JP2002543303A - シリカをベースとするゾル - Google Patents
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Abstract
Description
には、本発明はシリカをベースとするゾル及びシリカをベースとする粒子、それ
らの製造並びに紙の製造におけるそれらの使用に関する。本発明の方法はシリカ
をベースとする粒子及びシリカをベースとする粒子を含むゾルに高い脱水性能及
び歩留り性能、高い安定性並びに高い固形分を与える。
濁液(紙料と称される)が紙料をフォーミングワイヤに放出するヘッドボックス
に供給される。水がフォーミングワイヤにより紙料から排出され、その結果、紙
の湿潤ウェブがワイヤ上に形成され、紙ウェブが抄紙機の乾燥部分中で更に脱水
され、乾燥される。脱水助剤及び歩留り助剤が脱水を促進し、かつセルロース繊
維への微細粒子の吸着を増大するために紙料に通常導入され、その結果、それら
がワイヤ上で繊維で保持される。
とするポリマー並びにカチオン澱粉及び両性澱粉のような荷電された有機ポリマ
ーと組み合わせて脱水助剤及び歩留り助剤として広く使用される。このような添
加剤系が米国特許第4,388,150号、同第4,961,825号、同第4
,980,025号、同第5,368,833号、同第5,603,805号、
同第5,607,552号、及び同第5,858,174号、並びに国際特許出
願WO97/18351に開示されている。これらの系は現在使用されている中
で最も有効な脱水助剤及び歩留り助剤である。
イド懸濁液、所謂ゾルの形態で供給される。商用のシリカをベースとするゾルは
通常約7〜15重量%のシリカ含量を有し、少なくとも300m2/gの比表面
積を有する粒子を含む。高い比表面積を有するシリカをベースとする粒子のゾル
は通常貯蔵安定性を改良し、ゲル形成を避けるために一層希薄である。
カをベースとするゾル及び粒子を提供することができることは有利であろう。ま
た、改良された脱水特性、歩留り特性及び安定性特性を有するシリカをベースと
するゾル及び粒子の調製方法を提供することができることは有利であろう。また
、改良された脱水及び/又は歩留りを有する製紙方法を提供することができるこ
とは有利であろう。
り助剤としての使用に適しているシリカをベースとするゾル及び粒子が提供され
る。本発明のシリカをベースとするゾル及び粒子は長い期間にわたって良好な安
定性、注目すべきはゲル形成を避けるために高表面積安定性及び高い安定性を示
し、それ故、それらは高い比表面積及び高いシリカ濃度で調製され、輸送し得る
。このゾルは高いシリカ濃度における貯蔵時に高い比表面積を維持するために改
良された能力を有する。このシリカをベースとするゾル及び粒子はアニオン、カ
チオン及び/又は両性の有機ポリマーと連係して使用される場合に非常に良好又
は改良された脱水及び歩留りを更にもたらす。これにより、本発明は抄紙機の速
度を増大し、低用量の添加剤を使用して相当する脱水効果及び/又は歩留り効果
を得ることを可能にし、それにより改良された製紙方法及び経済的利益をもたら
す。こうして、本発明は特許請求の範囲に更に特定されるようなシリカをベース
とする粒子及びシリカをベースとする粒子を含む水性ゾル(また本明細書中、シ
リカをベースとするゾルと称される)、並びにこれらの製造に関する。
に記載されたような有機ポリマーと組み合わせて、製紙における脱水助剤及び歩
留り助剤としてのシリカをベースとするゾル及び粒子の使用に関する。本明細書
に使用される“脱水助剤及び歩留り助剤”という用語は、製紙紙料に添加される
場合に、これらの成分を添加しない場合に得られるよりも良好な脱水及び/又は
歩留りを生じる一種以上の成分(助剤、薬剤又は添加剤)を表す。更に、本発明
はセルロース繊維、及び任意のてん料を含む水性懸濁液からの紙の製造方法に関
するものであり、その方法は懸濁液にシリカをベースとする粒子及び少なくとも
一種の荷電された有機ポリマーを添加し、ワイヤ上で該懸濁液を形成し、脱水す
ることを含む。こうして、本発明は特許請求の範囲に更に特定されるような方法
に関する。
、即ち、シリカ(SiO2)又はケイ酸をベースとする粒子を含む水性ゾルであ
る。これらの粒子はコロイド、即ち、粒子サイズのコロイド範囲であることが好
ましい。このシリカをベースとするゾルは10〜45%、好適には20〜40%
、好ましくは25〜35%の範囲内のS値を有し得る。このS値はIler & Dalto
nによりJ. Phys. Chem. 60(1956), 955-957に記載されたようにして測定され、
計算し得る。このS値は凝集物又はミクロゲル形成の程度を示し、低いS値は高
度の凝集を示す。
5:1、好ましくは15:1〜30:1の範囲内のSiO2対M2O(式中、Mは
アルカリ金属イオン(例えば、Li、Na、K)及び/又はアンモニウムである
)のモル比を有し得る。このシリカをベースとするゾルは少なくとも10.0、
好適には少なくとも10.5、好ましくは少なくとも10.6、最も好ましくは
少なくとも10.7のpHを有し得る。このpHは約11.5まで、好適には1
1.0までであってもよい。
有するべきであるが、シリカ含量が10〜30重量%、好ましくは12〜20重
量%の範囲内であることが更に好適である。輸送を簡素化し、輸送コストを低減
するために、高濃度のシリカをベースとするゾルを輸送することが一般に好まし
いが、仕上げ成分との混合を改良するために、シリカをベースとするゾル及び粒
子を水で希釈し、混合して使用前にシリカ含量を、例えば、少なくとも0.05
重量%、好ましくは0.05〜5重量%の範囲内に実質的に低下することが勿論
可能であり、通常好ましい。シリカをベースとするゾルの粘度は、例えば、ゾル
のシリカ含量に応じて変化し得る。通常、その粘度は少なくとも5cP、通常5
〜40cP、好適には6〜30cP、好ましくは7〜25cPの範囲内である。
この粘度(これは好適には少なくとも10重量%のシリカ含量を有するゾルにつ
いて測定される)は既知の技術により、例えば、ブロックフィールドLVDV
II+粘度計を使用して測定し得る。本発明の好ましいシリカをベースとするゾ
ルは安定である。これはこれらのシリカをベースとするゾルが、1ケ月にわたっ
て20℃で暗所かつ非撹拌条件下の貯蔵又はエージングにかけられた時に、あっ
たとしても粘度のごく小さい上昇を示すことを意味する。
好ましくは約1〜約10nmの範囲の平均粒子サイズを有する。シリカ化学で通
常のように、粒子サイズは一次粒子(これらは凝集されてもよく、また凝集され
なくてもよい)の平均サイズを表す。このシリカをベースとする粒子の比表面積
は好適には少なくとも300m2/g SiO2、好ましくは少なくとも550m 2 /gである。一般に、比表面積は約1050m2/gまで、好適には1000m 2 /gまでであってもよい。本発明の好ましい実施態様において、この比表面積
は550〜725m2/g、好ましくは575〜700m2/gの範囲内である。
本発明の別の好ましい実施態様において、この比表面積は775〜1050m2
/gの範囲内である。比表面積はアルミニウム種及びホウ素種のような滴定を妨
げ得るサンプル中に存在するあらゆる化合物についての適当な除去又は調節後に
、例えば、SearsによりAnalytical Chemistry 28(1956):12, 1981-1983に
、また米国特許第5,176,891号に記載されたように、既知の様式でNa
OHによる滴定により測定し得る。本明細書に使用される“比表面積”という用
語はシリカをベースとする粒子の平均比表面積を表し、それはシリカ1グラム当
りの平方メートル数(m2/g SiO2)として表される。
20〜40%の範囲のS値、7〜25cPの粘度、少なくとも10.6のpH、
15〜30の範囲内のSiO2対M2Oのモル比、少なくとも10重量%のシリカ
含量を有し、550〜1050m2/gの範囲内の比表面積を有するコロイドの
アニオン性のシリカをベースとする粒子を含む。15〜20重量%のシリカ含量
を有する本発明のシリカをベースとするゾルは、通常550〜725m2/gの
範囲内の比表面積を有する粒子を含み、一方、10〜15重量%のシリカ含量を
有する本発明のシリカをベースとするゾルは通常775〜1050m2/gの範
囲内の比表面積を有する粒子を含む。
アルミニウムを含まず、即ち、アルミニウムを含む添加改質剤を含まない。本発
明の別の好ましい実施態様において、本シリカをベースとするゾルは実質的にホ
ウ素を含まず、即ち、ホウ素を含む添加改質剤を含まない。しかしながら、少量
のこのような元素がシリカをベースとするゾル及び粒子を調製するのに使用され
る原料中に存在し得る。本発明の更に別の好ましい実施態様において、本シリカ
をベースとするゾルは種々の元素、例えば、アルミニウム及び/又はホウ素を使
用して変性され、これらの元素は水相及び/又はシリカをベースとする粒子中に
存在し得る。アルミニウムが使用される場合、このゾルは1:4〜1:1500
、好適には1:8〜1:1000、好ましくは1:15〜1:500の範囲内の
Al2O3対SiO2のモル比を有し得る。ホウ素が使用される場合、このゾルは
1:4〜1:1500、好適には1:8〜1:1000、好ましくは1:15〜
1:500の範囲内のB対SiO2のモル比を有し得る。アルミニウム及びホウ
素の両方が使用される場合、Al対Bのモル比は100:1〜1:100、好適
には50:1〜1:50の範囲内であってもよい。
リウム水ガラス又はナトリウム水ガラス、好ましくはナトリウム水ガラスのよう
な通常のケイ酸塩水溶液から出発して製造し得る。このケイ酸塩溶液又は水ガラ
ス中のSiO2対M2O(式中、Mはアルカリ金属、例えば、ナトリウム、カリウ
ム、アンモニウム、又はこれらの混合物である)のモル比は好適には1.5:1
〜4.5:1、好ましくは2.5:1〜3.9:1の範囲内である。好適には、
約3〜約12重量%、好ましくは約5〜約10重量%のSiO2含量を有し得る
希薄なケイ酸塩溶液又は水ガラスが使用される。このケイ酸塩溶液又は水ガラス
(これは通常13付近又は13以上のpHを有する)は約1〜約4のpHに酸性
にされる。この酸性化は既知の様式で鉱酸、例えば、硫酸、塩酸及びリン酸の添
加により、又は必要により水ガラスの酸性化に適していると知られているその他
の薬品、例えば、硫酸アンモニウム及び二酸化炭素を一緒に用いて行ない得る。
鉱酸を添加する場合、この酸性化は好適には二つの工程、約8〜9のpHへの第
一工程、その後に或る種の熟成で行なわれ、即ち、粒子成長が約1〜約4のpH
への更なる酸性化の前に起こるようにされる。しかしながら、この酸性化は、中
でも、更に安定な生成物をもたらす酸カチオン交換樹脂により行なわれることが
好ましい。この酸性化は強酸カチオン交換樹脂、例えば、スルホン酸型の樹脂に
より行なわれることが好ましい。この酸性化は約2〜4、最も好ましくは約2.
2〜3.0のpHまで行なわれることが好ましい。得られた生成物、酸性ゾル又
はポリケイ酸は高い比表面積、通常1000m2/g以上、通常約1300m2/
g付近を有するシリカをベースとする粒子を含む。
る)にかけられる。この第一アルカリ化は通常のアルカリ、例えば、水酸化リチ
ウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム及びこれらの混
合物、及び/又は先に特定されたようなケイ酸塩水溶液の添加により行ない得る
。先に特定されたようなSiO2対M2Oのモル比を有する、カリウム水ガラス及
びナトリウム水ガラス、特にナトリウム水ガラスが本アルカリ化工程に使用され
ることが好適である。本第一アルカリ化に使用される水ガラス溶液のSiO2含
量は好適には約3〜約35重量%の範囲内、好ましくは5〜30重量%の範囲内
である。本第一アルカリ化は通常少なくとも6、好適には少なくとも7、好まし
くは少なくとも7.5のpHまで行なわれ、このpHは通常10.5まで、好適
には10.0までである。この第一アルカリ化は更に好適には約20:1〜約8
0:1、好ましくは30:1〜70:1の範囲内のSiO2対M2O(Mは先に定
義されたとおりである)の最終モル比まで行なわれる。先に特定されたようなゾ
ルの調製において、ミクロゲルの程度は幾つかの方法で影響され、所望の値に調
節し得る。このミクロゲルの程度は塩含量、酸性ゾルの調製中及び第一アルカリ
化工程中の濃度の調節により影響される。何とならば、このゾルに関する安定性
最小値が約5のpHで合格とされる場合に、この工程中に、ミクロゲルの程度が
影響されるからである。この合格時の延長時間により、ミクロゲルの程度が所望
の値に誘導し得る。このミクロゲルの程度を第一アルカリ化工程中に乾燥含量、
SiO2含量の調節により調節することが特に好適であり、これにより高い乾燥
含量が低いS値を生じる。この第一アルカリ化工程におけるSiO2含量を4.
5〜8重量%の範囲内に保つことにより、S値が、例えば、10〜45%の所望
の値に調節し得る。20〜40%の範囲内のS値を有するゾルを得るために、第
一アルカリ化工程におけるSiO2含量は5.0〜7.5重量%の範囲内に保た
れることが好適である。
ースとする粒子が粒子成長にかけられ、その結果、低い比表面積及び高い安定性
を有する粒子が得られる。この粒子成長プロセスは好適には少なくとも300m 2 /g、好ましくは少なくとも550m2/gかつ約1050m2/gまで、好適
には1000m2/gまでの比表面積を有するシリカをベースとする粒子を与え
るように行なわれるべきである。本発明の好ましい実施態様において、この粒子
成長プロセスは550〜725m2/gの範囲内の比表面積を与えるように行な
われる。本発明の別の好ましい実施態様において、この粒子成長プロセスは77
5〜1050m2/gの範囲内の比表面積を与えるように行なわれる。表面積の
減少は若干長い時間、約2昼夜までの日の間の室温における貯蔵、又は、好まし
くは熱処理により得られる。この熱処理中に、時間及び温度は短時間が高温で使
用されるように調節し得る。たとえ、かなり高い温度を非常に短い時間中に使用
することが勿論可能であるとしても、低温を若干長い時間中に使用することが、
実用的な観点から、一層好適である。この熱処理中に、アルカリ化ゾルが好適に
は少なくとも30℃、好適には35〜95℃、好ましくは40〜80℃の温度で
加熱されるべきである。この熱処理は好適には少なくとも10分間、好適には1
5〜600分間、好ましくは20〜240分間行なわれるべきである。
化(本明細書中、第二アルカリ化工程と称される)にかけられる。この第二アル
カリ化は通常のアルカリ、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化
カリウム、水酸化アンモニウム及びこれらの混合物、及び/又は先に特定された
ようなケイ酸塩水溶液の添加により行ない得る。先に特定されたようなSiO2
対M2Oのモル比を有する、カリウム水ガラス及びナトリウム水ガラス、特にナ
トリウム水ガラスが第二アルカリ化工程で使用されることが好適である。第二ア
ルカリ化に使用される水ガラス溶液のSiO2含量は好適には約3〜約35重量
%の範囲内、好ましくは5〜30重量%の範囲内である。第二アルカリ化は少な
くとも10.0、好適には少なくとも10.5、好ましくは少なくとも10.6
、最も好ましくは少なくとも10.7のpHまで行なわれることが好適である。
このpHは約11.5まで、好適には11.0までであってもよい。この第二ア
ルカリ化は約10:1〜40:1、好適には12:1〜35:1、好ましくは1
5:1〜30:1の範囲内のSiO2対M2O(Mは先に特定されたとおりである
)の最終モル比まで行なわれることが更に好適である。
とするゾルの濃縮を含むことができる。別途、又は更に、前記第一アルカリ化後
かつ粒子成長もしくは熱処理工程前に得られたアルカリ化ゾル、又は粒子成長も
しくは熱処理後かつ第二アルカリ化前に得られたゾルは濃縮にかけられてもよい
。濃縮は既知の様式で、例えば、浸透圧方法、蒸発及び限外濾過により行ない得
る。この濃縮は少なくとも10重量%、好ましくは10〜30重量%、更に好ま
しくは12〜20重量%のシリカ含量を得るために行なわれることが好適である
。
及び/又はホウ素を含む化合物の添加により変性し得る。好適なアルミニウム含
有化合物として、アルミン酸ナトリウム及びアルミン酸カリウムのようなアルミ
ン酸塩、好適にはアルミン酸ナトリウムが挙げられる。このアルミニウム含有化
合物は水溶液の形態で使用されることが好適である。好適なホウ素含有化合物と
して、ホウ酸、ホウ酸ナトリウム及びホウ酸カリウムのようなホウ酸塩、好適に
はホウ酸ナトリウム、テトラホウ酸ナトリウム及びテトラホウ酸カリウムのよう
なテトラホウ酸塩、好適にはテトラホウ酸ナトリウム、並びにメタホウ酸ナトリ
ウム及びメタホウ酸カリウムのようなメタホウ酸塩が挙げられる。このホウ素含
有化合物は水溶液の形態で使用されることが好適である。
化工程の前又は後に粒子成長又は熱処理にかけられたゾルに添加することが好適
である。別途、又は更に、このアルミニウム含有化合物は酸性にされるケイ酸塩
溶液、酸性ゾル又は粒子成長もしくは熱処理工程の前に第一アルカリ化工程で得
られたアルカリ化ゾルに添加し得る。このアルミニウム含有化合物は酸性化工程
で酸と混合して、またアルカリ化工程のいずれかでアルカリ溶液又はケイ酸塩溶
液と混合して添加し得る。このアルミニウム含有化合物は得られたゾルが先に特
定されたAl2O3対SiO2のモル比を有するような量で添加されることが好適
である。
の前又は後に粒子成長又は熱処理にかけられたゾルに添加することが好適である
。別途、又は更に、このホウ素含有化合物は酸性にされるケイ酸塩溶液、酸性ゾ
ル又は粒子成長もしくは熱処理工程の前に第一アルカリ化工程で得られたアルカ
リ化ゾルに添加し得る。このホウ素含有化合物は酸性化工程で酸と混合して、ま
たアルカリ化工程のいずれかでアルカリ溶液又はケイ酸塩溶液と混合して添加し
得る。このホウ素含有化合物は得られたゾルが先に特定されたB対SiO2のモ
ル比を有するような量で添加されることが好適である。このアルミニウム含有化
合物及びホウ素含有化合物の両方が使用される場合、それらは得られたゾルが好
適には先に特定されたAl対Bのモル比を有するような量で添加されることが好
適である。
カリ金属イオン又はアンモニウムイオンを含む場合、これらのイオンの少なくと
も一部を、例えば、イオン交換により除去して先に特定された所望の範囲内のS
iO2対M2Oの最終モル比を有するシリカをベースとするゾルを得ることが好ま
しい。
20重量%のシリカ含量、及び少なくとも5cP、通常5〜40cP、好適には
6〜30cP、好ましくは7〜25cPの範囲内の粘度を有するシリカをベース
とするゾルが調製され、製造されたゾルは良好な貯蔵安定性を示し、比表面積の
実質的な減少及びゲル形成を生じないで数ヶ月にわたって貯蔵し得る。
における凝集剤として、注目すべきは異種の廃水の精製及びパルプと紙の工業か
らの白水の特別な精製の両方についての、水精製の分野内の脱水助剤及び歩留り
助剤としての使用に適している。本シリカをベースとするゾル及び粒子はアニオ
ン、両性、非イオン性及びカチオンのポリマー並びにこれらの混合物から選択し
得る有機ポリマー(本明細書中、“主ポリマー”とも称される)と組み合わせて
、凝集剤として、注目すべきは脱水助剤及び歩留り助剤として使用し得る。凝集
剤として、また脱水助剤及び歩留り助剤としてのこのようなポリマーの使用は当
業界で公知である。これらのポリマーは天然源又は合成源から誘導され、それら
は線状であってもよく、分岐していてもよく、また架橋されていてもよい。一般
に好適な主ポリマーの例として、アニオン、両性及びカチオンの澱粉、アニオン
、両性及びカチオンのグアーガム、及びアニオン、両性及びカチオンのアクリル
アミドをベースとするポリマー、並びにカチオンポリ(ジアリルジメチルアンモ
ニウムクロリド)、カチオンポリエチレンイミン、カチオンポリアミン、ポリア
ミドアミン及びビニルアミドをベースとするポリマー、メラミン−ホルムアルデ
ヒド樹脂及び尿素−ホルムアルデヒド樹脂が挙げられる。本シリカをベースとす
るゾルは少なくとも一種のカチオンポリマー又は両性ポリマー、好ましくはカチ
オンポリマーと組み合わせて使用されることが好適である。カチオン澱粉及びカ
チオンポリアクリルアミドが特に好ましいポリマーであり、それらは単独で、互
いに一緒に、又はその他のポリマー、例えば、その他のカチオンポリマーもしく
はアニオンポリアクリルアミドと一緒に使用し得る。この主ポリマーの分子量は
好適には1,000,000以上、好ましくは2,000,000以上である。この上限は重要では
ない。それは約50,000,000、通常30,000,000、好適には約25,000,000であっても
よい。しかしながら、天然源から誘導されたポリマーの分子量は更に高くてもよ
い。
子を使用する場合、少なくとも一種の低分子量(以下、LMW)カチオン有機ポ
リマー(普通アニオントラッシュキャッチャー(ATC)と称され、使用される
)を使用することが更に好ましい。ATCは紙料中に存在する有害なアニオン物
質用の中和剤及び/又は固定剤として当業界で知られており、脱水助剤及び歩留
り助剤と組み合わせてのこれらの使用が脱水及び/又は歩留りの更なる改良をし
ばしば与える。このLMWカチオン有機ポリマーは天然源又は合成源から誘導さ
れ、それはLMW合成ポリマーであることが好ましい。この型の好適な有機ポリ
マーとして、LMW高度に荷電されたカチオン有機ポリマー、例えば、ポリアミ
ン、ポリアミドアミン、ポリエチレンイミン、ジアリルジメチルアンモニウムク
ロリド、(メタ)アクリルアミド及び(メタ)アクリレートをベースとするホモ
ポリマー及びコポリマーが挙げられる。この主ポリマーの分子量に関して、LM
Wカチオン有機ポリマーの分子量は低いことが好ましく、それは好適には少なく
とも1,000、好ましくは少なくとも10,000である。この分子量の上限は通常約700
,000、好適には約500,000、通常約200,000である。本発明のシリカをベースとす
るゾルと同時使用し得るポリマーの好ましい組み合わせとして、一種以上の主ポ
リマー、例えば、カチオン澱粉及び/又はカチオンポリアクリルアミド、アニオ
ンポリアクリルアミド、並びにアニオンポリアクリルアミドと組み合わせてのカ
チオン澱粉及び/又はカチオンポリアクリルアミドと組み合わせてのLMWカチ
オン有機ポリマーが挙げられる。
添加し得る。シリカをベースとする粒子及び有機ポリマー、例えば、主ポリマー
を含む脱水助剤及び歩留まり助剤を使用する場合、たとえ逆の添加の順序が使用
されてもよいとしても、このシリカをベースとする粒子を添加する前にポリマー
を紙料に添加することが好ましい。主ポリマーをせん断段階(これはポンプ輸送
、混合、洗浄等から選ばれる)の前に添加し、本シリカをベースとする粒子をそ
のせん断段階の後に添加することが更に好ましい。LMWカチオン有機ポリマー
は、使用される場合には、主ポリマーを導入する前に紙料に導入されることが好
ましい。また、LMWカチオン有機ポリマー及び主ポリマーは、例えば、米国特
許第5,858,174号明細書(これは参考として本明細書に含まれる)に開
示されたように、別々に、又は混合して、実質的に同時に紙料に導入し得る。こ
のLMWカチオン有機ポリマー及び主ポリマーはシリカをベースとするゾルを導
入する前に紙料に導入されることが好ましい。
上記のような少なくとも一種の有機ポリマー、及び少なくとも一種のアルミニウ
ム化合物と組み合わせて脱水助剤及び歩留り助剤として使用される。アルミニウ
ム化合物はシリカをベースとする粒子を含む紙料添加剤の脱水性能及び/又は歩
留り性能を更に改良するのに使用し得る。好適なアルミニウム塩として、ミョウ
バン、アルミン酸塩、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム及びポリアルミニウ
ム化合物、例えば、ポリ塩化アルミニウム、ポリ硫酸アルミニウム、塩素イオン
及び硫酸イオンの両方を含むポリアルミニウム化合物、ポリケイ酸−硫酸アルミ
ニウム、及びこれらの混合物が挙げられる。このポリアルミニウム化合物はまた
その他のアニオン、例えば、ポリリン酸、有機酸、例えば、クエン酸及びシュウ
酸からのアニオンを含んでもよい。好ましいアルミニウム塩として、アルミン酸
ナトリウム、ミョウバン及びポリアルミニウム化合物が挙げられる。このアルミ
ニウム化合物はシリカをベースとする粒子の添加の前又は後に添加し得る。別途
、又は更に、このアルミニウム化合物は、例えば、米国特許第5,846,38
4号明細書(これは参考として本明細書に含まれる)に開示されたように、実質
的に同じ時点で本シリカをベースとするゾルと、別々に、又はそれと混合して、
同時に添加し得る。多くの場合、アルミニウム化合物をそのプロセスの早期に、
例えば、その他の添加剤の前に紙料に添加することがしばしば好適である。
げの型、てん料含量、てん料の型、添加の時点等に応じて広い制限内で変化し得
る量で脱水すべき紙料に添加される。一般に、これらの成分はこれらの成分を添
加しない場合に得られるよりも良好な脱水及び/又は歩留りを生じる量で添加さ
れる。本シリカをベースとするゾル及び粒子は通常SiO2として計算し、乾燥
紙料物質、即ち、セルロース繊維及び任意のてん料を基準として少なくとも0.
001重量%、しばしば少なくとも0.005重量%の量で添加され、その上限
は通常1.0重量%、好適には0.5重量%である。前記主ポリマーは通常乾燥
紙料物質を基準として少なくとも0.001重量%、しばしば少なくとも0.0
05重量%の量で添加され、その上限は通常3重量%、好適には1.5重量%で
ある。LMWカチオン有機ポリマーをそのプロセスに使用する場合、それは脱水
すべき紙料の乾燥物質を基準として少なくとも0.05%の量で添加し得る。好
適には、その量は0.07〜0.5%の範囲、好ましくは0.1〜0.35%の
範囲である。アルミニウム化合物をそのプロセスに使用する場合、脱水すべき紙
料に導入される合計量は使用されるアルミニウム化合物の型及びそれから所望さ
れるその他の効果に依存する。例えば、アルミニウム化合物をロジンをベースと
するサイジング剤の沈殿剤として利用することが当業界で公知である。添加され
る合計量は通常Al2O3として計算し、乾燥紙料物質を基準として少なくとも0
.05%である。好適には、その量は0.1〜3.0%の範囲、好ましくは0.
5〜2.0%の範囲である。
補強剤、増白剤、染料、ロジンをベースとするサイジング剤及びセルロース反応
性サイジング剤のようなサイジング剤、例えば、アルキルケテン二量体及びアル
ケニルケテン二量体及びこれらのケテン多量体、アルキル無水コハク酸及びアル
ケニル無水コハク酸等が本発明の添加剤と組み合わせて使用し得る。セルロース
懸濁液、又は紙料はまた通常の型の鉱物質てん料、例えば、カオリン、チャイナ
クレー、二酸化チタン、石膏、タルク並びに天然及び合成の炭酸カルシウム、例
えば、チョーク、粉砕大理石及び沈殿炭酸カルシウムを含んでもよい。
語は、勿論、紙及びその製品を含むだけでなく、その他のセルロース繊維を含む
シート又はウェブのような製品、例えば、ボード及び板紙、並びにこれらの製品
を含む。その方法はセルロースを含む繊維の懸濁液の異なる型からの紙の製造に
使用でき、懸濁液は好適には乾燥物質を基準として少なくとも25重量%、好ま
しくは少なくとも50重量%のこのような繊維を含むべきである。この懸濁液は
化学パルプ、例えば、硫酸パルプ、亜硫酸パルプ及び有機溶剤パルプ、メカニカ
ルパルプ、例えば、サーモメカニカルパルプ、ケミサーモメカニカルパルプ、リ
ファイナパルプ並びに広葉樹及び針葉樹の両方からの砕木パルプからの繊維をベ
ースとし、また必要により脱インキパルプからのリサイクル繊維、及びこれらの
混合物をベースとし得る。前記懸濁液、紙料のpHは約3〜約10の範囲内であ
ってもよい。このpHは好適には約3.5以上であり、好ましくは4〜9の範囲
内である。
目的とするものではない。部及び%は、特にことわらない限り、夫々重量部及び
重量%に関する。
トリウム水ガラス762.7gを水で3000gに希釈して6.9重量%のSi
O2含量を有するケイ酸塩溶液(I)を得た。このケイ酸塩又は水ガラス溶液2
800gを水素イオンで飽和された強カチオン交換樹脂で装填されたカラムに通
した。6.5重量%のSiO2含量及び2.4のpHを有するイオン交換された
水ガラス又はポリケイ酸(II)2450gをイオン交換樹脂から回収した。こ
のポリケイ酸(II)1988gを反応器に供給し、水12.3gで希釈した。
次いで6.9%のケイ酸塩溶液(I)173.9gを激しい撹拌下で添加した。
次いで得られる溶液を85℃で60分間加熱し、次いで20℃に冷却した。得ら
れたシリカゾル(1a)は下記の特性を有していた。 ゾル1a(参考例):SiO2含量=7.3重量%、モル比SiO2/Na2O=
40、pH=10.2、S値=29%、粘度=2.2cP及び粒子の比表面積=
530m2/g
特性を有していた。 ゾル1b(参考例):SiO2含量=7.3重量%、モル比SiO2/Na2O=
63、pH=10.0、S値=26、粘度=2.7cP及び粒子の比表面積=5
00m2/g ゾル1c(参考例):SiO2含量=5.4重量%、モル比SiO2/Na2O=
35、pH=9.8、S値=32、粘度=1.6cP及び粒子の比表面積=69
0m2/g
造され、5.46重量%のSiO2含量を有するポリケイ酸(II)と同様のポ
リケイ酸から調製した。そのポリケイ酸102.0kgに、激しい撹拌下で3.
3の比SiO2/Na2Oを有するナトリウム水ガラス1.46kgを添加して5
4.0のモル比SiO2/Na2Oを有する溶液を得た。この溶液を60℃で2時
間20分にわたって熱処理し、20℃に冷却し、その後に生成物を15.6重量
%のSiO2含量まで濃縮した。この中間体ゾル生成物を今6種の別々のサンプ
ル、a〜fに分けた。サンプルa〜cをNaOHで更にアルカリ化し、サンプル
d〜fを水ガラスでアルカリ化して21.5〜34.0のモル比SiO2/Na2 O及び約15.0重量%のシリカ含量を有するゾルを得た。シリカをベースとす
る粒子の得られたゾルは表1に示された特性を有していた。
比SiO2/Na2Oまでアルカリ化されたポリケイ酸(II)を60℃で1時間
熱処理した。この生成物58kgに、3.3のモル比SiO2/Na2O及び5.
5重量%のシリカ含量を有する希釈された水ガラス7.25kgを添加した。シ
リカをベースとする粒子の得られるゾル、ゾル3を15.2重量%のシリカ含量
まで濃縮し、モル比SiO2/Na2O=24、pH=10.7、S値=34、粘
度=9.0cp及び粒子の比表面積=760m2/gを有していた。
撹拌下で27.1重量%のSiO2含量及びモル比SiO2/Na2O=3.3を
有する水ガラス溶液14.5gと混合して51のモル比SiO2/Na2O及び5
.8重量%のSiO2のシリカ含量を有する生成物を得、これを60℃で1.5
時間熱処理し、次いで16.7重量%のSiO2のシリカ含量まで濃縮した。得
られた生成物283gをNaOH33.0gと混合してSiO2含量=15.2
重量%、モル比SiO2/Na2O=21、pH=10.6、S値=32%、粘度
=14.2cP及び粒子の比表面積=720m2/gを有するシリカをベースと
する粒子のゾル、ゾル4を得た。
、実施例3の一般操作に従った。シリカをベースとする粒子の2種のゾル、ゾル
5a及びゾル5bを調製した。ゾル5aはSiO2含量=18重量%、モル比S
iO2/Na2O=18、pH=10.7、S値=36%、粘度=18cP及び粒
子の比表面積=700m2/gを有していた。ゾル5bはSiO2含量=20重量
%、モル比SiO2/Na2O=18.3、pH=10.7、S値=37%、粘度
=31cP及び粒子の比表面積=700m2/gを有していた。
DDA)により評価した。この装置は栓を除去し、紙料が存在する面と反対のワ
イヤのその面に真空を適用する時にワイヤ中の設定容積の紙料を脱水する時間を
測定するものである。
漂白カバスルフェート及び40%の漂白マツスルフェートのブレンドをベースと
していた。紙料容積は800mlであり、コンシステンシーは0.25%であり
、pHは約8.0であった。紙料の導電率を硫酸ナトリウムの添加により0.4
7mS/cmに調節した。
142(これは0.042の置換度を有する通常の中間−高カチオン化澱粉であ
る)と一緒に使用し、これを乾燥紙料系の乾燥澱粉として計算して12kg/ト
ンの量で紙料に添加した。実施例1〜4のシリカをベースとするゾルをこの実施
例で試験した。加えて、ゾル6a及び6bをまた比較目的のために試験した。ゾ
ル6aはS値=45%、SiO2含量=15.0重量%、モル比SiO2/Na2
O=40、粘度=3.0cP、粒子の比表面積=500m2/gを有する市販の
シリカゾルである。ゾル6bはS値=36%、SiO2含量=10.0重量%、
モル比SiO2/Na2O=10、粘度=2.5cP、粒子の比表面積=880m 2 /gを有する別の市販のシリカゾルである。このシリカをベースとするゾルを
SiO2として計算し、乾燥紙料系を基準として0.5kg/トンの量で添加し
た。
品添加を以下のようにして行なった。i)カチオン澱粉を紙料に添加し、続いて
30秒撹拌し、ii)シリカをベースとするゾルを紙料に添加し、続いて15秒
撹拌し、iii)紙料を脱水するとともに脱水時間を自動的に記録した。 異なるシリカをベースとするゾルに関する脱水時間を表2に示す。
水性能を実施例6の一般操作に従って評価した。この紙料を脱水することにより
得られた濾液、白水の濁度を比濁計により測定することにより歩留り性能を評価
した。
aに対し試験した。表3はSiO2として計算し、乾燥紙料系を基準としたシリ
カをベースとする粒子の種々の用量(kg/トン)で得られた脱水時間を示す。
カチオン澱粉(乾燥紙料系の乾燥澱粉として計算して12kg/トン)のみの添
加が15.8秒の脱水時間をもたらした。
Claims (21)
- 【請求項1】 水性ゾルが10〜45%の範囲内のS値、5〜40cPの範
囲内の粘度及び10:1〜40:1の範囲内のSiO2対M2O(式中、Mはアル
カリ金属又はアンモニウムである)のモル比を有することを特徴とするシリカを
ベースとする粒子を含む水性ゾル。 - 【請求項2】 水性ゾルが10〜45%の範囲内のS値、5〜40cPの範
囲内の粘度及び少なくとも10重量%のシリカ含量を有することを特徴とするシ
リカをベースとする粒子を含む水性ゾル。 - 【請求項3】 水性ゾルが少なくとも10重量%のシリカ含量を有すること
を特徴とする請求の範囲第1項記載の水性ゾル。 - 【請求項4】 シリカをベースとする粒子が775〜1050m2/gの範
囲内の比表面積を有することを特徴とする請求の範囲第1項、第2項又は第3項
記載の水性ゾル。 - 【請求項5】 シリカをベースとする粒子が550〜725m2/gの範囲
内の比表面積を有することを特徴とする請求の範囲第1項、第2項又は第3項記
載の水性ゾル。 - 【請求項6】 S値が20〜40%の範囲内であることを特徴とする請求の
範囲第1項〜第5項のいずれかに記載の水性ゾル。 - 【請求項7】 粘度が7〜25cPの範囲内であることを特徴とする請求の
範囲第1項〜第6項のいずれかに記載の水性ゾル。 - 【請求項8】 水性ゾルが15:1〜30:1の範囲内のSiO2対M2O(
式中、Mはアルカリ金属又はアンモニウムである)のモル比を有することを特徴
とする請求の範囲第1項〜第7項のいずれかに記載の水性ゾル。 - 【請求項9】 水性ゾルが少なくとも10.6のpHを有することを特徴と
する請求の範囲第1項〜第8項のいずれかに記載の水性ゾル。 - 【請求項10】 (a)ケイ酸塩水溶液を1〜4のpHに酸性にして酸性ゾルを形成する工程、 (b)酸性ゾルを4.5〜8重量%の範囲内のSiO2含量で少なくとも7のp
Hにアルカリ化する工程、 (c)アルカリ化ゾルを少なくとも10分間にわたって粒子成長させる工程、そ
して次いで (d)得られたゾルを少なくとも10.0のpHにアルカリ化する工程 を含むことを特徴とするシリカをベースとする粒子の製造方法。 - 【請求項11】 (a)ケイ酸塩水溶液を1〜4のpHに酸性にして酸性ゾルを形成する工程、 (b)酸性ゾルを4.5〜8重量%の範囲内のSiO2含量でアルカリ化する工
程、 (c)アルカリ化ゾルを少なくとも30℃の温度で熱処理する工程、そして次い
で (d)熱処理されたゾルを少なくとも10.0のpHにアルカリ化する工程 を含むことを特徴とするシリカをベースとする粒子の製造方法。 - 【請求項12】 前記(b)及び(d)に記載のアルカリ化をケイ酸塩水溶
液により行なうことを特徴とする請求の範囲第10項又は第11項記載の方法。 - 【請求項13】 前記(c)に記載の粒子成長及び熱処理を35〜95℃の
範囲内の温度で行なうことを特徴とする請求の範囲第10項、第11項又は第1
2項記載の方法。 - 【請求項14】 前記(c)に記載の粒子成長及び熱処理を20〜240分
間行なうことを特徴とする請求の範囲第10項、第11項、第12項又は第13
項記載の方法。 - 【請求項15】 前記(d)に記載のアルカリ化が15:1〜30:1の範
囲内のSiO2対M2O(式中、Mはアルカリ金属又はアンモニウムである)のモ
ル比及び少なくとも10.6のpHを有するシリカをベースとするゾルを形成す
ることを特徴とする請求の範囲第1項〜第14項のいずれかに記載の方法。 - 【請求項16】 請求の範囲第10項〜第15項のいずれかに記載の方法に
より得られるシリカをベースとする粒子。 - 【請求項17】 紙の製造における脱水助剤及び歩留り助剤としての請求の
範囲第1項〜第9項もしくは第16項のいずれかに記載のシリカをベースとする
粒子又は請求の範囲第10項〜第15項のいずれかに記載の方法により製造され
たシリカをベースとする粒子の使用。 - 【請求項18】 懸濁液にシリカをベースとする粒子及び少なくとも一種の
荷電された有機ポリマーを添加し、ワイヤ上で該懸濁液を形成し、脱水すること
を含む、セルロース繊維、及び任意のてん料を含有する水性懸濁液からの紙の製
造方法であって、前記シリカをベースとする粒子が請求の範囲第1項〜第9項の
いずれかに記載の水性ゾル又は請求の範囲第10項〜第15項のいずれかに記載
の方法により製造された水性ゾル中に存在することを特徴とする、前記紙の製造
方法。 - 【請求項19】 荷電された有機ポリマーがカチオン澱粉又はカチオンポリ
アクリルアミドであることを特徴とする請求の範囲第18項記載の方法。 - 【請求項20】 シリカをベースとする粒子を懸濁液に添加する前に、シリ
カをベースとする粒子を水で希釈し、又は水と混合して0.05〜5重量%のシ
リカ含量を有する水性ゾルを形成することを特徴とする請求の範囲第18項又は
第19項記載の方法。 - 【請求項21】 シリカをベースとする粒子をSiO2として計算し、乾燥
セルロース繊維及び任意のてん料を基準として0.005〜0.5重量%の量で
懸濁液に添加することを特徴とする請求の範囲第18項〜第20項のいずれかに
記載の方法。
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