KR19990067392A

KR19990067392A - 합성 무기 미세입자, 유지 보조 및 수처리 시스템 및 그 입자의사용방법

Info

Publication number: KR19990067392A
Application number: KR1019980703402A
Authority: KR
Inventors: 도날드 케이 드럼본드
Original assignee: 에스. 가레트 그레이; 미네랄스 테크놀러지스 인코포레이티드
Priority date: 1995-11-08
Filing date: 1996-11-07
Publication date: 1999-08-16
Also published as: NO982081L; AR004315A1; SK60998A3; CA2236922A1; IL124334A0; EP0859741A1; PL326550A1; CZ134998A3; AU7672396A; MX9803645A; JP2000500425A; BR9611364A; WO1997017289A1; ZA969361B; US5989714A; NO982081D0

Abstract

용해가능한 금속염과 규산염, 인산염, 및 붕산염으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 성분으로 구성된 화합물의 혼합에서 침전되는 생성물로 이루어지는 조성물; 및 그러한 생성물을 사용하는 것으로 구성되는 종이 매트릭스의 형성에서 배수 및/또는 유지를 조절하는 방법 또는 수처리 방법.

Description

합성 무기 미세입자, 유지 보조 및 수처리 시스템 및 그 입자의 사용방법

종래의 제지 시스템은 나무 섬유, 미세입자, 및 다른 요소들을 포함하는 물을 기저로 하는 슬러리, 소위 "제지 퍼니쉬"를 제지 기계의 작동 웹에 공급하여 종이 매트릭스의 형성을 용이하게 하고, 배수, 건조 및 가압하여 최종 시트 생성물로 제조하는 과정을 포함한다. 그러한 과정에서 필요한 것은, 필요한 섬유, 미세입자 및 다른 고체물질 들의 불필요한 제거 없이 과량의 물을 효율적으로 배수하여 불균질한 매트릭스를 형성하는 것이다. 유지된 불필요한 물은 하부공정, 예를 들면 건조공정에 부하를 주게 된다. 그러나, 바람직한 고체의 제거는 최종 종이 시트의 품질에 나쁜 영향을 끼치게 된다. 또한, 배수작용은 시트 형성에 역효과를 줄 수 있다.

유지 보조 시스템은 종이 시트의 형성을 개선시키고, 제지 기계의 종이 시트 형성부에서 종이 매트릭스의 더 나은 배수를 위해 필요한 섬유, 미세입자 및 다른 고체물질 들의 유지를 증가시키기 위해 개발되었다. 그러한 시스템은, 부분적으로, 제지 기계를 보다 빠른 기계속도에서 더 나은 시트를 제조하면서도 더욱 깨끗하게 작동하게 하는 이점이 있다. 유지 보조 시스템 가운데는 천연 및 합성 미세입자 시스템이 있다. 몇몇 이들 지연 보조 시스템은 콜로이드성 수산화 알루미늄, 콜로이드성 규산 마그네슘, 벤토나이트, 콜로이드성 실리카, 및 유기 중합체를 기초로 한 시스템이다.

비용, 품질, 수요자 요구조건 및 다른 조건들에 따라, 제지업자는 다수의 다른 유지 보조제의 사용 방법을 채택할 수 있다. 한가지 방법은 얇은 원료 전구체에 응집제를 부가하는 것이다. 그러한 제제는 섬유, 미세입자 및 고체들을 응집 또는 뭉치게 하는 작용을 한다. 일반적인 제제는 점분 및/또는 중합체이다. 그러나, 그러한 시스템은 여과 장치에서 웅집 물질에 전단력을 부여하여 더 나은 시트 형성을 위해 의도한 목적보다 더 작은 응집물을 생성하게 된다. 유지 보조제는 제지 기계의 헤드 박스를 통과하기 전에 시스템에 부가될 수 있는 섬유, 미세입자 및 다른 바람직한 고체의 유지를 도와 제지 기계 웹 상에 종이 매트릭스의 형성을 시작하게 한다. 이러한 유지 보조제는 이전의 응집과는 다른 두 번째 응집을 일으킨다.

그러한 보조제는 제지공정에서 여러 가지 변수에 기인한 다양한 효과를 나타낸다. 하나의 방법은 생성물에 여러 가지 비율을 갖는 다양한 보조제를 배합하는 것이다. 유지 보조제 조성물에서 이러한 다양한 비율은 전체 시스템 성능을 위한 퍼니쉬의 요건을 만족시키기 위한 것이다. 그러한 방법은 종종 기술적인 조절보다는 수작업과 우연에 의한 결과를 초래한다. 그러므로, 더 우수한 성능의 배수 및 유지 보조제 및 제지 공정에서 그러한 보조제를 사용하는 방법이 필요하게 되었다.

또한, 응집 입자 시스템은 트래핑(trapping) 또는 불필요한 입자 및 오일 또는 다른 덩어리를 물로부터 제거하는 것으로 수처리에 유용하다. 응집원리에 기초를 두는 수처리를 위한 여러 가지 시스템이 있기는 하나, 새롭고 유용한 응집제가 여전히 요구되고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 제지 기술에서 신규하고 현재까지의 유지 및 배수 보조제에 비해 동등하거나 증가된 성능을 나타내는 합성 무기 미세입자, 특히 금속 미세입자를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 그러한 입자를 배수 및 유지 보조제로 사용하는 것에 의해 제지 시스템에서 신규의 제조방법에 합성 무기 미세입자를 사용하는 것이다. 국제특허공개공보 WO 92/20862 호에는 양이온 중합체와 다공성 금속 실리케이트를 별개로 제지시스템에 부가하고 충분히 혼합하는 것에 의해 제지 생성물 및 제지의 생성을 개선시키는 공정에 대해 게시되어 있다. 이들 성분들의 부가 순서는 중요하지 않으나, 바람직한 부가 순서는 중합체가 최종 고전단점 이전에 부가되는 것이다. 그 후에 다공성 금속 실리케이트가 부가되어 최종 혼합물이 더 이상의 전단 없이 제기 기계의 헤드박스에 공급된다. 이 발명의 공정에 의해 제조된 생성물은 유지, 배수를 향성시키고, 펄프 슬러리로부터 종이의 형성에 유용하다.

미합중국 특허 제 3, 784, 442 호는 수성 매질 중의 소듐 실리케이트 밑 알루미늄 설패이트의 반응을 게시하고 있다. 생성 침전물은 여과, 세척 및 건조된다. 이 발명에 의해 제조된 생성물은 안료 및 수분 조절제로 유용하며, 특히 제지 충전제 및 고무 강화물질로 유용하다.

미합중국 특허 제 4, 213, 874 호는 증가된 이온교환 성질을 갖는 미세한 다공성, 침전 알칼리 금속 알루미노실리케이트를 게시하고 있다. 이 발명의 생성물은 공지의 제올라이트 염기 교환 또는 흡수제와 동일한 염기 또는 이온교환 용량을 가지고 연화 및 세제 첨가제로 유용하다.

본 발명은 합성 무기 미세입자, 특히 금속 미세입자에 관한 것이다. 본 발명은 또한 그러한 합성 무기 미세입자의 제조방법에 관한 것이며, 특히 금속염과 전구체 화합물을 갖는 물질의 혼합에 의해 그러한 미세입자의 침전생물을 얻는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 또한, 수처리 시스템에 합성 무기 미세입자를 사용하는 방법 및, 그러한 합성 무기 미세입자를 유지 보조 시스템 및 제지 시스템에 사용하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 용해가능한 금속염과 규산염, 인산염, 및 붕산염으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 성분으로 구성된 화합물의 혼합에서 침전되는 생성물로 이루어지는 조성물을 제공한다. 사용가능한 금속염은 주기율표의 2족의 금속 (특히, 베릴륨, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 및 바륨) ; 3 내지 13족의 일반적인 전이금속(란타나이드 게열 및 악티나이드 원소 포함); 및 13 내지 17족의 여러 가지 금속(특히 알루미늄, 아연, 갈륨, 카드뮴, 게르마늄, 인듐, 수은, 주석, 탈륨, 안티몬, 납, 비스무트 및 폴로늄)으로부터 선택된다. 실리케이트의 예로는 실리케이트, 또는 알루미노실리케이트, 알루미노포스패이트실리케이트, 또는 알루미노보래이트실리케이트가 있다.

본 발명은 또한, 메타-실리케이트와 금속염의 반응에 의한 실리케이트 생성물을 제공한다.

본 발명은 또, 용해가능한 금속염과 규산염, 인산염, 및 붕산염으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 성분으로 구성된 화합물을 혼합하여 반응생성물을 형성하는 단계; 반응생성물, 중합체, 및 제지 퍼니쉬를 혼합하여 변성된 제지 퍼니쉬를 생성하는 단계; 제지 기계 와이어 상에서 변성된 제지 퍼니쉬의 일부를 유지 및/또는 배수시키는 단계; 제지 매트릭스가 형성될 때 변성된 제지 퍼니쉬의 유지 및/또는 배수량을 측정하는 단계; 및 유지 및/또는 배수량을 기준으로, 용해가능한 금속염의 양과 규산염, 인산염, 및 붕산염으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 성분으로 구성된 화합물의 양을 조절하여 유지 및/또는 배수량을 바람직한 양으로 효과적으로 변화시키는 단계로 구성되는 제지 매트릭스의 형성에서 배수 및/또는 유지 조절 방법을 제공한다.

본 발명의 일예는 용해가능한 금속염과 규산염, 인산염, 및 붕산염으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 성분으로 구성된 화합물의 혼합에서 침전되는 생성물로 이루어지는 조성물이다. 바람직하게는 용해가능한 금속염의 금속은 (1) 베릴륨, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 및 바륨; (2) 소안듐, 티타늄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈 및 구리의 일차 전이금속; (3) 이트륨, 지르코늄, 니오븀, 몰리브덴, 테크네티움, 루테늄, 팔라듐 및 은의 이차 전이금속; (4) 란탄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디늄, 프로메티움, 사마리움, 유로피움, 가돌리늄, 테르비움, 디스프로시움, 홀뮴, 에르비움, 툴리움, 이터비움, 및 루테늄으로 구성되는 란타나이드계 금속; (5) 하프늄, 탄탈륨, 텅스텐, 레늄, 오스뮴, 이리듐, 백금, 및 금의 3차 전이금속; (6) 악티늄, 토륨, 우라늄, 넵튜니움, 플루토늄, 아메리시움, 큐리움, 버켈륨, 캘리포니움, 아인스타이늄, 페르미움, 멘델레비움, 노벨리움, 및 로렌시움의 악티나이드 원소; 및 (7) 알루미늄, 아연, 갈륨, 카드뮴, 게르마늄, 인듐, 수은, 주석, 탈륨, 안티몬, 납, 비스무트 및 폴로늄으로부터 선택된다.

바람직하게, 생성물은 M(I)은 수소, 리튬, 나트륨, 또는 칼륨이고, M(II)는 마그네슘, 칼슘, 스트론튬 또는 바륨이고, M(III)는 1차, 2차, 3차 전이금속 또는 악티나이드이고, M(IV)는 란타나이드 게열의 금속이며 a는 M(III)의 원자가이고, w는 x,y,z에 의해 생성된 전하의 균형을 이루는 값이며, x,y,z는 각각 0.1 내지 10.0의 값인,

M(I)_wAl_xSi_yP_zO_{(0.5w+1.5x+2y+2.5z)}

M(I)_wAl_xSi_yP_zO_{(0.5w+1.5x+2y+1.5z)}

M(I)_wM(II)_xSi_yO_(0.5w+x+2y)

M(I)_wM(II)_xAl_ySi_zO_{(0.5w+x+1.5y+2z)}

M(I)_wM(II)_xSi_yP_zO_{(0.5w+1.5x+2y+2.5z)}

M(I)_wM(II)_xSi_yB_zO_{(0.5w+x+2y+1.5z)}

M(I)_wM(III)_xSi_zO_{(0.5w+0.5ax+2z)}

M(I)_wM(III)_xAl_ySi_zO_{(0.5w+0.5ax+1.5y+2z)}

M(I)_wM(III)_xSi_yP_zO_{(0.5w+0.5ax+2y+2.5z)}

M(I)_wM(III)_xSi_yB_zO_{(0.5w+0.5ax+2y+1.5z)}

M(I)_wM(IV)_xSi_zO_{(0.5w+1.5x+2z)}

M(I)_wM(IV)_xAl_ySi_zO_{(0.5w+1.5x+1.5y+2z)}

M(I)_wM(IV)_xSi_yP_zO_{(0.5w+1.5x+2y+2.5z)}및

M(I)_wM(IV)_xSi_yB_zO_{(0.5w+1.5x+2y+1.5z)}

으로 구성된 그룹으로부터 선택된다.

바람직하게 용해가능한 금속염은 금속이 마그네슘, 철, 구리,아연, 지르코늄, 이트륨, 란타늄 및 세륨, 보다 바람직하게는 철, 구리, 아연, 지르코늄, 및 알루미늄, 가장 바람직하게는 철, 아연, 지르코늄, 및 알루미늄으로부터 선택된 것이다. 금속염은 바람직하게는 MgCl₂, CuCl₂, ZnCl₂, ZnSO₄, Fe₂(SO₄)₃, ZrOCl₂, YCl₃, LaCl₃, 및 (NH₄)₂Ce(SO₄)₃로부터 선택된다.

실리케이트, 포스패이트, 및 보래이트는 x가 공지화합물 도는 공지기술에 의해 제조될 수 있는 화합물을 제공할 수 있는 값인 SiO_x, PO_x및 BO_x의 일반식으로 나타낼 수 있는 어떤 형태의 화합물도 사용가능하다. 그러한 실리케이트는 , 포스패이트, 및 보래이트는 액체에 용해 가능하거나 불용성과 같은 다양한 특성을 갖는 화합물의 일부 단위일수도 있다.

실리케이트의 바람직한 일례로는 알루미노실리케이트, 알루미노포스패이토실리케이트, 또는 알루미노보래이토실리케이트가 있다. 실리케이트는 수화도는 미미하더라도 수화된 형태일 수 있고, 다른 바람직한 예에서 실리케이트는 SiO₃ ^-2,단위를 갖는 실리케이트인 메타실리케이트, 보다 바람직하게는 모래와 수산화나트륨 및 탄산나트륨의 반응에 의해 제조되는 것과 같은 소듐 메타실리케이트의 반응에 의해 제조된다.

본 발명의 다른 예는

(1) 일차량의 용해가능한 금속염과 2차량의 규산염, 인산염, 및 붕산염으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 성분으로 구성된 화합물을 혼합하여 반응생성물을 형성하는 단계;

(2) 반응생성물, 중합체, 및 제지 퍼니쉬를 혼합하여 변성된 제지 퍼니쉬를 생성하는 단계;

(3) 제지 기계 와이어 상에서 변성된 제지 퍼니쉬의 일부를 유지 및/또는 배수시키는 단계;

(4) 제지 매트릭스가 형성될 때 변성된 제지 퍼니쉬의 유지 및/또는 배수량을 측정하는 단계; 및

(5) 유지 및/또는 배수량을 기준으로, 용해가능한 금속염의 일차량과 규산염, 인산염, 및 붕산염으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 성분으로 구성된 화합물의 2차량을 조절하여 유지 및/또는 배수량을 바람직한 양으로 효과적으로 변화시키는 단계로 구성되는 제지 매트릭스의 형성에서 배수 및/또는 유지 조절 방법이다.

바람직하게, 금속염과 실리케이트, 포스패이트, 및 보래이트로부터 선택된 성분은 반응하여 단계(1)의 반응생성물을 형성한 후, 단계(2)의 제지 퍼니쉬 또는 중합체에 노출되는데, 필수적인 것은 아니다. 예를 들어, 금속염은 실리케이트, 포스패이트, 및/또는 보래이트 성분 또는 이들의 반응생성물이고 이들로부터 선택된 성분은 반응하여 단계(1)의 반응생성물을 형성한 후, 단계(2)의 제지 퍼니쉬 및/또는 중합체에 동시에 부가될 수 있다. 금속염, 실리케이트, 포스패이트, 및/또는 보래이트 성분; 반응 생성물; 제지 퍼니쉬; 및 중합체의 부가혼합은 제지 기계의 여러 부분 중의 하나 또는 제지 기계로 들어가는 공정 라인에서 여러 가지 순서로 행해져 변성된 제지 퍼니쉬를 생성할 수 있다. 예를 들면, 제지 퍼니쉬 또는 중합체는 다른 것들이 부가되기 전에 반응 생성물과 미리 혼합될 수 있다. 본 발명은 제지 기계의 생성물을 공정에 재순환시키는 임의의 단계를 포함할 수 있다. 그러한 재순환된 물질은 여러 단계의 상기 성분의 하나의 원료가 될 수 있다. 이들 단계들 또는 그 일부의 순서를 변형한 예로서, 일례로, 단계(2)의 제지 퍼니쉬 및 중합체는 단계(1)의 반응 생성물이 부가되기 전에 미리 혼합될 수 있다. 다른 예에서, 단계(1)의 반응 생성물이 단계(2)의 제지 퍼니쉬와 미리 혼합된 후 중합체가 부가될 수 있다. 또 다른 예에서는, 반응생성물, 제지 퍼니쉬 및 중합체가 동시에 혼합된다. 단계(2)의 변성된 제지 퍼니쉬를 제조하기 위해 다른 여러 가지 혼합 및 부가 시점을 사용할 수 있다.

단계(2)에 사용되는 중합체는 응집 보조제로 작용하는 일반적으로 제지 시스템에 사용되는 중합체이다. 바람직하게, 중합체는 합성 유기중합체, 예를 들어 여러자리 전해질(음이온, 양이온 또는 양쪽성) 또는 비이온성 중합체이고 하나 이상의 구조적인 반복단위를 갖는다. 예를 들어, 단일중합체, 공중합체 또는 삼중합체이나 반드시 이 세가지 형태에 한정되는 것은 아니다. 중합체에 변형이 일어날 수 있으므로, 중합체분자의 분포가 중합체 내에 나타날 수도 있다. 중합체는 여러 가지 형태, 예를 들어 분말, 입상, 수용액, 겔, 및 유화액의 형태로 공급될 수 있다. 비이온성 중합체 가운데 바람직한 것은 폴리(아크릴아미드) 및 폴리(에틸렌 옥사이드)이다. 음이온성 중합체 가운데 바람직한 것은 카르복실기 함유 중합체 및 술폰산기 함유 중합체이다. 양이온성 중합체 가운데 바람직한 것은 디알킬아미노 알킬 아크릴 및 메타아크릴 에스테르 중합체, N-(디알킬아미노 알킬)아크릴아미드 중합체, 카르바모일 중합체, 폴리(디알릴디메틸암모늄클로라이드) 중합체, 폴리(히드록시알킬렌 폴리아미드) 중합체, 폴리(에틸렌이민) 중합체, 및 시아나미드 유도체 중합체이다. 바람직한 양쪽성 중합체는 상기 양이온, 비이온, 음이온성 단위의 공중합체로서 양쪽성을 갖는 것를 포함한다. 또 다른 바람직한 예에서, 단계(1)의 반응생성물은 제지 퍼니쉬에 부가되기 전에 분쇄 또는 분산된다.

바람직한 물질들은 상기한 바와 같다. 본 발명의 공정은 산 또는 알칼리 제지 공정 양쪽에 다 사용할 수 있다. 일반적인 제지공정에서, 상기 식의 x,y,z는 각각 0.1 내지 10.0의 값이고, x,y,z의 비율은 특정 조작 조건에 최적화하여 조절될 수 있고 공정 조건의 변화에 따라 변화될 수 있다.

전분을 포함하는 제지 공정에서는, 소듐 금속 실리케이트가 바람직하다. 전분이 첨가되는 백지 시스템에서는 소듐 아연 실리케이트가 보다 바람직한 미세입자이다. 전분이 첨가되는 갈색지 시스템에서는 소듐 철 실리케이트가 보다 바람직한 미세입자이다.

임의의 예는 단계(4)에 다른 바람직한 고체로서, 충전제, 예를 들어 탄산칼슘; 재순환 물질, 예를 들어 제지기 브로크(broke); 및/또는 안료를 포함한다.

다른 예에서, 본 발명은

(1) 일차량의 용해가능한 금속염과 2차량의 규산염, 인산염, 및 붕산염으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 성분으로 구성된 화합물을 혼합하여 반응생성물을 형성하는 단계; 및

(2) 반응생성물을 중합체를 포함하는 물에 부가하여 응집체를 생성하는 단계로 구성되는 수처리 방법을 포함한다.

하기의 임의의 단계가 수행될 수 있다:

(3) 물에 응집 침강물을 제공하여 정화된 물을 생성하는 단계 및/또는

(4) 응집체를 포함하는 물을 여과하여 응집체를 효율적으로 제거하는 단계.

형성된 응집체는 정전기적 결합 또는 물리적으로 고체 도는 오일현탁액과 같은 불필요한 물질을 포집하는 것에 의해 수처리 작용을 한다. 단계들은 순차적으로 또는 순서를 결합하여 동시에 행해 질 수도 있다. 예를 들어, 제지 밀로부터 유출되는 공정수를 외부로 배출하기 전에 바로 처리하여 현탁된 섬유나 다른 고체를 제거할 수 있다. 부가된 성분은 응집체를 형성하고, 현탁된 섬유나 고체를 포집하여 정수조작을 행한다. 이 예는 제지 밀에서 유출되는 공정수에 대해 다루었지만 본 발명은 밀에 유입되는 물에 적용되어 천연에 존재하는 고체를 제거할 수도 있고, 정화가 필요한 어떤 물에도 적용될 수 있다.

하기 실시예는 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것이며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1-마그네슘 실리케이트

75g의 0.1몰랄 소듐 메타-실리케이트 수용액(Na₂SiO₃·5H₂O)을 자기 교반 막대를 갖춘 200㎖ 비이커에 가했다. 교반되는 메타-실리케이트 용액에 75g의 0.1몰랄 MgCl₂수용액을 빠르게 가했다. 이들 반응물은 실온이었다. 반응 종료후 혼합물을 1분간 더 교반하였다. 반응생성물은 마그네슘 실리케이트 미세입자를 포함하는 불투명한, 흰 슬러리였다.

실시예 2-아연 실리케이트

50g의 0.1몰랄 소듐 메타-실리케이트 수용액(Na₂SiO₃·5H₂O)을 자기 교반 막대를 갖춘 200㎖ 비이커에 가했다. 교반되는 메타-실리케이트 용액에 50g의 0.1몰랄 ZnCl₂수용액을 빠르게 가했다. 이들 반응물은 실온이었다. 반응 종료후 혼합물을 1분간 더 교반하였다. 반응생성물은 아연 실리케이트 미세입자를 포함하는 불투명한, 흰 슬러리였다. 생성 침전물을 X-선 형광 분석한 결과 주 생성물은 Zn_1.0Si_1.0O_3.0였다.

실시예 3-철 실리케이트

100g의 0.1몰랄 소듐 메타-실리케이트 수용액(Na₂SiO₃·5H₂O)을 자기 교반 막대를 갖춘 200㎖ 비이커에 가했다. 교반되는 메타-실리케이트 용액에 60g의 0.1몰랄 FeCl₃·6H₂O 수용액을 빠르게 가했다. 이들 반응물은 실온이었다. 반응 종료후 혼합물을 1분간 더 교반하였다. 반응생성물은 철 실리케이트 미세입자를 포함하는 불투명한, 흰 슬러리였다. 생성 침전물을 X-선 형광 분석한 결과 주 생성물은 Na_0.2Fe_0.6Si_1.0O_3.0였다.

실시예 4-구리 실리케이트

100g의 0.1몰랄 소듐 메타-실리케이트 수용액(Na₂SiO₃·5H₂O)을 자기 교반 막대를 갖춘 200㎖ 비이커에 가했다. 교반되는 메타-실리케이트 용액에 70g의 0.1몰랄 CuCl₂·2H₂O 수용액을 빠르게 가했다. 이들 반응물은 실온이었다. 반응 종료후 합물을 1분간 더 교반하였다. 반응생성물은 구리 실리케이트 미세입자를 포함하는 불투명한, 흰 슬러리였다. 생성 침전물을 X-선 형광 분석한 결과 주 생성물은 Cu_1.5Si_1.0O_3.15였다.

실시예 5-지르코늄 실리케이트

100g의 0.1몰랄 소듐 메타-실리케이트 수용액(Na₂SiO₃·5H₂O)을 자기 교반 막대를 갖춘 200㎖ 비이커에 가했다. 교반되는 메타-실리케이트 용액에 60g의 0.1몰랄 ZrOCl₂·8H₂O 수용액을 빠르게 가했다. 이들 반응물은 실온이었다. 반응 종료후 혼합물을 1분간 더 교반하였다. 반응생성물은 지르코늄 실리케이트 미세입자를 포함하는 불투명한, 흰 슬러리였다. 생성 침전물을 X-선 형광 분석한 결과 주 생성물은 Na_0.4Zr_0.63Si_1.0O_3.5였다.

실시예 6-란탄 실리케이트

100g의 0.1몰랄 소듐 메타-실리케이트 수용액(Na₂SiO₃·5H₂O)을 자기 교반 막대를 갖춘 200㎖ 비이커에 가했다. 교반되는 메타-실리케이트 용액에 50g의 0.1몰랄 LaCl₃·7H₂O 수용액을 빠르게 가했다. 이들 반응물은 실온이었다. 반응 종료후 혼합물을 1분간 더 교반하였다. 반응생성물은 란탄 실리케이트 미세입자를 포함하는 불투명한, 흰 슬러리였다. 생성 침전물을 X-선 형광 분석한 결과 주 생성물은 La_0.62Si_1.0O_2.92였다.

실시예 7-이트륨 실리케이트

100g의 0.1몰랄 소듐 메타-실리케이트 수용액(Na₂SiO₃·5H₂O)을 자기 교반 막대를 갖춘 200㎖ 비이커에 가했다. 교반되는 메타-실리케이트 용액에 50g의 0.1몰랄 YCl₃·6H₂O 수용액을 빠르게 가했다. 이들 반응물은 실온이었다. 반응 종료후 혼합물을 1분간 더 교반하였다. 반응생성물은 이트륨 실리케이트 미세입자를 포함하는 불투명한, 흰 슬러리였다. 생성 침전물을 X-선 형광 분석한 결과 주 생성물은 Y_0.62Si_1.0O_2.93였다.

실시예 8-구리 알루미노실리케이트

50g의 0.1몰랄 CuCl₂·2H₂O을 자기 교반 막대를 갖춘 200㎖ 비이커에 가했다. 교반되는 용액에 20g의 0.1몰랄 Al₂(SO₄)₃O 수용액을 가했다. 1분간 교반한 후, 100g의 0.1몰랄 소듐 메타-실리케이트 수용액(Na₂SiO₃·5H₂O)을 빠르게 가했다.반응 종료후 슬러리를 1분간 더 교반하였다. 반응생성물은 구리 알루미노실리케이트 미세입자를 포함하는 불투명한, 흰 슬러리였다. 생성 침전물을 X-선 형광 분석한 결과 주 생성물은 Cu_0.46Al_0.40Si_1.0O_3.1였다.

실시예 9-아연 알루미노실리케이트

65g의 0.1몰랄 ZnCl₂을 자기 교반 막대를 갖춘 200㎖ 비이커에 가했다. 교반되는 용액에 20g의 0.1몰랄 Al₂(SO₄)₃O 수용액을 가했다. 1분간 교반한 후, 100g의 0.1몰랄 소듐 메타-실리케이트 수용액(Na₂SiO₃·5H₂O)을 빠르게 가했다. 반응 종료후 슬러리를 1분간 더 교반하였다. 반응생성물은 아연 알루미노실리케이트 미세입자를 포함하는 불투명한, 흰 슬러리였다. 생성 침전물을 X-선 형광 분석한 결과 주 생성물은 Zn_0.42Al_0.42Si_1.0O_3.0였다.

실시예 10-유지 보조제

실시예 2 내지 9의 생성물을 하기의 표준 브리트 자 기술을 이용하여 미세입자 유지 보조제로 평가하였다. 상용 유지 보조제(히드로콜 O 벤토나이트 및 PSM-파티콜 B. 실리카 마이크로겔)를 대조군으로 사용하였다. 제지 퍼너쉬는 40%의 경질 크라프트와 60%의 연질 크라프트 혼합물을 사용하였고, 30%의 침전된 탄산칼슘으로 충전하였다. 전체 퍼니쉬의 고체함량은 0.5중량%였다. 퍼니쉬의 pH는 8.5로 측정되었다. 중합체 응집제, 알라이드 콜로이드 퍼콜 175 폴리아크릴아미드(중간 중량, 양이온성 폴리아크릴아미드)를 퍼니쉬에 부가하고 교반속도를 2000rpm으로 높였다. 30초 후 교반속도를 700rpm으로 감소시켰다. 10초후, 미세입자 유지보조제를 부가하였다. 10초후, 용기를 따르어 첫 100㎖ 분획을 수집하고 표준 EDTA 적정 기술을 사용하여 탄산칼슘 유지에 대한 분석을 행하였다. 표 1에 충전제 유지에 대한 각 미세입자의 성능을 나타내었다.

표 1

미세입자 충전제 유지 %

중합체만 16

아연 실리케이트(실시예 2) 75

철 실리케이트(실시예 3) 64

구리 실리케이트(실시예 4) 63

지르코늄 실리케이트(실시예 5) 67

란탄 실리케이트(실시예 6) 52

이트륨 실리케이트(실시예 7) 63

구리 알루미노실리케이트(실시예 8) 67

아연 알루미노실리케이트(실시예 9) 71

히드로콜 O 벤토나이트 69

PSM-파티콜 B. 실리카 마이크로겔(2#/Ton) 55

각 실험에 대해 중합체 응집제는 1파운드/톤으로 부가되었고, 미세입자는 4파운드/톤으로 부가되었다.

실시예 11

50g의 0.1몰랄 소듐 메타-실리케이트 수용액(Na₂SiO₃·5H₂O)을 자기 교반 막대를 갖춘 200㎖ 비이커에 가했다. 교반되는 메타-실리케이트 용액에 35g의 0.1몰랄 Na₃PO₄·12H₂O 수용액을 가했다. 1분간 교반후, 80g의 0.1몰랄 ZnSO₄·7H₂O 수용액을 가했다. 반응종료후 슬러리를 1분간 더 교반하였다. 자기 교반 막대를 갖춘 다른 200㎖ 비이커에 50g의 0.1몰랄 소듐 메타-실리케이트 수용액(Na₂SiO₃·5H₂O)을 가했다. 교반되는 메타-실리케이트 용액에 12.5g의 0.1몰랄 Na₂B₄O₇·10H₂O 수용액을 가했다. 1분간 교반후, 80g의 0.1몰랄 ZnSO₄·7H₂O 수용액을 가했다. 반응종료후 슬러리를 1분간 더 교반하였다. 상기 반응생성물은 아연 포스패이토실리케이트 및 아연 보래이토실리케이트를 포함하는 불투명한, 흰 슬러리였다. 각 미세입자를 실시예 10과 동일한 조건으로 브리트 자 실험으로 평가하였다. 결과는 표 2에 나타내었다.

표 2

미세입자 충전제 유지 %

중합체만 18

아연 포스패이토실리케이트(실시예 10) 65

아연 보래이토실리케이트(실시예 10) 55

실시예 12

실시예 2 내지 7의 생성물을 표준 브리트 자 기술을 이용하여 미세입자 유지 보조제로 평가하되, 점토가 충전된 산 제지 퍼니쉬를 사용하였다. 제지 퍼니쉬는 40%의 경질 크라프트와 60%의 연질 크라프트 혼합물을 사용하였고, 30%의 하소된점토로 충전하였다. 전체 퍼니쉬의 고체함량은 0.5중량%였다. 알라이드 콜로이드히드로콜 O 벤토나이트를 대조군으로 사용하였다.

유지시스템의 중합체 부분은 알라이드 콜로이드 368 DADMAC 응고제와 퍼콜 175 응집체로 구성된다. 퍼콜 368은 높은 음이온성 점토를 중화시키는데 필요하다. 모든 실험에서 유지보조제는 퍼콜 368, 퍼콜 175 및 미세입자에 대해 각각 2파운드/톤, 2파운드/톤 및 6파운드/톤이었다. 표 3에 평가결과를 나타내었다.

표 3

미세입자 충전제 유지 %

없음 28

아연 실리케이트(실시예 2) 63

철 실리케이트(실시예 3) 59

구리 실리케이트(실시예 4) 59

지르코늄 실리케이트(실시예 5) 65

란탄 실리케이트(실시예 6) 46

이트륨 실리케이트(실시예 7) 59

히드로콜 O 벤토나이트 71

실시예 13-물 정제

현탁액으로 고체를 함유하는 10,000 갈론의 물 탱크에 0.1 내지 10파운드의 폴리아크릴아미드 응집제를 부가하였다. 부가는 기계적 혼합 또는 단일 지점 또는 여러지점에서의 주입에 의해 행해진다. 부가적인 또는 연속적인 혼합 또는 분산이 행해질 수 있다. 응집 고체는 정치되어 물에 현탁된 고체가 감소한다.

각 과정은 실시예 2 내지 9의 생성물을 독립적으로, 또는 조합하여 사용하는 것으로 수행되었다.

본 발명은 여러 가지 변형이 가능함은 당업자에게 자명한 일이다. 그러한 변형이 본 발명의 사상과 범주에 속하는 한 첨부되는 특허청구범위에 포함될 것이다.

Claims

용해가능한 금속염과 규산염, 인산염, 및 붕산염으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 성분으로 구성된 화합물의 혼합에서 침전되는 생성물로 이루어지는 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 용해가능한 금속염의 금속은

a. 베릴륨, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 및 바륨;

b. 일차 전이금속;

c. 이차 전이금속;

d. 란타나이드계 금속;

e. 3차 전이금속;

f. 악티나이드 원소; 및

g. 알루미늄, 아연, 갈륨, 카드뮴, 게르마늄, 인듐, 수은, 주석, 탈륨, 안티몬, 납, 비스무트 및 폴로늄으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 조성물.
제 2 항에 있어서, 상기 생성물은 M(I)은 수소, 리튬, 나트륨, 또는 칼륨이고, M(II)는 마그네슘, 칼슘, 스트론튬 또는 바륨이고, M(III)는 1차, 2차, 3차 전이금속 또는 악티나이드이고, M(IV)는 란타나이드 게열의 금속이며 a는 M(III)의 원자가이고, w는 x,y,z에 의해 생성된 전하의 균형을 이루는 값이며, x,y,z는 각각 0.1 내지 10.0의 값인,

M(I)_wAl_xSi_yP_zO_{(0.5w+1.5x+2y+2.5z)}M(I)_wAl_xSi_yP_zO_{(0.5w+1.5x+2y+1.5z)}

M(I)_wM(II)_xSi_yO_(0.5w+x+2y)M(I)_wM(II)_xAl_ySi_zO_{(0.5w+x+1.5y+2z)}

M(I)_wM(II)_xSi_yP_zO_{(0.5w+1.5x+2y+2.5z)}M(I)_wM(II)_xSi_yB_zO_{(0.5w+x+2y+1.5z)}

M(I)_wM(III)_xSi_zO_{(0.5w+0.5ax+2z)}M(I)_wM(III)_xAl_ySi_zO_{(0.5w+0.5ax+1.5y+2z)}

M(I)_wM(III)_xSi_yP_zO_{(0.5w+0.5ax+2y+2.5z)}M(I)_wM(III)_xSi_yB_zO_{(0.5w+0.5ax+2y+1.5z)}

M(I)_wM(IV)_xSi_zO_{(0.5w+1.5x+2z)}M(I)_wM(IV)_xAl_ySi_zO_{(0.5w+1.5x+1.5y+2z)}

M(I)_wM(IV)_xSi_yP_zO_{(0.5w+1.5x+2y+2.5z)}및M(I)_wM(IV)_xSi_yB_zO_{(0.5w+1.5x+2y+1.5z)}

으로 구성된 그룹으로부터 선택된 식으로 나타내어지는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 3 항에 있어서, 상기 금속염은 MgCl₂, CuCl₂, ZnCl₂, ZnSO₄, Fe₂(SO₄)₃ZrOCl₂, YCl₃, LaCl₃, 및 (NH₄)₂Ce(SO₄)₃로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 3 항에 있어서, 상기 용해가능한 금속염의 금속은 마그네슘, 철, 구리,

아연, 지르코늄, 이트륨, 란탄 및 세륨으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 조성물.
제 5 항에 있어서, 상기 실리케이트는 알루미노실리케이트, 알루미노포스패이토실리케이트, 또는 알루미노보래이토실리케이트인 것을 특징으로 하는 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 실리케이트는 메타실리케이트의 반응에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 조성물.
(1) 일차량의 용해가능한 금속염과 2차량의 규산염, 인산염, 및 붕산염으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 성분으로 구성된 화합물을 혼합하여 반응생성물을 형성하는 단계;

(2) 반응생성물, 중합체, 및 제지 퍼니쉬를 혼합하여 변성된 제지 퍼니쉬를 생성하는 단계;

(3) 제지 기계 와이어 상에서 변성된 제지 퍼니쉬의 일부를 유지 및/또는 배수시키는 단계;

(4) 제지 매트릭스가 형성될 때 변성된 제지 퍼니쉬의 유지 및/또는 배수량을 측정하는 단계; 및

(5) 유지 및/또는 배수량을 기준으로, 용해가능한 금속염의 일차량과 규산염, 인산염, 및 붕산염으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 성분으로 구성된 화합물의 2차량을 조절하여 유지 및/또는 배수량을 바람직한 양으로 효과적으로 변화시키는 단계로 구성되는 제지 매트릭스의 형성에서 배수 및/또는 유지 조절 방법.
제 8 항에 있어서, 단계(1)의 반응생성물은 제지 퍼니쉬에 부가되기 전에 분쇄 또는 분산되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 8 항에 있어서, 상기 중합체 및 제지 퍼니쉬는 반응생성물의 부가전에 혼합되는 것을 특징으로 하는 방법.
(1) 일차량의 용해가능한 금속염과 2차량의 규산염, 인산염, 및 붕산염으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 성분으로 구성된 화합물을 혼합하여 반응생성물을 형성하는 단계; 및

(2) 반응생성물을 중합체를 포함하는 물에 부가하여 응집체를 생성하는 단계로 구성되는 수처리 방법.
제 11 항에 있어서, 상기 생성물은 M(I)은 수소, 리튬, 나트륨, 또는 칼륨이고, M(II)는 마그네슘, 칼슘, 스트론튬 또는 바륨이고, M(III)는 1차, 2차, 3차 전이금속 또는 악티나이드이고, M(IV)는 란타나이드 게열의 금속이며 a는 M(III)의 원자가이고, w는 x,y,z에 의해 생성된 전하의 균형을 이루는 값이며, x,y,z는 각각 0.1 내지 10.0의 값인,

M(I)_wAl_xSi_yP_zO_{(0.5w+1.5x+2y+2.5z)}M(I)_wAl_xSi_yP_zO_{(0.5w+1.5x+2y+1.5z)}

M(I)_wM(II)_xSi_yO_(0.5w+x+2y)M(I)_wM(II)_xAl_ySi_zO_{(0.5w+x+1.5y+2z)}

M(I)_wM(II)_xSi_yP_zO_{(0.5w+1.5x+2y+2.5z)}M(I)_wM(II)_xSi_yB_zO_{(0.5w+x+2y+1.5z)}

M(I)_wM(III)_xSi_zO_{(0.5w+0.5ax+2z)}M(I)_wM(III)_xAl_ySi_zO_{(0.5w+0.5ax+1.5y+2z)}

M(I)_wM(III)_xSi_yP_zO_{(0.5w+0.5ax+2y+2.5z)}M(I)_wM(III)_xSi_yB_zO_{(0.5w+0.5ax+2y+1.5z)}

M(I)_wM(IV)_xSi_zO_{(0.5w+1.5x+2z)}M(I)_wM(IV)_xAl_ySi_zO_{(0.5w+1.5x+1.5y+2z)}

M(I)_wM(IV)_xSi_yP_zO_{(0.5w+1.5x+2y+2.5z)}및M(I)_wM(IV)_xSi_yB_zO_{(0.5w+1.5x+2y+1.5z)}

으로 구성된 그룹으로부터 선택된 식으로 나타내어지는 것을 특징으로 하는 방법.
제 11 항에 있어서,

(3) 물에 응집 침강물을 제공하여 정화된 물을 생성하는 단계 및/또는

(4) 응집체를 포함하는 물을 여과하여 응집체를 효율적으로 제거하는 단계로 더 구성되는 방법.