[发明专利]硅溶胶，生产硅溶胶的方法及硅溶胶的用途

说明书

本发明涉及新的硅溶胶，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。本发明进一步涉及具有高比表面积并有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。此外，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。

本发明涉及新的硅溶胶，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，本发明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，本发明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。本发明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。本发明的溶胶的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）。本发明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面，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，本发明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：Shodex B-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，本发明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。

本发明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。本发明的方法特别适于生产具有上述特征的溶胶。