的陽離子淀粉、5#/T的明礬和1#/T的APAM，由此對紙配料進(jìn)行預(yù)處理。
將1.02g的液體硅酸鈉O添加至98.98g的Ca/Mg溶液中，由此制得包含0.3重量％SiO2而且(Ca+Mg)/Si摩爾比為0.035的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物。然后混合該溶液30分鐘，并放置約3小時(shí)。Ca/Mg溶液的水硬度為68ppm鈣當(dāng)量。
將0.77g的液體明礬添加至99.23g的去離子水中，由此將明礬稀釋至0.375重量％的干燥固體。
在經(jīng)預(yù)處理的紙配料中同時(shí)添加2#/T的Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物和5#/T經(jīng)稀釋的明礬。
然后將紙配料轉(zhuǎn)移至CSF裝置中，以測量排水率。
表6
表6表明，在紙配料中同時(shí)添加硅酸鈉和明礬(實(shí)施例27)比在紙配料中順序地添加Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物或者明礬(實(shí)施例25和26)產(chǎn)生更高的排水率。
具體而言，在對照實(shí)施例(實(shí)施例24)中，僅在配料中順序地添加添加劑，排水率為603ml。在對比實(shí)施例(實(shí)施例25和26)中，在配料中順序地添加Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物或者明礬以及添加劑，排水率分別為600和615ml。
在實(shí)施例27中，當(dāng)在經(jīng)過預(yù)處理的紙配料中同時(shí)添加Ca/Mg硅酸鹽和明礬時(shí)，排水率為645ml，比對照實(shí)施例高出42ml。因此，當(dāng)在配料中同時(shí)添加Ca/Mg硅酸鹽復(fù)合物和明礬時(shí)，排水率顯著增加。
通過替換在以上實(shí)施例中具體描述的組分和/或操作條件，本領(lǐng)域技術(shù)人員可類似成功地重復(fù)以上的實(shí)施例。由以上描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員可容易地確定本發(fā)明的基本特征，而且在不偏離本發(fā)明的精神及范圍的情況下，還可進(jìn)行各種的改進(jìn)和改變以適應(yīng)各種應(yīng)用。
權(quán)利要求
1、一種制備纖維素產(chǎn)品的方法，其包括基本上同時(shí)地在纖維素漿料中添加(1)至少一種鋁化合物、以及(2)至少一種水溶性硅酸鹽。
2、如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述水溶性金屬硅酸鹽包括至少一種單價(jià)陽離子硅酸鹽與二價(jià)金屬離子的反應(yīng)產(chǎn)物。
3、如權(quán)利要求2所述的方法，其中以Al2O3/SiO2計(jì)，所述鋁化合物與所述水溶性硅酸鹽的摩爾比為約0.1-10。
4、如權(quán)利要求3所述的方法，其中以Al2O3/SiO2計(jì)，所述鋁化合物與所述水溶性硅酸鹽的摩爾比為約0.5-2。
5、如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述鋁化合物包括以下組中的至少一種明礬、氯化鋁、聚氯化鋁、聚硫酸鋁、聚硅酸硫酸鋁、和聚磷酸鋁。
6、如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述鋁化合物包括明礬或者聚氯化鋁。
7、如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述至少一種水溶性硅酸鹽包括單價(jià)陽離子硅酸鹽和二價(jià)金屬硅酸鹽復(fù)合物中的至少一種。
8、如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述單價(jià)陽離子硅酸鹽包括以下組中的至少一種硅酸鈉、硅酸鉀、硅酸鋰、和硅酸銨。
9、如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述單價(jià)陽離子硅酸鹽包括硅酸鈉。
10、如權(quán)利要求8所述的方法，其中在最后的高剪切階段之后、料箱之前，在纖維素漿料中基本上同時(shí)地添加所述的鋁化合物和單價(jià)陽離子硅酸鹽。
11、如權(quán)利要求10所述的方法，其還包括在纖維素漿料中添加至少一種添加劑，所述至少一種添加劑包括絮凝劑、淀粉和促凝劑中的至少一種。
12、如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述水溶性二價(jià)金屬硅酸鹽復(fù)合物具有以下式
(1-y)M2O·yM′O·xSiO2其中M是單價(jià)離子，M′是二價(jià)金屬離子，x是2-4，y是0.005-0.4；而y/x為0.001-0.25。
13、如權(quán)利要求12所述的方法，其中M包括鈉、鉀、鋰和氨中的一種。
14、如權(quán)利要求12所述的方法，其中M′包括鈣、鎂、鋅、銅(II)、鐵(II)、錳、和鋇中的一種。
15、如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述水溶性二價(jià)金屬硅酸鹽復(fù)合物的SiO2/M2O摩爾比為2-20。
16、如權(quán)利要求7所述的方法，其中在最后的高剪切階段之后、料箱之前，在纖維素漿料中基本上同時(shí)地添加所述鋁化合物和水溶性二價(jià)金屬硅酸鹽復(fù)合物。
17、如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述水溶性硅酸鹽包括單價(jià)陽離子硅酸鹽和二價(jià)金屬硅酸鹽復(fù)合物中的至少一種。
18、如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述鋁化合物包括以下組中的至少一種明礬、氯化鋁、聚氯化鋁、聚硫酸鋁、聚硅酸硫酸鋁、和聚磷酸鋁。
19、如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述鋁化合物包括明礬或者聚氯化鋁。
20、如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述單價(jià)陽離子硅酸鹽包括以下組中的至少一種硅酸鈉、硅酸鉀、硅酸鋰、和硅酸銨。
21、如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述單價(jià)陽離子硅酸鹽包括硅酸鈉。
22、如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述水溶性二價(jià)金屬硅酸鹽復(fù)合物具有以下式
(1-y)M2O·yM′O·xSiO2其中M是單價(jià)離子，M′是二價(jià)金屬離子，x是2-4，y是0.005-0.4；而y/x為0.001-0.25。
23、如權(quán)利要求22所述的方法，其中M包括鈉、鉀、鋰和氨中的一種。
24、如權(quán)利要求22所述的方法，其中M′包括鈣、鎂、鋅、銅、鐵(II)、錳(II)、和鋇中的一種。
25、如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述水溶性硅酸鹽是單價(jià)陽離子硅酸鹽。
26、如權(quán)利要求25所述的方法，其中以Al2O3/SiO2計(jì)，所述鋁化合物與所述水溶性硅酸鹽的摩爾比為約0.1-10。
27、如權(quán)利要求26所述的方法，其中以Al2O3/SiO2計(jì)，所述鋁化合物與所述水溶性硅酸鹽的摩爾比為約0.5-2。
28、如權(quán)利要求26所述的方法，其中所述單價(jià)陽離子硅酸鹽包括以下組中的至少一種硅酸鈉、硅酸鉀、硅酸鋰、和硅酸銨，而所述鋁化合物包括以下組中的至少一種明礬、氯化鋁、聚氯化鋁、聚硫酸鋁、聚硅酸硫酸鋁、和聚磷酸鋁。
29、如權(quán)利要求28所述的方法，其中所述單價(jià)陽離子硅酸鹽包括硅酸鈉，而所述鋁化合物包括明礬。
30、如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的水溶性硅酸鹽包括至少一種二價(jià)金屬硅酸鹽復(fù)合物。
31、如權(quán)利要求30所述的方法，其中以Al2O3/SiO2計(jì)，所述鋁化合物與所述水溶性硅酸鹽的摩爾比為約0.1-10。
32、如權(quán)利要求31所述的方法，其中以Al2O3/SiO2計(jì)，所述鋁化合物與所述水溶性硅酸鹽的摩爾比為約0.5-2。
33、如權(quán)利要求31所述的方法，其中所述二價(jià)金屬硅酸鹽復(fù)合物包括以下組中的至少一種硅酸鎂、硅酸鈣、硅酸鋅、硅酸銅、硅酸鐵、硅酸錳、和硅酸鋇，而所述鋁化合物包括以下組中的至少一種明礬、氯化鋁、聚氯化鋁、聚硫酸鋁、聚硅酸硫酸鋁、和聚磷酸鋁。
34、如權(quán)利要求31所述的方法，其中所述鋁化合物包括明礬，而所述二價(jià)金屬硅酸鹽復(fù)合物包括硅酸鎂或硅酸鈣。
35、一種組合物，其包含至少一種鋁化合物和至少一種水溶性硅酸鹽。
36、如權(quán)利要求35所述的組合物，其中以Al2O3/SiO2計(jì)，所述鋁化合物與所述水溶性硅酸鹽的摩爾比為約0.1-10。
37、如權(quán)利要求36所述的組合物，其中以Al2O3/SiO2計(jì)，所述鋁化合物與所述水溶性硅酸鹽的摩爾比為約0.5-2。
38、如權(quán)利要求37所述的組合物，其中所述的水溶性硅酸鹽包括單價(jià)陽離子硅酸鹽和二價(jià)金屬硅酸鹽復(fù)合物中的至少一種。
39、如權(quán)利要求38所述的組合物，其中所述鋁化合物包括以下組中的至少一種明礬、氯化鋁、聚氯化鋁、聚硫酸鋁、聚硅酸硫酸鋁、和聚磷酸鋁；
所述單價(jià)陽離子硅酸鹽包括以下組中的至少一種硅酸鈉、硅酸鉀、硅酸鋰、和硅酸銨；而
所述二價(jià)金屬硅酸鹽復(fù)合物包括以下組中的至少一種硅酸鎂、硅酸鈣、硅酸鋅、硅酸銅、硅酸鐵、硅酸錳、和硅酸鋇。
40、一種纖維素產(chǎn)品，其包含纖維素纖維、至少一種鋁化合物、以及至少一種水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物，其中該纖維素產(chǎn)品是通過同時(shí)在纖維素漿料中添加至少一種明礬和至少一種水溶性硅酸鹽而制得的，而且所述的水溶性硅酸鹽包括單價(jià)陽離子硅酸鹽和二價(jià)金屬硅酸鹽中的至少一種。
41、如權(quán)利要求40所述的纖維素產(chǎn)品，其中以Al2O3/SiO2計(jì)，所述鋁化合物與所述水溶性硅酸鹽的摩爾比為約0.1-10。
42、如權(quán)利要求41所述的纖維素產(chǎn)品，其中以Al2O3/SiO2計(jì)，所述鋁化合物與所述水溶性硅酸鹽的摩爾比為約0.5-2。
43、如權(quán)利要求41所述的纖維素產(chǎn)品，其中所述鋁化合物包括以下組中的至少一種明礬、氯化鋁、聚氯化鋁、聚硫酸鋁、聚硅酸硫酸鋁、和聚磷酸鋁。
44、如權(quán)利要求43所述的纖維素產(chǎn)品，其中所述的水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物包括至少一種二價(jià)金屬硅酸鹽，該二價(jià)金屬硅酸鹽包括以下組中的至少一種硅酸鎂、硅酸鈣、硅酸鋅、硅酸銅、硅酸鐵、硅酸錳、和硅酸鋇。
45、如權(quán)利要求44所述的纖維素產(chǎn)品，其中所述的水溶性二價(jià)金屬硅酸鹽包括硅酸鎂和硅酸鈣中的至少一種。
46、一種制備纖維素產(chǎn)品的方法，其包括在纖維素漿料中順序地添加(1)至少一種鋁化合物、和(2)至少一種水溶性硅酸鹽。
47、如權(quán)利要求46所述的方法，其中以Al2O3/SiO2計(jì)，所述鋁化合物與所述水溶性硅酸鹽的摩爾比為約0.1-10。
48、如權(quán)利要求47所述的方法，其中所述鋁化合物包括明礬，而所述的水溶性硅酸鹽包括以下組中的至少一種硅酸鈉、硅酸鎂、和硅酸鈣。
49、一種纖維素產(chǎn)品，其包含纖維素纖維、至少一種鋁化合物、以及至少一種水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的殘留物。
50、如權(quán)利要求49所述的纖維素產(chǎn)品，其中以Al2O3/SiO2計(jì)，所述鋁化合物與所述水溶性硅酸鹽的摩爾比為約0.1-10。
全文摘要
本發(fā)明涉及制備諸如紙產(chǎn)品的纖維素產(chǎn)品的方法，其包括在纖維素漿料如紙漿料中基本上同時(shí)或者順序地添加至少一種鋁化合物以及至少一種水溶性硅酸鹽。具體而言，本發(fā)明涉及制備諸如紙產(chǎn)品的纖維素產(chǎn)品的方法，其包括在纖維素漿料如紙漿料中基本上同時(shí)或者順序地添加至少一種鋁化合物以及至少一種單價(jià)陽離子硅酸鹽或者水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物。另外，本發(fā)明涉及包含至少一種鋁化合物以及至少一種水溶性金屬硅酸鹽的組合物。本發(fā)明還涉及包含至少一種水溶性金屬硅酸鹽復(fù)合物的諸如紙產(chǎn)品的纖維素產(chǎn)品。
文檔編號D21H17/00GK1408038SQ008168
公開日2003年4月2日 申請日期2000年12月13日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月14日
發(fā)明者張福山, 童吉梅 申請人:赫爾克里士公司