JP2940953B2 - 製紙における保持／排水剤としてのポリシリケイト微細ゲル - Google Patents
製紙における保持／排水剤としてのポリシリケイト微細ゲルInfo
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- C01B33/143—Preparation of hydrosols or aqueous dispersions by acidic treatment of silicates of aqueous solutions of silicates
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- 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
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は製紙に関し、特に、繊維ウエブ若しくはシー
トを形成する為、水中のパルプ懸濁液及び無機重填剤が
ワイヤ若しくはネット上に展開されると共に水が除去さ
れる方法に関する。より具体的には、本発明は、有機ポ
リマーと共に陰イオンポリシリケイト微細ゲルを添加
し、パルプ及び充填剤微粒子を凝集させ、脱水工程中、
脱水が容易で微粒子の保持性が良好で、従って、製紙プ
ロセスの生産性及び歩留りの両者を高める技術に関す
る。
トを形成する為、水中のパルプ懸濁液及び無機重填剤が
ワイヤ若しくはネット上に展開されると共に水が除去さ
れる方法に関する。より具体的には、本発明は、有機ポ
リマーと共に陰イオンポリシリケイト微細ゲルを添加
し、パルプ及び充填剤微粒子を凝集させ、脱水工程中、
脱水が容易で微粒子の保持性が良好で、従って、製紙プ
ロセスの生産性及び歩留りの両者を高める技術に関す
る。
［発明の背景及び要約］ ウェット−エンド（wet−end）排水性及び微粒子保持
性を改良する為の多くの付随的なシステムが従来技術に
開示されている。上記システムは、ポリマー、ポリマー
の組合わせ、及びコロイド状シリカと組合われたポリマ
ーの使用も含む。上記後者のシステムは現在に用いられ
ている最も効率的なもの内の幾つかであるが、付随的な
部分にコストの削減及び実績の改良をしなければならな
いという継続的な必要性が存在する。
性を改良する為の多くの付随的なシステムが従来技術に
開示されている。上記システムは、ポリマー、ポリマー
の組合わせ、及びコロイド状シリカと組合われたポリマ
ーの使用も含む。上記後者のシステムは現在に用いられ
ている最も効率的なもの内の幾つかであるが、付随的な
部分にコストの削減及び実績の改良をしなければならな
いという継続的な必要性が存在する。
本発明は、保持及び排水剤として、最も一般的にはSi
O2が3.3重量部に対してNa2Oが１重量部の形を有する、
ナトリウムポリシリケイトのようなアルカリ金属シリケ
イト若しくはポリシリケイトの部分的ゲル化により形成
されるポリシリケイト微細ゲルを用いる。商業的コロイ
ド状シリカと対比して「活性」シリカとして言及される
上記微細ゲルは、３次元ネットワーク及びチェーン中に
配置された、例えば1nmの、非常に小さな粒子の集合体
からなる。これらは典型的には、通常の1000m2/gより大
きな非常に大きな表面積を有し、自然若しくは人工源か
ら引出された陽イオンポリマーと共に製紙プロセスにお
いて用いられている。
O2が3.3重量部に対してNa2Oが１重量部の形を有する、
ナトリウムポリシリケイトのようなアルカリ金属シリケ
イト若しくはポリシリケイトの部分的ゲル化により形成
されるポリシリケイト微細ゲルを用いる。商業的コロイ
ド状シリカと対比して「活性」シリカとして言及される
上記微細ゲルは、３次元ネットワーク及びチェーン中に
配置された、例えば1nmの、非常に小さな粒子の集合体
からなる。これらは典型的には、通常の1000m2/gより大
きな非常に大きな表面積を有し、自然若しくは人工源か
ら引出された陽イオンポリマーと共に製紙プロセスにお
いて用いられている。
ポリシリケイト微細ゲルは、ナトリウムポリシリケイ
ト溶液に開始剤を添加することにより最も容易に形成さ
れる。開始剤はゲル化プロセスを開始させ、もし完遂が
許容されるならば、溶液の全凝固をもたらす。ゲル凝固
時間、即ち一旦開始されてから起きる全凝固の為の時間
は、数秒から数ヶ月の範囲をとることができ、pH、シリ
カの濃度、温度、及び中性塩の存在等の種々の要素に依
存する。商業的な適用の為、短いゲル凝固時間が望まし
い。一旦開始されると、望ましくは約1wt％ SiO2若し
くはそれ未満にポリシリケイト溶液が希釈されることに
より停止される前に、ゲル凝固時間の約５−95％の間、
ゲル化が進行することが可能となる。
ト溶液に開始剤を添加することにより最も容易に形成さ
れる。開始剤はゲル化プロセスを開始させ、もし完遂が
許容されるならば、溶液の全凝固をもたらす。ゲル凝固
時間、即ち一旦開始されてから起きる全凝固の為の時間
は、数秒から数ヶ月の範囲をとることができ、pH、シリ
カの濃度、温度、及び中性塩の存在等の種々の要素に依
存する。商業的な適用の為、短いゲル凝固時間が望まし
い。一旦開始されると、望ましくは約1wt％ SiO2若し
くはそれ未満にポリシリケイト溶液が希釈されることに
より停止される前に、ゲル凝固時間の約５−95％の間、
ゲル化が進行することが可能となる。
このように形成されたポリシリケイト微細ゲルは、水
溶性陽イオンポリマー、望ましくは陽イオン澱粉、陽イ
オングア（guar）、陽イオンポリアクリルアミドと組合
わされると、良好な保持及び排水剤を構成することが見
出されている。
溶性陽イオンポリマー、望ましくは陽イオン澱粉、陽イ
オングア（guar）、陽イオンポリアクリルアミドと組合
わされると、良好な保持及び排水剤を構成することが見
出されている。
［従来の技術］ 米国特許第2,217,466号は、生水の処理において、凝
集剤としてのポリケイ酸若しくは活性シリカの初期の使
用を開示している。メリル及びボルトンによる「Activa
ted Silica,a New Engineering Tool（Chem.Eng.
Progress 1,［1947］,27）」は、製紙工場の白水の為
の凝集剤及び、製紙機械のヘッドボックスに添加された
時の繊維及び充填剤微粒子の為の保持剤としての活性シ
リカの使用を示唆する。陰イオン活性シリカと陽イオン
ポリマーとの併用については何等言及されていない。
集剤としてのポリケイ酸若しくは活性シリカの初期の使
用を開示している。メリル及びボルトンによる「Activa
ted Silica,a New Engineering Tool（Chem.Eng.
Progress 1,［1947］,27）」は、製紙工場の白水の為
の凝集剤及び、製紙機械のヘッドボックスに添加された
時の繊維及び充填剤微粒子の為の保持剤としての活性シ
リカの使用を示唆する。陰イオン活性シリカと陽イオン
ポリマーとの併用については何等言及されていない。
米国特許第3,224,927号及び同第3,253,978号は、耐火
繊維接着への適用における、無機繊維の為の結合剤とし
てのコロイド状シリカ及び陽イオン澱粉の併用を開示す
る。使用されるコロイド状シリカの量は、製紙への適用
におけるよりも遥かに大きく、即ち、繊維接着への適用
においては製品の10−20重量％で、これに対して製紙へ
の適用においては約１重量％である。繊維接着におい
て、凝集を導く条件は回避され、これに対して製紙にお
いては凝集は添加物の好ましい結果である。
繊維接着への適用における、無機繊維の為の結合剤とし
てのコロイド状シリカ及び陽イオン澱粉の併用を開示す
る。使用されるコロイド状シリカの量は、製紙への適用
におけるよりも遥かに大きく、即ち、繊維接着への適用
においては製品の10−20重量％で、これに対して製紙へ
の適用においては約１重量％である。繊維接着におい
て、凝集を導く条件は回避され、これに対して製紙にお
いては凝集は添加物の好ましい結果である。
米国特許第4,388,150号は、ストック成分の保持性を
改良する為に製紙ストックに添加されるか、或いは汚染
問題を減少させると共にストック成分値を回復する為に
白水に添加する為の、コロイド状シリカ及び陽イオン澱
粉からなるバインダ組成を開示する。米国特許第4,388,
150号は、コロイド状シリカはポリケイ酸を含む種々の
形態をとることが可能であるが、コロイド状の形態のシ
リカの使用が最も良好な結果をもたらすことを教示して
いる。この特許は、ポリケイ酸自体は望ましくないこ
と、及び貯蔵において安定性の低下がないことを教示し
ている。
改良する為に製紙ストックに添加されるか、或いは汚染
問題を減少させると共にストック成分値を回復する為に
白水に添加する為の、コロイド状シリカ及び陽イオン澱
粉からなるバインダ組成を開示する。米国特許第4,388,
150号は、コロイド状シリカはポリケイ酸を含む種々の
形態をとることが可能であるが、コロイド状の形態のシ
リカの使用が最も良好な結果をもたらすことを教示して
いる。この特許は、ポリケイ酸自体は望ましくないこ
と、及び貯蔵において安定性の低下がないことを教示し
ている。
ポリケイ酸のある貯蔵若しくは静置は望ましいことが
見出されている。ポリケイ酸の水溶液の完全なゲル化は
回避されるべきで、何故なら、一旦ゲル化されると、溶
液は保持及び排水剤として使用する為の利益が殆ど無く
なるからである。ポリケイ酸の貯蔵若しくは静置はシリ
カ微細ゲルの形成を導き、これは種々の陽イオンポリマ
ーと共に使用されると、保持及び排水剤システムを提供
し、上記システムは、多くの場合、従来の技術のコロイ
ド状シリカ／陽イオン澱粉により提供されるものより優
れ、少なくとも等価である。
見出されている。ポリケイ酸の水溶液の完全なゲル化は
回避されるべきで、何故なら、一旦ゲル化されると、溶
液は保持及び排水剤として使用する為の利益が殆ど無く
なるからである。ポリケイ酸の貯蔵若しくは静置はシリ
カ微細ゲルの形成を導き、これは種々の陽イオンポリマ
ーと共に使用されると、保持及び排水剤システムを提供
し、上記システムは、多くの場合、従来の技術のコロイ
ド状シリカ／陽イオン澱粉により提供されるものより優
れ、少なくとも等価である。
［発明の詳細な説明］ 彼の著書「The Chmistry of Silica （John Wil
ey ＆ Sons,NY.,1979）」において、アール．ケイ．
イラーは、174−176頁及び225−234頁で、ポリケイ酸の
非常に小さな粒子の３次元集合体からなる微細ゲルの形
成及びポリケイ酸のポリマー化を記載している。上記微
細粒子はまた「活性シリカ」の用語が付けられ、親の非
架橋ポリケイ酸から識別されると共に、商業的に通じよ
う遭遇するコロイド状ケイ酸溶液若しくはコロイド状シ
リカから識別されている。ゾル中の微細ゲルはゾル中の
コロイドを検出する為に通常使用される光錯乱のような
技術では容易に検出することができない。同様に微細ゲ
ルはゾルから遠心力によっては容易に分離されない。ア
ール．ケイ．イラーによれば、上記引用のテキストの23
1頁において、微細ゲルの３次元ネットワーク中におけ
るシリカ粒子濃度、微細ゲルの屈折率、及び微細ゲルの
密度は周囲ゾルの中では同じであるとしている。
ey ＆ Sons,NY.,1979）」において、アール．ケイ．
イラーは、174−176頁及び225−234頁で、ポリケイ酸の
非常に小さな粒子の３次元集合体からなる微細ゲルの形
成及びポリケイ酸のポリマー化を記載している。上記微
細粒子はまた「活性シリカ」の用語が付けられ、親の非
架橋ポリケイ酸から識別されると共に、商業的に通じよ
う遭遇するコロイド状ケイ酸溶液若しくはコロイド状シ
リカから識別されている。ゾル中の微細ゲルはゾル中の
コロイドを検出する為に通常使用される光錯乱のような
技術では容易に検出することができない。同様に微細ゲ
ルはゾルから遠心力によっては容易に分離されない。ア
ール．ケイ．イラーによれば、上記引用のテキストの23
1頁において、微細ゲルの３次元ネットワーク中におけ
るシリカ粒子濃度、微細ゲルの屈折率、及び微細ゲルの
密度は周囲ゾルの中では同じであるとしている。
活性シリカの製造及び水の純化におけるその使用の為
の別方法は、ジェイムス ジー．ベイルの「Soluble S
ilicates（Reinhold Publising Co.,NY.,1960）」の
第２巻に記述される。この情報源及び発行文献を読む
と、ポリシリケイト微細ゲルは下記のように製造される
であろうことが示唆される。
の別方法は、ジェイムス ジー．ベイルの「Soluble S
ilicates（Reinhold Publising Co.,NY.,1960）」の
第２巻に記述される。この情報源及び発行文献を読む
と、ポリシリケイト微細ゲルは下記のように製造される
であろうことが示唆される。
（１）アルカリ金属シリケイトの水溶液は、酸交換樹脂
（acid exchange resin）、無機酸、並びに硫酸及び
酢酸のような有機酸により酸性化される。ポリケイ酸微
細ゲルが形成されるように、約pH2−10.5にシリケイト
が酸性化された後、溶液の貯蔵若しくは静置が通常必要
となる。静置時間は、第１にpH及びシリカ濃度に依存す
る。pH3−４で４−5wt％のシリカを含有する溶液にとっ
ては多分非常に短いであろう静置期間後、微細ゲルの更
なる成長の維持によりこれを安定させる為、溶液が約1w
t％シリカ若しくはそれ未満に希釈される。
（acid exchange resin）、無機酸、並びに硫酸及び
酢酸のような有機酸により酸性化される。ポリケイ酸微
細ゲルが形成されるように、約pH2−10.5にシリケイト
が酸性化された後、溶液の貯蔵若しくは静置が通常必要
となる。静置時間は、第１にpH及びシリカ濃度に依存す
る。pH3−４で４−5wt％のシリカを含有する溶液にとっ
ては多分非常に短いであろう静置期間後、微細ゲルの更
なる成長の維持によりこれを安定させる為、溶液が約1w
t％シリカ若しくはそれ未満に希釈される。
（２）アルカリ金属シリケイトの水溶液は、例えばオル
トホウ酸ナトリウム（borax）、重亜硫酸ナトリウム、
重クロム酸カリウム、重炭酸ナトリウム、リン酸二水素
ナトリウム、二酸化炭素、二酸化硫黄、及び塩素のよう
な酸性塩及びガスにより酸性化される。硫酸アンモニウ
ム、硫酸アルミニウム、塩化第２鉄及び塩化第１鉄等の
弱基の酸性塩及び強酸もまた使用可能であろう。
トホウ酸ナトリウム（borax）、重亜硫酸ナトリウム、
重クロム酸カリウム、重炭酸ナトリウム、リン酸二水素
ナトリウム、二酸化炭素、二酸化硫黄、及び塩素のよう
な酸性塩及びガスにより酸性化される。硫酸アンモニウ
ム、硫酸アルミニウム、塩化第２鉄及び塩化第１鉄等の
弱基の酸性塩及び強酸もまた使用可能であろう。
（３）両性金属酸のアルカリ金属塩がアルカリ金属シリ
ケイトり水溶液に添加される。上記塩の例は、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、バナジン酸カリウムである。これらの
塩はシリケイト溶液のアルカリ性を減じず、ゲル化及び
シリカ微細ゲルの形成プロセスを開始させる。
ケイトり水溶液に添加される。上記塩の例は、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、バナジン酸カリウムである。これらの
塩はシリケイト溶液のアルカリ性を減じず、ゲル化及び
シリカ微細ゲルの形成プロセスを開始させる。
（４）ある有機化合物がアルカリ金属シリケイトの水溶
液に添加される。上記有機化合物は水溶性で、通常有機
化合物の加水分解の結果として、シリケイト溶液の部分
的酸性化に少なくとも影響できることが望ましい（必須
ではないが）。上記化合物の例は、有機酸無水物、アミ
ド、ラクトン、ニトリル、及びスルトンである。より具
体的には、例えば、夫々、こはく酸無水物、アセトアミ
ド、酢酸エチル、ブチロラクトン、プロピオニトリル、
及びプロパンスルトンである。より安定な有機化合物の
場合、加水分解及び最終ポリシリケイト微細ゲル形成に
効果をもたらす為、混合物の加温が必要となるであろ
う。
液に添加される。上記有機化合物は水溶性で、通常有機
化合物の加水分解の結果として、シリケイト溶液の部分
的酸性化に少なくとも影響できることが望ましい（必須
ではないが）。上記化合物の例は、有機酸無水物、アミ
ド、ラクトン、ニトリル、及びスルトンである。より具
体的には、例えば、夫々、こはく酸無水物、アセトアミ
ド、酢酸エチル、ブチロラクトン、プロピオニトリル、
及びプロパンスルトンである。より安定な有機化合物の
場合、加水分解及び最終ポリシリケイト微細ゲル形成に
効果をもたらす為、混合物の加温が必要となるであろ
う。
上記全方法は、原理的に、製紙に有用なポリシリケイ
ト微細ゲルの形成に使用可能である。しかし上記方法の
多くは、コスト、安全性、環境基準を考慮した時、殆ど
商業的な重要性がない。例えば、バナジウム塩は高価
で、また危険な塩素はできれば使用を避けたい。同様
に、製紙工場の白水中への中毒性クロム塩の放出は望ま
しくない。商業的な見地から、本発明に従う、ポリシリ
ケイト微細ゲルの調整の為の単純且つ最も経済的な方法
は、ナトリウムポリシリケイト溶液をアラム、ホウ酸ナ
トリウム若しくはアルミン酸ナトリウムのようなゲル開
始剤をナトリウムポリシリケイト溶液に添加することに
よる。
ト微細ゲルの形成に使用可能である。しかし上記方法の
多くは、コスト、安全性、環境基準を考慮した時、殆ど
商業的な重要性がない。例えば、バナジウム塩は高価
で、また危険な塩素はできれば使用を避けたい。同様
に、製紙工場の白水中への中毒性クロム塩の放出は望ま
しくない。商業的な見地から、本発明に従う、ポリシリ
ケイト微細ゲルの調整の為の単純且つ最も経済的な方法
は、ナトリウムポリシリケイト溶液をアラム、ホウ酸ナ
トリウム若しくはアルミン酸ナトリウムのようなゲル開
始剤をナトリウムポリシリケイト溶液に添加することに
よる。
本発明の実施において、重量部で1:3.3の比のNa2O:Si
O2を含む市販の入手可能なナトリウムポリシリケイトの
溶液を用いることが望ましい。これらは通常28−30wt％
の濃度のシリカを含んで供給される。ポリシリケイト微
細ゲルの調整の為、上記市販の溶液は先ず第１に、微細
ゲルの形成開始の為に選択された特定の調整方法、及び
使用開始剤の両者に適当な濃度まで希釈されなければな
らない。例えば、鉱酸による酸性化により微細ゲルを形
成する為、約0.1−6wt％の濃度のシリカが最も有用であ
ることが見出されている。しかし、これに反してアー
ル．ケイ．イラーは上記引用のテキストの288頁で、硫
酸を用いると、12wt％までのSiO2を含有するナトリウム
ポリシリケイトの溶液が酸性化可能であることを教示し
ている。しかしもし、ホウ酸ナトリウムのような非酸性
材料が開始剤として使用されるとすると、いかなるシリ
ケイト濃度も使用可能である。但しここで、上記混合物
のゲル凝固時間が、完全なゲル凝固が生じる前にポリシ
リケイト微細ゲルの希釈及び安定化を許容する為に十分
長いものと仮定する。ポリシリケイト微細ゲルの安定化
は、望ましくは約1wt％ SiO2若しくはそれ未満まで希
釈することにより得られる。
O2を含む市販の入手可能なナトリウムポリシリケイトの
溶液を用いることが望ましい。これらは通常28−30wt％
の濃度のシリカを含んで供給される。ポリシリケイト微
細ゲルの調整の為、上記市販の溶液は先ず第１に、微細
ゲルの形成開始の為に選択された特定の調整方法、及び
使用開始剤の両者に適当な濃度まで希釈されなければな
らない。例えば、鉱酸による酸性化により微細ゲルを形
成する為、約0.1−6wt％の濃度のシリカが最も有用であ
ることが見出されている。しかし、これに反してアー
ル．ケイ．イラーは上記引用のテキストの288頁で、硫
酸を用いると、12wt％までのSiO2を含有するナトリウム
ポリシリケイトの溶液が酸性化可能であることを教示し
ている。しかしもし、ホウ酸ナトリウムのような非酸性
材料が開始剤として使用されるとすると、いかなるシリ
ケイト濃度も使用可能である。但しここで、上記混合物
のゲル凝固時間が、完全なゲル凝固が生じる前にポリシ
リケイト微細ゲルの希釈及び安定化を許容する為に十分
長いものと仮定する。ポリシリケイト微細ゲルの安定化
は、望ましくは約1wt％ SiO2若しくはそれ未満まで希
釈することにより得られる。
ポリシリケイト微細ゲルの調製において、希釈により
ゲルが安定化される前に、粒子チェーン及び３次元ネッ
トワークの形成の為の十分な時間が得られるように留意
することが重要である。この時間は、操作の特定態様に
より変化するであろうが、堅い非水溶性の固まりが形成
される時間（ゲル凝固時間）の約５−95％、望ましくは
10−90％となる。次続の希釈で同種の水溶液が得られる
とすると、ポリシリケイト溶液自体の増加される粘性は
特に制限的なものではない。実際上、ゲル凝固時間は可
能な限り短い方がよい。シリケイト溶液と、望ましくは
また溶液である開始剤とを混合し、次に十分な微細ゲル
形成に必要な短い保持時間において混合物を希釈するこ
とが最も便利である。
ゲルが安定化される前に、粒子チェーン及び３次元ネッ
トワークの形成の為の十分な時間が得られるように留意
することが重要である。この時間は、操作の特定態様に
より変化するであろうが、堅い非水溶性の固まりが形成
される時間（ゲル凝固時間）の約５−95％、望ましくは
10−90％となる。次続の希釈で同種の水溶液が得られる
とすると、ポリシリケイト溶液自体の増加される粘性は
特に制限的なものではない。実際上、ゲル凝固時間は可
能な限り短い方がよい。シリケイト溶液と、望ましくは
また溶液である開始剤とを混合し、次に十分な微細ゲル
形成に必要な短い保持時間において混合物を希釈するこ
とが最も便利である。
このようにして製造されたポリシリケイト微細ゲルは
一般的に、保持／排水の適用において、類似の商業的適
用において現在使用されているコロイド状シリカと同じ
位活性であることが見出されている。多くの例におい
て、上記ポリシリケイト微細ゲルの組合わせは低装荷量
において良好な改良された性能を提供することが見出さ
れ、これは望ましい商業的な対象物となる。ポリシリケ
イト微細ゲルはまた市販のコロイド状シリカに対してコ
スト上の利点を提供し、何故なら、これらは製紙工場で
容易に製造可能で、従って、製品輸送コストを削減する
ことができるからである。
一般的に、保持／排水の適用において、類似の商業的適
用において現在使用されているコロイド状シリカと同じ
位活性であることが見出されている。多くの例におい
て、上記ポリシリケイト微細ゲルの組合わせは低装荷量
において良好な改良された性能を提供することが見出さ
れ、これは望ましい商業的な対象物となる。ポリシリケ
イト微細ゲルはまた市販のコロイド状シリカに対してコ
スト上の利点を提供し、何故なら、これらは製紙工場で
容易に製造可能で、従って、製品輸送コストを削減する
ことができるからである。
製紙プロセスにおいて、本発明のポリシリケイト微細
ゲルは自然若しくは人工源から得られた陽イオンポリマ
ーと共に使用される。最も有用なこれらのポリマーは、
陽イオン澱粉、陽イオングア、及び陽イオンポリアクリ
ルアミドで、製紙に対するこれらの適用は全て従来技術
に開示されている。他の陽イオンポリマーもまたポリシ
リケイト微細ゲルと共に使用可能で、単独若しくは陽イ
オン澱粉、陽イオングア及び陽イオンポリアクリルアミ
ドに添加される。
ゲルは自然若しくは人工源から得られた陽イオンポリマ
ーと共に使用される。最も有用なこれらのポリマーは、
陽イオン澱粉、陽イオングア、及び陽イオンポリアクリ
ルアミドで、製紙に対するこれらの適用は全て従来技術
に開示されている。他の陽イオンポリマーもまたポリシ
リケイト微細ゲルと共に使用可能で、単独若しくは陽イ
オン澱粉、陽イオングア及び陽イオンポリアクリルアミ
ドに添加される。
上記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ンムクロライド、アクリ
ルアミドと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製品、及びジカルボン酸でポリアミ
ンを縮合し、次にエピクロロヒドリンでプレポリマーを
更に反応させることにより得られる陽イオン湿強度樹脂
である。陽イオン澱粉は、低コスト及び紙に乾燥強度を
付与するという利点を有する点で、特に有用である。紙
強度があまり重要でない時は、他のポリマーの使用が有
利となろう。
リジアリルジメチルアンモニウンムクロライド、アクリ
ルアミドと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製品、及びジカルボン酸でポリアミ
ンを縮合し、次にエピクロロヒドリンでプレポリマーを
更に反応させることにより得られる陽イオン湿強度樹脂
である。陽イオン澱粉は、低コスト及び紙に乾燥強度を
付与するという利点を有する点で、特に有用である。紙
強度があまり重要でない時は、他のポリマーの使用が有
利となろう。
使用される陽イオン澱粉は、コーン澱粉、芋澱粉、麦
澱粉及びタピオカ澱粉のような全ての一般的な澱粉製造
材料から得られるが、通常芋澱粉が本発明の粒子の為の
最も望ましい陽イオン化製品を付与する。陽イオン化
は、３−クロロ−２−ハイ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試薬を用いた商業的な
製造により可能で、窒素の置換程度が約0.001−0.2（即
ち、約0.01−2.0wt％、窒素／澱粉）の間で変化する陽
イオン澱粉が得られる。窒素の置換程度が約0.03（即
ち、約0.25wt％）の陽イオン澱粉が基も頻繁に使用され
ている。
澱粉及びタピオカ澱粉のような全ての一般的な澱粉製造
材料から得られるが、通常芋澱粉が本発明の粒子の為の
最も望ましい陽イオン化製品を付与する。陽イオン化
は、３−クロロ−２−ハイ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試薬を用いた商業的な
製造により可能で、窒素の置換程度が約0.001−0.2（即
ち、約0.01−2.0wt％、窒素／澱粉）の間で変化する陽
イオン澱粉が得られる。窒素の置換程度が約0.03（即
ち、約0.25wt％）の陽イオン澱粉が基も頻繁に使用され
ている。
使用において、紙ファーニッシュの乾燥重量の約0.00
1−1.0wt％（0.02−20lb/t（ポンド／トン））の量のポ
リシリケイト微細ゲルが使用され、これと共に、紙ファ
ーニッシュの乾燥重量の約0.001−3.0wt％（0.02−60lb
/t）の範囲の量の陽イオンポリマーが使用される。両成
分の上記以上の両の使用は可能であるが、通常利益のあ
る効果はなく、コストの増大をまねく。望ましい添加率
は、ポリシリケイト微細ゲルについては約0.05−0.4wt
％（１−8lb/t）で、これと共に約0.5−1.0wt％（10−2
0lb/t）の陽イオン澱粉が使用されるか、陽イオングア
及び陽イオンポリアクリルアミドの場合は0.001−1.0wt
％（0.02−20lb/t）が使用される。
1−1.0wt％（0.02−20lb/t（ポンド／トン））の量のポ
リシリケイト微細ゲルが使用され、これと共に、紙ファ
ーニッシュの乾燥重量の約0.001−3.0wt％（0.02−60lb
/t）の範囲の量の陽イオンポリマーが使用される。両成
分の上記以上の両の使用は可能であるが、通常利益のあ
る効果はなく、コストの増大をまねく。望ましい添加率
は、ポリシリケイト微細ゲルについては約0.05−0.4wt
％（１−8lb/t）で、これと共に約0.5−1.0wt％（10−2
0lb/t）の陽イオン澱粉が使用されるか、陽イオングア
及び陽イオンポリアクリルアミドの場合は0.001−1.0wt
％（0.02−20lb/t）が使用される。
ポリシリケイト微細ゲル／ポリマーの組合わせは紙フ
ァーニッシュに約pH4−10の広い範囲で使用可能である
が、より中性及びアルカリ性ファーニッシュが最良の結
果の為に望ましい。紙ファーニッシュは種々の木パルプ
及び無機充填剤からなる。従って、漂白されたクラフト
パルプ、熱機械的、化学熱機械的及び砕木パルプが、無
機充填剤としての二酸化チタン、軽質若しくはグランド
炭酸カルシウム及びクレイと共に使用される。下記の例
にあっては、本発明に係るポリシリケイト微細ゲルを調
製及び有用化する為の種々の方法が例示される。
ァーニッシュに約pH4−10の広い範囲で使用可能である
が、より中性及びアルカリ性ファーニッシュが最良の結
果の為に望ましい。紙ファーニッシュは種々の木パルプ
及び無機充填剤からなる。従って、漂白されたクラフト
パルプ、熱機械的、化学熱機械的及び砕木パルプが、無
機充填剤としての二酸化チタン、軽質若しくはグランド
炭酸カルシウム及びクレイと共に使用される。下記の例
にあっては、本発明に係るポリシリケイト微細ゲルを調
製及び有用化する為の種々の方法が例示される。
実施例 製紙におけるポリシリケイト微細ゲルの効用を示す
為、カナダ標準ろ水度試験における排水性能が先ず測定
された。ろ水度試験からの白水の汚濁度の測定は、上記
システムによるパルプ及び充填剤微粒子の保持性を一緒
にした測定を提供した。ブリット ダイナミック ドレ
イネッジ ジャー（Britt Dynamic Drainage Jar）にお
ける微粒子保持性の測定もまたなされた。近似の従来技
術と比較した効用を示す為、BMA−０という市販のコロ
イド状シリカのサンプルとの比較が行われた。この製品
は、保持／排水剤システム「Compozil」の１成分からな
り、ジョージア州マリエッタのProcomp,Inc.により米国
内で製紙において使用されると共に販売されている。上
記コロイド状シリカは、約5.5nmの粒子直径及び500−55
0m2/gの表面積を有し、これは、コロイド状シリカを使
用する保持／排水剤の最適な範囲のものとして米国特許
第4,388,150号に開示される。
為、カナダ標準ろ水度試験における排水性能が先ず測定
された。ろ水度試験からの白水の汚濁度の測定は、上記
システムによるパルプ及び充填剤微粒子の保持性を一緒
にした測定を提供した。ブリット ダイナミック ドレ
イネッジ ジャー（Britt Dynamic Drainage Jar）にお
ける微粒子保持性の測定もまたなされた。近似の従来技
術と比較した効用を示す為、BMA−０という市販のコロ
イド状シリカのサンプルとの比較が行われた。この製品
は、保持／排水剤システム「Compozil」の１成分からな
り、ジョージア州マリエッタのProcomp,Inc.により米国
内で製紙において使用されると共に販売されている。上
記コロイド状シリカは、約5.5nmの粒子直径及び500−55
0m2/gの表面積を有し、これは、コロイド状シリカを使
用する保持／排水剤の最適な範囲のものとして米国特許
第4,388,150号に開示される。
各例において、同一の混合条件及び成分の添加順序が
維持された。望ましい方法は、陽イオンポリマーが上記
ファーニッシュに先ず添加され、続いてポリシリケイト
微細ゲルが添加されることであることが見出された。こ
の順序は、逆態様の添加よりも通常優れた性能を付与す
ることが見出だされたが、上記逆の態様（ポリシリケイ
ト微細ゲルが先ず添加される）も使用可能で、或いは、
各材料の添加を分割することも可能である。全ての混合
はブリット ジャー内で800rpmの設定で撹拌され、且つ
下記のタイムシーケンスにより行われた。
維持された。望ましい方法は、陽イオンポリマーが上記
ファーニッシュに先ず添加され、続いてポリシリケイト
微細ゲルが添加されることであることが見出された。こ
の順序は、逆態様の添加よりも通常優れた性能を付与す
ることが見出だされたが、上記逆の態様（ポリシリケイ
ト微細ゲルが先ず添加される）も使用可能で、或いは、
各材料の添加を分割することも可能である。全ての混合
はブリット ジャー内で800rpmの設定で撹拌され、且つ
下記のタイムシーケンスにより行われた。
（１）ファーニッシュがブリット ジャー内添加され、
15秒間撹拌された。
15秒間撹拌された。
（２）次に陽イオンポリマーが添加され、15秒間撹拌さ
れた。
れた。
（３）次にポリシリケイト微細ゲル若しくはコロイド状
シリカが添加され、15秒間撹拌された。
シリカが添加され、15秒間撹拌された。
（４）次にブリット ジャーが微粒子保持性測定の為に
排水されるか、或いは、排水性測定の為にカナダろ水度
試験保持キャップにその内容物が移された。
排水されるか、或いは、排水性測定の為にカナダろ水度
試験保持キャップにその内容物が移された。
参考例１ この例は、単純なポリケイ酸の性能をポリケイ酸微細
ゲルのそれと比較している。市販のコロイド状シリカ、
BMA−０の性能との比較もまた含まれる。
ゲルのそれと比較している。市販のコロイド状シリカ、
BMA−０の性能との比較もまた含まれる。
この例で用いられている単純なポリケイ酸は、過剰な
「Dowex（商標）」50w−x8［H+］のポリスチレンスルホ
ン酸樹脂と共に、1wt％のSiO2を含有するナトリウムポ
リシリケイト溶液（1Na2O:3.3SiO2）の急速バッチ脱イ
オン化により調製された。pHが3.5まで低下した後、樹
脂は濾過され、溶液は0.125wt％SiO2まで希釈された。
使用されたポリケイ酸微細ゲルは、部分的酸性化及び4w
t％SiO2を含有するナトリウムポリシリケイト溶液の静
置により調製された。従って、良好な撹拌下で19.8モル
の硫酸19mlが、300gのナトリウムポリシリケイト溶液に
15秒間に亘って添加された。溶液のpHは10.01まで低下
した。上記溶液は１時間放置されて時効可能にされ、そ
の後0.125wt％SiO2まで希釈されることにより安定化さ
れた。
「Dowex（商標）」50w−x8［H+］のポリスチレンスルホ
ン酸樹脂と共に、1wt％のSiO2を含有するナトリウムポ
リシリケイト溶液（1Na2O:3.3SiO2）の急速バッチ脱イ
オン化により調製された。pHが3.5まで低下した後、樹
脂は濾過され、溶液は0.125wt％SiO2まで希釈された。
使用されたポリケイ酸微細ゲルは、部分的酸性化及び4w
t％SiO2を含有するナトリウムポリシリケイト溶液の静
置により調製された。従って、良好な撹拌下で19.8モル
の硫酸19mlが、300gのナトリウムポリシリケイト溶液に
15秒間に亘って添加された。溶液のpHは10.01まで低下
した。上記溶液は１時間放置されて時効可能にされ、そ
の後0.125wt％SiO2まで希釈されることにより安定化さ
れた。
比較試験の為、0.3wt％密度のアルカリ性微粒子紙フ
ァーニッシュを用いて、カナダ標準ろ水度測定がなされ
た。懸濁ソリッドは70wt％漂白パルプ（70％硬木、30％
軟木）及び30wt％軟質炭酸カルシウムからなった。pHは
8.0であった。
ァーニッシュを用いて、カナダ標準ろ水度測定がなされ
た。懸濁ソリッドは70wt％漂白パルプ（70％硬木、30％
軟木）及び30wt％軟質炭酸カルシウムからなった。pHは
8.0であった。
種々のシリカ製品の試験は全て、ファーニッシュの乾
燥重量で20lb/tの一定装荷量において、ファーニッシュ
に添加された陽イオン澱粉と共になされた。陽イオン澱
粉はBMB−S190で、これはProcompからその「Compozil」
システムの為に販売されている、約0.03の窒素置換度を
有する芋澱粉である。表１が結果である。
燥重量で20lb/tの一定装荷量において、ファーニッシュ
に添加された陽イオン澱粉と共になされた。陽イオン澱
粉はBMB−S190で、これはProcompからその「Compozil」
システムの為に販売されている、約0.03の窒素置換度を
有する芋澱粉である。表１が結果である。
表１から、単純な非架橋ポリケイ酸はファーニッシュ
の排水性を改良する上で殆ど活性を示さなかった。しか
し、微細ゲルポリケイ酸は、少なくとも市販のコロイド
状シリカと同様な良好な全体的な活性を示し、商業的に
望ましい１−4lb/tのSiO2の低使用量においてはむしろ
幾分強化された活性を示している。
の排水性を改良する上で殆ど活性を示さなかった。しか
し、微細ゲルポリケイ酸は、少なくとも市販のコロイド
状シリカと同様な良好な全体的な活性を示し、商業的に
望ましい１−4lb/tのSiO2の低使用量においてはむしろ
幾分強化された活性を示している。
実施例１ この例は、ポリシリケイト微細ゲルの形成の為の開始
剤としての製紙用アラムの使用を示す。
剤としての製紙用アラムの使用を示す。
4wt％SiO2を含有する300gのナトリウムポリシリケイ
ト溶液に対して、ウエアリング ブレンダ（Waring ble
nder）内における高撹拌下で、ピペットから、10wt％ア
ラム［硫酸アルミニウムAl2（SO4）3.14H2O］が75ml添
加された。この混合物は、pH9.8で、微粒子白沈殿を含
有する乳白色溶液が得られるように、１分間撹拌され
た。一部は直ぐに0.125wt％SiO2まで希釈された（微細
ゲル2A）。別の部分は、20分放置後に0.125wt％SiO2ま
で希釈された（微細ゲル2B）。ストック溶液の残部は30
分後に完全にゲルとなった。ポリシリケイト微細ゲルの
上記２つの溶液は参考例１で記述されたものと類似の態
様で排水性能が試験された。表２に結果が示される。
ト溶液に対して、ウエアリング ブレンダ（Waring ble
nder）内における高撹拌下で、ピペットから、10wt％ア
ラム［硫酸アルミニウムAl2（SO4）3.14H2O］が75ml添
加された。この混合物は、pH9.8で、微粒子白沈殿を含
有する乳白色溶液が得られるように、１分間撹拌され
た。一部は直ぐに0.125wt％SiO2まで希釈された（微細
ゲル2A）。別の部分は、20分放置後に0.125wt％SiO2ま
で希釈された（微細ゲル2B）。ストック溶液の残部は30
分後に完全にゲルとなった。ポリシリケイト微細ゲルの
上記２つの溶液は参考例１で記述されたものと類似の態
様で排水性能が試験された。表２に結果が示される。
表２のろ水度値は、両微細ゲルにより得られた排水性
が、コロイド状シリカの市販サンプル、特に一般的に使
用される４−8lb/tの範囲と少なくとも同程度であった
ことを示している。
が、コロイド状シリカの市販サンプル、特に一般的に使
用される４−8lb/tの範囲と少なくとも同程度であった
ことを示している。
参考例２ この例は、ポリシリケイト微細ゲル形成の為の開始剤
としてのボラックス（オルトホウ酸ナトリウム10水塩、
Na2B4O7・10H2O）の使用を示す。
としてのボラックス（オルトホウ酸ナトリウム10水塩、
Na2B4O7・10H2O）の使用を示す。
5wt％ボラックス溶液60gに対して、高撹拌下で、3.75
wt％SiO2を含有する40gのナトリウムポリシリケイト溶
液が添加された。混合後、この混合物は静置するように
放置された。８分後、一部は0.125wt％SiO2まで希釈さ
れた。残りの非希釈部分のゲル凝固時間は23分であっ
た。排水性測定が上記希釈微細ゲルについて、参考例１
と類似のアルカリ性ファーニッシュにおいてなされた。
しかし、使用された陽イオン澱粉は、イリノイ州デカタ
ーのA.E.Staley Mfg.Co.から得られた「Stalok（商標）
400」という陽イオン芋澱粉のサンプルであった。全試
験において澱粉の装荷量は再び20lb/tであった。表３に
その結果が示される。
wt％SiO2を含有する40gのナトリウムポリシリケイト溶
液が添加された。混合後、この混合物は静置するように
放置された。８分後、一部は0.125wt％SiO2まで希釈さ
れた。残りの非希釈部分のゲル凝固時間は23分であっ
た。排水性測定が上記希釈微細ゲルについて、参考例１
と類似のアルカリ性ファーニッシュにおいてなされた。
しかし、使用された陽イオン澱粉は、イリノイ州デカタ
ーのA.E.Staley Mfg.Co.から得られた「Stalok（商標）
400」という陽イオン芋澱粉のサンプルであった。全試
験において澱粉の装荷量は再び20lb/tであった。表３に
その結果が示される。
商業上望ましい４−8lb/tSiO2の低装荷量において、
ポリシリケイト微細ゲルはコロイド状シリカゾルの性能
を越えた。ポリシリケイト微細ゲルの最適な性能は4lb/
tで得られ、これに対してコロイド状シリカは8lb/tであ
った。
ポリシリケイト微細ゲルはコロイド状シリカゾルの性能
を越えた。ポリシリケイト微細ゲルの最適な性能は4lb/
tで得られ、これに対してコロイド状シリカは8lb/tであ
った。
実施例２ この例はポリシリケイト微細ゲルの調製の為の開始剤
として、錫酸ナトリウム（Na2SnO4）を用いた２つの手
順を例示する。
として、錫酸ナトリウム（Na2SnO4）を用いた２つの手
順を例示する。
微細ゲル4A 5wt％SiO2を含有する50gのナトリウムポリシリケイト
に対して、良好な撹拌下で、約15秒に亘って、5.2wt％
錫酸ナトリウムを含有する50gの溶液が添加された。上
記混合物は放置された。４時間後、上記混合物は幾分粘
性を有するようになり、次に排水剤としての評価の為に
0.125wt％SiO2まで希釈された。
に対して、良好な撹拌下で、約15秒に亘って、5.2wt％
錫酸ナトリウムを含有する50gの溶液が添加された。上
記混合物は放置された。４時間後、上記混合物は幾分粘
性を有するようになり、次に排水剤としての評価の為に
0.125wt％SiO2まで希釈された。
微細ゲル4B 5.5wt％SiO2を含有する64gのナトリウムポリシリケイ
トに対して、良好な撹拌下で、約15秒に亘って、10wt％
錫酸ナトリウムを含有する46gの溶液が添加された。上
記混合物は放置された。約3.5時間後、これは非常に緩
いゲルとなった。この緩いゲルは350gの水を含有するウ
エアリング ブレンダに移され、澄んだ溶液が得られる
ように、高速で約２分間混合された。次にこの溶液は排
水剤としての評価の為に0.125wt％SiO2まで更に希釈さ
れた。
トに対して、良好な撹拌下で、約15秒に亘って、10wt％
錫酸ナトリウムを含有する46gの溶液が添加された。上
記混合物は放置された。約3.5時間後、これは非常に緩
いゲルとなった。この緩いゲルは350gの水を含有するウ
エアリング ブレンダに移され、澄んだ溶液が得られる
ように、高速で約２分間混合された。次にこの溶液は排
水剤としての評価の為に0.125wt％SiO2まで更に希釈さ
れた。
カナダ標準ろ水度測定は、参考例１と類似のアルカリ
性ファーニッシュにおける種々の装荷量において両微細
ゲルを用いてなされた。全試験は20lb/tの装荷量でBMB
Ｓ−190の陽イオン芋澱粉を用いてなされた。
性ファーニッシュにおける種々の装荷量において両微細
ゲルを用いてなされた。全試験は20lb/tの装荷量でBMB
Ｓ−190の陽イオン芋澱粉を用いてなされた。
上記両微細ゲルは大幅に強化された排水性能を示して
いるように見られる。
いるように見られる。
実施例３ この例はポリシリケイト微細ゲル形成の開始剤とし
て、アルミン酸ナトリウム（NaAlO2）を使用している。
て、アルミン酸ナトリウム（NaAlO2）を使用している。
10wt％SiO2を含有する7.5gのナトリウムポリシリケイ
ト溶液が水で30gに希釈された。この溶液に対して、ゆ
っくり且つ良好な撹拌下で1.0wt％のAl2O3を含有する20
gのアルミン酸ナトリウム溶液が添加された。使用され
たアルミン酸ナトリウムは、ジョージア州アトランタの
Vinings Industriesから得られた市販の濃縮液体の希釈
物である。上記混合物は撹拌なしに５分間時効され、そ
してサンプルがとられた。上記サンプルは評価の為、0.
125wt％SiO2まで希釈された。非希釈部分は14分後にゲ
ルとなった。参考例１と類似のアルカリ性ファーニッシ
ュがポリシリケイト微細ゲル及び20lb/tBMB Ｓ−190陽
イオン澱粉の種々の組合わせのろ水度を測定する為に使
用された。表５にその結果が示される。
ト溶液が水で30gに希釈された。この溶液に対して、ゆ
っくり且つ良好な撹拌下で1.0wt％のAl2O3を含有する20
gのアルミン酸ナトリウム溶液が添加された。使用され
たアルミン酸ナトリウムは、ジョージア州アトランタの
Vinings Industriesから得られた市販の濃縮液体の希釈
物である。上記混合物は撹拌なしに５分間時効され、そ
してサンプルがとられた。上記サンプルは評価の為、0.
125wt％SiO2まで希釈された。非希釈部分は14分後にゲ
ルとなった。参考例１と類似のアルカリ性ファーニッシ
ュがポリシリケイト微細ゲル及び20lb/tBMB Ｓ−190陽
イオン澱粉の種々の組合わせのろ水度を測定する為に使
用された。表５にその結果が示される。
上記ポリシリケイト微細ゲルはコロイド状シリカより
も大幅に良好な性能を示した。
も大幅に良好な性能を示した。
参考例３ この例はポリシリケイト微細ゲル形成の為の開始剤と
してのクロム酸カリウム（K2CrO7）の使用を示す。
してのクロム酸カリウム（K2CrO7）の使用を示す。
クロム酸カリウム溶液（5wt％K2CrO7、71.6g）が、良
好な撹拌下で、10wt％SiO2を含有し且つ予め94.4gに希
釈された25gのナトリウムポリシリケイト溶液に対して
添加された。上記混合物は静置するように放置された。
これは3.5分でゲルとなった。第２の調製は混合の2.5分
後にサンプルされ、0.125wt％SiO2まで希釈された。排
水性試験がまた参考例１の概要と類似の条件下でなされ
た。表６にその結果が示される。
好な撹拌下で、10wt％SiO2を含有し且つ予め94.4gに希
釈された25gのナトリウムポリシリケイト溶液に対して
添加された。上記混合物は静置するように放置された。
これは3.5分でゲルとなった。第２の調製は混合の2.5分
後にサンプルされ、0.125wt％SiO2まで希釈された。排
水性試験がまた参考例１の概要と類似の条件下でなされ
た。表６にその結果が示される。
上記ポリシリケイト微細ゲルはコロイド状シリカに相
当する性能を示した。
当する性能を示した。
参考例４ この例はpH4.5及びpH6.0の酸性ファーニッシュにおい
て陽イオングアと組合わせた時のポリケイ酸微細ゲルの
使用を示す。
て陽イオングアと組合わせた時のポリケイ酸微細ゲルの
使用を示す。
先ず6wt％SiO2を含有するナトリウムポリシリケイト
溶液を脱イオン化することにより6wt％のポリケイ酸溶
液が調製された。上記ポリシリケイト溶液は、約14inの
「Dowex（商標）」50W−X8［H+］ポリスチレンスルホン
酸イオン交換樹脂で満たされた、直径1.5inのガラス柱
を通された。約30ml/minの流速は、ポリケイ酸流出物の
pHを約pH2.6に維持するように調整された。約300mlの生
成物を収集した後、一部は1wt％SiO2まで希釈され、放
置された。上記生成物の残部はちょうど１日経過後にゲ
ルとなった。
溶液を脱イオン化することにより6wt％のポリケイ酸溶
液が調製された。上記ポリシリケイト溶液は、約14inの
「Dowex（商標）」50W−X8［H+］ポリスチレンスルホン
酸イオン交換樹脂で満たされた、直径1.5inのガラス柱
を通された。約30ml/minの流速は、ポリケイ酸流出物の
pHを約pH2.6に維持するように調整された。約300mlの生
成物を収集した後、一部は1wt％SiO2まで希釈され、放
置された。上記生成物の残部はちょうど１日経過後にゲ
ルとなった。
１週間放置後、1wt％SiO2溶液の一部は、一方はpH6で
他方はpH4.5の２つの酸性ファーニッシュにおいて排水
性能の評価をする為、更にo.125wt％SiO2まで希釈され
た。静置後のポリケイ酸微細ゲルの表面積は、「G.W.Se
ars,Anal.Chem.28（1956）」の1981頁の滴定手順を用い
て、1076m2/gと測定された。排水性試験の為、使用され
たファーニッシュは0.3wt％の密度で、70wt％漂白クラ
フトパルプ（70％硬木、30％軟木）及び「Klondyke（商
標）」クレイからなり、適当なpHに調整された。「Klon
dyke（商標）」クレイは、ニュージャージー州エヂソン
のEngelhard Corporationの製品である。ポリケイ酸微
細ゲルは、ニューヨーク州ニューヨークのStein,Hall a
nd Co.Inc.から入手した「Jaguar（商標）」C13陽イオ
ングアガムと共に使用された。全試験はグアの装荷量4l
b/tでなされた。表７にその結果が示される。
他方はpH4.5の２つの酸性ファーニッシュにおいて排水
性能の評価をする為、更にo.125wt％SiO2まで希釈され
た。静置後のポリケイ酸微細ゲルの表面積は、「G.W.Se
ars,Anal.Chem.28（1956）」の1981頁の滴定手順を用い
て、1076m2/gと測定された。排水性試験の為、使用され
たファーニッシュは0.3wt％の密度で、70wt％漂白クラ
フトパルプ（70％硬木、30％軟木）及び「Klondyke（商
標）」クレイからなり、適当なpHに調整された。「Klon
dyke（商標）」クレイは、ニュージャージー州エヂソン
のEngelhard Corporationの製品である。ポリケイ酸微
細ゲルは、ニューヨーク州ニューヨークのStein,Hall a
nd Co.Inc.から入手した「Jaguar（商標）」C13陽イオ
ングアガムと共に使用された。全試験はグアの装荷量4l
b/tでなされた。表７にその結果が示される。
8lb/tSiO2の装荷量において、BMA−0/陽イオングアの
組合わせに対比して、ポリケイ酸微細ゲル／陽イオング
アの組合わせの排水性において大幅な改良が見られた。
上記改良はpH4.5及びpH6の両ファーニッシュにおいて生
じた。
組合わせに対比して、ポリケイ酸微細ゲル／陽イオング
アの組合わせの排水性において大幅な改良が見られた。
上記改良はpH4.5及びpH6の両ファーニッシュにおいて生
じた。
参考例５ この例は、ポリケイ酸微細ゲルのサンプルを用いた、
微粒子保持性測定並びに、ろ水度及び白水汚濁度測定を
報告する。
微粒子保持性測定並びに、ろ水度及び白水汚濁度測定を
報告する。
ポリケイ酸微細ゲルストック溶液は「Dowex（商
標）」50W−X8［H+］イオン交換樹脂を用いて、4wt％Si
O2を含有する300gのナトリウムポリシリケイト溶液をpH
3までバッチで脱イオン化することにより調製された。
ポリケイ酸は1wt％まで希釈され、静置の為に放置され
た。調製されたようにこの表面積は、上記ジー．ダブリ
ュ．シアーズの滴定方法を用いて1187m2/gと測定され
た。約18時間の放置後、上記表面積は1151m2/gまで僅か
に減少した。微細ゲルは、カナダ標準ろ水度及びブリッ
ト ジャー微粒子保持性試験における両性能の為に試験
された。
標）」50W−X8［H+］イオン交換樹脂を用いて、4wt％Si
O2を含有する300gのナトリウムポリシリケイト溶液をpH
3までバッチで脱イオン化することにより調製された。
ポリケイ酸は1wt％まで希釈され、静置の為に放置され
た。調製されたようにこの表面積は、上記ジー．ダブリ
ュ．シアーズの滴定方法を用いて1187m2/gと測定され
た。約18時間の放置後、上記表面積は1151m2/gまで僅か
に減少した。微細ゲルは、カナダ標準ろ水度及びブリッ
ト ジャー微粒子保持性試験における両性能の為に試験
された。
試験の為、参考例１で使用されたものと類似のファー
ニッシュが使用された。ろ水度試験の為のファーニッシ
ュの密度は0.3wt％で、微粒子保持性試験の為の密度は
0.5wt％である。ろ水度試験において、排水白水の汚濁
度がまた微粒子保持性の別の指標として測定された。全
試験はBMB Ｓ−190陽イオン澱粉20lb/tの存在下におい
てなされた。表８及び表8Aに結果が示される。
ニッシュが使用された。ろ水度試験の為のファーニッシ
ュの密度は0.3wt％で、微粒子保持性試験の為の密度は
0.5wt％である。ろ水度試験において、排水白水の汚濁
度がまた微粒子保持性の別の指標として測定された。全
試験はBMB Ｓ−190陽イオン澱粉20lb/tの存在下におい
てなされた。表８及び表8Aに結果が示される。
表８から、上記ポリケイ酸微細ゲルは、排水性及び低
汚濁度から判断した微粒子保持性の両面において、市販
のコロイド状シリカの最適な性能に匹敵することが分か
る。更に、商業的な見地から最も望ましいことは、上記
微細ゲルは上記最適値に4lb/tという低装荷量で到達
し、即ち、市販のシリカに必要な8lb/tのたった半分と
なる。
汚濁度から判断した微粒子保持性の両面において、市販
のコロイド状シリカの最適な性能に匹敵することが分か
る。更に、商業的な見地から最も望ましいことは、上記
微細ゲルは上記最適値に4lb/tという低装荷量で到達
し、即ち、市販のシリカに必要な8lb/tのたった半分と
なる。
表8Aの結果は表８の結果を明確にすることが分かる。
即ち、微細ゲルを用いた微粒子保持性の最適値は、市販
のコロイド状シリカに必要な装荷量のたった半分の装荷
量で達成できる。
即ち、微細ゲルを用いた微粒子保持性の最適値は、市販
のコロイド状シリカに必要な装荷量のたった半分の装荷
量で達成できる。
実施例４ この例は、２つの別のポリシリケイト微細ゲルを用い
て得られる微粒子保持値と、コロイド状シリカを用いて
得られる保持値とを比較する。
て得られる微粒子保持値と、コロイド状シリカを用いて
得られる保持値とを比較する。
使用されたポリシリケイト微細ゲルは、実施例２の錫
酸ナトリウムで開始された微細ゲル4A及び実施例３のア
ルミン酸ナトリウムで開始された微細ゲルにおけるよう
に調製された。比較用のコロイド状シリカはBMA−０
で、また全ケースにおいて使用されたポリマーはBMB
Ｓ−190陽イオン澱粉で装荷量は20lb/tである。全テス
トは標準のブリット ジャー装置及び前述の手順を用い
て行われた。使用されたファーニッシュはpH8.0のアル
カリ性で、参考例１のそれと類似のメイクアップがなさ
れた。
酸ナトリウムで開始された微細ゲル4A及び実施例３のア
ルミン酸ナトリウムで開始された微細ゲルにおけるよう
に調製された。比較用のコロイド状シリカはBMA−０
で、また全ケースにおいて使用されたポリマーはBMB
Ｓ−190陽イオン澱粉で装荷量は20lb/tである。全テス
トは標準のブリット ジャー装置及び前述の手順を用い
て行われた。使用されたファーニッシュはpH8.0のアル
カリ性で、参考例１のそれと類似のメイクアップがなさ
れた。
コロイド状シリカに対する上記２つのポリシリケイト
微細ゲルの改良された性能は上記データから容易に分か
るであろう。
微細ゲルの改良された性能は上記データから容易に分か
るであろう。
参考例６ この例は、ポリケイ酸微細ゲルと陽イオンポリアクリ
ルアミドとの組合わせ使用により得られる改良を示す。
100％砕木のファーニッシュが使用された。
ルアミドとの組合わせ使用により得られる改良を示す。
100％砕木のファーニッシュが使用された。
0.5wt％密度のファーニッシュは100％石砕木（50％硬
木/50％軟木）から調製された。電解質をシミュレート
する為、上記ファーニッシュに対して、0.66g/lの無水
硫酸ナトリウムが添加された。pHは5.7である。先ず0.3
wt％密度に希釈され、「Hyperfloc（商標）」CP−950H
陽イオンポリアクリルアミドが徐々に増量するように添
加された後、カナダ標準ろ水度測定がファーニッシュの
複数の部分に対して行われた。上記の材料はフロリダ州
タンパのHychem Inc.から入手した。これは13×106の分
子重量平均を有すると共に、20−30wt％陽イオンを有し
た。陽イオンポリアクリルアミドの０、１、２、４及び
6lb/tの装荷において、夫々、390、420、430、430及び4
85mlのろ水度が測定された。
木/50％軟木）から調製された。電解質をシミュレート
する為、上記ファーニッシュに対して、0.66g/lの無水
硫酸ナトリウムが添加された。pHは5.7である。先ず0.3
wt％密度に希釈され、「Hyperfloc（商標）」CP−950H
陽イオンポリアクリルアミドが徐々に増量するように添
加された後、カナダ標準ろ水度測定がファーニッシュの
複数の部分に対して行われた。上記の材料はフロリダ州
タンパのHychem Inc.から入手した。これは13×106の分
子重量平均を有すると共に、20−30wt％陽イオンを有し
た。陽イオンポリアクリルアミドの０、１、２、４及び
6lb/tの装荷において、夫々、390、420、430、430及び4
85mlのろ水度が測定された。
コロイド状シリカと、ポリケイ酸微細ゲルとの性能を
比較する為、4lb/tの一定装荷の「Hyperfloc（商標）」
CP−905Hが選択された。上記ポリケイ酸微細ゲルは1wt
％SiO2溶液で、これは、pH3.5まで脱イオン化すると共
に、4wt％SiO2を含有するナトリウムポリシリケイトの
溶液を希釈することにより６日早く調製された。コロイ
ド状シリカはBMA−０であった。表10にその結果が示さ
れる。これらはまた、ろ水度試験からの白水排水におけ
る汚濁度測定を含む。
比較する為、4lb/tの一定装荷の「Hyperfloc（商標）」
CP−905Hが選択された。上記ポリケイ酸微細ゲルは1wt
％SiO2溶液で、これは、pH3.5まで脱イオン化すると共
に、4wt％SiO2を含有するナトリウムポリシリケイトの
溶液を希釈することにより６日早く調製された。コロイ
ド状シリカはBMA−０であった。表10にその結果が示さ
れる。これらはまた、ろ水度試験からの白水排水におけ
る汚濁度測定を含む。
上記ポリケイ酸微細ゲル／陽イオンポリアクリルアミ
ドの組合わせに関し、ろ水度及び微粒子保持性（白水の
汚濁度の減少から）の両面において、改良された性能が
見られる。
ドの組合わせに関し、ろ水度及び微粒子保持性（白水の
汚濁度の減少から）の両面において、改良された性能が
見られる。
参考例７ この例は、ポリシリケイト微細ゲルの形成における種
々の有機成分の使用を示す。
々の有機成分の使用を示す。
微細ゲル11A （開始剤としてガンマ−ブチロラクトン） 6ml（6.72g）のガンマ−ブチロラクトンが、撹拌下に
おいて、4wt％SiO2を含有する300gのナトリウムポリシ
リケイトに添加された。上記混合物は放置され、そして
約70分後凝固ゲルの形成が見られた。このpHは10.67で
あった。この調製は次に反復され、サンプルがとられ、
65分放置の後、非常に緩いゲルを形成した時点で希釈さ
れた。上記緩いゲルは撹拌により容易に溶解し、0.125w
t％SiO2を含有するポリシリケイト微細ゲルを提供し
た。
おいて、4wt％SiO2を含有する300gのナトリウムポリシ
リケイトに添加された。上記混合物は放置され、そして
約70分後凝固ゲルの形成が見られた。このpHは10.67で
あった。この調製は次に反復され、サンプルがとられ、
65分放置の後、非常に緩いゲルを形成した時点で希釈さ
れた。上記緩いゲルは撹拌により容易に溶解し、0.125w
t％SiO2を含有するポリシリケイト微細ゲルを提供し
た。
微細ゲル11B （開始剤としてアセト酢酸エチル） 10ml（10.2g）のアセト酢酸エチルが、撹拌下におい
て、4wt％SiO2を含有する200gのナトリウムポリシリケ
イトに添加された。上記混合物は最初曇ったが、１分間
以内に透き通った。このpHは11.22から10.61に減少し
た。上記混合物は放置され、そして約18分後、凝固ゲル
の形成が見られた。第２の類似の調製は、評価用のポリ
シリケイト微細ゲルを提供する為に0.125wt％SiO2へ希
釈する前に12分間放置するようになされた。
て、4wt％SiO2を含有する200gのナトリウムポリシリケ
イトに添加された。上記混合物は最初曇ったが、１分間
以内に透き通った。このpHは11.22から10.61に減少し
た。上記混合物は放置され、そして約18分後、凝固ゲル
の形成が見られた。第２の類似の調製は、評価用のポリ
シリケイト微細ゲルを提供する為に0.125wt％SiO2へ希
釈する前に12分間放置するようになされた。
微細ゲル11C （開始剤としてこはく酸無水物） こはく酸無水物（2.5g）が撹拌された4wt％SiO2を含
有する200gのナトリウムポリシリケイト溶液に添加され
た。上記無水物は５分間の撹拌の後に溶解し、pHが10.2
2に低下した。更に放置したところ、上記混合物は約75
分後に凝固ゲルを形成した。第２の調製は、45分の放置
後に0.125wt％SiO2へ希釈され、ポリシリケイト微細ゲ
ル溶液が提供された。
有する200gのナトリウムポリシリケイト溶液に添加され
た。上記無水物は５分間の撹拌の後に溶解し、pHが10.2
2に低下した。更に放置したところ、上記混合物は約75
分後に凝固ゲルを形成した。第２の調製は、45分の放置
後に0.125wt％SiO2へ希釈され、ポリシリケイト微細ゲ
ル溶液が提供された。
上記11A、11B及び11Cは、参考例１と類似のアルカリ
性ファーニッシュにおける白水汚濁度による測定とし
て、ろ水度及び保持性能が評価された。全評価は20lb/t
のBMB Ｓ−190陽イオン澱粉の存在下においてなされ
た。市販製品との比較の為のサンプルは前述のコロイド
状シリカBMA−０であった。
性ファーニッシュにおける白水汚濁度による測定とし
て、ろ水度及び保持性能が評価された。全評価は20lb/t
のBMB Ｓ−190陽イオン澱粉の存在下においてなされ
た。市販製品との比較の為のサンプルは前述のコロイド
状シリカBMA−０であった。
表11の結果から、高ろ水度値（改良された排水性）及
び排水された白水の低汚濁値（改良された微粒子保持
性）により証明されるように、上記ポリシリケイト微細
ゲルはコロイド状シリカに対して一般的に改良された最
適な結果を付与することが分かる。
び排水された白水の低汚濁値（改良された微粒子保持
性）により証明されるように、上記ポリシリケイト微細
ゲルはコロイド状シリカに対して一般的に改良された最
適な結果を付与することが分かる。
実施例５ この例は、上記例で示された幾つかのポリシリケイト
微細ゲルの表面積を報告する。
微細ゲルの表面積を報告する。
上記例で示された幾つかのポリシリケイト微細ゲルが
再調製され、前述のシアーズ滴定方法の改良方法を用い
てこれらの表面積の測定がなされた。調製後、各ポリシ
リケイト微細ゲルは約0.75wt％SiO2と等量の濃度まで希
釈された。次に200gの部分が室温でpH3.5までバッチ脱
イオン化され、過剰樹脂が濾過され、150gの濾液がシア
ーズ手順に従って表面に滴定された。pH3.5への脱イオ
ンによりそれ自体で酸を発生するホウ酸塩及びクロム酸
塩のような開始剤を用いて形成されたポリシリケイト微
細ゲルの場合、開始剤から発生された酸の為、開始剤だ
けのブランク測定を行うことにより補正する必要があっ
た。表12に表面積の測定結果が示される。
再調製され、前述のシアーズ滴定方法の改良方法を用い
てこれらの表面積の測定がなされた。調製後、各ポリシ
リケイト微細ゲルは約0.75wt％SiO2と等量の濃度まで希
釈された。次に200gの部分が室温でpH3.5までバッチ脱
イオン化され、過剰樹脂が濾過され、150gの濾液がシア
ーズ手順に従って表面に滴定された。pH3.5への脱イオ
ンによりそれ自体で酸を発生するホウ酸塩及びクロム酸
塩のような開始剤を用いて形成されたポリシリケイト微
細ゲルの場合、開始剤から発生された酸の為、開始剤だ
けのブランク測定を行うことにより補正する必要があっ
た。表12に表面積の測定結果が示される。
Claims (7)
- 【請求項１】パルプを含有する水性紙ファーニッシュが
形成されると共に乾燥されるタイプの製紙プロセスにお
ける保持性及び排水性を改良する為の方法であって、上
記紙ファーニッシュの乾燥重量に基づいて少なくとも約
0.001wt％の水溶性陽イオンポリマーと組合わせて、ア
ルカリ金属シリケイトの水溶液に非酸性材料を添加する
ことによりアルカリ金属シリケイトが部分的にゲル化し
た水溶性ポリシリケイト微細ゲルが上記パルプに添加さ
れることを特徴とする方法。 - 【請求項２】上記水溶性陽イオン性ポリマーが、陽イオ
ン澱粉、陽イオングア及び陽イオンアクリルイミドから
なる群から選択される請求項（１）記載の方法。 - 【請求項３】上記パルプに対して、上記水溶性ポリシリ
ケイト微細ゲルが、上記紙ファーニッシュの乾燥重量に
基づいて約0.001〜1.0wt％の量添加される請求項（２）
記載の方法。 - 【請求項４】上記ポリシリケイト微細ゲルが、各々が少
なくとも約1000m2/gの表面積を有する粒子の集合体から
なる請求項（３）記載の方法。 - 【請求項５】パルプを含有する水性紙ファーニッシュが
形成されると共に乾燥されるタイプの製紙プロセスにお
ける排水性及び微粒子保持性を改良する為の方法であっ
て、上記紙ファーニッシュの乾燥重量に基づいて約0.00
1〜1.0wt％のアルカリ金属シリケイトが非酸性材料によ
りゲル化が開始された結果、部分的にゲル化した水溶性
ポリシリケイト微細ゲルと、上記紙ファーニッシュの乾
燥重量に基づいて、少なくとも約0.001wt％の水溶性陽
イオンポリマーと、が上記パルプに順に添加されること
を特徴とする方法。 - 【請求項６】上記ポリシリケイト微細ゲルがアルカリ金
属シリケイトの部分ゲル化により形成されると共に、各
々が少なくとも約1000m2/gの表面積を有する粒子の集合
体からなる請求項（５）記載の方法。 - 【請求項７】上記水溶性陽イオンポリマーが、陽イオン
澱粉、陽イオングア及び陽イオンポリアクリルイミドか
らなる群から選択される請求項（５）記載の方法。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US24518488A | 1988-09-16 | 1988-09-16 | |
| US245,184 | 1988-09-16 | ||
| US388,967 | 1989-08-07 | ||
| US07/388,967 US4954220A (en) | 1988-09-16 | 1989-08-07 | Polysilicate microgels as retention/drainage aids in papermaking |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02229297A JPH02229297A (ja) | 1990-09-12 |
| JP2940953B2 true JP2940953B2 (ja) | 1999-08-25 |
Family
ID=26937053
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1240491A Expired - Lifetime JP2940953B2 (ja) | 1988-09-16 | 1989-09-16 | 製紙における保持／排水剤としてのポリシリケイト微細ゲル |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0359552B1 (ja) |
| JP (1) | JP2940953B2 (ja) |
| AU (1) | AU615401B2 (ja) |
| BR (1) | BR8904652A (ja) |
| CA (1) | CA1333841C (ja) |
| DE (1) | DE68906623T2 (ja) |
| ES (1) | ES2055084T3 (ja) |
| FI (1) | FI95826C (ja) |
| MX (1) | MX165529B (ja) |
| NO (1) | NO174935C (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| US4927498A (en) * | 1988-01-13 | 1990-05-22 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Retention and drainage aid for papermaking |
| US5185206A (en) * | 1988-09-16 | 1993-02-09 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Polysilicate microgels as retention/drainage aids in papermaking |
| US5167766A (en) * | 1990-06-18 | 1992-12-01 | American Cyanamid Company | Charged organic polymer microbeads in paper making process |
| SE9003954L (sv) * | 1990-12-11 | 1992-06-12 | Eka Nobel Ab | Saett foer framstaellning av ark- eller banformiga cellulosafiberinnehaallande produkter |
| SE502192C2 (sv) * | 1990-12-11 | 1995-09-11 | Eka Nobel Ab | Upplösningsförfarande avsett för en lösning innehållande höghaltjoniserad stärkelse |
| US5279807A (en) * | 1992-05-26 | 1994-01-18 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Method for preparing low-concentration polysilicate microgels |
| US5980836A (en) * | 1992-05-26 | 1999-11-09 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Apparatus for preparing low-concentration polyaluminosilicate microgels |
| US5503820A (en) * | 1992-05-26 | 1996-04-02 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Method for preparing low-concentration polysilicate microgels |
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| SE501216C2 (sv) * | 1992-08-31 | 1994-12-12 | Eka Nobel Ab | Vattenhaltig, stabil suspension av kolloidala partiklar samt framställning och användning av densamma |
| US5584966A (en) * | 1994-04-18 | 1996-12-17 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Paper formation |
| AU3363895A (en) * | 1994-08-12 | 1996-03-07 | Minerals Technologies Inc. | Synthetic mineral microparticles for retention aid systems |
| SE9600285D0 (sv) | 1996-01-26 | 1996-01-26 | Eka Nobel Ab | Modification of starch |
| KR100372358B1 (ko) | 1997-06-09 | 2003-02-17 | 악조 노벨 엔.브이. | 폴리실리케이트 마이크로겔과 실리카 기초물질 |
| ATE477213T1 (de) * | 1997-06-09 | 2010-08-15 | Akzo Nobel Nv | Polysilikat-mikrogele |
| KR100573343B1 (ko) * | 1997-06-13 | 2006-04-24 | 이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니 | 저-농도 폴리알루미노실리케이트 마이크로겔의 개선된제조 방법 |
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| EP2069573A2 (en) * | 2006-09-27 | 2009-06-17 | Ciba Holding Inc. | Siliceous composition and its use in papermaking |
| CN104947499B (zh) * | 2013-12-18 | 2018-01-19 | 艺康美国股份有限公司 | 硅溶胶、制备其的设备和方法和其在造纸中的应用 |
| US20210054563A1 (en) * | 2018-02-21 | 2021-02-25 | Nippon Paper Industries Co., Ltd. | Fiber complexes and processes for preparing them |
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| 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 |
| US4795531A (en) * | 1987-09-22 | 1989-01-03 | Nalco Chemical Company | Method for dewatering paper |
| US4927498A (en) * | 1988-01-13 | 1990-05-22 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Retention and drainage aid for papermaking |
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-
1989
- 1989-09-13 ES ES89309307T patent/ES2055084T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1989-09-13 EP EP89309307A patent/EP0359552B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-09-13 DE DE89309307T patent/DE68906623T2/de not_active Expired - Lifetime
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- 1989-09-15 BR BR898904652A patent/BR8904652A/pt not_active IP Right Cessation
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