BR112016002353B1 - Sílica coloidal, processo para produção de uma sílica coloidal, uso da sílica coloidal, e processo para produção de papel e papelão - Google Patents
Sílica coloidal, processo para produção de uma sílica coloidal, uso da sílica coloidal, e processo para produção de papel e papelão Download PDFInfo
- Publication number
- BR112016002353B1 BR112016002353B1 BR112016002353-6A BR112016002353A BR112016002353B1 BR 112016002353 B1 BR112016002353 B1 BR 112016002353B1 BR 112016002353 A BR112016002353 A BR 112016002353A BR 112016002353 B1 BR112016002353 B1 BR 112016002353B1
- Authority
- BR
- Brazil
- Prior art keywords
- colloid
- silica
- colloidal silica
- approximately
- alkali metal
- Prior art date
Links
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 414
- 239000008119 colloidal silica Substances 0.000 title claims abstract description 110
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 26
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 239000011111 cardboard Substances 0.000 title claims abstract description 13
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 133
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 claims abstract description 95
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 42
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 claims abstract description 32
- 229910052910 alkali metal silicate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 30
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 22
- -1 aluminum compound Chemical class 0.000 claims abstract description 21
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 150000001340 alkali metals Chemical group 0.000 claims abstract description 13
- 239000011087 paperboard Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000008394 flocculating agent Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000003113 alkalizing effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 claims abstract description 4
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 86
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims description 85
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims description 85
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims description 85
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims description 85
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 claims description 4
- 229920006317 cationic polymer Polymers 0.000 claims description 3
- 229920006318 anionic polymer Polymers 0.000 claims description 2
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 abstract description 12
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 abstract description 11
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 abstract description 6
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 239000011734 sodium Substances 0.000 abstract description 6
- 229910052914 metal silicate Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 39
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 39
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 35
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 description 27
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 description 27
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 27
- 239000000123 paper Substances 0.000 description 20
- KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N Na2O Inorganic materials [O-2].[Na+].[Na+] KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 229910000272 alkali metal oxide Inorganic materials 0.000 description 15
- 239000000701 coagulant Substances 0.000 description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 15
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 description 13
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 12
- 229920001131 Pulp (paper) Polymers 0.000 description 11
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 11
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 11
- 229920002401 polyacrylamide Polymers 0.000 description 11
- 239000002585 base Substances 0.000 description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 10
- 230000020477 pH reduction Effects 0.000 description 10
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 9
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 9
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L calcium carbonate Substances [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 8
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 8
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 7
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 7
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 6
- 229940037003 alum Drugs 0.000 description 6
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 6
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 1,2-bis(ethenyl)benzene;1-ethenyl-2-ethylbenzene;styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1.CCC1=CC=CC=C1C=C.C=CC1=CC=CC=C1C=C NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical class [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 239000003729 cation exchange resin Substances 0.000 description 4
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 4
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 4
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 4
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 4
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 4
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 description 4
- HRPVXLWXLXDGHG-UHFFFAOYSA-N Acrylamide Chemical compound NC(=O)C=C HRPVXLWXLXDGHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- NJSSICCENMLTKO-HRCBOCMUSA-N [(1r,2s,4r,5r)-3-hydroxy-4-(4-methylphenyl)sulfonyloxy-6,8-dioxabicyclo[3.2.1]octan-2-yl] 4-methylbenzenesulfonate Chemical compound C1=CC(C)=CC=C1S(=O)(=O)O[C@H]1C(O)[C@@H](OS(=O)(=O)C=2C=CC(C)=CC=2)[C@@H]2OC[C@H]1O2 NJSSICCENMLTKO-HRCBOCMUSA-N 0.000 description 3
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 3
- ANBBXQWFNXMHLD-UHFFFAOYSA-N aluminum;sodium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Na+].[Al+3] ANBBXQWFNXMHLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 description 3
- 235000010216 calcium carbonate Nutrition 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 3
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011121 hardwood Substances 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 3
- 229910001388 sodium aluminate Inorganic materials 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002873 Polyethylenimine Polymers 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 2
- 150000004645 aluminates Chemical class 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 2
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 2
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 2
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 2
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000021962 pH elevation Effects 0.000 description 2
- 229920000768 polyamine Polymers 0.000 description 2
- 229940088417 precipitated calcium carbonate Drugs 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 239000012744 reinforcing agent Substances 0.000 description 2
- 239000011122 softwood Substances 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 238000004448 titration Methods 0.000 description 2
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000005995 Aluminium silicate Substances 0.000 description 1
- 235000018185 Betula X alpestris Nutrition 0.000 description 1
- 235000018212 Betula X uliginosa Nutrition 0.000 description 1
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M Bisulfite Chemical compound OS([O-])=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 description 1
- 241000218631 Coniferophyta Species 0.000 description 1
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 description 1
- 235000008331 Pinus X rigitaeda Nutrition 0.000 description 1
- 235000011613 Pinus brutia Nutrition 0.000 description 1
- 241000018646 Pinus brutia Species 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 description 1
- LGDAGYXJBDILKZ-UHFFFAOYSA-N [2-methyl-1,1-dioxo-3-(pyridin-2-ylcarbamoyl)-1$l^{6},2-benzothiazin-4-yl] 2,2-dimethylpropanoate Chemical compound CC(C)(C)C(=O)OC=1C2=CC=CC=C2S(=O)(=O)N(C)C=1C(=O)NC1=CC=CC=N1 LGDAGYXJBDILKZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920006322 acrylamide copolymer Polymers 0.000 description 1
- 150000003926 acrylamides Chemical class 0.000 description 1
- 150000001252 acrylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 125000003342 alkenyl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000012211 aluminium silicate Nutrition 0.000 description 1
- BFNBIHQBYMNNAN-UHFFFAOYSA-N ammonium sulfate Chemical compound N.N.OS(O)(=O)=O BFNBIHQBYMNNAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052921 ammonium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011130 ammonium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 239000011260 aqueous acid Substances 0.000 description 1
- 150000001639 boron compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000005282 brightening Methods 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 description 1
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 229920001429 chelating resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 229910052570 clay Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 125000004985 dialkyl amino alkyl group Chemical group 0.000 description 1
- QGBSISYHAICWAH-UHFFFAOYSA-N dicyandiamide Chemical compound NC(N)=NC#N QGBSISYHAICWAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- CCGKOQOJPYTBIH-UHFFFAOYSA-N ethenone Chemical compound C=C=O CCGKOQOJPYTBIH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- IUTFVBGKCZEERU-UHFFFAOYSA-N formaldehyde;1,3,5-triazine-2,4,6-triamine;urea Chemical compound O=C.O=C.NC(N)=O.NC1=NC(N)=NC(N)=N1 IUTFVBGKCZEERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 description 1
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001519 homopolymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002655 kraft paper Substances 0.000 description 1
- 239000004571 lime Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000004579 marble Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- CCRIVCWOXSIYEP-UHFFFAOYSA-N methyl prop-2-enoate;hydrochloride Chemical compound Cl.COC(=O)C=C CCRIVCWOXSIYEP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 239000012764 mineral filler Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000003204 osmotic effect Effects 0.000 description 1
- 229920000371 poly(diallyldimethylammonium chloride) polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000012643 polycondensation polymerization Methods 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 description 1
- PRWVAPJXQCMOFT-UHFFFAOYSA-M potassium;azane;hydroxide Chemical compound N.[OH-].[K+] PRWVAPJXQCMOFT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- KVOIJEARBNBHHP-UHFFFAOYSA-N potassium;oxido(oxo)alumane Chemical compound [K+].[O-][Al]=O KVOIJEARBNBHHP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 239000008213 purified water Substances 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 150000004760 silicates Chemical class 0.000 description 1
- 125000005624 silicic acid group Chemical class 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000000454 talc Substances 0.000 description 1
- 229910052623 talc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/113—Silicon oxides; Hydrates thereof
- C01B33/12—Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
- C01B33/14—Colloidal silica, e.g. dispersions, gels, sols
- C01B33/141—Preparation of hydrosols or aqueous dispersions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/113—Silicon oxides; Hydrates thereof
- C01B33/12—Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
- C01B33/14—Colloidal silica, e.g. dispersions, gels, sols
- C01B33/141—Preparation of hydrosols or aqueous dispersions
- C01B33/142—Preparation of hydrosols or aqueous dispersions by acidic treatment of silicates
- C01B33/143—Preparation of hydrosols or aqueous dispersions by acidic treatment of silicates of aqueous solutions of silicates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/113—Silicon oxides; Hydrates thereof
- C01B33/12—Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
- C01B33/14—Colloidal silica, e.g. dispersions, gels, sols
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/113—Silicon oxides; Hydrates thereof
- C01B33/12—Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
- C01B33/14—Colloidal silica, e.g. dispersions, gels, sols
- C01B33/141—Preparation of hydrosols or aqueous dispersions
- C01B33/142—Preparation of hydrosols or aqueous dispersions by acidic treatment of silicates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/113—Silicon oxides; Hydrates thereof
- C01B33/12—Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
- C01B33/14—Colloidal silica, e.g. dispersions, gels, sols
- C01B33/145—Preparation of hydroorganosols, organosols or dispersions in an organic medium
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
- D21H17/20—Macromolecular organic compounds
- D21H17/33—Synthetic macromolecular compounds
- D21H17/34—Synthetic macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
- D21H17/37—Polymers of unsaturated acids or derivatives thereof, e.g. polyacrylates
- D21H17/375—Poly(meth)acrylamide
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
- D21H17/63—Inorganic compounds
- D21H17/67—Water-insoluble compounds, e.g. fillers, pigments
- D21H17/68—Water-insoluble compounds, e.g. fillers, pigments siliceous, e.g. clays
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D21H19/00—Coated paper; Coating material
- D21H19/36—Coatings with pigments
- D21H19/38—Coatings with pigments characterised by the pigments
- D21H19/40—Coatings with pigments characterised by the pigments siliceous, e.g. clays
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D21H21/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its function, form or properties; Paper-impregnating or coating material, characterised by its function, form or properties
- D21H21/06—Paper forming aids
- D21H21/10—Retention agents or drainage improvers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/12—Surface area
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/40—Electric properties
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
- Paper (AREA)
- Separation Of Suspended Particles By Flocculating Agents (AREA)
Abstract
sílicas coloidais, processo para produção de uma sílica coloidal, uso da sílica coloidal, e processo para produção de papel e papelão. a presente invenção se refere a uma sílica coloidal tendo um ph acima de 10, razão molar de sio2:m2o, na qual m é metal alcalino, a partir de aproximadamente 6:1 a aproximadamente 16:1, concentração de sílicasolúvel acima de cerca de 3000 mg de sio2/l, e valor s a partir de aproximadamente 18 a aproximadamente 40%. a invenção se refere ainda a um processo para produzir uma sílica coloidal que compreende acidificação de uma solução de silicato de metal aquosa para um ph a partir de 1 a 4 para formar um coloide ácido, alcalinização do coloide ácido através da adição da solução de silicato de metal alcalino aquosa para obter um coloide intermediário e interromper a adição da solução de silicato de metal alcalino aquosa quando o coloide intermediário tiver alcançado um ph a partir de aproximadamente 5 a aproximadamente 8, agitação do coloide intermediário por um período de tempo a partir de aproximadamente 10 a aproximadamente 6000 segundos sem a adição da solução de silicato de metal alcalino aquosa, alcalinização do coloide intermediário através da adição da solução de silicato de metal alcalino aquosa para obter uma sílica coloidal tendo um ph acima de cerca de 10 e razão molar de sio2:m2o, na qual m é metal alcalino, a partir de aproximadamente 6:1 a aproximadamente 16:1, e adição opcional de um composto de alumínio ao coloide ácido, coloide intermediário ou sílica coloidal. a invenção também se refere a uma sílica coloidal obtenível por meio do processo da invenção. a invenção se refere ao uso da sílica coloidal como um agente de floculação, na purificação da água e na produção de papel e papelão. a invenção se refere ainda a um processo para produção de papel e papelão que compreende: (i) provisão de uma suspensão aquosa compreendendo fibras celulósicas; (ii) adição à suspensão de um ou mais auxiliares de drenagem e retenção compreendendo a sílica coloidal; e (iii) desidratação da suspensão obtida para prover uma folha ou malha de papel ou papelão.
Description
[001] A presente invenção se refere a uma sílica coloidal e sua produção e uso. A invenção provê uma sílica coloidal que é adequada para uso como um agente de floculação, em particular, como auxiliar de drenagem e retenção na fabricação de papel.
[002] Na técnica para fabricação de papel, uma suspensão aquosa contendo fibras celulósicas e agentes de preenchimento e aditivos opcionais, é alimentada em uma caixa de entrada que ejeta a suspensão celulósica em uma peneira. A água é drenada da suspensão celulósica para prover uma malha de papel molhado que é posteriormente desidratada e secada na seção de secagem da máquina de papel. Os auxiliares de drenagem e retenção são convencionalmente introduzidos na suspensão celulósica para facilitar a drenagem e aumentar a adsorção das partículas finas sobre as fibras celulósicas de forma a serem retidos com as fibras.
[003] As sílicas coloidais são amplamente usadas como auxiliares de drenagem e retenção, normalmente em combinação com polímeros orgânicos carregados. Tais sistemas aditivos estão entre os mais eficientes atualmente em uso na indústria de fabricação de papel. Exemplos de sílicas coloidais conhecidas na técnica incluem aquelas reveladas nos documentos de patente norte-americana números 4,388,150 e 6,372,806, bem como as publicações de patente internacionais número WO 91/07350, 91/07351, 94/05596, 98/30753, 98/56715, 00/66491, 00/66492, 2005/097678, 2005/100241, 2008/150230 e 2010/006994.
[004] É desejável prover uma sílica coloidal com desempenho melhorado de drenagem e retenção na produção de papel e papelão. Também é desejável prover um método para produzir tal sílica coloidal. Também é desejável prover um processo para fabricar papel e papelão com desempenho melhorado da drenagem e retenção.
[005] A presente invenção é geralmente direcionada para uma sílica coloidal tendo um pH acima de 10, razão molar de SiO2:M2O, na qual M é metal alcalino, a partir de aproximadamente 6:1 a 16:1, concentração de sílica solúvel acima de aproximadamente 3000 mg de SiO2/l, e valor S a partir de aproximadamente 18 a aproximadamente 40%.
[006] A invenção é ainda direcionada para um processo para a produção de uma sílica coloidal que compreende:(a) acidificação de um silicato de metal alcalino aquoso para um pH de 1 a 4 para formar um coloide ácido,(b) alcalinização do coloide ácido através da adição de solução de silicato de metal alcalino aquoso para obter um coloide intermediário e interromper a adição de solução de silicato de metal alcalino aquoso quando o coloide intermediário tiver alcançado um pH de aproximadamente 5 a 8,(c) agitação do coloide intermediário por um período de tempo de aproximadamente 10 a aproximadamente 6000 segundos sem a adição da solução de silicato de metal aquoso,(d) alcalinização do coloide intermediário através da adição de solução de silicato de metal alcalino aquoso para obter um coloide de sílica tendo um pH acima de aproximadamente 10 e razão molar de SiO2:M2O, no qual M é metal alcalino, de aproximadamente 6:1 a aproximadamente 16:1, e(e) adição opcional de um composto de alumínio ao coloide ácido, coloide intermediário ou sílica coloidal.
[007] A invenção também é direcionada a uma sílica coloidal obtenível por meio do processo da invenção.
[008] A invenção é direcionada ainda ao uso da sílica coloidal na purificação de água e como um auxiliar de drenagem e retenção na produção de papel e papelão.
[009] A invenção é ainda direcionada geralmente para um processo para produção de papel e papelão que compreende:(i) provisão de uma suspensão aquosa compreendendo fibras celulósicas;(ii) adição à suspensão de um ou mais auxiliares de drenagem e retenção compreendendo uma sílica coloidal da invenção; e(iii) desidratação da suspensão obtida para prover uma folha ou malha de papel ou papelão.
[010] De acordo com a presente invenção, é provida uma sílica coloidal, aqui também referida como “coloide”, “coloide de partículas de sílica” ou “coloide contendo partículas de sílica”, que é adequada para uso como um agente de floculação, por exemplo, na fabricação de papel e purificação de água, em particular como um auxiliar de drenagem e retenção na fabricação de papel. O termo “auxiliar de drenagem e retenção”, como usado aqui, refere-se a um ou mais aditivos que, quando adicionado a uma suspensão celulósica aquosa, confere melhor drenagem e/ou retenção que aquela obtida quando não adicionado ao dito um ou mais aditivos.
[011] O coloide de sílica da invenção provê diversas melhoras quando usado como um aditivo na produção de papel e papelão, em particular ao produzir papel e papelão a partir de suspensões celulósicas tendo baixa condutividade e/ou demanda catiônica. Tais suspensões celulósicas são comumente usadas na produção de papel e papelão a partir da polpa química e polpa de fibra reciclada, por exemplo, em usinas de papelão e papel não integrados e usinas que utilizam uma quantidade substancial de fibra reciclada. O uso da sílica coloidal de acordo com a invenção torna possível aumentar a drenagem (desidratação) e retenção, diminuir o consumo de vapor na seção de secagem e/ou aumentar a velocidade da máquina de fabricação de papel e papelão, usar uma dosagem menor de aditivo para proporcionar um efeito de drenagem e retenção correspondente, assim levando a processos melhorados de papel e papelão, qualidade melhorada de papel e papelão produzido, e benefícios de economia. A sílica coloidal da invenção também exibe estabilidade melhorada, em particular quando sendo diluída em água, e estabilidade melhorada para precipitação, agregação e congelamento. A presente invenção provê benefícios em termos de aplicação e uso da sílica coloidal.
[012] Preferencialmente, o coloide de acordo com a invenção é aquoso. O coloide contém partículas de sílica, isto é, partículas de sílica ou SiO2 ou com base nesta, que são preferencialmente aniônicos e preferencialmente coloidais, isto é, na faixa coloidal de tamanho da partícula. As dispersões aquosas deste tipo são usualmente referidas como coloides. Preferencialmente, as partículas de sílica foram preparadas por meio de polimerização de condensação de compostos siliciosos, por exemplo, ácidos silícicos e silicatos. Outros elementos ou componentes também podem estar presentes na fase aquosa do coloide e/ou partículas de sílica. Tais elementos ou componentes podem estar presentes como impurezas ou como um resultado da introdução ou modificação deliberada.
[013] A sílica coloidal da invenção tem um pH de pelo menos aproximadamente 10,0, ou pelo menos aproximadamente 10,2 e normalmente pelo menos aproximadamente 10,5. Normalmente, o pH da sílica coloidal é até aproximadamente 11,5, mais frequentemente até cerca de 11,3 e frequentemente cerca de 11,0.
[014] A sílica coloidal da invenção tem uma razão molar de SiO2:M2O, na qual M é metal alcalino, de pelo menos aproximadamente 6:1, adequadamente a partir de pelo menos cerca de 8:1, preferencialmente pelo menos cerca de 10:1. A razão molar de SiO2:M2O é normalmente até 16:1, adequadamente até cerca de 15:1 ou até cerca de 14:1. O metal alcalino M pode ser lítio, sódio, potássio e uma mistura deste, preferencialmente sódio e as razões molares definidas acima são preferencialmente a razão molar de SiO2:Na2O.
[015] A sílica coloidal da invenção tem uma concentração de sílica solúvel de pelo menos aproximadamente 3.000 mg de SiO2 por litro de coloide líquido (mg de SiO2/l), normalmente pelo menos aproximadamente 3.500 mg de SiO2/l ou pelo menos aproximadamente 4.000 mg de SiO2/l. A concentração de sílica solúvel pode ser até aproximadamente 12.000 mg de SiO2/l, normalmente até cerca de 10.000 mg de SiO2/l ou até cerca de 8.000 mg de SiO2/l, adequadamente até cerca de 6.000 mg de SiO2/l. A sílica coloidal é preferencialmente aquosa, e os valores acima são preferencialmente por litro de coloide aquoso (mg de SiO2/l). A concentração da sílica solúvel é medida e calculada como descrita por J.B. Mullin e J.P. Riley em Anal. Chim. vol. 12(1955), pp. 162-176 usando um Espectrofotômetro UV-VIS Helios Alfa, Unicam.
[016] A sílica coloidal da invenção normalmente tem uma condutividade de pelo menos aproximadamente 3,0 mS/cm ou pelo menos aproximadamente 4,0 mS/cm, adequadamente pelo menos cerca de 5,0 ou pelo menos aproximadamente 6,0 mS/cm, preferencialmente pelo menos cerca de 7,0 mS/cm. Usualmente, a condutividade é até cerca de 12,0 mS/cm, adequadamente até cerca de 10,0 mS/cm. A condutividade pode ser medida por meio da técnica conhecida, por exemplo, usando um Medidor de Condutividade CDM92, Radiometer, Copenhagen.
[017] A sílica coloidal da invenção usualmente tem um valor S de pelo menos aproximadamente 18% ou pelo menos aproximadamente 20%, adequadamente pelo menos cerca de 26% ou pelo menos aproximadamente 30%. Usualmente, o valor S é até cerca de 4 0% ou até cerca de 3 8% e adequadamente até cerca de 35%. O valor S é medido e calculado como descrito por R. K. Iler & R. L Dalton em J. Phys. Chem. 60(1956), 955957. O valor S de uma sílica coloidal indica o grau de formação de microgel ou agregado e um valor S menor indica um grau maior de formação de microgel ou agregado.
[018] A sílica coloidal da invenção pode compreender alumínio, e a sílica coloidal pode ser modificada com alumínio. O alumínio pode estar presente na fase contínua ou aquosa do coloide e/ou nas partículas de sílica. Adequadamente, a sílica coloidal contém partículas de sílica que são modificadas com alumínio, e preferencialmente as partículas de sílica são modificadas na superfície com alumínio. Se a sílica coloidal compreende alumínio, e se o coloide e/ou as partículas de sílica são modificadas com alumínio como definido acima, a sílica coloidal normalmente tem uma razão molar de Si:Al de pelo menos aproximadamente 4:1 ou pelo menos aproximadamente 25:1, adequadamente pelo menos cerca de 50:1, preferencialmente pelo menos 75:1, e a razão molar de Si:Al pode ser até cerca de 400:1 normalmente até cerca de 250:1, adequadamente cerca de 200:1 e preferencialmente até cerca de 150:1.
[019] Alternativamente, a sílica coloidal da invenção pode estar livre ou essencialmente livre de alumínio, e a sílica coloidal pode conter partículas de sílica que não são modificadas com alumínio. Isto significa que o alumínio pode estar presente no coloide como uma impureza, na fase contínua ou aquosa do coloide e/ou nas partículas de sílica, e então a sílica coloidal usualmente tem uma razão molar de Si:Al de pelo menos aproximadamente 400:1 ou pelo menos aproximadamente 500:1, adequadamente pelo menos cerca de 600:1, dependendo das propriedades do material inicial usado para preparar a sílica coloidal.
[020] As partículas de sílica do coloide usualmente têm uma área de superfície específica de pelo menos aproximadamente 300 m2/g ou pelo menos aproximadamente 500 m2/g, adequadamente pelo menos cerca de 600 m2/g e preferencialmente pelo menos cerca de 750 m2/g. A área de superfície específica é usualmente até 1500 m2/g ou pelo menos aproximadamente 1300 m2/g, adequadamente até cerca de 1100 m2/g. A área de superfície específica é medida por meio de titulação com NaOH como descrito por G.W. Sears, Jr. em Analytocal Chemistry 28(1956):12, 1981-1983, após a remoção apropriada ou ajuste de quaisquer compostos presentes na amostra que pode atrapalhar a titulação como compostos de alumínio e boro, por exemplo, como descrito por Sears e no documento de patente norte-americana 5,176,891. As áreas de superfície específicas dadas aqui representam a área de superfície específica média das partículas de sílica presentes no coloide.
[021] A sílica coloidal da invenção usualmente tem um teor de sílica (SiO2) de pelo menos aproximadamente 2% em peso ou pelo menos 3% em peso, adequadamente pelo menos cerca de 5% em peso ou pelo menos aproximadamente 8% em peso e preferencialmente pelo menos cerca de 10% em peso. Usualmente, o teor de sílica é até cerca de 30% em peso ou até cerca de 20% em peso e adequadamente 15% em peso. A fim de simplificar o transporte e reduzir seus custos, geralmente é preferível transportar uma alta concentração de sílica coloidal da invenção, mas também é possível diluir e misturar a sílica coloidal com água em um teor de sílica substancialmente menor antes do uso, por exemplo, um teor de sílica de aproximadamente 0,05 a aproximadamente 2% em peso ou aproximadamente 0,1 a 1,5% em peso. A diluição e mistura com água antes do uso em um processo para produzir papel e papelão pode resultar em uma boa mistura com os componentes da pasta de papel da suspensão celulósica. Uma vantagem associada à sílica coloidal da invenção é que é menos sensível à diluição em água, em particular água contendo uma quantidade substancial de cálcio, que é comumente usada na indústria de fabricação de papel, e aqui a presente sílica coloidal mostra estabilidade com relação à precipitação, também durante o armazenamento prolongado em temperaturas elevadas, que podem levar à agregação e congelamento.
[022] Outra vantagem associada a presente sílica coloidal é que pode ser adicionada como está, ou em um alto teor de sílica, à suspensão celulósica, isto é, sem a diluição e mistura com água, e ainda resultar em boa mistura ou uma mistura melhorada com os componentes da pasta de papel da suspensão celulósica.
[023] A viscosidade da sílica coloidal da invenção pode variar dependendo, por exemplo, do teor de sílica coloidal. A viscosidade é frequentemente menos de 2 cP, ou pelo menos aproximadamente 3 cP, adequadamente pelo menos 3,5 cP. Usualmente, a viscosidade é até cerca de 15 cP ou até cerca de 10 cP, adequadamente até cerca de 8,0 cP. A viscosidade pode ser medida por meio da técnica conhecida, por exemplo, usando um viscosímetro Brookfield LVDV-II + Pro, eixo ULA (00).
[024] De acordo com a invenção, a sílica coloidal pode ser produzida usando um silicato de metal alcalino como um material inicial por meio de um processo compreendendo acidificação, alcalinização, formação de partícula, crescimento da formação de partícula e formação de microgel, modificação opcional do alumínio e concentração opcional. Preferencialmente, o material inicial é uma solução aquosa de silicato de metal alcalino, ou silicato de sódio. Exemplos de silicatos de metal alcalino adequado incluem lítio, sódio, silicatos de potássio e misturas destes, preferencialmente silicato de sódio. O silicato de metal alcalino tem uma razão molar de SiO2:M2O, no qual M é metal alcalino, ou aproximadamente 1:1 a aproximadamente 15:1, adequadamente a partir de cerca de 1,5:1 a aproximadamente 4,5:1, preferencialmente a partir de aproximadamente 2,5:1 a aproximadamente 4,0:1. O silicato de metal alcalino aquoso usualmente tem um teor de SiO2 a partir de aproximadamente 1 a aproximadamente 35% em peso, adequadamente a partir de cerca de 3 a aproximadamente 30% em peso. A solução de silicato de metal alcalino aquoso usualmente tem um pH acima de cerca de 12, tipicamente acima de cerca de 13.
[025] No processo, a solução de silicato de metal alcalino aquoso é submetida à acidificação. Durante a acidificação, a formação de partícula de sílica e crescimento acontece preferencialmente. A acidificação pode ser realizada através da adição de ácido mineral, por exemplo, ácido sulfúrico, ácido hidroclórico e ácido fosfórico e/ou por meio de outros químicos conhecidos para acidificação, por exemplo, sulfato de amônio e dióxido de carbono. Preferencialmente, a acidificação é realizada por meio de um trocador de cátion ácido. A acidificação é preferencialmente realizada por meio de uma resina de troca de cátion ácido forte, por exemplo, uma resina de troca catiônica do tipo de ácido sulfônico. Usualmente, a acidificação da solução de silicato de metal alcalino aquoso é realizada para prover uma solução aquosa acidificada, ou coloide ácido, tendo um pH a partir de aproximadamente 1,0 a aproximadamente 4,0, adequadamente a partir de cerca de 2,0 a aproximadamente 4,0 e preferencialmente a partir de aproximadamente 2,2 a aproximadamente 3,0.
[026] O coloide ácido pode ser submetido a um crescimento de partícula posterior e/ou agregação de partícula, ou aglomeração. Isto pode ser alcançado pelo armazenamento em temperatura ambiente durante períodos de tempo mais longos de alguma maneira, por exemplo, por um dia ou até cerca de 3 a 4 dias, ou pelo tratamento térmico no qual o período de tempo e a temperatura podem ser ajustados de forma que um período de tempo mais curto ser usado em uma temperatura mais alta. É possível usar uma temperatura razoavelmente alta durante um período de tempo mais curto, e também é possível usar uma temperatura mais baixa durante um período de tempo mais curto. No tratamento térmico, o coloide acidificado pode ser aquecido em uma temperatura de cerca de pelo menos 25 °C, adequadamente a partir de cerca de 30 °C a aproximadamente 95 °C e preferencialmente a partir de aproximadamente 35 °C a aproximadamente 80 °C. O tratamento térmico é usualmente realizado por pelo menos aproximadamente 10 minutos, adequadamente a partir de cerca de 15 a aproximadamente 600 minutos ou a partir de aproximadamente 20 a aproximadamente 240 minutos.
[027] O coloide ácido é submetido à alcalinização, que pode ser realizada usando o álcali convencional, por exemplo, sódio, hidróxido de amônia e potássio e silicato de metal alcalino, preferencialmente uma solução de silicato de metal alcalino aquosa ou silicato de sódio do material inicial como definido acima, incluindo seu metal alcalino, razão molar, teor de sílica e valor de pH. A alcalinização é adequadamente realizada em um pH de aproximadamente pelo menos 10, usualmente pelo menos aproximadamente 10,5, e a alcalinização é usualmente realizada em um pH de até cerca de 11,5. A alcalinização é usualmente realizada ainda para uma razão molar final de SiO2:M2O, na qual M é metal alcalino, de pelo menos aproximadamente 6:1, adequadamente a partir de pelo menos cerca de 8:1 e preferencialmente pelo menos cerca de 10:1, e pode ser até 16:1, adequadamente até cerca de 15:1 ou até cerca de 14:1.
[028] A agregação de partícula e formação de microgel pode ser alcançada de diversas maneiras. O grau de agregado e formação de microgel pode ser afetado pelos teores de sal e sílica durante as etapas de acidificação e alcalinização, e o período de tempo e frequência durante o qual a solução de silicato de metal alcalino e/ou coloide ácido passam por uma estabilidade mínima em um pH na faixa de cerca de 5 a 8. Através da manutenção da solução de silicato de metal alcalino e coloide ácido sob agitação intensa durante as etapas de acidificação e alcalinização, respectivamente, na faixa de pH de 5 a aproximadamente 8, usualmente a parir de cerca de 6 a aproximadamente 8, por um período de tempo prolongado, usualmente de 1 a 1200 segundos, ou a partir de 10 a 600 segundos, o grau desejado de formação de agregado e microgel pode ser obtido, correspondente a um valor S do coloide de sílica como definido acima. Adequadamente, a formação de agregação e microgel da partícula são obtidas durante a etapa de alcalinização no pH e período de tempo definido acima.
[029] Preferencialmente, o coloide ácido é alcalinizado por meio da adição da solução de silicato de metal alcalino aquoso para obter um coloide intermediário e então a adição da solução de silicato de metal alcalino aquoso é parada quando o coloide intermediário tiver alcançado um pH de cerca de 5 a aproximadamente 8, preferencialmente um pH de cerca de 6 a aproximadamente 8. Subsequentemente, o coloide intermediário é agitado por um período de tempo de pelo menos 10 segundos, adequadamente pelo menos cerca de 60 segundos e preferencialmente pelo menos cerca de 300 segundos, e pode ser agitado por um período de tempo de até cerca de 6000 segundos, adequadamente até cerca de 5000 segundos e preferencialmente até cerca de 1200 segundos se a adição da solução de silicato de metal alcalino aquoso, preferencialmente a partir de aproximadamente 300 a aproximadamente 1200 segundos, em que o ácido intermediário é ainda alcalinizado através da adição de uma solução de silicato de metal alcalino aquoso para obter uma sílica coloidal tendo um pH acima de cerca de 10 e razão molar de SiO2:M2O, na qual M é metal alcalino, ou a partir de cerca 6:1 a aproximadamente 16:1, preferencialmente o pH é a partir de aproximadamente 10,5 a aproximadamente 11,5 e a razão molar de SiO2:M2O, é a partir de aproximadamente 10:1 a aproximadamente 14:1, e preferencialmente M é sódio.
[030] A sílica coloidal pode compreender alumínio e pode ser modificada com alumínio. A modificação com alumínio pode ser realizada por meio da adição de um composto de alumínio ao coloide ácido, coloide intermediário ou coloide alcalinizado, isto é, sílica coloidal, por exemplo, ao coloide sendo alcalinizado, isto é, durante a alcalinização, em que o composto de alumínio pode ser adicionado com a solução de silicato de metal alcalino aquoso como definido acima. Exemplos de compostos de alumínio adequado incluem sais de alumínio alcalino, por exemplo, aluminatos, adequadamente um aluminato aquoso, por exemplo, aluminato de sódio, aluminato de potássio e misturas destes, preferencialmente aluminato de sódio. Ao usar um composto de alumínio, este é preferencialmente adicionado em uma quantidade para prover a razão molar de Si:Al como definido acima.
[031] Se desejado, a sílica coloidal obtida após a alcalinização pode ser submetida à concentração. Isto pode ser realizado da maneira conhecida, por exemplo, por meio de métodos osmóticos, evaporação e ultrafiltração. A concentração de sílica coloidal pode ser feita após ter sido parcialmente ou completamente alcalinizada.
[032] A sílica coloidal obtida pode ser diluída com água para diminuir o teor de sílica para um valor desejado. A diluição com água usualmente acontece com os teores de sílica dentro da faixa de aproximadamente 0,05 a aproximadamente 2% em peso ou a partir de aproximadamente 0,1 a 1,5% em peso. A diluição com água purificada usualmente aumenta a estabilidade da sílica coloidal.
[033] A sílica coloidal da invenção é adequada para uso como um agente de floculação, por exemplo, na produção de polpa, papel e papelão, preferencialmente como um auxiliar de drenagem e retenção, e na purificação da água, ambos para purificação de diferentes tipos de água residual e para purificação de produtos aquosos brancos da indústria de papel e polpa. As sílicas coloidais podem ser usadas como um agente de floculação, preferencialmente como um auxiliar de drenagem e retenção, em combinação com um ou mais polímeros orgânicos que podem ser selecionados a partir de polímeros aniônicos, anfotéricos, não-iônicos e catiônicos, e misturas destes. O uso de tais polímeros como agentes de floculação e como auxiliares de drenagem e retenção é bem conhecido na técnica.
[034] O polímero pode ser obtido a partir de fontes naturais ou sintéticas, e podem ser lineares, ramificados ou reticulados. Exemplos de polímeros orgânicos geralmente adequados incluem amidos aniônicos, anfotéricos e catiônicos; polímeros com base em acrilamida aniônicos, anfotéricos e catiônicos, incluindo polímeros com base em acrilamida catiônico e aniônico essencialmente lineares, ramificados e reticulados; assim como cloreto de polidialildimetilamônio catiônico; iminas de polietileno catiônico; poliaminas catiônicas; poliamideaminas catiônicas e polímeros com base em vinilamida, resinas de formaldeído- ureia melamina-formaldeído. Adequadamente, a sílica coloidal é usada em combinação com pelo menos um polímero catiônico ou anfotérico, preferencialmente amido catiônico e poliacrilamida catiônica, que pode ser usada sozinha, juntas entre si ou juntas com outros polímeros, por exemplo, outros polímeros catiônicos e/aniônicos, adequadamente poliacrilamida aniônica. O peso molecular médio do polímero é adequadamente acima de cerca de 1.000.000 e preferencialmente acima de cerca de 2.000.000. O limite máximo do peso molecular médio do polímero não é crítico; pode ser cerca de 50.000.000, usualmente cerca de 30.000.000 e adequadamente cerca de 25.000.000. No entanto, o peso molecular médio dos polímeros obtidos a partir das fontes naturais pode ser mais alto.
[035] A sílica coloidal da invenção também pode ser usada em combinação com um ou mais coagulantes, ou com ou sem o co-uso de polímero(s) orgânico(s) descrito acima. Exemplos de coagulantes adequados incluem coagulantes orgânicos, por exemplo, coagulantes poliméricos orgânicos ou solúveis em água, e coagulantes inorgânicos. Os coagulantes podem ser usados sozinhos ou juntos, isto é, um coagulante polimérico pode ser usado em combinação com um coagulante inorgânico. Os coagulantes são preferencialmente catiônicos. Exemplos de coagulantes catiônicos poliméricos orgânicos solúveis em água adequados incluem poliaminas catiônicas, poliamideaminas, iminas de polietileno, polímeros de condensação de diciandiamida e polímeros de monômero etilenicamente insaturados solúveis em água ou mistura de monômero que é formada de cerca de 50 a 100% em mol de monômero catiônico e 0 a aproximadamente 50% em mol de outro monômero. A quantidade de monômero catiônico é usualmente pelo menos aproximadamente 80% em mol, adequadamente 100% em mol. Exemplos de monômeros catiônicos etilenicamente insaturados adequados incluem dialquilaminoalquil (met)acrilatos e acrilamidas, preferencialmente na forma quaternizada, e cloretos de dialildialquilamônio, por exemplo, cloreto de dialildimetilamônia (DADMAC), preferencialmente homopolímeros e copolímeros de DADMAC. Os coagulantes catiônicos poliméricos orgânicos usualmente têm um peso molecular médio na faixa de 1.000 a 700.000, adequadamente a partir de 10.000 a 500.000. Exemplos de coagulantes inorgânicos adequados incluem compostos de alumínio, por exemplo, compostos de polialumínio e alúmen, por exemplo, cloretos de polialumínio, sulfatos de polialumínio, sulfatos de silicato de polialumínio e misturas destes, preferencialmente cloreto de polialumínio e alúmen.
[036] Os auxiliares de drenagem e retenção adequados para uso de acordo com a invenção incluem diversas combinações da presente sílica coloidal e um ou mais polímeros orgânicos, e compostos de alumínio opcionais. Exemplos de auxiliares de drenagem e retenção preferidos para uso no processo da invenção compreendem (i) sílica coloidal da invenção e amido catiônico, (ii) sílica coloidal da invenção, amido catiônico e composto de alumínio, preferencialmente cloreto de alúmen e polialumínio, (iii) sílica coloidal da invenção e poliacrilamida catiônica, (iv) sílica coloidal da invenção, poliacrilamida catiônica e composto de alumínio, preferencialmente cloreto de polialumínio e alúmen, (v) sílica coloidal da invenção, amido catiônico e poliacrilamida catiônica, (vi) sílica coloidal da invenção, amido catiônico, poliacrilamida catiônica e composto de alumínio, preferencialmente cloreto de polialumínio e alúmen, (vii) sílica coloidal da invenção, poliacrilamida catiônica e poliacrilamida aniônica, (viii) sílica coloidal da invenção, amido catiônico e poliacrilamida aniônica, e (ix) sílica coloidal da invenção, amido catiônico, composto de alumínio e poliacrilamida aniônica, preferencialmente cloreto de polialumínio e alúmen.
[037] O um ou mais auxiliares de drenagem e retenção de acordo com a invenção podem ser adicionados à suspensão celulósica aquosa, ou base, da maneira convencional e em qualquer ordem. Ao usar os auxiliares de drenagem e retenção compreendendo a sílica coloidal e polímero orgânico, é preferido adicionar o polímero orgânico à base antes de adicionar a sílica coloidal, ou adicioná-los simultaneamente, mesmo se a ordem oposta da adição pode ser usada. Em uma realização, o polímero orgânico é adicionado antes da etapa de cisalhamento, que pode ser selecionada a partir das etapas de bombeamento, mistura e limpeza, e a sílica coloidal é adicionada após esta etapa de cisalhamento. Em outra realização, a sílica coloidal e o polímero orgânico são ambos adicionados posteriormente no processo, por exemplo, após a última etapa de alto cisalhamento, que pode ser selecionada a partir das etapas de bombeamento, mistura e limpeza, preferencialmente triagem por centrifugação.
[038] Ao usar os auxiliares de drenagem e retenção compreendendo uma sílica coloidal e polímeros orgânicos catiônicos e aniônicos, é preferido adicionar o polímero orgânico catiônico à suspensão celulósica antes de adicionar a sílica coloidal e o polímero orgânico aniônico. Ao usar um coagulante, este é preferencialmente adicionado à suspensão celulósica antes de adicionar a sílica coloidal.?
[039] O um ou mais auxiliares de drenagem e retenção de acordo com a invenção são adicionados à base a ser desidratada em quantidade que podem variar dentro de amplos limites dependendo, entre outros, do tipo e número dos auxiliares de drenagem e retenção, tipo de pasta de papel, teor do agente de preenchimento, tipo de agente de preenchimento, ponto de adição, etc. Geralmente os componentes são adicionados em quantidades que resultam em melhor drenagem e retenção que é obtida ao não adicionar os componentes. A sílica coloidal é usualmente adicionada em uma quantidade de pelo menos aproximadamente 0,001% em peso, frequentemente pelo menos aproximadamente 0,005% em peso, calculada como SiO2 e com base em pasta de papel seca, isto é, fibras celulósicas secas e agente de preenchimento opcional, e o limite superior é usualmente cerca de 1,0% em peso e adequadamente cerca de 0,5% em peso. Cada um dos polímeros orgânicos é usualmente adicionado em uma quantidade de pelo menos aproximadamente 0,001% em peso, frequentemente pelo menos aproximadamente 0,005% em peso, com base na pasta de papel seca e o limite superior é usualmente cerca de 3% em peso e adequadamente cerca de 1,5% em peso. Ao usar um coagulante polimérico catiônico, este pode ser adicionado em uma quantidade de pelo menos aproximadamente 0,05% em peso, com base na pasta de papel seca. Adequadamente, a quantidade está na faixa de aproximadamente 0,07 a aproximadamente 0,5% em peso, preferencialmente na faixa de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 0,35% em peso. Ao usar um composto de alumínio como o coagulante inorgânico este pode ser adicionado em uma quantidade de pelo menos aproximadamente 0,005% em peso, calculado como Al2O3 e com base na pasta de papel seca. Adequadamente, a quantidade está na faixa de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 3,0% em peso, preferencialmente na faixa de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 2,0% em peso.
[040] Outros aditivos que são convencionais na produção de papel e papelão podem, obviamente, serem usados em combinação com a sílica coloidal da invenção, tal como, por exemplo, agentes de reforço seco, agentes de reforço úmidos agentes de brilho óptico, corantes, agentes de colagem como agentes de colagem com base em breu e agentes de colagem reativos de celulose, por exemplo, dímeros ceteno alquenil e alquil e multímeros de ceteno, anidridos succínico alquenil e alquil. A suspensão celulósica também pode conter agente de preenchimento mineral, por exemplo, caulim, argila, dióxido de titânio, gesso, carbonatos de cálcio sintético e natural e talco, tais como cal, mármore e carbonato de cálcio precipitado.
[041] O termo “papel e papelão”, como usado aqui, significa todos os tipos de folha celulósica ou produtos do tipo malha. O processo pode ser usado na produção de papel e papelão a partir de diferentes tipos de suspensões de fibras celulósicas, ou contendo celulose, e as suspensões contêm adequadamente pelo menos cerca de 25% em peso e preferencialmente pelo menos cerca de 50% em peso de tais fibras, com base na substância seca. A suspensão pode ser feita a partir de fibras celulósicas da polpa química, por exemplo, sulfato, sulfeto e polpas organosolv polpa mecânica, por exemplo, polpa termomecânica, polpa quimiotermomecânica, polpa refinadora e polpa de madeira, a partir de madeira de lei ou madeira conífera, e também pode ter base em fibras recicladas, opcionalmente a partir de polpas descoloridas, e misturas destas, preferencialmente a suspensão é feita a partir de polpa compreendendo polpa química, polpa de fibra reciclada e misturas destas. Exemplos de graus de papel e papelão adequados obtidos através da invenção incluem papel comum, papel pardo, papel branco para revestimento e papel kraft.
[042] O processo desta invenção é particularmente útil na produção de papel e papelão a partir de suspensões celulósicas tendo condutividade relativamente baixa e/ou demanda catiônica. Neste caso, a condutividade da suspensão celulósica que é desidratada na peneira é usualmente pelo menos aproximadamente 0,5 mS/cm, adequadamente pelo menos 0,75 mS/cm, e é usualmente até cerca de 5,0 mS/cm, adequadamente até cerca de 4,0 mS/cm. A condutividade pode ser medida por meio de equipamento padrão, por exemplo, um instrumento WTW LF 539 fornecido por Christian Berner. Além disso, neste caso, a demanda catiônica da suspensão celulósica a qual um ou mais auxiliares de drenagem e retenção compreendendo a sílica coloidal são adicionados é usualmente abaixo de cerca de 0,75 mEq./l, ou abaixo de cerca e 0,5 mEq./l. A demanda catiônica pode ser medida por um Detector de Carga da Partícula Mütek fornecido pela BTG.
[043] O pH da suspensão celulósica pode ser a partir de aproximadamente 3 a aproximadamente 10, adequadamente pelo menos cerca de 3,5 e preferencialmente a partir de aproximadamente 4 a aproximadamente 9.
[044] A invenção é ilustrada ainda nos exemplos a seguir, os quais, no entanto, não são destinados a limitá- la. Partes e % se referem às partes em peso e % em peso, respectivamente, e todas as suspensões são aquosas, exceto se estabelecido de outra maneira.
[045] Este exemplo ilustra a preparação de uma sílica coloidal de acordo com a invenção:
[046] A solução de silicato de sódio aquoso com uma razão molar de SiO2:Na2O de 3,5:1 e teor de SiO2 de 5,0% em peso sofreu uma troca de íon para formar uma sílica coloidal ácida por meio do bombeamento desta através de uma coluna preenchida com a resina de troca iônica de cátion Amberlite IR-120 (disponibilizada pela Rohm & Haas) que foi regenerada com ácido sulfúrico de acordo com a instrução do fabricante.
[047] Para 3000 g do coloide ácido obtido com um teor de SiO2 de 5,0% em peso foi adicionado à solução de silicato de sódio aquosa com uma razão molar de SiO2:M2O de cerca de 3,4:1 e teor de SiO2 de 5,0% em peso sob agitação até que a mistura obtida alcançasse um pH de 7,7 e que a adição da solução de silicato de sódio aquosa foi parada temporariamente por um período de tempo de 1974 segundos, e então a adição da solução de silicato de sódio aquosa foi recomendada até que um coloide alcalinizado tendo um pH de 9,8 e razão molar de SiO2:Na2O de 20:1 tivesse se formado.
[048] O coloide alcalinizado foi concentrado através da ultra filtragem em um teor de SiO2 de 12,2% em peso e então a solução de silicato de sódio aquoso tendo uma razão molar de SiO2:M2O de 3,4:1 e teor de SiO2 de 24,2% em peso foi adicionado para formar uma sílica coloidal completamente alcalinizada tendo razão molar de SiO2:M2O de cerca de 12. A água deionizada foi então adicionada para alcançar um teor de SiO2 final de cerca de 12% em peso.
[049] O coloide obtido das partículas de sílica, designado Ex.1m tinha um teor de SiO2 de 12,1% em peso, pH de 11,0, proporção em mol de SiO2:Na2O de 12,5, concentração de sílica solúvel de 5200 mg de SiO2/l, valor S de 35% e partículas de sílica contida com uma área de superfície específica de 870 m2/g.
[050] Este exemplo ilustra a preparação de outra sílica coloidal de acordo com a invenção:
[051] O procedimento do Exemplo 1 foi repetido exceto que a solução de silicato de sódio aquosa foi adicionada ao ácido coloidal sob agitação até que a mistura obtida alcançasse um pH de 7,6 em que a adição da solução de silicato de sódio aquosa foi temporariamente parada por um período de tempo de 4920 segundos, e então a adição da solução de silicato de sódio aquoso foi recomeçada.
[052] O coloide obtido das partículas de sílica, designado Ex.2, tinha um teor de SiO2 de 12,1% em peso, pH de 11,0, proporção em mol de SiO2:Na2O de 12,5, concentração de sílica solúvel de 5400 mg de SiO2/l, valor S de 33% e partículas de sílica contida com uma área de superfície específica de 870 m2/g.
[053] Este exemplo ilustra a preparação de uma sílica coloidal de acordo com a invenção:
[054] A solução de silicato de sódio com uma razão molar de SiO2:M2O de 3,4:1 e teor de SiO2 de 5,5% sofreu a troca iônica para formar uma sílica coloidal ácida por meio do bombeamento desta através de uma coluna preenchida com resina de troca de cátion ácido forte Lewatit MDS1368 que foi regenerada com ácido hidroclórico de acordo com a instrução do fabricante.
[055] Para 2000 g de coloide ácido obtidas com um teor de SiO2 de 5,0% foi adicionada a solução de silicato de sódio aquoso com uma proporção molas de SiO2:M2O de 3,4:1 e teor de SiO2 de 5,0% sob agitação até que a mistura obtida alcançasse um pH de 7,5 em que a adição da solução de silicato de sódio foi temporariamente parada por um período de tempo de 32 90 segundos, e então a adição da solução de silicato de sódio foi recomeçada até que um coloide alcalinizado tendo um pH de 9,6 tivesse se formado.
[056] O coloide alcalinizado foi concentrado através da ultra filtragem para um teor de SiO2 de 12%. A solução de silicato de sódio tendo uma razão molar de SiO2:M2O de 3,4:1 e teor de SiO2 de 25,2% foi diluído com água deionizada e adicionado sob agitação para formar uma sílica coloidal completamente alcalinizada tendo razão molar de SiO2:M2O de cerca de 12:1.
[057] O coloide obtido das partículas de sílica, designado Ex.3, tinha um teor de SiO2 de 11,5% em peso, pH de 11,0, proporção em mol de SiO2:Na2O de 12:1, concentração de sílica solúvel de 3700 mg de SiO2/l, valor S de 36% e partículas de sílica contida com uma área de superfície específica de 910 m2/g.EXEMPLO 4
[058] Este exemplo ilustra a preparação de uma sílica coloidal de acordo com a invenção:
[059] O procedimento do Exemplo 3 foi repetido exceto que a solução de silicato de sódio foi adicionada ao ácido coloidal sob agitação até que a mistura obtida alcançasse um pH de 6,8 em que a adição da solução de silicato de sódio foi temporariamente parada por um período de tempo de 340 segundos, e então a adição da solução de silicato de sódio foi recomeçada.
[060] O coloide obtido das partículas de sílica, designado Ex.4, tinha um teor de SiO2 de 11,8% em peso, pH de 11,0, proporção em mol de SiO2:Na2O de 12:1, concentração de sílica solúvel de 3300 mg de SiO2/l, valor S de 35% e partículas de sílica contida com uma área de superfície específica de 910 m2/g.
[061] Este exemplo ilustra a preparação de uma sílica coloidal de acordo com a invenção:
[062] Uma sílica coloidal foi produzida de acordo com o procedimento do Exemplo 3. Para 200 g do coloide ácido com um teor de SiO2 de 5,21% foi adicionado 70g de solução de silicato de sódio aquosa com uma razão molar de SiO2:Na2O de 3,4:1 e teor de SiO2 de 5,0% sob agitação em que a adição da solução de silicato de sódio foi temporariamente parada por um período de tempo de 310 segundos, e então a adição de outros 351 g da solução de silicato de sódio foi recomeçada até que um coloide alcalinizado tendo um pH de 9,6 tivesse se formado. Ao coloide alcalinizado foi adicionado 43,9 g de solução de aluminato de sódio com teor de Al2O3 de 2,43% e teor de Na2O de 1,84% sob agitação para formar um coloide aluminado.
[063] O coloide aluminado foi concentrado através da ultra filtragem para um teor de SiO2 de 13,1%. Para 798 g do coloide obtido foi adicionado 56,5 g da solução de silicato de sódio tendo razão molar de SiO2:Na2O de 3,4 e teor de SiO2 de 25,2% e sob agitação para formar uma sílica coloidal alcalinizada.
[064] O coloide obtido das partículas de sílica, designado Ex.5, tinha um teor de SiO2 de 12,5% em peso, pH de 10,9, razão molar de SiO2:Na2O de 11,8:1, razão molar de Si:Al de 76:1, concentração de sílica solúvel de 5900 mg de SiO2/l, valor S de 28% e partículas de sílica contida com uma área de superfície específica de 930 m2/g.
[065] Este exemplo ilustra a preparação de uma sílica coloidal de acordo com a invenção:
[066] O procedimento do Exemplo 1 foi repetido, exceto que pequenas modificações foram feitas ao pH e o período de tempo para a parada temporária da adição da solução de silicato de sódio aquoso na etapa de alcalinização, e para a adição posterior da solução de silicato de sódio aquosa e água para a sílica coloidal alcalinizada.
[067] O coloide obtido das partículas de sílica, designado Ex.6, tinha um teor de SiO2 de 12,2% em peso, pH de 11,0, razão molar de SiO2:Na2O de 12,6:1, concentração de sílica solúvel de 4900 mg de SiO2/l, valor S de 38% e partículas de sílica contidas com uma área de superfície específica de 920 m2/g.
[068] Este exemplo ilustra a preparação de uma sílica coloidal da técnica anterior usada para comparação:
[069] O procedimento do Exemplo 1 foi repetido, exceto que a solução de silicato de sódio aquosa foi continuamente adicionada ao coloide ácido sob agitação, isto é, sem nenhuma parada temporária de adição na faixa de pH de a partir de 5 a 8, até que um coloide alcalinizado tendo um pH de 9,9 e razão molar de SiO2:Na2O de 20:1 tivesse se formado.
[070] O coloide obtido das partículas de sílica, designado Ref. 1, tinha um teor de SiO2 de 11,0% em peso, pH de 11,1, proporção em mol de SiO2:Na2O de 11,7, concentração de sílica solúvel de 6900 mg de SiO2/l, valor S de 47% e partículas de sílica contida com uma área de superfície específica de 900 m2/g.
[071] Uma sílica coloidal foi preparada de acordo com a revelação geral do documento de patente norte americana no 5,368,833. O coloide obtido das partículas de sílica, designado Ref. 2, tinha um teor de SiO2 de 7,7% em peso, pH de 9,6, proporção em mol de SiO2:Na2O de 31, razão molar de Si:Al de 44, concentração de sílica solúvel de 1800 mg de SiO2/l, valor S de 29% e partículas de sílica contidas com uma área de superfície específica de 750 m2/g.
[072] Uma sílica coloidal foi preparada de acordo com a revelação geral do documento de patente WO 00/66491. O coloide obtido das partículas de sílica, designado Ref. 3, tinha um teor de SiO2 de 14,8% em peso, pH de 10,8, razão molar de SiO2:Na2O de 20:1, concentração de sílica solúvel de 2100 mg de SiO2/l, valor S de 36% e partículas de sílica contidas com uma área de superfície específica de 740 m2/g.
[073] Uma sílica coloidal foi preparada de acordo com o procedimento do exemplo 4 do documento de patente WO 00/66491. O coloide obtido das partículas de sílica, designado Ref. 4, tinha uma concentração de sílica solúvel de 1700 mg de SiO2/l.
[074] A sílica coloidal foi preparada de acordo com o procedimento do Exemplo 1 do documento de patente US 2005/228057 A1. O coloide obtido das partículas de sílica, designado Ref. 5, tinha uma razão molar de Si:Al de 26,2:1, e concentração de sílica solúvel de 1700 mg de SiO2/l.
[075] A sílica coloidal foi preparada de acordo com o procedimento do Exemplo 4 do documento de patente US 2005/228057 A1. O coloide obtido das partículas de sílica, designado Ref. 6, tinha uma razão molar de Si:Al de 30,2:1, concentração de sílica solúvel de 2600 mg de SiO2/l.
[076] Uma sílica coloidal foi preparada de acordo com a revelação geral do documento de patente WO 2008/150230. O coloide obtido das partículas de sílica, designado Ref. 7, tinha um teor de SiO2 de 6,4% em peso, pH de 8,3, razão molar de SiO2:Na2O de 16,9:1, razão molar de Si:Al de 8,5:1, concentração de sílica solúvel de 2700 mg de SiO2/l, valor S de 12% e partículas de sílica contidas com uma área de superfície específica de 1060 m2/g.
[077] O desempenho de retenção foi avaliado por meio de um equipamento Britt Dynamic Drainage Jar. A suspensão celulósica usada era baseada em uma mistura de 30% em peso de sulfato de bétula clareada, 30% em peso de sulfato de pinho clareado e 40% em peso de carbonato de cálcio moído. O volume da base era de 500 ml, consistência de 0,45% e pH de cerca de 8,4. A condutividade da base foi ajustada para 1,48 mS/cm através da adição de 0,1 g/l de cloreto de cálcio e 1,8 g/l de sulfato de sódio.
[078] Nos testes, as sílicas coloidais (SiO2) foram usadas com um cloreto de polialumínio (PAC), amido catiônico (CS) tendo um grau de substituição catiônica de 0,042, poliacrilamida catiônica (CPAM) sendo um copolímero de acrilamida (90% em mol) e sal quaternário de cloreto de metil acrilato dimetolaminoetil (DMAEA-MCQ) (10% em mol) e tendo um peso molecular médio de cerca de 10 milhões de Dalton.
[079] A suspensão celulósica foi agitada em um recipiente defletido em um velocidade constante de 1200 rpm ao longo do teste e adições químicas foram conduzidas como segue:- adição do PAC à suspensão celulósica 40 segundos antes da desidratação,- adição de CS à suspensão celulósica 35 segundos antes da desidratação,- adição de CPAM à suspensão celulósica 20 segundos antes da desidratação,- adição de SiO2 à suspensão celulósica 10 segundos antes da desidratação, e- desidratação da suspensão celulósica e então medição da turvação do diluído filtrado 15 vezes com a água deionizada.
[080] O desempenho de retenção das sílicas coloidais é mostrado na Tabela 1, em que os níveis de adição são calculados como produto seco na pasta de papel seca:
[081] Como é evidente a partir da Tabela 1, asílica coloidal de acordo com a invenção Ex.1, mostrou um desempenho de retenção significativamente melhor com relação às sílicas coloidais usadas para comparação, Ref. 1, Ref. 2 e Ref. 3.
[082] O desempenho de drenagem foi avaliado por meio do Analisador de Drenagem Dinâmica (DDA), disponibilizado pela PulpEye AB, Suécia, que mede o tempo para drenar um volume estabelecido de base. A base foi agitada em um recipiente defletido em uma velocidade de 1500 rpm ao longo do teste enquanto adições de químicos foram feitas. Um volume de base de 800 ml foi drenado através de uma peneira ao remover um plugue e aplicação de vácuo àquele lado da peneira oposto ao lado no qual a peneira está presente. O desempenho e drenagem é relatado como o tempo de desidratação (s).7
[083] A base usada neste Exemplo era baseada em uma pasta de papel contendo 60% de polpa química, que consistia de 80% de madeira de lei e 20% de madeira conífera, e 40% de agente de preenchimento, carbonato de cálcio precipitado (PCC). Os sais foram adicionados para aumentar a condutividade para cerca de 1,5 mS/cm, pH era cerca de 8,4 e a consistência da polpa era cerca de 5,4 g/l.
[084] Nos testes, os aditivos químicos do Exemplo 14 foram usados, exceto que nenhum CPAM foi usado. A suspensão celulósica foi agitada no recipiente defletido e adições químicas foram feitas como segue:- adição do PAC à suspensão celulósica 43 segundos antes da desidratação,- adição de CS à suspensão celulósica 35 segundos antes da desidratação,- adição de SiO2 à suspensão celulósica 10 segundos antes da desidratação, e- desidratação da suspensão celulósica enquanto registra automaticamente o tempo de desidratação.
[085] A Tabela 2 mostra o desempenho de drenagem das sílicas coloidais, em que os níveis de adição são calculados como produto seco na pasta de papel seca:
[086] Como é evidente a partir da Tabela 2, assílicas coloidais de acordo com a invenção, Ex. 3 e Ex. 4,mostrou desempenho de drenagem significativamente melhor comrelação às sílicas coloidais usadas para comparação, Ref. 4,Ref. 5 e Ref. 6.
[087] O desempenho de drenagem foi avaliado de acordo com o procedimento do Exemplo 15 usando diferentes sílicas coloidais. A base usada neste Exemplo era baseada em uma pasta de papel contendo 60% de polpa química, que consistia de 80% de madeira de lei e cerca de 20% de madeira conífera, e cerca de 40% de agente de preenchimento, carbonato de cálcio precipitado (PCC) . Os sais foram adicionados para aumentar a condutividade para cerca de 1,5 mS/cm, pH era cerca de 8,3 e a consistência da polpa era cerca de 5,4 g/l.
[088] A Tabela 3 mostra o desempenho de drenagem das sílicas coloidais, em que os níveis de adição são calculados como produto seco na pasta de papel seca:
[089] Como é evidente a partir da Tabela 3, a sílica coloidal contendo partículas de sílica modificada de alumínio de acordo com a invenção, Ex. 5, mostrou melhor desempenho de drenagem com relação às sílicas coloidais contendo partículas de sílica modificada de alumínio usada para comparação, Ref. 5, Ref. 6 e Ref. 7. Também, a sílica coloidal do Ex.6 de acordo com a invenção mostrou melhor desempenho de drenagem com relação às sílicas coloidaisusadas para comparação.
Claims (19)
1. SÍLICA COLOIDAL, caracterizada por ter um pH acima 10, razão molar de SiO2:M2O, na qual M é metal alcalino, de 6:1 a 16:1, concentração de sílica solúvel acima de 3000 mg de SiO2/l, e valor S de 18 a 40%.
2. SÍLICA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo coloide compreender Al.
3. SÍLICA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizada pelo coloide ter uma razão molar de Si:Al de 25:1 a 250:1.
4. SÍLICA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo coloide conter partículas de sílica que são essencialmente livres de alumínio.
5. SÍLICA, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo coloide conter partículas de sílica tendo uma área de superfície específica de pelo menos 500 m2/g.
6. SÍLICA, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo coloide ter um teor de sílica de 3 a 20% em peso.
7. SÍLICA, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo coloide ter um pH de 10,5 a 11,5.
8. SÍLICA, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo coloide ter um valor S de pelo menos 20%.
9. SÍLICA, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo coloide ter uma razão molar de SiO2:M2O, em que M é metal alcalino, de 8:1 a 15:1.
10. SÍLICA, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo coloide ter uma concentração de sílica solúvel de pelo menos 3500 mg de SiO2/l.
11. SÍLICA, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo coloide ter uma condutividade de pelo menos 4,0 mS/cm.
12. PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE UMA SÍLICA COLOIDAL conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado por compreender:(a) acidificação de uma solução de silicato de metal alcalino para um pH a partir de 1 a 4 para formar um coloide ácido,(b) alcalinização do coloide ácido através da adição de solução de silicato de metal alcalino aquoso para obter um coloide intermediário e interromper a adição de solução de silicato de metal alcalino aquoso quando o coloide intermediário tiver alcançado um pH de 5 a 8, (c) agitação do coloide intermediário por um período de tempo a partir de 10 a 6000 segundos sem a adição da solução de silicato de metal alcalino aquoso,(d) alcalinização do coloide intermediário através da adição de solução de silicato de metal alcalino aquoso para obter uma sílica coloidal tendo um pH acima de 10 e razão molar de SiO2:M2O, no qual M é metal alcalino, de 6:1 a 16:1, e(e) adição opcional de um composto de alumínio ao coloide ácido, coloide intermediário ou sílica coloidal.
13. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por compreender a adição de um composto de alumínio ao coloide ácido, coloide intermediário ou sílica coloidal.
14. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 ou 13, caracterizado pelo composto de alumínio ser adicionado em uma quantidade para obter uma sílica coloidal tendo uma razão molar de Si:Al de 25:1 a 250:1.
15. USO DA SÍLICA COLOIDAL conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado por ser como um agente de floculação na purificação de água e como um auxiliar de drenagem e retenção na produção de papel e papelão.
16. PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE PAPEL E PAPELÃO, caracterizado por compreender:(i) provisão de uma suspensão aquosa compreendendo fibras celulósicas;(ii) adição à suspensão de um ou mais auxiliares de drenagem e retenção compreendendo uma sílica coloidal, conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 11; e(iii) desidratação da suspensão obtida para prover uma folha ou malha de papel ou papelão.
17. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo dito um ou mais auxiliares de drenagem e retenção compreenderem um polímero catiônico.
18. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 16 ou 17, caracterizado pelo dito um ou mais auxiliares de drenagem e retenção compreenderem um polímero aniônico.
19. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 16 a 18, caracterizado por compreender ainda a adição à suspensão de um composto de alumínio.
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP13181479 | 2013-08-23 | ||
| EP13181479.0 | 2013-08-23 | ||
| EP13188730.9 | 2013-10-15 | ||
| EP13188730 | 2013-10-15 | ||
| PCT/EP2014/067695 WO2015024951A1 (en) | 2013-08-23 | 2014-08-20 | Silica sol |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BR112016002353A2 BR112016002353A2 (pt) | 2017-08-01 |
| BR112016002353B1 true BR112016002353B1 (pt) | 2021-12-28 |
Family
ID=51359403
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| BR112016002353-6A BR112016002353B1 (pt) | 2013-08-23 | 2014-08-20 | Sílica coloidal, processo para produção de uma sílica coloidal, uso da sílica coloidal, e processo para produção de papel e papelão |
Country Status (12)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US9771271B2 (pt) |
| EP (1) | EP3036192B1 (pt) |
| JP (1) | JP6257770B2 (pt) |
| KR (1) | KR20160048836A (pt) |
| CN (1) | CN105452167B (pt) |
| AU (1) | AU2014310615B2 (pt) |
| BR (1) | BR112016002353B1 (pt) |
| CA (1) | CA2920342C (pt) |
| ES (1) | ES2700776T3 (pt) |
| PL (1) | PL3036192T3 (pt) |
| PT (1) | PT3036192T (pt) |
| WO (1) | WO2015024951A1 (pt) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FI125712B (en) * | 2012-11-13 | 2016-01-15 | Kemira Oyj | Paper-making material and its use |
| CN105819455B (zh) * | 2016-03-31 | 2017-08-25 | 上海理工大学 | 一种介孔硅胶纳米颗粒的制备方法及其应用 |
| EP3759048A1 (en) * | 2018-03-02 | 2021-01-06 | Nouryon Chemicals International B.V. | Charge-reversed silica sol |
| JP7424867B2 (ja) | 2019-03-12 | 2024-01-30 | 東曹産業株式会社 | 珪酸塩系水溶液 |
| CN114735713B (zh) * | 2022-03-02 | 2024-03-29 | 福建同晟新材料科技股份公司 | 一种造纸添加剂用合成二氧化硅的制备工艺 |
Family Cites Families (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE432951B (sv) | 1980-05-28 | 1984-04-30 | Eka Ab | Pappersprodukt innehallande cellulosafibrer och ett bindemedelssystem som omfattar kolloidal kiselsyra och katjonisk sterkelse samt forfarande for framstellning av pappersprodukten |
| SE8403062L (sv) | 1984-06-07 | 1985-12-08 | Eka Ab | Forfarande vid papperstillverkning |
| SE451739B (sv) | 1985-04-03 | 1987-10-26 | Eka Nobel Ab | Papperstillverkningsforfarande och pappersprodukt varvid som avvattnings- och retentionsforbettrande kemikalie anvends katjonisk polyakrylamid och en speciell oorganisk kolloid |
| US5176891A (en) | 1988-01-13 | 1993-01-05 | Eka Chemicals, Inc. | Polyaluminosilicate process |
| CN1022099C (zh) | 1988-03-16 | 1993-09-15 | 日产化学工业株式会社 | 细长形状硅水溶胶制造方法 |
| SE461156B (sv) | 1988-05-25 | 1990-01-15 | Eka Nobel Ab | Saett foer framstaellning av papper varvid formning och avvattning aeger rum i naervaro av en aluminiumfoerening, ett katjoniskt retentionsmedel och en polymer kiselsyra |
| SE500367C2 (sv) | 1989-11-09 | 1994-06-13 | Eka Nobel Ab | Silikasoler och förfarande för framställning av papper |
| SE500387C2 (sv) | 1989-11-09 | 1994-06-13 | Eka Nobel Ab | Silikasoler, förfarande för framställning av silikasoler samt användning av solerna i pappersframställning |
| SE501214C2 (sv) | 1992-08-31 | 1994-12-12 | Eka Nobel Ab | Silikasol samt förfarande för framställning av papper under användande av solen |
| FI98937C (fi) | 1992-10-19 | 1997-09-10 | Ahlstrom Machinery Oy | Menetelmä ja laite lämmön talteenottamiseksi jäteliemen talteenottokattilassa |
| SE502464C2 (sv) | 1994-02-28 | 1995-10-23 | Eka Nobel Ab | Silikabaserade soler, framställning och användning av solerna |
| US5707494A (en) | 1994-03-14 | 1998-01-13 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Process for preparing water soluble polyaluminosilicates |
| CA2292652C (en) | 1997-06-09 | 2004-03-30 | Akzo Nobel N.V. | Polysilicate microgels |
| CO5070714A1 (es) | 1998-03-06 | 2001-08-28 | Nalco Chemical Co | Proceso para la preparacion de silice coloidal estable |
| US6132625A (en) | 1998-05-28 | 2000-10-17 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Method for treatment of aqueous streams comprising biosolids |
| CN1185164C (zh) | 1998-09-10 | 2005-01-19 | 日产化学工业株式会社 | 念珠状硅溶胶、其制法及喷墨记录介质 |
| AU766747B2 (en) * | 1999-05-04 | 2003-10-23 | Akzo Nobel Chemicals International B.V. | Silica-based sols |
| PL197898B1 (pl) | 1999-06-02 | 2008-05-30 | Nalco Chemical Co | Stabilna krzemionka koloidalna oraz sposób wytwarzania stabilnej krzemionki koloidalnej |
| DE19951781A1 (de) | 1999-10-27 | 2001-05-03 | Sued Chemie Ag | Verfahren zur Herstellung von synthetischen Zeolithen mit MFI-Struktur |
| CN1199856C (zh) | 1999-12-20 | 2005-05-04 | 阿克佐诺贝尔公司 | 含水氧化硅基溶胶及其制备方法和用途 |
| DE10297614T5 (de) | 2001-12-25 | 2005-01-27 | Asahi Kasei Chemicals Corp. | Anorganische poröse Feinteilchen |
| BRPI0509204B1 (pt) * | 2004-04-07 | 2016-07-12 | Akzo Nobel | processo para produzir um sol aquoso à base de sílica. |
| US7629392B2 (en) * | 2004-04-07 | 2009-12-08 | Akzo Nobel N.V. | Silica-based sols and their production and use |
| AR066831A1 (es) | 2007-06-07 | 2009-09-16 | Akzo Nobel Nv | Soles a base de silice |
| AR072689A1 (es) | 2008-07-14 | 2010-09-15 | Akzo Nobel Nv | Soles basados en silice metodo para producirlos uso y metodo para producir papel que los utiliza |
| US9222060B2 (en) * | 2009-03-27 | 2015-12-29 | Australian Nuclear Science And Technology Organisation | Triggered release |
-
2014
- 2014-08-20 CN CN201480045434.1A patent/CN105452167B/zh active Active
- 2014-08-20 PT PT14752874T patent/PT3036192T/pt unknown
- 2014-08-20 CA CA2920342A patent/CA2920342C/en active Active
- 2014-08-20 PL PL14752874T patent/PL3036192T3/pl unknown
- 2014-08-20 EP EP14752874.9A patent/EP3036192B1/en active Active
- 2014-08-20 BR BR112016002353-6A patent/BR112016002353B1/pt active IP Right Grant
- 2014-08-20 JP JP2016535466A patent/JP6257770B2/ja active Active
- 2014-08-20 ES ES14752874T patent/ES2700776T3/es active Active
- 2014-08-20 AU AU2014310615A patent/AU2014310615B2/en not_active Ceased
- 2014-08-20 US US14/910,330 patent/US9771271B2/en active Active
- 2014-08-20 KR KR1020167006934A patent/KR20160048836A/ko not_active Application Discontinuation
- 2014-08-20 WO PCT/EP2014/067695 patent/WO2015024951A1/en active Application Filing
-
2017
- 2017-08-28 US US15/688,355 patent/US10450197B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL3036192T3 (pl) | 2019-03-29 |
| US20160176719A1 (en) | 2016-06-23 |
| PT3036192T (pt) | 2019-01-08 |
| EP3036192B1 (en) | 2018-10-03 |
| AU2014310615A1 (en) | 2016-02-11 |
| JP2016536257A (ja) | 2016-11-24 |
| US10450197B2 (en) | 2019-10-22 |
| CN105452167A (zh) | 2016-03-30 |
| CA2920342A1 (en) | 2015-02-26 |
| CA2920342C (en) | 2020-02-18 |
| US9771271B2 (en) | 2017-09-26 |
| EP3036192A1 (en) | 2016-06-29 |
| CN105452167B (zh) | 2017-09-22 |
| JP6257770B2 (ja) | 2018-01-10 |
| KR20160048836A (ko) | 2016-05-04 |
| US20170355606A1 (en) | 2017-12-14 |
| ES2700776T3 (es) | 2019-02-19 |
| AU2014310615B2 (en) | 2017-04-20 |
| BR112016002353A2 (pt) | 2017-08-01 |
| WO2015024951A1 (en) | 2015-02-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7608644B2 (en) | Aqueous silica-containing composition | |
| RU2363656C2 (ru) | Золи на основе диоксида кремния, их получение и использование | |
| JP5140000B2 (ja) | 紙の製造方法 | |
| US10450197B2 (en) | Silica sol | |
| BRPI0812689B1 (pt) | Composição de carga, método de preparação de uma composição de carga, uso de uma composição de carga, processo de produção de papel e papel assim obtido | |
| CA2934323C (en) | Silica sols, method and apparatus for producing the same and use thereof in papermaking | |
| JP5671088B2 (ja) | シリカ系ゾル | |
| PT1456468E (pt) | Composição aquosa contendo sílica e processos para a produção de papel | |
| EP1456469B1 (en) | Aqueous silica-containing composition and process for production of paper | |
| JP2008540853A (ja) | 紙の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| B06F | Objections, documents and/or translations needed after an examination request according [chapter 6.6 patent gazette] | ||
| B06U | Preliminary requirement: requests with searches performed by other patent offices: procedure suspended [chapter 6.21 patent gazette] | ||
| B06A | Patent application procedure suspended [chapter 6.1 patent gazette] | ||
| B09A | Decision: intention to grant [chapter 9.1 patent gazette] | ||
| B16A | Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette] |
Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 20 (VINTE) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 20/08/2014, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS. |