JP2804629B2 - Polysilicate microgels as retention / drainage aids in papermaking - Google Patents

Polysilicate microgels as retention / drainage aids in papermaking

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JP2804629B2
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Description

【発明の詳細な説明】 関連出願に対する交叉参照 本出願は、1988年9月16日受理の出願07/245,184号の
部分継続出願である1989年8月7日受理の出願07/388,9
67号の部分継続出願である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Cross Reference to Related Application This application is a continuation-in-part of application 07 / 245,184, filed on September 16, 1988, filed on 07 / 388,9, filed on August 7, 1989.
No. 67 is a continuation-in-part application.

発明の分野 本発明は製紙に関し、特に水中のパルプおよび無機填
料の懸濁液をワイヤまたは網の上に散布しそして水を除
去して繊維のウェッブまたはシートを形成する方法に関
する。一層特定的に本発明は、水除去工程に際して、水
の除去が一層容易でありそして微粉の保持が一層増強さ
れ、それによって製紙工程の生産性および歩留りがとも
に増大するように、パルプおよび微粉を凝集するため
に、有機ポリマーとともに陰イオンポリシリケートミク
ロゲル(anionic polysilicate microgels)を添加する
ことに関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to papermaking, and in particular, to a method of spraying a suspension of pulp and mineral filler in water on a wire or net and removing water to form a web or sheet of fibers. More particularly, the present invention relates to a method for removing pulp and fines in a water removal process such that water removal is easier and fines retention is further enhanced, thereby increasing both the productivity and yield of the papermaking process. It involves the addition of anionic polysilicate microgels along with the organic polymer to agglomerate.

発明の背景および概要 ウェット−エンド(wet−end)水切りおよび微粉保持
を改善するための多くの添加剤系が先行技術において記
述されている。この系にあっては、ポリマー、ポリマー
の組合わせおよびコロイド状シリカと組合わされたポリ
マーが使用される。最後にあげた系は、現在使用される
系のうちで最も効率的であるが、費用が一層安価で、性
能の改善された添加剤を提供することが引き続き求めら
れている。
Background and Summary of the Invention Many additive systems for improving wet-end draining and fines retention have been described in the prior art. In this system, polymers, combinations of polymers and polymers combined with colloidal silica are used. Although the last-named systems are the most efficient of the systems currently used, there is a continuing need to provide additives with lower cost and improved performance.

本発明は、最も普通の形の場合にSiO2 3.3重量部に対
してNa2O1重量部を有する、アルカリ金属シリケートの
または、ポリ硅酸ナトリウムのようなポリシリケートの
部分的ゲル化によって形成されるポリシリケートミクロ
ゲルを保持および水切りの助剤として使用する。市販の
コロイド状シリカとは対照的に「活性」シリカと称され
るミクロゲルは、三次元の網状構造および鎖状体へと配
置されている、非常に微細は、例えば1nmの粒子の集合
体からなる。このミクロゲルは一般に極めて大きな表面
積、通常は100m2/gを有し、また天然のまたは合成的な
源泉からもたらされる陽イオンポリマーとともに製紙工
程において使用される。
The present invention is formed by the partial gelling of an alkali metal silicate or a polysilicate such as sodium polysilicate, having 3.3 parts by weight of SiO 2 and 1 part by weight of Na 2 O in the most common form. The polysilicate microgel is used as a retention and drainage aid. Microgels, referred to as "active" silicas, in contrast to commercially available colloidal silicas, are arranged in a three-dimensional network and chains, very fine, e.g. from an aggregate of 1 nm particles. Become. This microgel generally has a very large surface area, usually 100 m 2 / g, and is used in the papermaking process with cationic polymers derived from natural or synthetic sources.

ポリシリケートミクロゲルは、ポリ硅酸ナトリウムの
溶液に開始剤を添加することにより最も容易に形成でき
る。この開始剤はゲル化過程を開始するが、この過程は
完結するまで進行させられると、溶液が全部固化するに
至るであろう。ゲルの固化時間つまり固化が一旦開始し
た時に完全な固化に要する時間は、数秒から数ケ月にわ
たる可能性があり、またpH、シリカ濃度、温度および中
性塩の存在を含めての様々な因子に依存する。工業的な
応用のためには、短いゲル固化時間が好ましい。ゲル化
過程は、一旦開始されると、ポリシリケート溶液を望ま
しくは約1重量%またはそれ以下にまで稀釈することに
より停止される以前に、ゲル固化時間の約5〜95%まで
進行させる。
Polysilicate microgels can be most easily formed by adding an initiator to a solution of sodium polysilicate. The initiator initiates the gelation process, which will be allowed to proceed to completion and will result in complete solidification of the solution. The solidification time of the gel, the time required for complete solidification once it has begun, can range from seconds to months and depends on a variety of factors including pH, silica concentration, temperature and the presence of neutral salts. Dependent. For industrial applications, short gel setting times are preferred. Once initiated, the gelling process proceeds to about 5 to 95% of the gel set time before being stopped by diluting the polysilicate solution to desirably about 1% by weight or less.

このようにして形成されるポリシリケートミクロゲル
の溶液は、水溶性陽イオンポリマー、望ましくは陽イオ
ン澱粉、陽イオングァーまたは陽イオンポリアクリルア
ミドと組合わされる時、優れた保持および水切りの助剤
となることが判明している。
The solution of the polysilicate microgel thus formed is an excellent retention and drainage aid when combined with a water-soluble cationic polymer, preferably cationic starch, cationic guar or cationic polyacrylamide. Is known.

先行技術 米国特許第2,217,466号は、ポリ硅酸または活性シリ
カが、原水の処理での凝固助剤として早くから使用され
ていることを記載している。Chem.Eng.Progress 1巻(1
947年)27ページ所載のMerrillおよびBoltonの文献「Ac
tivated Sillica,a New Engineering Tool」は、製紙工
場の白水用の凝固剤として、また抄紙機のヘッドボック
スに添加される場合の、繊維および填料微粉のための保
持助剤として、活性シリカの使用を示唆している。陽イ
オンポリマーとともに陰イオン活性シリカを一緒に使用
することについては何ら言及されていない。
Prior Art U.S. Pat. No. 2,217,466 describes that polysilicic acid or activated silica has been used early as a coagulation aid in the treatment of raw water. Chem.Eng.Progress Volume 1 (1
947) Merrill and Bolton on page 27, Ac
The tivated Sillica, a New Engineering Tool uses the use of activated silica as a coagulant for white water in paper mills and as a retention aid for fiber and filler fines when added to paper machine headboxes. Suggests. No mention is made of the use of anionic active silica together with the cationic polymer.

米国特許第3,224,927号および第3,253,978号は、耐熱
性繊維の結合のために応用する際に、無機繊維用の結合
剤として、コロイド状シリカと陽イオン澱粉とを併用す
ることを開示している。使用されるコロイド状粒子の使
用量は製紙のための応用での使用量に比べて相当多い。
すなわち、製紙のための応用に関する製品あたり約1%
に対して、繊維の結合のための応用に関しては、製品あ
たり10〜20重量%である。繊維の結合においては、凝集
につながる条件は回避すべきであるが、製紙において凝
集は、添加に関して望まれる結果である。
U.S. Pat. Nos. 3,224,927 and 3,253,978 disclose the use of colloidal silica and cationic starch as binders for inorganic fibers when applied for bonding heat resistant fibers. The amount of colloidal particles used is considerably higher than that used in papermaking applications.
That is, about 1% per product related to papermaking applications
On the other hand, for applications for bonding fibers, it is 10-20% by weight per product. In the bonding of the fibers, conditions leading to agglomeration should be avoided, but in papermaking agglomeration is the desired result for addition.

米国特許第4,388,150号は、製紙用紙料の成分の保持
を改善するために製紙用紙料に添加するための、または
汚染問題を軽減しそして紙料成分の有価物を回収するよ
うに添加するためのコロイド状シリカと陽イオン澱粉と
を含む結合剤組成物を開示している。米国特許第4,388,
150号は、コロイド状シリカはポリ硅酸の形を含めて種
々な形をとってよいが、コロイドの形状のシリカを使用
することによって最良の結果が得られることを教示して
いる。この特許は、ポリ硅酸そのものは好ましくなくま
た安定化を怠ると貯蔵時に劣化することを教示してい
る。
U.S. Pat.No. 4,388,150 is directed to adding to papermaking stock to improve the retention of components of the stock, or to reducing contamination problems and to recover the value of stock components. A binder composition comprising colloidal silica and cationic starch is disclosed. U.S. Patent No. 4,388,
No. 150 teaches that colloidal silica may take a variety of forms, including polysilicic acid, but the use of colloidal form of silica provides the best results. This patent teaches that polysilicic acid itself is undesirable and will degrade upon storage if not stabilized.

今回ポリ硅酸をある程度保存または熟成するのが好ま
しいことを見出した。ポリ硅酸は一旦ゲル化すると、溶
液を、保持および水切りの助剤として使用する利益がほ
とんどなくなるので、ポリ硅酸の水溶液の完全なゲル化
は避けるべきえである。ポリ硅酸の保存または熟成はシ
リカミクロゲルの形成をもたらし、このミクロゲルは種
々の陽イオンポリマーと併用時、先行技術のコロイド状
シリカ/陽イオン澱粉の組合わせによって得られる保持
および水切りの系と少なくとも同等なそして多くの場合
それよりも優った系を与える。
It has now been found that it is preferable to preserve or age polysilicic acid to some extent. Once the polysilicic acid gels, there is little benefit in using the solution as a retention and drainage aid, so complete gelation of the aqueous solution of polysilicic acid should be avoided. Storage or aging of the polysilicic acid results in the formation of silica microgels, which, when used in combination with various cationic polymers, are at least compatible with the retention and drainage systems provided by prior art colloidal silica / cationic starch combinations. Gives an equal and often superior system.

図面の略述 図1は実施例14の方法によってつくられるシリケート
化(silicated)陽イオン澱粉の顕微鏡写真である。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a photomicrograph of silicate cationic starch made by the method of Example 14.

図2は実施例15の方法によってつくられるシリケート
化陽イオン澱粉の顕微鏡写真である。
FIG. 2 is a photomicrograph of a silicate cationic starch made by the method of Example 15.

図3は実施例16の方法によってつくられるシリケート
化陽イオン澱粉の顕微鏡写真である。
FIG. 3 is a photomicrograph of silicate cationic starch made by the method of Example 16.

発明の詳述 R.K.IlerはニューヨークのJohn Wiley & Sonsにより
出版された自著の「The Chemistry of Silica」の174〜
176ページおよび225〜234ページにおいてポリ硅酸の重
合およびポリ硅酸の極く微細な粒子の3次元の集合体か
らなるミクロゲルの形成につき述べている。このような
ミクロゲルは「活性シリカ」とも称され、また母体であ
る架橋されていないポリ硅酸とは区別され、そして商業
的に普通にみられるコロイド状シリカまたはコロイド状
の硅酸溶液とは区別される。ゾル中のミクロゲルは、例
えば光の分散によるような、ゾル中のコロイドを検出す
るのに通常使用する技術によっては容易に検出すること
ができない。同様に、ミクロゲルは遠心分離によっては
ゾルから容易に分離することができない。上記に引用し
た著書の231ページに記載のように、R.K.Ilerによる
と、ミクロゲルの三次元網状構造内のシリカ粒子の濃
度、ミクロゲルの屈折率およびミクロゲルの密度は、ま
わりを取り囲むゾルにおけるのと同じである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION RKIler has published 174- of his book "The Chemistry of Silica," published by John Wiley & Sons of New York.
Pages 176 and 225-234 describe the polymerization of polysilicic acid and the formation of microgels consisting of three-dimensional aggregates of very fine particles of polysilicic acid. Such microgels are also referred to as "active silicas" and are distinguished from the parent, non-crosslinked polysilicic acid, and from the commercially common colloidal silica or colloidal silicic acid solutions. Is done. Microgels in sols cannot be easily detected by techniques commonly used to detect colloids in sols, for example by light dispersion. Similarly, microgels cannot be easily separated from sols by centrifugation. As described on page 231 of the book cited above, according to RKIler, the concentration of silica particles in the microgel's three-dimensional network, the refractive index of the microgel, and the density of the microgel are the same as in the surrounding sol. is there.

活性シリカの製造および水の浄化におけるその使用に
関する別の方法は、ニューヨークのReinhold Publishin
g Co.により1960年に刊行のJames G.Vailの著書の「Sol
uble Silicates」中で論じられている。この著書を読み
また公刊の文献を一般的に閲読すると、ポリシリケート
ミクロゲルが以下のように生成させ得ることが示唆され
る。
Another method for producing activated silica and its use in water purification is described in Reinhold Publishin, New York.
g Co., published in 1960 by James G. Vail, `` Sol
uble Silicates ". Reading this book and generally reading the published literature suggests that polysilicate microgels can be formed as follows.

(1) アルカリ金属シリケートの水溶液は酸交換樹脂
ならびに硫酸や酢酸のような無機および有機の酸とによ
って酸性化されうる。ポリ硅酸ミクロゲルの形成を可能
とするためには、シリケートを約2〜10.5のpHまで酸性
化した後、溶液をある程度保存しあるいは熟成させるこ
とが通常必要になる。熟成時間は主としてシリカのpHお
よび濃度による。3〜4のpHにおいて4〜5重量%のシ
リカを含有する溶液については非常に短く(数分程度)
てよい熟成時間の後、ミクロゲルのそれ以上の生長を阻
止することにより溶液を安定化するために、シリカ約1
重量%またはそれ以下にまで溶液が稀釈される。
(1) Aqueous solutions of alkali metal silicates can be acidified with acid exchange resins and inorganic and organic acids such as sulfuric acid and acetic acid. To enable the formation of polysilicate microgels, it is usually necessary to acidify the silicate to a pH of about 2-10.5 and then store or age the solution to some extent. The aging time mainly depends on the pH and concentration of the silica. Very short (about a few minutes) for solutions containing 4-5% by weight of silica at a pH of 3-4
After a good ripening time, the silica is reduced to about 1 to stabilize the solution by inhibiting further growth of the microgel.
The solution is diluted to weight percent or less.

(2) アルカリ金属シリケートの水溶液は酸性の塩お
よびガス例えばオルト硼酸ナトリウム(ボラックス)、
重亜硫酸ナトリウム、ジクロム酸カリウム、重炭酸ナト
リウム、燐酸二水素ナトリウム、二酸化炭素、二酸化硫
黄および塩素によって酸性化されうる。硫酸アンモニウ
ム、硫酸アルミニウム、塩化第2鉄および塩化第1鉄な
どのような弱塩基と強酸との酸性塩もまた使用できる。
(2) The aqueous solution of the alkali metal silicate is an acidic salt and gas such as sodium orthoborate (Bolux),
It can be acidified by sodium bisulfite, potassium dichromate, sodium bicarbonate, sodium dihydrogen phosphate, carbon dioxide, sulfur dioxide and chlorine. Acid salts of weak acids with strong acids, such as ammonium sulfate, aluminum sulfate, ferric chloride and ferrous chloride, can also be used.

(3) アルカリ金属シリケートの水溶液には両性金属
の酸のアルカリ金属塩が添加されてよい。このような塩
の例はアルミン酸ナトリウム、錫酸ナトリウム、亜鉛酸
ナトリウム、クロム酸カリウムおよびバナジウム酸カリ
ウムである。これらの塩はシリケート溶液のアルカリ性
を低下しないにもかかわらず、ゲル化およびシリカミク
ロゲルの形成の過程を開始する。
(3) An alkali metal salt of an amphoteric metal acid may be added to the aqueous solution of an alkali metal silicate. Examples of such salts are sodium aluminate, sodium stannate, sodium zincate, potassium chromate and potassium vanadate. These salts initiate the process of gelation and formation of silica microgels, while not reducing the alkalinity of the silicate solution.

(4) アルカリ金属シリケートの水溶液にはある種の
有機化合物が添加されてよい。この有機化合物は水溶性
でありそしてその加水分解の結果として硅酸塩溶液の少
なくとも部分的な酸性化を行いうることが望ましいが、
必ずしも不可欠ではない。このような化合物の例は有機
酸無水物、アミド、エステル、ラクトン、ニトリルおよ
びスルトンである。一層特定的には、これらはぞれぞれ
無水コハク酸、アセトアミド、エチルアセテート、ブチ
ロラクトン、プロピオニトリルおよびプロパンスルトン
である。一層安定な有機化合物の場合、加水分解および
その結果としてのポリシリケートミクロゲルの形成を行
うために混合物をある程度加熱することが必要となろ
う。
(4) Certain organic compounds may be added to the aqueous solution of the alkali metal silicate. Preferably, the organic compound is water-soluble and is capable of at least partially acidifying the silicate solution as a result of its hydrolysis,
Not necessarily essential. Examples of such compounds are organic anhydrides, amides, esters, lactones, nitriles and sultones. More particularly, these are succinic anhydride, acetamide, ethyl acetate, butyrolactone, propionitrile and propane sultone, respectively. In the case of more stable organic compounds, some heating of the mixture may be necessary to effect hydrolysis and consequent formation of a polysilicate microgel.

上述した方法はすべて、製紙において有用なポリ硅酸
ミクロゲルの形成に原理的に適用可能である。しかしこ
れらの多くは、費用、安全性および環境基準を考慮する
とき、商業的な成果が極めて乏しい。例えば、バナジウ
ム塩は高価であり、また危険な塩素は、使用を避けるの
が最善である。同様に、製紙工場の白水中に有毒なクロ
ム塩を排出するのは好ましくない。
All the methods described above are applicable in principle to the formation of polysilicate microgels useful in papermaking. However, many of these have very poor commercial success when considering cost, safety and environmental standards. For example, vanadium salts are expensive and dangerous chlorine is best avoided from use. Similarly, the emission of toxic chromium salts into the white water of a paper mill is not preferred.

工業的な見地からみると、本発明に従って使用される
ポリシリケートミクロゲルを製造するための最も簡便か
つ最も経済的な方法は、普通の鉱酸によるポリ硅酸ナト
リウム溶液の酸性化あるいはポリ硅酸ナトリウム溶液に
対するゲル開始剤例えばミョウバン、硼酸ナトリウムま
たはアルミン酸ナトリウムの添加である。
From an industrial point of view, the simplest and most economical method for producing the polysilicate microgels used according to the invention is the acidification of sodium polysilicate solutions with common mineral acids or sodium polysilicate. Addition of a gel initiator to the solution, such as alum, sodium borate or sodium aluminate.

本発明を実施するには、重量比が1:3.3であるNa2OとS
iO2とを含有するポリ硅酸ナトリウムの商業的に入手可
能な溶液を使用するのが最善である。このような溶液は
28〜30重量%の濃度でシリカを含有するものとして一般
に供給されている。ポリシリケートミクロゲルを製造す
るためには、このような市販の溶液は、ミクロゲルの形
成を開始するために選定された特定の調製方法と使用す
る開始剤の濃度との双方にとって好適な濃度まで稀釈さ
れねばならない。例えば、鉱酸による酸性化によってミ
クロゲルを形成するには約0.1〜6重量%のシリカ濃度
が最も有用であることが判っているが、R.K.Ilerは上記
した著書の288ページにおいて、12重量%までのSiO2
含有するポリ硅酸ナトリウム溶液は硫酸を用いてうまく
酸性化できることを教示している。しかしながらもし硼
酸ナトリウムのような酸性でない物質を開始剤として使
用しようとするならば、完全なゲル固化が起きる前にポ
リシリケートミクロゲルの稀釈と安定化させるために、
混合物のゲル固化時間が十分に長いかぎり、任意の濃度
のシリケートが使用できる。ポリシリケートミクロゲル
の安定化は、SiO2を望ましくは約1重量%またはそれよ
り下まで稀釈することにより達成できる。
To practice the present invention, Na 2 O and S in a weight ratio of 1: 3.3
it is best to use commercially available solution of poly silicate sodium containing a iO 2. Such a solution
It is commonly supplied as containing silica at a concentration of 28-30% by weight. To produce polysilicate microgels, such commercially available solutions are diluted to concentrations suitable for both the particular preparation method selected to initiate microgel formation and the concentration of initiator used. I have to. For example, silica concentrations of about 0.1-6% by weight have been found to be most useful for forming microgels by acidification with mineral acids, while RKIler states in pages 288 of the above mentioned book that up to 12% by weight. It teaches that sodium polysilicate solutions containing SiO 2 can be successfully acidified using sulfuric acid. However, if non-acidic substances such as sodium borate are to be used as initiators, in order to dilute and stabilize the polysilicate microgel before complete gel solidification occurs,
Any concentration of silicate can be used as long as the gel set time of the mixture is long enough. Stabilization of the polysilicate microgel can be achieved by diluting the SiO 2 desirably to about 1% by weight or less.

ポリシリケートミクロゲルの製造においては、稀釈に
よってゲルを安定化させる前に粒子の鎖状体および三次
元網状構造体が形成されるのに十分な時間が与えられる
べきことを強調することが大切である。操作の特定の態
様に従って変わるこの時間は、水に溶けない強固な塊状
物が形成される時間(ゲル固化時間)の約5〜95%、望
ましくは10〜90%であるべきである。ポリシリケート溶
液そのものの粘度の増大は、引続いての稀釈に際して均
質な水溶液を得ることが可能であるかぎり、特別な制約
とはならない。実際には、ゲル固化時間はできるだけ短
くなければならない。シリケート溶液と、望ましくはや
はり溶液である開始剤とを混合し、次いで十分なミクロ
ゲルの形成に必要なできるだけ短い時間内で混合物を稀
釈することが最も好都合である。
In the production of polysilicate microgels, it is important to emphasize that chains of particles and three-dimensional networks should be given enough time to stabilize the gel by dilution. . This time, which varies according to the particular embodiment of the operation, should be about 5 to 95%, preferably 10 to 90%, of the time when a solid insoluble in water is formed (gel set time). Increasing the viscosity of the polysilicate solution itself is not a particular limitation as long as a homogeneous aqueous solution can be obtained upon subsequent dilution. In practice, the gel set time should be as short as possible. It is most convenient to mix the silicate solution with the initiator, which is also preferably a solution, and then dilute the mixture in as short a time as necessary to form a sufficient microgel.

このようにしてつくられるポリシリケートミクロゲル
は、一般に同様工業的な応用において現在使用されるコ
ロイド状シリカと同様な保持/水切りでの応用における
活性を有する、多くの場合、ポリシリケートミクロゲル
の組合わせは、工業的にみて好ましい目的であるより低
い装荷率において顕著に改善された性能を示すことが伴
っている。このポリシリケートミクロゲルは、製紙工場
の敷地内で容易に製造でき、従って製品輸送費が最少に
なるので、市販のコロイド状シリカよりも経費的に有利
でもあろう。
The polysilicate microgels produced in this way generally have activity in retention / draining applications similar to colloidal silica currently used in industrial applications as well, and in many cases the combination of polysilicate microgels is It is accompanied by significantly improved performance at lower loading rates, which is an industrially desirable objective. This polysilicate microgel would also be a cost advantage over commercially available colloidal silica because it can be easily manufactured on paper mill premises and thus minimizes product shipping costs.

製紙工程において本発明のポリシリケートミクロゲル
は、天然のまたは合成的な源泉からもたらされる陽イオ
ンポリマーとともに使用される。これらのポリマーのう
ち最も有用なものは、陽イオン澱粉、陽イオングァーお
よび陽イオンポリアクリルアミドであり、製紙へのこれ
らの応用はすべて先行技術において述べられている。他
の陽イオンポリマーもまた、単独であるいは陽イオン澱
粉、陽イオングァーおよび陽イオンアクリルアミドに加
えて、ポリシリケートミクロゲルと組合わされて使用さ
れる。このような陽イオンポリマーの例は、ポリエチレ
ンイミン、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライ
ドアクリルアミドの2−メチルアクリルオキシエチルト
リメチルアンモニウムクロライドとのコポリマー、アミ
ン−エピクロロヒドリン縮合生成物および、ポリアミン
をジカルボン酸と縮合し次いでプレポリマーをエピクロ
ロヒドリンとさらに反応させて得られる陽イオン湿潤強
力樹脂(wet strength resin)である。陽イオン澱粉
は、低価格でありまた紙に乾燥強度を与えるという利点
があるので、特に役立つ。紙の強度が主要な要件ではな
い場合、他のポリマーの使用が有利であろう。
In the papermaking process, the polysilicate microgels of the invention are used with cationic polymers derived from natural or synthetic sources. The most useful of these polymers are cationic starch, cationic guar and cationic polyacrylamide, all of which have been described in the prior art for their application to papermaking. Other cationic polymers are also used alone or in combination with the polysilicate microgel, in addition to cationic starch, cationic guar and cationic acrylamide. Examples of such cationic polymers include polyethyleneimine, copolymers of polydiallyldimethylammonium chloride acrylamide with 2-methylacryloxyethyltrimethylammonium chloride, amine-epichlorohydrin condensation products, and condensation of polyamines with dicarboxylic acids. Then, the prepolymer is further reacted with epichlorohydrin to obtain a cationic wet strength resin. Cationic starches are particularly useful because of their advantages of low cost and of providing dry strength to the paper. Where paper strength is not a major requirement, the use of other polymers may be advantageous.

使用する陽イオン澱粉は、トウモロコシ澱粉、ジャガ
イモ澱粉、小麦澱粉およびタピオカ澱粉のような普通の
澱粉を製造する物質のいずれからも得ることができる
が、通常、ジャガイモ澱粉が本発明を実施するために最
も好ましい陽イオン製品を与える。陽イオン化は、窒素
の置換度が約0.001〜0.2(すなわち約0.01〜2.0重量%
〔窒素/澱粉の重量%〕)の範囲で変化する陽イオン澱
粉を得るように、3−クロロ−2−ヒドロキシプロピル
トリメチルアンモニウムクロライドのような反応剤によ
って商業的な製造者によって実施される。これらの陽イ
オン澱粉はいずれも本発明のポリシリケートミクロゲル
と組合わされて使用することができる。窒素の置換度が
約0.03(すなわち0.25重量%)である陽イオン澱粉が最
も頻繁に使用されてきた。
The cationic starch used can be obtained from any of the common starch-producing materials such as corn starch, potato starch, wheat starch and tapioca starch, but usually potato starch is used to practice the present invention. Provides the most preferred cationic product. Cationization is carried out when the degree of substitution of nitrogen is about 0.001-0.2 (ie about 0.01-2.0% by weight).
[Nitrogen / wt% of starch]) is carried out by a commercial manufacturer with a reactant such as 3-chloro-2-hydroxypropyltrimethylammonium chloride to obtain a cationic starch varying in the range of Any of these cationic starches can be used in combination with the polysilicate microgel of the present invention. Cationic starches with a degree of nitrogen substitution of about 0.03 (ie, 0.25% by weight) have been most frequently used.

実用的には、ポリシリケートミクロゲルは完成紙料の
乾燥重量の約0.001〜3.0重量%(0.02〜60ポンド/ト
ン)の範囲で変化する量のイオンポリマーとともに完成
紙料の乾燥重量の約0.001〜1.0重量%(0.02〜20ポンド
/トン)の範囲で変化する量で使用される。いずれの成
分ともより多くの量が使用されてよいが、通常は有益な
効果を伴わず、費用の増加という不利を伴う。好ましい
添加率は、陽イオン澱粉約0.5〜1.0重量%(10〜20ポン
ド/トン)と一緒にポリシリケートミクロゲル約0.05〜
0.4重量%(1〜8ポンド/トン)であり、あるいは陽
イオングァーおよび陽イオンポリアクリルアミドの場
合、0.001〜1.0重量%(0.02〜20ポンド/トン)であ
る。
Practically, the polysilicate microgel is present in an amount of about 0.001 to 3.0% by dry weight of the furnish with an amount of ionic polymer varying from about 0.001 to 3.0% by weight (0.02 to 60 lb / ton) of the dry weight of the furnish. Used in amounts varying from 1.0% by weight (0.02 to 20 pounds / ton). Higher amounts of either ingredient may be used, but usually without the beneficial effects, with the disadvantage of increased costs. The preferred loading is from about 0.05 to 1.0 weight percent (10 to 20 pounds / ton) of cationic silicate microgel with about 0.05 to 1.0 weight percent of cationic starch.
0.4% by weight (1-8 lb / ton) or, for cationic guar and cationic polyacrylamide, 0.001-1.0% by weight (0.02-20 lb / ton).

ポリシリケートミクロゲル/ポリマーの組合わせは、
約4から10の広いpHの範囲で完成紙料中に使用されてよ
いが、最良の結果を得るには一層中性のおよびアルカリ
性の完成紙料が好ましい。完成紙料は種々の木材パルプ
と無機填料とからなってよい。従って漂白されたクラフ
トパルプ、サーモメカニカルパルプ、ケミカルサーモメ
カニカルパルプおよび砕木パルプはすべて、無機填料と
しての粘土および、沈澱または粉砕された炭酸カルシウ
ムおよび二酸化チタンとともに使用されてよい。以下の
実施例においては、本発明のポリシリケートミクロゲル
を調製しそして使用する方法を例示する。
The combination of polysilicate microgel / polymer is
Although a wide pH range of about 4 to 10 may be used in the furnish, more neutral and alkaline furnishes are preferred for best results. The furnish may consist of various wood pulp and inorganic fillers. Thus, bleached kraft pulp, thermomechanical pulp, chemical thermomechanical pulp and groundwood pulp may all be used with clay as inorganic filler and precipitated or ground calcium carbonate and titanium dioxide. The following examples illustrate how to prepare and use the polysilicate microgels of the present invention.

実 施 例 製紙におけるポリシリケートミクロゲルの効果を例証
するために行った主要な測定は、カナダ標準濾水度試験
(Canadian Standard Freeness Test)における水切り
性能の測定であった。濾水度試験からでる白水の濁度の
測定によって、系のパルプおよび填料微粉の保持の度合
いに関する付随的な尺度が与えられている。Britt Dyna
mic Drainage Jar中での微粉保持の測定も行った。近似
した先行技術と比較した効用を例証するために、BMA−
Oと呼称される市販のコロイドシリカの試料との比較を
採用した。この製品は、ジョージア州、MariettaのProc
omp Inc.によって米国において販売され、製紙において
使用される、保持/水切り助剤系、Compozilt の一つ
の成分である。コロイド状シリカは約5.5ナノメーター
(nm)の粒子直径と、コロイド状シリカを用いる保持/
水切り助剤に関して最適な範囲であることが米国特許第
4,388,150号中に記載されている500〜550m2/gの表面積
とを有する。
Examples Illustrate the effect of polysilicate microgels in papermaking
The main measurement we performed was the Canadian Standard Freeness Test
(Canadian Standard Freeness Test)
It was a measure of performance. Of turbidity of white water from freeness test
The degree of retention of pulp and filler fines in the system is determined by measurement.
Ancillary measures of security are provided. Britt Dyna
Measurement of fines retention in the mic drainage jar was also performed. Approximation
BMA- to illustrate the utility compared to the prior art
Comparison with a commercially available colloidal silica sample called O
Adopted. This product is available from Marietta, Georgia, Proc
Sold in the United States by omp Inc. and in papermaking
Used retention / drainage aid system, Compozilt one of
It is a component of. About 5.5 nanometers of colloidal silica
(Nm) particle diameter and retention using colloidal silica /
U.S. Pat.
500-550m described in 4,388,150Two/ g surface area
And

各実施例において、混合および成分の添加順序につい
ては同一の条件を維持した。好ましい方法は、完成紙料
にまず陽イオンポリマーを添加し、続いてポリシリケー
トミクロゲルを添加することであることが判った。この
順序は逆の添加方式に比べて一般に優れた性能を与える
ことが判ったが、この逆の方式(ポリシリケートミクロ
ゲルをまず添加する)が用いられてよく、あるいはそれ
ぞれの物質が離されて添加されてもよい。混合はすべ
て、Britt Jar内で、撹拌機を800rpmに設定し、以下の
時間的順序に従って行った。
In each example, the same conditions were maintained for the order of mixing and addition of the components. The preferred method has been found to be to add the cationic polymer to the furnish first, followed by the addition of the polysilicate microgel. It has been found that this order generally gives better performance than the reverse addition method, but this reverse method (adding the polysilicate microgel first) may be used, or the respective materials may be separated and added. May be done. All mixing was performed in the Britt Jar with the stirrer set at 800 rpm according to the following chronological order.

(1) 完成紙料をBritt Jar内にいれそして15秒間撹
拌し、 (2) 次に陽イオンポリマーを添加しそして15秒間撹
拌し、 (3) 次にポリシリケートミクロゲルまたはコロイド
状シリカを添加しそして15秒間撹拌し、そして (4) 次に微粉保持の測定のためにBritt Jarから水
を切るか、あるいは水切りの測定のためにBritt Jarの
内容物をカナダ濾水度試験器の収納カップに移しいれ
た。
(1) place the furnish in Britt Jar and stir for 15 seconds; (2) then add the cationic polymer and stir for 15 seconds; (3) then add the polysilicate microgel or colloidal silica Then agitate for 15 seconds, and (4) then drain the Britt Jar for fines retention measurement or place the Britt Jar contents in the Canadian Freeness Tester storage cup for drainage measurement. I was moved.

参考例1 本例はポリシリケートミクロゲルの性能に対して単純
なポリ硅酸の性能を比較する。市販のコロイド状シリカ
のBMA−Oの性能との比較もまた含まれている。
Reference Example 1 This example compares the performance of a simple polysilicic acid to the performance of a polysilicate microgel. A comparison of the performance of commercial colloidal silica with BMA-O is also included.

本例において使用する単純なポリ硅酸は、過剰量のDo
wex 50W−X8〔H+〕ポリスチレンスルホン酸樹脂によっ
て、1重量%のSiO2を含有するポリ硅酸ナトリウム溶液
(Na2O:SiO2は1:3.3である)を回分方式によって迅速に
脱イオンすることにより製造された。pHを3.5まで低下
させた後、樹脂を濾過によって除去しそして溶液をSiO2
0.125重量%まで稀釈した。
 The simple polysilicic acid used in this example is an excess of Do
wex 50W-X8 (H+] Polystyrene sulfonic acid resin
1% by weight of SiOTwoSodium polysilicate solution containing
(NaTwoO: SiOTwoIs 1: 3.3) quickly by the batch method
Manufactured by deionization. Lower pH to 3.5
After allowing the resin to pass, the resin was removed by filtration and the solutionTwo
 Diluted to 0.125% by weight.

使用したポリ硅酸ミクロゲルは、4重量%のSiO2を含
有するポリ硅酸ナトリウムの部分的な酸性化、および熟
成によって調製した。すなわち、ポリ硅酸ナトリウム溶
液300gに1.98モル濃度の硫酸19mlを良好な撹拌下で15秒
間にわたって添加した。溶液のpHが10.01まで低下し
た。溶液をそのままにとっておきそして1時間熟成さ
せ、その後、溶液をSiO2 0.125重量%まで稀釈すること
によって安定化した。
Poly silicate microgels used were partial acidification of poly sodium silicate containing 4 wt% of SiO 2, and was prepared by aging. That is, 19 ml of 1.98 molar sulfuric acid was added to 300 g of sodium polysilicate solution under good stirring over 15 seconds. The pH of the solution dropped to 10.01. The solution was set aside and aged for 1 hour, after which the solution was stabilized by diluting it to 0.125% by weight of SiO 2 .

比較試験のために、コンシステンシーが0.3重量%で
あるアルカリ性のきめの細かい完成紙料を用いてカナダ
標準濾水度の測定を行った。懸濁された固形物は70重量
%の漂白クラフトパルプ(硬材70%/軟材30%)と30重
量%の沈降炭酸カルシウムとを含有した。pHは8.0であ
った。
For comparative testing, Canadian standard freeness was measured using an alkaline fine furnish having a consistency of 0.3% by weight. The suspended solids contained 70% by weight bleached kraft pulp (70% hardwood / 30% softwood) and 30% by weight precipitated calcium carbonate. pH was 8.0.

種々のシリカ製品についての試験はすべて、完成紙料
に対してその乾燥重量基準で20ポンド/トンの一定な装
荷率にて添加される陽イオン澱粉と組合わせて実施し
た。陽イオン澱粉は、ProcompによりそのCompozil
ともに使用するために販売されている、窒素置換度が約
0.03であるジャガイモ澱粉であるBMB−S1960であった。
水切りの測定値を表1に示す。
 All tests on various silica products are done on a furnish basis.
20 lb / ton on a dry weight basis
Performed in combination with cationic starch added at loading
Was. Cationic starch is available from Procomp for its Compozil When
The nitrogen substitution degree, which is sold for use with
BMB-S1960, which was 0.03 potato starch.
Table 1 shows the measured values of drainage.

表1から、架橋されていない単純なポリ硅酸は完成紙
料の濾水度を改善する働きをほとんど示さなかったこと
がわかるであろう。しかしながらミクロゲル化されたポ
リ硅酸は、市販のコロイド状シリカと少なくとも同じ程
度良好な総体的な働きを示し、そして工業的に好ましい
SiO2 1〜4ポンド/トンという低使用量においてはある
程度増強された働きさえ示した。
From Table 1, it can be seen that simple, uncrosslinked polysilicic acid had little effect on improving the freeness of the furnish. However, microgelled polysilicic acid shows at least as good overall performance as commercially available colloidal silica and is industrially preferred
Even showed work that is somewhat enhanced in the low amount of SiO 2 1 to 4 lb / ton.

参考例2 本例はポリシリケートミクロゲルを形成するための開
始剤として製紙業者の用いるミョウバンの使用について
例証する。
Reference Example 2 This example illustrates the use of alum used by papermakers as an initiator to form a polysilicate microgel.

ワーリング混合機内にいれられ激しく撹拌されてい
る、SiO2を4重量%含有する300gのポリ硅酸ナトリウム
溶液に、10重量%のミョウバン〔硫酸アルミニウム、Al
2(SO4・14H2O〕75ミリリットル(ml)をピペット
から添加した。混合物を1分間かき混ぜ、微細な白色沈
澱を含むpH9.8の乳白色の溶液を得た。一部分をただち
にSiO2 0.125重量%まで稀釈した(ミクロゲル2A)。別
の一部分を20分間静置の後、SiO2 0.125重量%まで稀釈
した(ミクロゲル2B)。残部の原溶液は30分後に完全に
ゲル化した。ポリシリケートミクロゲルのこれら二つの
稀薄溶液を、参考例1で述べたのと似た方法で水切り性
能に関して試験した。結果を表2に示す。
In a 300 g sodium polysilicate solution containing 4 wt% SiO 2 , which is put in a Waring mixer and stirred vigorously, 10 wt% alum [aluminum sulfate, Al
2 (SO 4 ) 3 .14H 2 O] 75 ml was added from a pipette. The mixture was stirred for 1 minute to give a milky solution of pH 9.8 containing a fine white precipitate. A portion was immediately diluted to 0.125% by weight of SiO 2 (Microgel 2A). Another portion was left for 20 minutes and then diluted to 0.125% by weight of SiO 2 (Microgel 2B). The remaining stock solution gelled completely after 30 minutes. These two dilute solutions of the polysilicate microgel were tested for drainage performance in a manner similar to that described in Example 1. Table 2 shows the results.

表2の濾水度の値は、両方のミクロゲルによって達せ
られる水切りは、コロイド状シリカの市販の試料に比
べ、特に4〜8ポンド/トンの普通の使用量範囲におい
て、少なくとも同等であったことを示す。
The freeness values in Table 2 indicate that the drainage achieved by both microgels was at least comparable to commercial samples of colloidal silica, especially in the normal usage range of 4-8 lb / ton. Is shown.

参考例3 本例はポリシリケートミクロゲルを形成するための開
始剤としてボラックス(オルト硼酸ナトリウムの10水和
物、Na2B4O7・10H2O)の使用をを例証する。
Reference Example 3 This example illustrates the use of borax (decahydrate ortho sodium borate, Na 2 B 4 O 7 · 10H 2 O) as an initiator to form the polysilicate microgel.

良好に撹拌されている5重量%の60gのボラックス溶
液に、3.75重量%のSiO2を含有するポリ硅酸ナトリウム
溶液を40g添加した。混合の後、混合物をそのままにし
ておき熟成させた。8分後、一部分をSiO2 0.125重量%
まで稀釈した。稀釈されてない残りの部分のゲル固化時
間は23分であった。参考例1と似たアルカリ性の完成紙
料中の稀釈されたミクロゲルに対して水切り測定を行っ
た。ただし、使用した陽イオン澱粉は、イリノイ州、De
caturのA.E.Staley Mfg.Co.から入手した、陽イオンジ
ャガイモ澱粉であるStalok 400の試料であった。澱粉
の装荷率はすべての試験につきやはり20ポンド/トンで
あった。試験の結果を表3に示す。
 60 g of borax solution of 5% by weight with good stirring
3.75 wt% SiO in liquidTwoSodium polysilicate containing
40 g of the solution was added. After mixing, leave the mixture as it is
And aged. After 8 minutes, part of the SiOTwo 0.125% by weight
Diluted until. During the solidification of the remaining undiluted gel
The time was 23 minutes. Alkaline finished paper similar to Reference Example 1
Drain measurement for diluted microgels
Was. However, the cationic starch used was from DeI, Illinois.
Cationic diuretic obtained from A.E.Staley Mfg.Co.
Stalok, potato starch There were 400 samples. starch
Loading rate is also 20 lb / ton for all tests
there were. Table 3 shows the results of the test.

SiO2が1〜4ポンド/トンという工業的に好ましい低
い装荷率において、ポリシリケートミクロゲルの性能は
コロイド状シリカゾルの性能を凌いだ。ポリシリケート
ミクロゲルについて、最適な性能は4ポンド/トンの装
荷率で認められるのに対してコロイド状シリカは8ポン
ド/トンであった。
In SiO 2 is industrially preferably lower loading rate of 1-4 lbs / ton, the performance of polysilicate microgel is outperformed the performance of the colloidal silica sol. For polysilicate microgels, optimal performance was observed at a loading of 4 lb / ton, whereas colloidal silica was 8 lb / ton.

参考例4 本例はポリシリケートミクロゲルを製造するための開
始剤として錫酸ナトリウム(Na2SnO4)を使用する二つ
の方法を例示する。
Reference Example 4 This example illustrates two methods using sodium stannate (Na 2 SnO 4 ) as an initiator to produce a polysilicate microgel.

ミクロゲル4A:5重量%のSiO2を含有するポリ硅酸ナトリ
ウム50gに、5.2重量%の錫酸ナトリウムを含有する溶液
50gをよく撹拌しながら約15秒間にわたって添加した。
混合物をそのままにとっておいた。4時間後、混合物は
ある程度粘稠になった。次にこれを水切り剤として評価
するためにSiO2 0.125重量%まで稀釈した。
Microgel 4A: a solution containing 5.2% by weight of sodium stannate in 50g of sodium polysilicate containing 5% by weight of SiO 2
50 g was added over about 15 seconds with good stirring.
The mixture was set aside. After 4 hours, the mixture had become somewhat viscous. It was then diluted to 0.125% by weight SiO 2 to evaluate as a drainer.

ミクロゲル4B:5.5重量%のSiO2を含有するポリ硅酸ナト
リウム溶液64gに、10重量%の錫酸ナトリウムを含有す
る溶液を46gをよく撹拌しながら約15秒間にわたって添
加した。混合物をそのままとっておいた。約3.5時間
後、混合物は極めてしまりのないゲルへと固まった。こ
のしまりのないゲルを350gの水の入ったワーリング混合
機に移しいれ、そして約2分間高速混合して透明な溶液
を得た。次に、水切り性能を評価するためにこの溶液を
SiO2 0.125重量%までさらに稀釈した。
Microgel 4B: To 64 g of a sodium polysilicate solution containing 5.5% by weight of SiO 2 , 46 g of a solution containing 10% by weight of sodium stannate were added over about 15 seconds with good stirring. The mixture was set aside. After about 3.5 hours, the mixture set to a very loose gel. The loose gel was transferred to a Waring mixer containing 350 g of water and high speed mixed for about 2 minutes to obtain a clear solution. Next, this solution was used to evaluate drainage performance.
It was further diluted to SiO 2 0.125% by weight.

参考例1で使用したものに似たアルカリ性完成試料中
のいろいろな装荷率の両方のミクロゲルを用いて、カナ
ダ標準濾水度の測定を行った。試験はすべて、装荷率が
20ポンド/トンのBMB S−190陽イオンジャガイモ澱粉を
用いて行った。
The Canadian standard freeness was measured using both microgels at various loading rates in the alkaline finished sample similar to that used in Reference Example 1. All tests have loading rates
Performed with 20 lb / ton BMB S-190 cationic potato starch.

ミクロゲルは両方とも、著しく増強された水切り性能
を示すのが分かるであろう。
It can be seen that both microgels show significantly enhanced drainage performance.

参考例5 本例はポリシリケートミクロゲルを形成する際の開始
剤としてアルミン酸ナトリウム(NaAlO2)を利用する。
Reference Example 5 This example utilizes sodium aluminate (NaAlO 2 ) as an initiator in forming a polysilicate microgel.

10重量%のSiO2を含有するポリ硅酸ナトリウム溶液7.
5gを水で30gまで稀釈した。これに、1.0重量%のAl2O3
を含有するアルミン酸ナトリウム溶液20gをよく撹拌し
ながらゆっくりと添加した。使用したアルミン酸ナトリ
ウムは、ジョージア州、AtlantaのVinings Industries
から入手された市販の液体濃縮物、VSA−45の稀釈物で
あった。混合物は撹拌せずに5分間熟成させ、そして試
料を採取した。評価のために試料をSiO2 0.125重量%ま
で稀釈した。稀釈しなかった部分は14分後にゲル化し
た。参考例1で使用したものに似たアルカリ性紙料を用
いて、ポリシリケートミクロゲルと20ポンド/トンのBM
B S−190陽イオン澱粉とのいくつかの組合わせの濾水度
を測定した。結果を表5に示す。
Poly sodium silicate solution 7 containing 10 wt% of SiO 2.
5 g was diluted to 30 g with water. 1.0% by weight of Al 2 O 3
20 g of a sodium aluminate solution containing was slowly added with good stirring. The sodium aluminate used was from Vinings Industries, Atlanta, Georgia.
A diluent of VSA-45, a commercially available liquid concentrate obtained from. The mixture was aged for 5 minutes without stirring and a sample was taken. It was diluted sample to SiO 2 0.125 wt% for evaluation. The undiluted part gelled after 14 minutes. Using an alkaline stock similar to that used in Reference Example 1, a polysilicate microgel and 20 lb / ton BM
The freeness of several combinations with BS-190 cationic starch was measured. Table 5 shows the results.

ポリシリケートミクロゲルはコロイド状シリカより著
しく改善された性能を示した。
Polysilicate microgels showed significantly improved performance over colloidal silica.

参考例6 本例はポリシリケートミクロゲルを形成するための開
始剤として、ジクロム酸カリウム(K2CrO7)の使用を例
示する。
Reference Example 6 This example illustrates the use of potassium dichromate (K 2 CrO 7 ) as an initiator to form a polysilicate microgel.

SiO2を10重量%含有するポリ硅酸ナトリウム25gに、
ジクロム酸カリウム溶液(5重量%のK2CrO7 71.6g)を
よく撹拌しながら添加し、そして94.4gまで予め稀釈し
た。混合物をそのままとっておき熟成させた、混合物は
3.5分間でゲル化した。混合後2.5分してから第2の調製
物を試料として採取しそしてSiO2 0.125重量%まで稀釈
した。参考例1に略述したものに似た条件で再び水切り
試験を行った。結果を表6に記す。
25g of sodium polysilicate containing 10% by weight of SiO 2
Potassium dichromate solution (71.6 g of 5% by weight K 2 CrO 7 ) was added with good stirring and pre-diluted to 94.4 g. The mixture was aged and aged.
It gelled in 3.5 minutes. 2.5 minutes after mixing, the second preparation was sampled and diluted to 0.125% by weight SiO 2 . The drainage test was performed again under conditions similar to those outlined in Reference Example 1. The results are shown in Table 6.

ポリシリケートミクロゲルはコロイド状シリカに匹敵
する性能を示した。
The polysilicate microgel showed performance comparable to colloidal silica.

参考例7 本例はpHが4.5および6.0である酸性の完成紙料中で
の、陽イオングァーと組合わされたポリ硅酸ミクロゲル
の使用を例示する。
Example 7 This example illustrates the use of polysilicate microgels in combination with cationic guar in an acidic furnish having a pH of 4.5 and 6.0.

6重量%のSiO2を含有するポリ硅酸ナトリウムの溶液
を脱イオンすることにより、ポリ硅酸の6重量%溶液を
まずつくった。ポリシリケート溶液を、Dowex 50W−X8
〔H+〕ポリスチレンスルホン酸イオン交換樹脂が約14イ
ンチ充填された直径1.5インチのガラス筒を通過させ
た。ポリ硅酸流出物のpHを約2.6に保つように、流量を
約30ml/分に調整した。約300mlの生成物を収集した後、
SiO2を1重量%含有するように一部を希釈しそしてその
ままとっておいた。残りの生成物は丁度1日するとゲル
化した。
 6% by weight SiOTwo-Containing sodium polysilicate solution
By deionizing, a 6% by weight solution of polysilicic acid
I made it first. Polysilicate solution, Dowex 50W-X8
[H+Approximately 14 a of polystyrene sulfonic acid ion exchange resin
Through a 1.5 inch diameter glass cylinder
Was. Adjust the flow rate to keep the pH of the polysilicic acid effluent at about 2.6.
Adjusted to about 30 ml / min. After collecting about 300 ml of product,
SiOTwoIs partially diluted to contain 1% by weight of
I left it. The rest of the product gels in just one day
It has become.

1週間静置の後、一つがpH6であり他方がpH4.5である
二つの酸性の完成紙料中での水切り性能を評価するため
に、1重量%のSiO2溶液の一部をSiO2 0.125重量%まで
さらに稀釈した。熟成したポリ硅酸ミクロゲルの表面積
は、Anal.Chem.28巻(1956年)1981ページ収載のG.W.Se
arsの滴定方法を用いて、1076m2/gと測定された。水切
り試験に使用した完成紙料は、コンシステンシーが0.3
重量%であり、70重量%の漂白クラフトパルプ(70%が
硬材、30%が軟材)と30重量%のKlondyke 粘土とから
なっており、適切なpHに調整されていた。Klondyke
土はニュージャージー州、EdisonのEngelhard Corporat
ionの製品である。ポリ硅酸ミクロゲルは、ニューヨー
ク州、New YorkのStein,Hall and Co.Inc.から得られる
Jaguar C13陽イオングァーガムと一緒に使用した。試
験はすべてグァーの装荷率を4ポンド/トンとして実施
した。結果を表7に示す。
 After standing for one week, one is at pH 6 and the other is at pH 4.5
To evaluate drainage performance in two acidic furnishes
1% by weight of SiOTwoPart of the solution is SiOTwo Up to 0.125% by weight
Diluted further. Surface area of aged polysilicate microgels
Is G.W.Se on Anal.Chem. 28 (1956) 1981 page
Using ars titration method, 1076mTwo/ g. Draining
The consistency of the furnish used in the retest was 0.3
Wt% and 70% by weight bleached kraft pulp (70%
Hardwood, 30% softwood) and 30% by weight Klondyke From clay
Had been adjusted to the appropriate pH. Klondyke Sticky
Soil is Engelhard Corporat, Edison, NJ
It is a product of ion. Polysilicic acid microgels
Obtained from Stein, Hall and Co. Inc. in New York, New York
Jaguar Used with C13 cationic guar gum. Trial
All tests were conducted with a guar loading rate of 4 lb / ton
did. Table 7 shows the results.

SiO2の装荷率が8ポンド/トンの場合、ポリ硅酸ミク
ロゲル/陽イオングァーの組合わせはBMA−O/陽イオン
グァーの組合わせよりも水切りが著しく改善しているこ
とを知ることができる。この改善はpH4.5とpH6.0の両方
の完成紙料についてみられる。
If SiO 2 of loading rate is 8 lb / ton, the combination of poly silicate microgels / sun Iongua can know that the draining is significantly improved over the combination of the BMA-O / sun Iongua. This improvement is seen for both pH 4.5 and pH 6.0 furnishes.

参考例8 本例は、ポリ硅酸ミクロゲルの試料を用いる、濾水度
および白水の濁度の測定とともに微粉保持の測定につき
報告する。
Reference Example 8 This example reports the measurement of fineness retention along with the measurement of freeness and turbidity of white water using a sample of polysilicic acid microgel.

Dowex 50W−X8〔H+〕イオン交換樹脂を使用して4重
量%のSiO2を含有するポリ硅酸ナトリウム溶液300gを回
分方式により脱イオンすることにより、ポリ硅酸ミクロ
ゲル原溶液をつくった。ポリ硅酸を1重量%まで稀釈
し、そしてそのままとっておいて熟成させた。調製され
た時のミクロゲルの表面積は、前記に引用したG.W.Sear
sの滴定方法を用いて測定すると1187m2/gであった。約1
8時間静置した後、表面積は1151m2/gへと僅かに減少し
た。次に、カナダ標準濾水度試験およびBritt Jar微粉
保持試験の両方において、ミクロゲルの性能を試験し
た。
 Dowex 50W-X8 (H+] 4 layers using ion exchange resin
Amount% SiOTwo300 g of sodium polysilicate solution containing
Polysilicic acid micro
A stock gel solution was prepared. Dilute polysilicic acid to 1% by weight
And aged as it was. Prepared
The surface area of the microgel at the time of
1187m when measured using s titration methodTwo/ g. About 1
After standing for 8 hours, the surface area is 1151mTwo/ g slightly reduced to
Was. Next, the Canadian Standard Freeness Test and Britt Jar Fines
In both retention tests, the performance of the microgel was tested.
Was.

この試験のために、参考例1において使用したのに似
た完成紙料を使用した。完成紙料のコンシステンシーは
濾水度の試験については0.3重量%でありまた微粉保持
の試験については0.5重量%であった。濾水度試験にお
いては、微粉保持の追加的な表示として水切りされた白
水の濁度もまた測定した。試験はすべて、20ポンド/ト
ンのBMB S−190陽イオンの澱粉の存在下で実施した。結
果を表8および8Aに示す。
For this test, a furnish similar to that used in Reference Example 1 was used. The furnish consistency was 0.3% by weight for the freeness test and 0.5% by weight for the fines retention test. In the freeness test, the turbidity of the drained white water was also measured as an additional indication of fines retention. All tests were performed in the presence of 20 lb / ton BMB S-190 cationic starch. The results are shown in Tables 8 and 8A.

表8から、ポリ硅酸ミクロゲルは、近い濁度の値によ
って判断されるごとく、水切りおよび微粉保持の両面に
おいて、市販のコロイド状シリカの最適な性能に匹敵し
たこを知ることができる。加えて、そして工業的な見地
から最も望ましいことであるが、ミクロゲルはこの最適
値を4ポンド/トンという一層低い装荷率、つまり市販
のシリカが必要とする8ポンド/トンのただの半分の装
荷率で達成した。
From Table 8, it can be seen that the polysilicate microgel was comparable to the optimal performance of commercially available colloidal silica in both draining and fines retention, as judged by the near turbidity values. In addition, and most desirable from an industrial point of view, microgels reduce this optimum to a lower loading of 4 lb / ton, only half the loading of 8 lb / ton required by commercial silica. Achieved at a rate.

表8Aの結果は表8の結果、つまりミクロゲルを用いる
場合の微粉保持の最適値が、市販のコロイド状シリカに
必要な装荷率のただの半分の装荷率において達成される
ことを裏付ける。
The results in Table 8A confirm that the results in Table 8, that is, the optimum value of fines retention when using microgels, is achieved at only half the loading required for commercial colloidal silica.

参考例9 本例は追加の二つのポリシリケートミクロゲルを用い
て得られる微粉保持の値をコロイド状シリカを用いて得
られる保持値と比較する。
Example 9 This example compares the fines retention values obtained with the additional two polysilicate microgels with the retention values obtained with colloidal silica.

使用したポリシリケートミクロゲルは、参考例4の錫
酸塩で開始されたミクロゲル4Aおよび参考例5のアルミ
ン酸塩で開始されたミクロゲルの場合のようにつくられ
た。比較されたコロイド状シリカはBMA−Oであり、ま
た使用したポリマーはすべての場合、装荷率が20ポンド
/トンのBMB S−190陽イオン澱粉であった。試験はすべ
て、標準的なBritt Jar装置およびすでに述べた方法を
用いて実施した。使用した完成紙料はpHが8.0のアルカ
リ性でありまた参考例1のものと似た構成を有した。
The polysilicate microgels used were made as in the case of the stannate-initiated microgel 4A of Example 4 and the aluminate-initiated microgel of Example 5. The colloidal silica compared was BMA-O and the polymer used was BMB S-190 cationic starch with a loading of 20 lb / ton in all cases. All tests were performed using a standard Britt Jar apparatus and the method described previously. The furnish used was alkaline with a pH of 8.0 and had a composition similar to that of Example 1.

二つのポリシリケートミクロゲルの性能がコロイド状
シリカよりも改善されていることは、上記のデータから
容易に知ることができる。
The improved performance of the two polysilicate microgels over colloidal silica can easily be seen from the above data.

参考例10 本例はポリ硅酸ミクロゲルを陽イオンポリアクリルア
ミドと併用することで得られる改良を例示する。砕木が
100%の完成紙料を使用した。
Reference Example 10 This example illustrates the improvement obtained by using polysilicic acid microgel in combination with cationic polyacrylamide. Broken wood
100% furnish was used.

100%の砕木パルプ(硬材50%/軟材50%)からコン
システンシーが0.5重量%の完成紙料をつくった。電解
質を模擬するために、1あたり0.66gの無水の硫酸ナ
トリウムを添加した。pHは5.7であった。まずコンシテ
ンシーが0.3重量%となるように稀釈され、そしてHyper
floc CP−905H陽イオンポリアクリルアミドを、その量
を増加しつつ添加した後のいくつかの完成紙料の部分に
ついてカナダ標準濾水度の測定を行った。この陽イオン
ポリアクリルアミドは、フロリダ州、JampaのHychem In
c.から入手した、これは平均1300万の分子量を有し、陽
イオン性は20〜30重量%であった。陽イオンポリアクリ
ルアミドの装荷率0、1、2、4および6ポンド/トン
において測定した濾水度の値はそれぞれ、390、420、43
0、430および485mlであった。
 100% groundwood pulp (50% hardwood / 50% softwood)
A furnish with a 0.5% strength by weight was made. electrolytic
To simulate the quality, 0.66 g of anhydrous sodium sulfate
Thorium was added. pH was 5.7. First of all
Was diluted to 0.3% by weight, and Hyper
floc CP-905H cationic polyacrylamide
To some furnish parts after adding
The Canadian standard freeness was then measured. This cation
Polyacrylamide from Hychem In of Jampa, Florida
c., which has an average molecular weight of 13 million and is positive
The ionicity was 20-30% by weight. Cation polyacryl
Luamide loadings 0, 1, 2, 4, and 6 lb / ton
The values of the freeness measured in 390, 420, 43, respectively
0, 430 and 485 ml.

ポリ硅酸ミクロゲルの性能をコロイド状シリカと比較
するために、Hyperfloc CP−905Hの装荷率を4ポンド
/トンと一定に選んだ。ポリ硅酸ミクロゲルは、pH3.5
まで脱イオンしそして4重量%のSiO2を含有するポリ硅
酸ナトリウム溶液を稀釈することにより6日前につくっ
てあったSiO2 1重量%の溶液であった。コロイド状シリ
カはBMA−Oであった。得られた結果を表10に示す。こ
の結果には濾水度試験から水切りされた白水に関する濁
度の測定が含まれる。
 Performance of polysilicate microgel compared to colloidal silica
To do, Hyperfloc CP-905H loading rate 4 pounds
Per ton. Polysilicic acid microgel has a pH of 3.5
Deionized and 4% by weight SiOTwoPolysilicon containing
6 days before diluting the sodium acid solution
SiOTwo It was a 1% by weight solution. Colloidal silicon
Mosquito was BMA-O. Table 10 shows the obtained results. This
The results of turbidity for the drained white water from the freeness test
Degree measurements are included.

ポリ硅酸ミクロゲル/陽イオンポリアクリルアミドの
組合わせについて、濾水度と微粉保持との双方の性能が
改善される(白水の濁度が低下する)ことを知ることが
できる。
It can be seen that the combination of polysilicic acid microgel / cationic polyacrylamide improves both freeness and fines retention (reduces turbidity of white water).

参考例11 本実施例はポリシリケートミクロゲルを形成する際に
いくつかの有機化合物を使用することにつき例示する。
Reference Example 11 This example illustrates the use of some organic compounds in forming a polysilicate microgel.

ミクロゲル11A(開始剤としてガンマーブチロラクト
ン): 4重量%のSiO2を含有するポリ硅酸ナトリウム300g
に、6ml(6.72g)のガンマーブチロラクトンを撹拌下で
添加した。混合物をそのままにとっておくと、約70分で
固体のゲルが形成されることが判った。その時のpHは1
0.67であった。次いで以上の製造を反復しそして試料を
採取し、また65分放置して極めてしまりのないゲルが形
成された後、稀釈した。このしまりのないゲルは撹拌に
よって容易にこわれ、0.125重量%のSiO2を含有するポ
リシリケートミクロゲルが得られる。
Microgel 11A (gamma-butyrolactone as initiator): 300 g of sodium polysilicate containing 4% by weight of SiO 2
To this was added 6 ml (6.72 g) of gamma-butyrolactone under stirring. The mixture was found to form a solid gel in about 70 minutes on standing. The pH at that time is 1
It was 0.67. The above preparation was then repeated and samples were taken and diluted after 65 minutes of standing to form a very loose gel. This loose gel is easily broken by stirring, resulting in a polysilicate microgel containing 0.125% by weight of SiO 2 .

ミクロゲル11B(開始剤としてのエチルアセトアセテー
ト): 4重量%のSiO2を含有するポリ硅酸ナトリウム200g
に、10ml(10.2g)のエチルアセトアセテートを撹拌下
で添加した。混合物には最初曇りがでたが、1分似内に
澄んだ。pHは11.22から10.61へと低下した。混合物をそ
のままとっておくと、約18分で固体のゲルが形成される
ことが判った。類似する2回目の調製物を12分間放置し
た後、SiO2 0.125重量%まで稀釈し、評価のためのポリ
シリケートミクロゲルを与えた。
Microgel 11B (ethyl acetoacetate as initiator): 200 g of sodium polysilicate containing 4% by weight of SiO 2
To this was added 10 ml (10.2 g) of ethyl acetoacetate under stirring. The mixture became cloudy at first, but cleared within 1 minute. The pH dropped from 11.22 to 10.61. The mixture was set aside and found to form a solid gel in about 18 minutes. After a similar second preparation was allowed to stand for 12 minutes, it was diluted to 0.125% by weight of SiO 2 to give a polysilicate microgel for evaluation.

ミクロゲル11C(開始剤としての無水コハク酸): 4重量%のSiO2を含有するポリ硅酸ナトリウム溶液20
0gを撹拌しつつ無水コハク酸(2.5g)を添加した。約5
分間の撹拌の後、無水物が溶解しそしてpHが10.22に低
下した。さらに静置すると、混合物は約75分で固体ゲル
を形成させた。2回目の調製物を45分間静置の後、SiO2
0.125重量%まで稀釈し、ポリシリケートミクロゲル溶
液を得た。
Microgel 11C (succinic anhydride as initiator): sodium polysilicate solution 20 containing 4% by weight of SiO 2
While stirring 0 g, succinic anhydride (2.5 g) was added. About 5
After stirring for a minute, the anhydride dissolved and the pH dropped to 10.22. Upon standing still, the mixture formed a solid gel in about 75 minutes. After standing the second preparation for 45 minutes, the SiO 2
After dilution to 0.125% by weight, a polysilicate microgel solution was obtained.

参考例1に記載のものと似たアルカリ性完成紙料中で
の、ミクロゲル11A、11Bおよび11Cの溶液の濾水および
保持の性能を、白水の濁度の測定により評価した。評価
はすべて、20ポンド/トンのBMBS−190陽イオン澱粉の
存在で実施した。市販製品と比較するための参照用試料
はすでに述べたコロイド状シリカのBMA−Oであった。
The drainage and retention performance of solutions of microgels 11A, 11B and 11C in an alkaline furnish similar to that described in Reference Example 1 was evaluated by measuring the turbidity of white water. All evaluations were performed in the presence of 20 lb / ton BMBS-190 cationic starch. The reference sample for comparison with the commercial product was the previously described colloidal silica BMA-O.

表11の結果から、ポリシリケートミクロゲルは、より
高い濾水度(改善された水切り)と水切りされた白水の
より低い濁度の値(改善された微粉保持)によって確証
されるように、コロイド状シリカに対して改良された最
適な結果を一般に与えたことがわかるであろう。
From the results in Table 11, the polysilicate microgel was colloidal, as evidenced by higher freeness (improved draining) and lower turbidity values of the drained white water (improved fines retention). It will be appreciated that silica has generally provided improved optimal results.

参考例12 本例は上記の諸実施例において例示したポリシリケー
トミクロゲルのいくつかの表面積について報告する。
Reference Example 12 This example reports on some surface areas of the polysilicate microgels exemplified in the above examples.

上記の諸実施例において述べたポリシリケートミクロ
ゲルを再びつくりそしてすでに引用したSearsの滴定方
法の改変方法を用いてミクロゲルの表面積の測定を行っ
た。各ポリシリケートミクロゲルは、調製の後、SiO2
0.75重量%に相当する濃度まで稀釈された。次に200gの
部分をpH3.5まで室温で回分方式により脱イオンし、過
剰な樹脂を濾過により除去しそしてSearsの方法に従っ
て、150gの濾液を滴定して表面積を求めた。それ自体で
酸を発生し、pH3.5まで脱イオンする硼酸塩およびクロ
ム酸塩のような開始剤を用いて形成されるポリシリケー
トミクロゲルの場合、開始剤のみに対してブランク測定
を行うことにより、開始剤から発生する酸について補正
する必要がある。
The polysilicate microgels described in the above examples were remade and the surface area of the microgels was determined using a modification of the Sears titration method cited above. Each polysilicate microgel, after preparation, SiO 2 about
It was diluted to a concentration corresponding to 0.75% by weight. The 200 g portion was then deionized batchwise at room temperature to pH 3.5, excess resin was removed by filtration and 150 g of filtrate was titrated for surface area according to the method of Sears. For polysilicate microgels formed with initiators such as borates and chromates that generate acid by themselves and deionize to pH 3.5, by performing a blank measurement on the initiator only, It is necessary to correct for the acid generated from the initiator.

得られた表面積を表12に示す。 Table 12 shows the obtained surface areas.

すでに述べたごとく、ポリシリケートミクロゲルの組
合わせは、一層高い装荷率でコロイド状シリカを使用す
る場合に観察される水切り/保持の性能に比べるとき、
低い装荷率において改善された性能を与えることが判っ
ている。本発明の別の態様においては、水切りおよび保
持のためにポリシリケートミクロゲルと併用するのに好
ましい陽イオンポリマーが、陽イオン澱粉である場合、
シリカミクロゲルが澱粉の顆粒上に沈着されている一成
分系の製品をつくることができる。この新規な組成物は
ふさわしく、「シリケート化陽イオン澱粉組成物」と称
される。このミクロゲルは、個々の澱粉顆粒の表面上に
ある程度不規則に分布していることが観察される沈着物
として通常形成される。これは図1〜図3において一層
明瞭に見ることができる。加えて、一成分系組成物に
は、組成物内に混入される、すべてがミクロゲルである
別の集塊物もまた通常含まれるであろう。この成分系の
製品は、乾燥した固体であり、そして大量の水の輸送を
回避できるので、この乾燥固体はコロイド状シリカの組
合わせに比べると、便利さと経済性とを提供する。
As already mentioned, the combination of polysilicate microgels, when compared to the drainage / retention performance observed when using colloidal silica at higher loadings,
It has been found to provide improved performance at low loading rates. In another embodiment of the present invention, where the preferred cationic polymer for use with the polysilicate microgel for draining and retention is cationic starch,
One-component products can be made in which silica microgels are deposited on starch granules. This new composition is suitably referred to as a "silicated cationic starch composition". This microgel is usually formed as a deposit which is observed to be somewhat irregularly distributed on the surface of the individual starch granules. This can be seen more clearly in FIGS. In addition, one-component compositions will usually also include other agglomerates, all microgels, which are incorporated into the composition. The dry solid offers convenience and economy as compared to the combination of colloidal silica, as the product of this component system is a dry solid and avoids the transport of large amounts of water.

本発明のこの態様によるシリケート化澱粉組成物は、
約1〜25重量%のシリカを含むものとして製造すること
ができるが、組成物が約5〜20重量%のシリカを含む場
合、最も一貫して満足な結果が得られる。実際、本発明
の固体澱粉組成物は、これを使用するために、約0.2〜
2.0重量%の澱粉を含有する水溶液を、少なくとも約5
〜約20分またはそれ以上にわたって、つまり澱粉顆粒が
膨潤して破裂し、一方、その結果シリカミクロゲルが水
性媒体中に分散されるまで、約80゜〜100℃の範囲の温
度まで加熱することにより、製造されることができる。
加熱されたこの溶液はある程度粘稠でありそして僅かに
不透明であるが、この溶液は単一成分の保持および水切
りの助剤として製紙用の紙料すなわち完成紙料に直接添
加されてよい。完成紙料に添加されるこの加熱された溶
液の量は約0.05〜5重量%の範囲で変化してもよい(乾
燥した紙料基準で1〜100ポンド/トン)。本発明によ
るシリケート化陽イオン澱粉は、アルカリ性および酸性
の両方の完成紙料中で改善された水切りおよび保持の性
能を発揮し、この場合、pHが4〜11と比較的広い範囲内
で変化してよい。加えて、ミョウバンも含有する酸性の
完成紙料中でシリケート化澱粉組成物を使用する場合で
も満足な結果が認められている。
The silicated starch composition according to this aspect of the invention comprises:
Although it can be prepared to contain about 1 to 25% by weight silica, the most consistently satisfactory results are obtained when the composition contains about 5 to 20% by weight silica. In fact, the solid starch compositions of the present invention require about 0.2 to about 0.2 to use.
An aqueous solution containing 2.0% by weight of starch is added to at least about 5
By heating to a temperature in the range of about 80 ° to 100 ° C. for up to about 20 minutes or more, i.e., until the starch granules swell and rupture while the silica microgel is dispersed in the aqueous medium. , Can be manufactured.
Although the heated solution is somewhat viscous and slightly opaque, the solution may be added directly to the papermaking stock or furnish as a single component retention and drainage aid. The amount of this heated solution added to the furnish may vary from about 0.05 to 5% by weight (1 to 100 pounds / ton based on dry stock). The silicated cationic starch according to the present invention exhibits improved drainage and retention performance in both alkaline and acidic furnishes, wherein the pH varies within a relatively wide range of 4-11. May be. In addition, satisfactory results have been observed when using silicated starch compositions in acidic furnishes that also contain alum.

シリケート化陽イオン澱粉を赤外線分析すると、非シ
リケート化陽イオン澱粉とは異なって、1050および1800
cm-1の波長において光吸収の著しい増大が示された。こ
れらの光吸収波長はオルトシリケートの主な吸収帯の光
吸収波長に相当し、従ってこのことは、本発明のシリケ
ート化澱粉組成物内にオルトシリケート結合がいくらか
発生したのを期待できることを示す。オルトシリケート
結合は、シリケート化陽イオン澱粉に追加的な両性的性
質を付与し、そしてこのことが、ミョウバンを含有する
完成紙料の性能の改善にかかわっていると考えられる。
Infrared analysis of silicated cationic starch, unlike non-silicated cationic starch, showed 1050 and 1800
A significant increase in light absorption was shown at a wavelength of cm -1 . These light absorption wavelengths correspond to the light absorption wavelengths of the main absorption band of orthosilicate, thus indicating that some orthosilicate bonding can be expected in the silicate starch compositions of the present invention. The orthosilicate linkages impart additional amphoteric properties to the silicated cationic starch, and it is believed that this is involved in improving the performance of the alum-containing furnish.

本発明のシリケート化陽イオン澱粉は、例えば小麦、
エンバク、トウモロコシ、タピオカおよびジャガイモの
ような種々な源泉からもたらされる澱粉からつくられ
る。ジャガイモ澱粉がその全般的な特性から一般に選好
される。
Silicated cationic starch of the present invention, for example, wheat,
Made from starches derived from various sources such as oats, corn, tapioca and potatoes. Potato starch is generally preferred due to its general properties.

基材へのシリカの沈着は米国特許第2,885,366号中で
広汎に説述されており、その教示は参照として本明細書
に加入されている。この方法は、固体の基材の懸濁物を
含むアルカリ金属シリケートの溶液を制御しつつ酸性化
することを包含する。pH、酸性化の速度、および使用温
度のいかんにより、基材上に沈着するシリカは、無定形
な粒子、多孔性のゲル粒子または不浸透性のシリカの完
全な皮殻になることができる。
The deposition of silica on a substrate has been extensively described in U.S. Pat. No. 2,885,366, the teachings of which are incorporated herein by reference. The method involves controlled acidification of a solution of an alkali metal silicate containing a suspension of a solid substrate. Depending on the pH, the rate of acidification, and the temperature of use, the silica deposited on the substrate can be a perfect crust of amorphous particles, porous gel particles, or impermeable silica.

本発明を実施する際、できるだけ多くのミクロゲルを
澱粉の各顆粒上に沈着させるのが好ましい。これによっ
て、その後、澱粉が使用の直前に水中で加熱される時、
ミクロゲルの最適な再分散が達成されよう。組成物がミ
クロゲルの集塊物を別に含む場合でさえ、澱粉が水中に
分散されそして加熱される時に良好な再分散が観察され
ている。
In practicing the present invention, it is preferred to deposit as much microgel as possible on each granule of starch. Thereby, when the starch is subsequently heated in water just before use,
Optimal redispersion of the microgel will be achieved. Good redispersion has been observed when the starch is dispersed in water and heated, even when the composition additionally comprises a microgel agglomerate.

シリカミクロゲルは予め陽イオン化された澱粉を用い
て沈着されうるが、ミクロゲルの沈着を最大化するに
は、陽イオン化工程における追加的段階として陽イオン
化された澱粉顆粒上にシリカミクロゲルが沈着されるの
が好ましい。いずれの場合でも、約5〜50重量%の陽イ
オン澱粉と、アルカリ金属シリケートとしての0.1〜10
重量%のSiO2とを含有する水性懸濁液が形成される。懸
濁液中の個々の澱粉顆粒は一般に約5〜100ミクロンの
寸法を有するであろう。引続いて撹拌下で酸性化するこ
とによりミクロゲルが形成されかつ沈着される。使用す
るアルカリ金属シリケートはメタ硅酸ナトリウム、Na2O
・SiO2あるいはNa2O・3.3SiO2のような普通の水ガラス
の一つであってよい。澱粉とシリケートとの十分に撹拌
された混合物の酸性化は、適当な酸、酸性ガス、または
塩、例えば塩酸、二酸化炭素、または重硫酸ナトリウム
をそれぞれゆっくりと添加することにより実施する。シ
リカミクロゲルの沈着にとって好ましいpHの範囲は約1
0.4〜10.8であるが、ただしこの範囲内でシリカの沈着
はある程度遅くまた不完全である。しかしながら実用上
は、シリカの分離が一層迅速でありかつ一層完全である
pHが6.5より低い酸性の範囲内で酸性化を行うのがより
一層便利である。ただしこの場合、シリカミクロゲルの
集塊物が別個に形成されることにもなってしまう。
Silica microgels can be deposited using pre-cationized starch, but to maximize microgel deposition, an additional step in the cationization process is to deposit silica microgels on the cationized starch granules. Is preferred. In each case, about 5 to 50% by weight of cationic starch and 0.1 to 10% as alkali metal silicate.
An aqueous suspension containing SiO 2 by weight is formed. The individual starch granules in the suspension will generally have a size of about 5-100 microns. Microgels are formed and deposited by subsequent acidification under stirring. The alkali metal silicate used is sodium metasilicate, Na 2 O
· SiO 2 or may be one of the plain water glass such as Na 2 O · 3.3SiO 2. Acidification of the well-stirred mixture of starch and silicate is carried out by slow addition of a suitable acid, acid gas, or salt, such as hydrochloric acid, carbon dioxide, or sodium bisulfate, respectively. The preferred pH range for silica microgel deposition is about 1
0.4 to 10.8, but within this range silica deposition is somewhat slow and incomplete. However, in practice, the separation of silica is faster and more complete
It is even more convenient to carry out the acidification in the acidic range where the pH is lower than 6.5. However, in this case, agglomerates of silica microgel are separately formed.

酸性化は10℃〜70℃の操作温度範囲で実施されてよい
が、ほとんどの目的のためには常温で十分である。ミク
ロゲルの沈着に際して認められている、澱粉顆粒の膨潤
およびその場合に起こりうる破裂を最小化するために、
例えば硫酸ナトリウムまたは硫酸カリウムあるいは塩化
ナトリウムまたは塩化カリウムのような中性塩を約15重
量%までの量添加できる。中性塩の存在より高温では一
層重要であり、またシリカミクロゲルを沈着させるのを
助ける。
The acidification may be carried out in the operating temperature range from 10 ° C. to 70 ° C., but room temperature is sufficient for most purposes. In order to minimize the swelling of starch granules and possible rupture that is observed during microgel deposition,
Neutral salts such as, for example, sodium or potassium sulfate or sodium or potassium chloride can be added in amounts up to about 15% by weight. Higher temperatures are more important than the presence of neutral salts and also help to deposit silica microgels.

上述した一般的方法を用いることにより0.1〜25重量
%またはそれ以上の量のシリカミクロゲルを澱粉の顆粒
上に沈着できるが、上述のごとく5〜20重量%の量が好
ましい。製品は1/5〜1/20のシリカ/澱粉比を与え、こ
の比率はこのタイプの水切りおよび保持助剤にとって最
適な性能範囲をカバーしている。
Silica microgels in amounts of 0.1 to 25% by weight or more can be deposited on starch granules by using the general methods described above, with amounts of 5 to 20% by weight being preferred as described above. The product gives a silica / starch ratio of 1/5 to 1/20, which covers the optimal performance range for this type of drainage and retention aid.

以下の諸実施例は陽イオン化された澱粉の顆粒上にシ
リカミクロゲルを沈着する方法を説明する。
The following examples illustrate a method for depositing silica microgels on cationic granules of starch.

実施例1 本例はジャガイモ澱粉をまず陽イオン化し、引続いて
シリカミクロゲルを沈着することにつき述べる。得られ
る生成物は6.23重量%のSiO2と0.2重量%のNとを含有
した。
Example 1 This example describes the cationization of potato starch first followed by the deposition of silica microgel. The resulting product contained 6.23% by weight of SiO 2 and 0.2% by weight of N.

澱粉の陽イオン化の方法は、参照のためその教示が本
明細書に加入されている米国特許第2,813,093号および
第2,867,217号中に記載されている。このような陽イオ
ン化には、澱粉のヒドロキシ基と、第3級または第4級
窒素基を含むエポキシエーテル化剤との反応が関与す
る。
Methods of starch cationization are described in U.S. Patent Nos. 2,813,093 and 2,867,217, the teachings of which are incorporated herein by reference. Such cationization involves the reaction of starch hydroxy groups with an epoxy etherifying agent containing a tertiary or quaternary nitrogen group.

調製 撹拌機、水凝縮器および滴下濾斗を備え、50℃の水浴
中に浸漬されている三つ口の500mlフラスコに、水100
g、塩化ナトリウム20gおよびジャガイモ澱粉(湿度23.8
%、Sigma Chem.Co.)90gを添加した。この混合物に、
水70g、水性のポリ硅酸ナトリウム(Na2O・3.3SiO2、Si
O2 28.4重量%)30g、水酸化ナトリウム1.65gおよび50
重量%のQUat 188(Dow Chem.Co.)16.7gを含有するア
ルカリ性のエーテル化混合物を約10分間にわたって滴状
に添加した。50℃での加熱および撹拌を5時間継続し
た。次に反応混合物を水で1.2まで稀釈しそして塩酸
によりpH6.3まで酸性化した。この混合物を濾過しそし
て生成物をフィルター上で1の水で連続3回洗浄し
た。80℃の真空オーブン中で1晩乾燥の後、シリケート
化陽イオン澱粉の生成物は0.2重量%のNと6.23重量%
のSiO2とを含有することが判った。
Preparation A three-necked 500 ml flask equipped with a stirrer, water condenser and dropping funnel and immersed in a 50 ° C water bath was charged with 100 ml of water.
g, sodium chloride 20g and potato starch (humidity 23.8
%, Sigma Chem. Co.) was added. In this mixture,
70g water, aqueous sodium polysilicate (Na 2 O ・ 3.3SiO 2 , Si
O 2 28.4% by weight) 30 g, sodium hydroxide 1.65 g and 50
An alkaline etherification mixture containing 16.7 g by weight of QUat 188 (Dow Chem. Co.) was added dropwise over about 10 minutes. Heating and stirring at 50 ° C. was continued for 5 hours. The reaction mixture was then diluted to 1.2 with water and acidified to pH 6.3 with hydrochloric acid. The mixture was filtered and the product was washed on the filter three consecutive times with 1 water. After drying overnight in a vacuum oven at 80 ° C., the product of the silicated cationic starch is 0.2% by weight N and 6.23% by weight.
Of SiO 2 .

使用 性能のこの実証においては、上記に比較した製品の性
能とジョージア州、MarriettaのProcomp Companyを通じ
て入手できる、特別等級の陽イオン澱粉とコロイド状シ
リカとを含む市販の2成分系の水切りおよび保持の系で
あるCompozil の性能との間の比較を行った。これらの
成分は製紙用の完成紙料に別個に添加される。比較は、
すべての成分(陽イオン澱粉とシリカの合計)を等重量
とする基準の下で行った。Compozil 陽イオン澱粉およ
び本発明のシリケート化陽イオン澱粉はともに、固体澱
粉を水中で100℃にて20分間蒸解することによりつくら
れる0.5重量%溶液として製紙用の紙料に添加した。使
用した製紙用紙料は、0.21重量%の漂白クラフトパルプ
(硬材70%、軟材30%)、填料としての0.09重量%のKl
ondyke 粘土および0.040重量%のミョウバン〔Al2(SO
4)・18H2O〕からなるミョウバン含有酸性紙料であっ
た。試験は、苛性ソーダによって紙料のpHを逐次的に4.
5および6.5に調整しつつ実施した。各pHにおいて、紙料
1リットルを用いてカナダ標準濾水度の測定(TAPPIの
標準的方法)を行った。濾水度は水切りについての直接
的な容積上の尺度(数値が大きいのが最良)であり、一
方、水切りされた水(白水)の濁度は微粉保持の尺度
(低い濁度が最良)を与える。産業上代表的に用いられ
る装荷率である1重量%(乾燥紙料基準)という全添加
物の添加水準において比較を行った。結果を表13に示
す。
In this demonstration of service performance, the properties of the product compared to the above
Noh and the Marrietta Procomp Company in Georgia
Special grade cationic starch and colloidal
A commercial two-component draining and retaining system containing Rica
A Compozil A comparison was made between the performance of these
The ingredients are added separately to the papermaking furnish. The comparison is
Equal weight of all components (sum of cationic starch and silica)
And performed under the standard. Compozil Cationic starch and
And the silicate cationic starch of the present invention are both solid starch.
Made by cooking powder in water at 100 ° C for 20 minutes
The solution was added to the papermaking stock as a 0.5% by weight solution. Use
The papermaking paper used was 0.21% by weight bleached kraft pulp.
(70% hardwood, 30% softwood), 0.09 wt% Kl as filler
ondyke Clay and 0.040% by weight alum [AlTwo(SO
Four) ・ 18HTwoO]
Was. The test was carried out by sequentially adjusting the pH of the stock with caustic soda.
Adjusted to 5 and 6.5. At each pH, paper stock
Measurement of Canadian standard freeness using 1 liter (TAPPI
Standard method). Freeness is direct about draining
Volumetric scale (larger numbers are best)
On the other hand, the turbidity of drained water (white water) is a measure of fine powder retention.
(Low turbidity is best). Is typically used in industry
Total loading of 1% by weight (based on dry stock)
The comparison was made at the level of addition of the substance. The results are shown in Table 13.
You.

実施例2 本例はジャガイモ澱粉の陽イオン化に引続いての澱粉
顆粒上へのシリカミクロゲルの沈着につき述べる。得ら
れる生成物の平均値はSiO2 16.8重量%およびN0.38重量
%であった。
Example 2 This example describes the deposition of silica microgel on starch granules following cationization of potato starch. The average value of the products obtained was 16.8% by weight of SiO 2 and 0.38% by weight of N.

調整 実施例1に使用したのと同じ装置内に、水170g、塩化
ナトリウム20g、45%の水酸化ナトリウム水溶液3.7g、
水性のポリ硅酸ナトリウム(Na2O・3.3SiO2、SiO2 28.2
重量%)60gおよびジャガイモ澱粉(Sigma Chem.Co.)9
0gをいれた。混合物を撹拌しながら50℃に加熱し、次い
で65重量%のQuat 188(Dow Chem.Co.)23mlを滴状に添
加した。加熱および撹拌を続け、そして2.5および5.5時
間にフラスコから100gの試料を取り出すことにより、陽
イオン化水準(Nの重量%)が異なる生成物を得た。こ
れらの試料をSiO2が3重量%(もとのシリケートを基準
として)に相当するように水で稀釈した。各試料を塩酸
によってpH6.5まで酸性化し、10分間撹拌し、次いで濾
過した。固体生成物を水1中に再分散し、pHを6に調
整し、次いで再度濾過した。この洗浄をもう一回反復
し、その後、固体生成物を80℃の真空オーブン中で1晩
乾燥した。乾燥試料の分析値は表14で知ることができ
る。
Adjustment In the same apparatus as used in Example 1, 170 g of water, 20 g of sodium chloride, 3.7 g of a 45% aqueous sodium hydroxide solution,
Aqueous sodium polysilicate (Na 2 O • 3.3SiO 2 , SiO 2 28.2
% By weight) and potato starch (Sigma Chem. Co.) 9
I put 0g. The mixture was heated to 50 ° C. with stirring, then 23 ml of 65% by weight Quat 188 (Dow Chem. Co.) were added dropwise. Continued heating and stirring, and withdrawing a 100 g sample from the flask at 2.5 and 5.5 hours yielded products with different cationization levels (wt% N). The samples were diluted with water so that the SiO 2 corresponded to 3% by weight (based on the original silicate). Each sample was acidified to pH 6.5 with hydrochloric acid, stirred for 10 minutes, and then filtered. The solid product was redispersed in water 1, the pH was adjusted to 6, and then filtered again. This wash was repeated once more, after which the solid product was dried in a vacuum oven at 80 ° C. overnight. The analytical values of the dried samples can be found in Table 14.

さらに、5.5時間後の試料の電子顕微鏡写真を撮影し
た。これは図1にみることができる。生成物はシリカミ
クロゲルを伴う陽イオン澱粉の顆粒から主としてなる。
Further, an electron micrograph of the sample 5.5 hours later was taken. This can be seen in FIG. The product mainly consists of granules of cationic starch with silica microgel.

使用 本例の生成物の使用に関する評価は、再び実施例1と
同じ試料でなされたカナダ標準濾水度の測定によった。
pHは4.5であった。試験はシリケート化澱粉20ポンド/
トンの装荷率(乾燥紙料の1重量%という基準)で実施
し、そして陽イオン澱粉16.61ポンド/トンおよびコロ
イド状シリカ3.4ポンド/トンという組合わせ物の装荷
率(17重量%のSiO2を含有するシリケート化澱粉の装荷
率1重量%に相当する)において、Compozil 成分の性
能を対照として比較を行った。結果を表15に示す。
Use An evaluation of the use of the product of this example was made again with Example 1.
By Canadian standard freeness measurements made on the same samples.
pH was 4.5. The test was 20 pounds of silicate starch /
Ton loading rate (based on 1% by weight of dry paper)
And 16.61 pounds / ton of cationic starch and
Loading of 3.4 lb / ton combination of id silica
Rate (17 wt% SiOTwoOf silicate starch containing sucrose
Rate equivalent to 1% by weight). Ingredient gender
The comparison was performed using the ability as a control. Table 15 shows the results.

水切りおよび微粉保持の双方におけるシリケート化澱
粉試料の改善された性能(より高い濾水度の値およびよ
り低い濁度の値)をみることができる。
One can see the improved performance (higher freeness and lower turbidity values) of the silicated starch sample in both draining and fines retention.

実施例3 本例はシリカミクロゲルを陽イオン化澱粉に沈着させ
るための別な方法を例証する。この方法は本明細書に記
載するタイプのシリケート化陽イオン澱粉組成物を、予
め生成した陽イオン澱粉から製造するのに好適である。
Example 3 This example illustrates another method for depositing silica microgels into cationic starch. This method is suitable for producing silicated cationic starch compositions of the type described herein from preformed cationic starch.

1リットルのフラスコに水350g、硫酸ナトリウム35
g、水性の硅酸ナトリウム(Na2O・3.3SiO2、28.4重量
%)156gおよび陽イオン化ジャガイモ澱粉(Sigma Che
m.Co.)165gを装入した。混合物を室温22℃で撹拌し、
そしてpHが10.7に低下するまで1Mの硫酸を滴状に添加し
た。酸を少量添加しつつ2時間撹拌することによってpH
をこの値に保った。次に混合物を濾過しそして濾過ケー
キを1の水中に再び懸濁し、撹拌しそして再び濾過し
た。水1中のケーキのこの第2の再懸濁物はpH10.28
を与えた。このpHを塩酸によってpH4.7に調整しそして
濾過した。固体を水1中に再び懸濁しそして再び濾過
した。濾液の最終洗浄を行った。80℃の真空オーブン内
で1晩この固体を乾燥した。発火分析(ignition analy
sis)によって、固体が8.5重量%のSiO2を含有すること
が判った。図2として複製した電子顕微鏡写真は、ミク
ロゲルが実質的にすべて澱粉顆粒上に沈着することを示
した。
350 g of water and 35 g of sodium sulfate in a 1 liter flask
g, aqueous sodium silicate (Na 2 O · 3.3SiO 2 , 28.4% by weight) 156 g and cationized potato starch (Sigma Che
m.Co.) 165 g. The mixture is stirred at room temperature 22 ° C.
Then 1M sulfuric acid was added dropwise until the pH dropped to 10.7. The pH is adjusted by stirring for 2 hours while adding a small amount of acid.
Was kept at this value. The mixture was then filtered and the filter cake was resuspended in one piece of water, stirred and filtered again. This second resuspension of the cake in water 1 has a pH of 10.28
Gave. The pH was adjusted to pH 4.7 with hydrochloric acid and filtered. The solid was resuspended in water 1 and filtered again. A final wash of the filtrate was performed. The solid was dried in a vacuum oven at 80 ° C. overnight. Ignition analysis
by sis), solid was found to contain SiO 2 of 8.5 wt%. Electron micrographs reproduced as FIG. 2 showed that the microgels were deposited substantially all on the starch granules.

実施例4 本例はシリカミクロゲルを沈着させるための別な方法
を例証する。この方法は予め生成された陽イオン澱粉か
らシリケート化陽イオン澱粉を製造するのにやはり好適
である。
Example 4 This example illustrates another method for depositing silica microgels. This method is also suitable for producing silicated cationic starch from preformed cationic starch.

40℃の水浴中にある1のフラスコに水500g、硫酸ナ
トリウム50gおよび水性のポリ硅酸ナトリウム(Na2O・
3.3SiO2、28.2重量%)を撹拌下で装入し、続いてジャ
ガイモ澱粉(Sigma Chem.Co.)235gを装入した。約5分
間撹拌の後、小型ポンプによって毎分1mlの割合の1Mの
硫酸のゆるやかな添加を開始した。混合物のpHが4に低
下するまで、2時間にわたって酸116mlの添加を継続し
た。次に混合物を濾過した。濾過ケーキを水1中に再
び懸濁し、撹拌しそして再び濾過した。これをさらに2
回反復し、その後、湿潤ケーキを80℃の真空オーブン内
にいれて乾燥した。発火分析によりケーキが9.6重量%
のSiO2を含有することが判った。図3として複写した生
成物の電子顕微鏡写真は、澱粉顆粒上に沈着したミクロ
ゲルに加えて、シリカミクロゲルの集塊物が別に存在す
ることを示す。
500 g of water, 50 g of sodium sulfate and aqueous sodium polysilicate (Na 2 O ·
3.3 SiO 2 , 28.2% by weight) were charged under stirring, followed by 235 g of potato starch (Sigma Chem. Co.). After stirring for about 5 minutes, a gradual addition of 1 M sulfuric acid at a rate of 1 ml per minute was started by a small pump. The addition of 116 ml of acid was continued over 2 hours until the pH of the mixture dropped to 4. Then the mixture was filtered. The filter cake was resuspended in water 1, stirred and filtered again. This is 2 more
The wet cake was placed in a vacuum oven at 80 ° C. and dried. 9.6% by weight of cake by ignition analysis
Of SiO 2 . Electron micrographs of the product, reproduced as FIG. 3, show that in addition to the microgel deposited on the starch granules, there is a separate agglomeration of silica microgel.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) D21H 17/28,17/67 C08L 3/04 C08K 3/36──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) D21H 17 / 28,17 / 67 C08L 3/04 C08K 3/36

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】約1〜25重量%のシリカを含有し、かつシ
リカが水溶性ポリシリケートミクロゲルの形態で表面上
に沈着している陽イオン化された澱粉の顆粒から本質的
になる、乾燥固体であるシリケート化陽イオン澱粉組成
物からなり、パルプを含有する水性の完成紙料に添加さ
れる製紙用の改良された水切りおよび保持助剤。
1. A dry solid containing from about 1 to 25% by weight of silica and consisting essentially of granules of cationized starch deposited on the surface in the form of a water-soluble polysilicate microgel. An improved drainage and retention aid for papermaking which is comprised of a silicated cationic starch composition which is added to an aqueous furnish containing pulp.
【請求項2】陽イオン化された澱粉が、陽イオン化ジャ
ガイモ澱粉である請求項1記載の改良された水切りおよ
び保持助剤。
2. The improved drainage and retention aid according to claim 1, wherein the cationized starch is a cationized potato starch.
【請求項3】ポリシリケートミクロゲルが、澱粉顆粒の
表面まわりに不規則に沈着している請求項1記載の改良
された水切りおよび保持助剤。
3. The improved drainage and retention aid according to claim 1, wherein the polysilicate microgel is randomly deposited around the surface of the starch granules.
【請求項4】約1〜25重量%のシリカを含有し、かつシ
リカが水溶性ポリシリケートミクロゲルの形態で表面上
に沈着している陽イオン化澱粉の顆粒から本質的にな
る、乾燥固体であるシリケート化陽イオン澱粉、および
別のシリカミクロゲルの集塊物を含み、パルプを含有す
る水性の完成紙料に添加される製紙用の改良された水切
りおよび保持助剤。
4. A dry solid containing about 1 to 25% by weight of silica and consisting essentially of granules of cationized starch deposited on the surface in the form of a water-soluble polysilicate microgel. An improved papermaking drainage and retention aid for pulp-containing aqueous furnish comprising silicated cationic starch and another silica microgel agglomerate.
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