KR20160098482A

KR20160098482A - 실리카 졸, 이를 제조하기 위한 방법 및 장치, 및 제지에서의 이의 용도

Info

Publication number: KR20160098482A
Application number: KR1020167019330A
Authority: KR
Inventors: 웬 바이; 지안 수; 지아 우; 지 첸; 지안 쿤 센; 레이몬드 디. 쥬니어 밀러; 제인 비. 옹 싱
Original assignee: 에코랍 유에스에이 인코퍼레이티드
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2014-12-17
Publication date: 2016-08-18
Also published as: JP6595482B2; JP2017507876A; CN104947499B; BR112016014038A2; EP3083499B1; US20160311693A1; CN104947499A; CA2934323C; EP3083499A1; CN108130801A; WO2015095377A1; CA2934323A1; BR112016014038B1; EP3083499A4; US9975781B2; CN108130801B; KR102379044B1

Abstract

본 발명은 낮은 S-수치 및 높은 고형물 함량을 갖는 콜로이드성 실리카, 이의 제조, 및 페이퍼의 제조에서의 이의 용도에 관한 것이다. 페이퍼의 제조에서 사용될 때, 본 발명의 콜로이드성 실리카는, 이러한 것이 통상적인 콜로이드성 실리카와 비교하여 보다 낮은 양으로 사용될 수 있도록, 양호한 보유 및 배수 성능을 나타낸다. 본 발명은 또한, 이러한 활성화된 콜로이드성 실리카를 제조하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

실리카 졸, 이를 제조하기 위한 방법 및 장치, 및 제지에서의 이의 용도{SILICA SOLS, METHOD AND APPARATUS FOR PRODUCING THE SAME AND USE THEREOF IN PAPERMAKING}

콜로이드성 실리카는 또한, 실리카 졸 또는 실리카 하이드로졸로서 알려진 것으로서, 이는 다른 것들 중에서, 입자 크기에 따라, 다양한 분야에서 사용하는 매우 작은 실리카 입자를 갖는 수성 시스템이다. 페이퍼의 제조에서, 매우 작은, 콜로이드성, 음이온성 실리카 입자를 갖는 실리카 기반 졸은 최근 20년 동안 그 이용이 증가되는 것으로 발견되었다. 콜로이드성 실리카는 이에 의해 주로, 페이퍼의 제조에서 보유 및 탈수를 개선시키기 위해, 양이온성 또는 양쪽성 폴리머와의 조합하여 모액(stock)에 첨가제로서 사용된다. 콜로이드성 실리카의 제조 및 용도는 예를 들어, 유럽특허 제0041056호, PCT 공개번호 WO 86/00100호 및 WO 86/05826호, 미국특허번호 제5,603,805호, 제6,372,089호, 및 제6,486,216호에 기술되어 있으며, 이러한 모든 문헌의 내용은 모든 목적을 위해 본원에 참고로 포함된다.

페이퍼 생산에서 유용한 콜로이드성 실리카는 대개 약 4 내지 약 7 nm의 입자 크기, 약 300 내지 약 1,000 ㎡/g의 비표면적, 및 약 20 내지 약 40%의 S-수치를 갖는 별개의 콜로이드성 입자를 갖는 타입을 갖는다. 콜로이드성 실리카 생성물은 다양한 공급업체, 예를 들어, Nalco Chemical Company 및 EKA Nobel, AB로부터 상업적으로 입수 가능하다.

예를 들어, 미국특허번호 제5,603,805호에는 음이온성 실리카 입자를 포함하는 15 내지 40% 범위 내의 S-수치를 갖는 실리카 졸로서, 상기 실리카 입자가 알루미늄 개질되지 않고 300 내지 700 ㎡/g 범위 내의 비표면적을 갖는 실리카 졸이 기재되어 있다. 미국특허번호 제5,603,805호에 기술된 실리카 졸은 약 5 내지 7.5 중량%의 SiO₂ 함량을 갖는다.

현재, 실리카 졸을 제조하는 방법은 주로 연속 생산 방법을 사용한다. 예를 들어, 미국특허번호 제5,503,820호에는 저농도의 폴리실리케이트 마이크로젤을 제조하는 방법 및 상응하는 장치가 기재되어 있다. 상기 특허의 장치에서, 수용성 실리케이트의 용액 및 강산은 혼합 디바이스에 동시에 공급된다. 실리케이트가 혼합 디바이스에서 강산과 완전히 반응된 후에, 얻어진 혼합물은 수용 탱크로 이송된다. 한편, 희석제로서의 물이 또한 수용 탱크에 공급되어, 최종의 희석된 콜로이드성 실리카 생성물을 수득하기 위해 얻어진 혼합물을 희석시킨다. 미국특허번호 제5,853,616호에는 또한, 콜로이드성 실리카를 제조하기 위한 유사한 장치가 기재되어 있다.

상기 장치가 원료 물질들을 비교적 균일하게 혼합시킬 수 있고 콜로이드성 실리카 생성물을 연속적으로 생산할 수 있지만, 생성물의 품질은 불안정성을 나타낸다. 이러한 생성물은 보다 빠르고 보다 큰 제지기에 대해 공급되는 콜로이드성 실리카에 관하여 허용 가능하지 않는다. 또한, 이러한 생산 장치에서, 가성 소듐 하이드록사이드는 반응 후 매번 반응 용기를 세정하기 위해 사용되는데, 이는 반응 용기의 부식을 야기시킬 수 있고, 결과적으로 작동 비용을 증가시키고 환경 문제를 야기시킬 수 있다.

높은 고형물 함량 및 낮은 S-수치를 갖는 콜로이드성 실리카가 여전히 요구되고 있다. 또한, 제지에서 보유 및 배수 성능을 개선시키기 위해 사용되는 다수의 다성분 프로그램이 존재하지만, 특히 설치된 보다 빠르고 보다 큰 페이퍼 기계(paper machine)에서 보유 및 배수 성능을 개선시키기 위해 사용되는 신규한 프로그램이 여전히 요구되고 있다. 게다가, 또한, 높은 고형물 함량 및 낮은 S-수치를 가질 뿐만 아니라, 개선된 보유 및 배수 성질을 갖는 활성화된 콜로이드성 실리카를 안정적으로 생산할 수 있는 신규한 생산 장치가 요구된다.

본 발명의 목적은 높은 고형물 함량 및 낮은 S-수치를 갖는 콜로이드성 실리카를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 본 발명에 따른 콜로이드성 실리카를 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 활성화된 콜로이드성 실리카를 제조하기 위한 장치로서, 반응 용기; 콜로이드성 실리카를 제공하기 위한 콜로이드성 실리카 라인을 통해 반응 용기와 유체 소통하는 콜로이드성 실리카 탱크; 활성화제를 제공하기 위한 활성화제 라인을 통해 반응 용기와 유체 소통하는 활성화제 탱크; 및 종결제 라인을 통해 종결제를 제공하기 위한 종결제 공급원을 포함하는 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 콜로이드성 실리카 라인을 통해 반응 용기에 콜로이드성 실리카를 공급하기 위해 콜로이드성 실리카 탱크를 개시시키고; 활성화제 라인을 통해 반응 용기로 콜로이드성 실리카를 공급하기 위해 활성화제 탱크를 개시시키고; 콜로이드성 실리카를 활성화제와, 콜로이드성 실리카 모액을 활성화된 콜로이드성 실리카로 전환시키는데 충분한 시간 동안 접촉시키고; 반응을 종결시키도록 종결제 라인을 통해 종결제를 공급하기 위해 종결제 공급원을 개시시키는 것을 포함하는, 본 발명의 활성화된 콜로이드성 실리카를 제조하기 위한 장치에 의해 활성화된 콜로이드성 실리카를 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 특히, 페이퍼의 생산에서, 수성 시스템에서의 화학적 첨가제로서 본 발명에 따른 콜로이드성 실리카를 사용하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 페이퍼의 생산에서 콜로이드성 실리카의 보유 및 배수 성능을 개선시키는 방법을 제공하기 위한 것이다.

활성화된 콜로이드성 실리카를 제조하기 위한 본 발명의 장치, 및 본 발명의 콜로이드성 실리카를 제조하는 방법을 이용함으로써, 안정한 품질을 갖는 활성화된 콜로이드성 실리카가 수득될 수 있으며, 이러한 활성화된 콜로이드성 실리카는 높은 고형물 함량 및 낮은 S-수치를 가져서, 제지 공정을 위한 개선된 보유 및 배수 성질을 제공한다.

동시에, 본 발명의 활성화된 콜로이드성 실리카를 제조하기 위한 본 발명의 장치를 이용함으로써, 안정한 품질을 갖는 활성화된 콜로이드성 실리카가 제조될 수 있으며, 장치는 전체 생산 효율을 증가시키기 위해, 제지기와 같은 다운스트림 제조 장치에 편의대로 연결될 수 있다.

본 발명의 이러한 구체예 및 다른 구체예는 하기 일부 구체예의 상세한 설명을 고려하여 당업자 및 다른 사람들에게 명백하게 될 것이다. 그러나, 이러한 요약 및 하기 상세한 설명이 다양한 구체예의 단지 일부 예를 예시하는 것으로, 주장되는 바와 같은 본 발명을 제한하고자 의도되지 않는 것으로 이해될 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 양태에 따른 활성화된 콜로이드성 실리카를 제조하기 위한 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제1 양태에 따른 활성화된 콜로이드성 실리카를 제조하기 위한 장치의 개략적 절차도이다.
도 3은 본 발명의 제2 양태에 따른 활성화된 콜로이드성 실리카를 제조하기 위한 장치의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 제2 양태에 따른 활성화된 콜로이드성 실리카를 제조하기 위한 장치의 개략적 절차도이다.
도 5는 본 발명의 제1 양태에 따른 활성화된 콜로이ㄷ성 실리카를 제조하기 위한 장치의 일 구체예의 평면도(top view)이다.

하기 정의된 용어에 대하여, 청구항에 또는 본 명세서의 다른 곳에 다른 정의가 제공되지 않는 한, 이러한 정의가 적용될 것이다.

모든 수치는 본원에서, 명확하게 명시되거나 명시되지 않던 지 간에, 용어 "약"에 의해 수식되는 것으로 간주된다. 용어 "약"은 일반적으로 당업자가 인용된 수치와 동일한 것으로 여기지는(즉, 동일한 기능 또는 결과를 가질 것으로 여겨지는) 숫자들의 범위를 지칭한다. 여러 경우에서, 용어 "약"은 가장 가까운 유효 숫자로 반올림된 숫자를 포함할 수 있다.

중량 퍼센트(Weight percent, 중량%), 중량%(% by weight), 등은 동의어로서, 물질의 중량을 조성물의 중량으로 나누고 100을 곱하여진 것으로서의 물질의 농도를 지칭한다.

종결점에 의한 수치 범위의 기술은 그러한 범위 내에 포함된 모든 숫자들을 포함한다(예를 들어, 1 내지 5는 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.80, 4 및 5를 포함한다).

본 명세서 및 첨부된 청구범위에서 사용되는 단수 형태는 달리 내용이 명확하게 기술하지 않는 한, 복수 지시대상을 포함한다. 이에 따라, 예를 들어, "화합물"을 함유한 조성물에 대한 언급은 둘 이상의 화합물들의 혼합물을 포함한다. 본 명세서 및 첨부된 청구범위에서 사용되는 용어 "또는"은 일반적으로, 달리 내용이 명확하게 기술하지 않는 한, 이의 의미에 "및/또는"을 포함하는 것으로 이용된다.

본원에서 사용되는 용어 "고형물 함량(solid content)"은 달리 명시하지 않는 한, 콜로이드성 실리카의 SiO₂-함량을 지칭한다.

본원에서 사용되는 용어 "실온"은 23℃를 지칭한다.

일 양태에서, 본 발명은 콜로이드성 실리카 공급원료를 활성화제와, 콜로이드성 실리카 공급원료를 활성화된 콜로이드성 실리카로 전환시키기에 충분한 시간 동안 접촉시키는 것을 포함하는, 활성화된 콜로이드성 실리카를 제조하는 방법에 관한 것이다.

도 1을 참조로 하여, 본 발명의 일 양태에서, 본 발명의 활성화된 콜로이드성 실리카를 제조하기 위한 장치(100)는 반응 용기(109); 콜로이드성 실리카를 제공하기 위한, 콜로이드성 실리카 라인(108)을 통해 반응 용기(109)와 유체 소통하는 콜로이드성 실리카 탱크(103); 활성화제를 제공하기 위한, 활성화제 라인(107)을 통해 반응 용기(109)와 유체 소통하는 활성화제 탱크(102); 및 종결제를 제공하기 위한, 종결제 라인(106)을 통해 반응 용기(109)와 유체 소통하는 종결제 공급원(101)을 포함한다.

상기 양태에 따른 구체예에서, 반응 용기(109)의 형상은 특별히 제한되지 않는다. 반응 용기는 다양한 구성, 예를 들어, 실린더 형상, 정육면체(cube), 콘(cone), 등을 채택할 수 있다. 반응 용기의 크기 및 용적은 또한, 활성화된 콜로이드성 실리카의 요망되는 양 및 비용에 따라 달라질 수 있다.

도 3을 참조로 하여, 본 발명의 다른 양태에서, 본 발명의 활성화된 콜로이드성 실리카를 제조하기 위한 장치(300)는 반응 용기(307); 콜로이드성 실리카를 제공하기 위한, 콜로이드성 실리카 라인을 통해 반응 용기(307)와 유체 소통하는 콜로이드성 실리카 탱크(303); 활성화제를 제공하기 위한, 활성화제 라인을 통해 반응 용기(307)와 유체 소통하는 활성화제 탱크(302); 및 종결제를 제공하기 위한, 종결제 라인(306)을 통해 반응 용기(307)와 유체 소통하는 종결제 공급원(301)을 포함한다.

상기 양태에 따른 구체예에서, 반응 용기(307)의 형상은 특별히 제한되지 않는다. 반응 용기는 다양한 구성, 예를 들어, 실린더 형상, 콘, 연장 튜브, 등을 채택할 수 있다. 바람직한 구체예에서, 반응 용기는 연장 튜브 타입 반응 용기이다. 반응 용기의 크기 및 용적은 또한, 활성화된 콜로이드성 실리카의 요망되는 양 및 비용에 따라 달라질 수 있다.

본 발명의 다양한 구체예에서, 요망되는 경우, 콜로이드성 실리카 라인, 활성화제 라인 및 종결제 라인 중 임의의 하나 이상에, 도 1에 도시된 펌프(104) 및 펌프(105)와 같은 이송 수단이 설치될 수 있다. 이러한 이송 수단은 전자기적 격막 펌프, 공기 격막 펌프, 원심분리 펌프, 등을 포함할 수 있지만, 이로 제한되지 않는다. 본 발명의 다양한 구체예에서, 요망되는 경우, 라인 각각을 통해 첨가되는 물질의 양을 제어하기 위해, 콜로이드성 실리카 라인, 활성화제 라인, 및 종결제 라인 중 임의의 하나 이상에 계량 수단(metering means)이 또한 탑재될 수 있다. 계량 수단은 유량계, 중량계(weighter), 등을 포함하지만, 이로 제한되지 않는다.

본 발명의 일 구체예에서, 콜로이드성 실리카 라인(108), 활성화제 라인(107) 및 종결제 라인(106) 각각의 유입구는 도 1에 도시된 바와 같이, 반응 용기(109)의 상부 상에 동일한 수준으로 위치된다. 다른 구체예에서, 실리카 라인(108), 활성화제 라인(107) 및 종결제 라인(106) 각각의 유입구는 반응 용기(109)의 상부 상에 존재하고, 반응 용기의 세로 축을 따라 축대칭적으로 분포된다. 이러한 디자인에 의해, 물질의 공급은 서로 방해되지 않을 것이며, 디자인은 또한, 매우 편리하다.

본 발명의 다른 구체예에서, 실리카 라인(108) 및 활성화제 라인(107) 각각의 유입구는 반응 용기(109)의 상부 상에 그리고 동일한 수준으로 위치되며, 종결제 라인(106)의 유입구는 도 5에 도시된 바와 같이, 반응 용기(109)의 측면의 바닥에 정위된다. "반응 용기의 측면의 바닥"은 반응 용기의 측면의 1/2 길이에서 반응 용기의 하단부(downend)까지의 위치를 지칭한다. 종결제 라인(106)의 유입구는 이러한 범위 내에서 임의의 위치에 정위될 수 있다. 이러한 구체예를 사용함으로써, 종결제는 반응 용기에서의 반응들을 적시에 그리고 효율적인 방식으로 종결시키기 위해, 반응 용기에서 반응 혼합물과 더욱 충분하게 접촉될 수 있다. 이러한 구체예에서, 실리카 라인(108) 및 활성화제 라인(107) 각각의 유입구는 또한, 반응 용기(109)의 상부 상에 배치될 수 있고, 반응 용기의 세로 축을 따라 축대칭적으로 분포된다.

본 발명의 다양한 구체예에서, 콜로이드성 실리카 물질, 활성화제 물질, 및 종결제 물질을 저장하기 위한 탱크들은 당해 분야에서 편리하게 사용되는 물질 탱크들일 수 있다. 탱크의 크기가 특별히 제한되지 않으며, 수십 또는 수백 리터의 탱크가 사용될 수 있거나, 수톤의 탱크가 사용될 수 있다. 본 발명의 특별한 구체예에서, 콜로이드성 실리카 탱크는 1톤 스케일 수 있으며, 활성화제 탱크는 200 리터 스케일일 수 있다. 다양한 탱크의 물질은 다양한 탱크에 저장되는 물질에 대해 불활성인 물질이다. 통상적으로, 이러한 물질은 금속 물질, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 연강(mild steel), 등, 및 상세하게 SS304 및 SS316, 등; 또는 플라스틱 물질, 예를 들어, PVC, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 등일 수 있다.

본 발명의 다양한 구체예에서, 콜로이드성 실리카 물질, 활성화제 물질, 및 종결제 물질을 이송시키기 위한 라인들은 당해 분야에서 사용되는 통상적인 파이프라인일 수 있다. 특히, 파이프라인의 물질은 파이프라인에 이송되는 물질에 대해 불활성인 물질이다. 통상적으로, 이러한 물질은 금속 물질, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 연강, 등, 상세하게, SS304 및 SS316, 등; 또는 플라스틱 물질, 예를 들어, PVC, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 등일 수 있다. 이러한 라인의 크기는 반응 속도 및 생산성과 같은 인자에 따라 선택될 수 있다. 특별한 구체예에서, 라인의 직경은 예를 들어, 1, 1.2, 1.5, 1.8 인치일 수 있다.

본 발명의 다양한 구체예에서, 종결제 라인을 통해 반응 용기와 연결되는 종결제 공급원은 물, 예를 들어, 수돗물, 지표수, 연수(soft water); 하이드록사이드, 예를 들어, 소듐 하이드록사이드, 칼륨 하이드록사이드, 암모늄 하이드록사이드, 등; 알루미늄 함유 염, 예를 들어, 소듐 알루미네이트, 등을 포함할 수 있지만, 이로 제한되지 않는다. 종결제 공급원은 종결제 탱크에 종결제 용액으로서 저장될 수 있다. 대안적으로, 종결제 공급원은 본 발명의 장치가 이용되는 장소의 인시튜의 물 공급원, 예를 들어, 수돗물 공급원일 수 있다.

본 발명의 다양한 구체예에서, 본 발명의 장치는 반응 용기의 축 중심에 정위된 교반기를 추가로 포함할 수 있다. 교반기를 사용함으로써, 반응 용기에서의 반응은 더욱 충분하고 효율적인 방식으로 수행될 수 있다. 통상적으로, 교반기는 당해 분야에서 편리하게 사용되는 임의의 교반기일 수 있다. 교반기가 설치되는 깊이는, 반응 용기에서 반응 혼합물을 빠르고 균일하고 혼합하기 위해, 반응 용기 내측에 채워진 반응 혼합물의 수준 아래의 위치에 잠겨질 수 있다. 일반적으로, 교반기의 설치된 깊이는 반응 용기의 1/2 수직 깊이 미만 및 반응 용기의 하단부 위이다. 반응의 진행 동안, 교반기는 콜로이드성 실리카 및 활성화제를 충분하게 혼합하고 접촉시키기 위해 작동된다. 반응이 특정 범위로 진행할 때, 예를 들어, 콜로이드성 실리카의 사전결정된 활성화 수준이 달성될 때, 종결제를 활성화된 콜로이드성 실리카와 충분히 혼합하기 위해, 교반기의 작동 빈도(operation frequency)를 예를 들어, 본래 작동 빈도의 90% 내지 40%, 또는 심지어 보다 낮게, 예를 들어, 본래 작동 빈도의 80%, 70%, 60%, 50%로 낮추면서 종결제 공급이 개시된다.

본 발명의 다양한 구체예에서, 실리카 라인(108) 및 활성화제 라인(107) 각각의 유입구는 반응 용기의 측벽과 접촉하지 않게 배치된다. 이러한 구성에 의해, 공급물은 측벽의 부식을 방지하기 위해 반응 용기의 측벽과 접촉하지 않을 것이다. 이러한 구성은 또한, 물질, 예를 들어, 콜로이드성 실리카가 용기의 측벽 상에서의 결정화하는 것을 방지한다. 이에 따라, 세정을 위한 빈번한 고정 시간이 요구되지 않으며, 생산 비용이 절약될 수 있다.

본 발명의 다양한 구체예에서, 본 발명의 장치는 반응 용기에서 콜로이드성 실리카의 상태를 모니터링하기 위한 센서를 추가로 포함할 수 있다. 콜로이드성 실리카의 상태를 모니터링함으로써, 반응 용기에서의 반응의 크기가 결정될 수 있다. 이러한 크기를 기초로 하여, 반응 물질이 첨가되는 지의 여부, 또는 반응이 종결되는 지의 여부가 결정될 수 있다. 센서는 우회 방식을 통해 반응 용기에 부착될 수 있다. 일 구체예에서, 샘플링 라인은 반응 용기 상에 탑재될 수 있으며, 센서는 샘플링 라인에서 샘플을 모니터링하고 분석하기 위해 샘플링 상에 탑재될 수 있다. 다른 구체예에서, 센서는 반응 용기에 직접적으로 부착된다. 즉, 센서는 반응 용기에서 콜로이드성 실리카의 상태를 직접적으로 모니터링하고 분석하기 위해, 반응 용기의 측벽 상에 직접적으로 탑재될 수 있다. 이러한 구체예에서, 센서의 탑재 위치는 반응 용기에서 물질 혼합물의 수준 보다 낮아야 한다. 통상적으로, 이러한 구체예에서, 센서의 탑재 위치는 반응 용기의 측벽의 1/2 길이에서 반응 용기의 하단부까지 위치된다. 본 발명에서, 바람직하게, 반응 용기의 측벽 상에 센서가 직접적으로 탑재된다. 임의 이론으로 제한하고자 하는 것은 아니지만, 반응 용기의 측벽 상에 직접적으로 센서를 탑재하는 것은 더욱 간단한 방식으로 반응 용기 내측의 콜로이드성 실리카의 상태를 모니터링할 수 있으며, 고급품(quality product)을 수득하기 위해 시기적절한 방식으로 종결제 공급이 개시될 수 있도록, 반응이 진행하는 크기의 더욱 실제 파라미터가 얻어질 수 있다. 또한, 임의의 이론으로 제한하고자 하는 것은 아니지만, 센서가 우회 방식으로 반응 용기에 부착될 때, 우회하는 샘플은 특정 크기, 예를 들어, 온도, 농도, 전도도 및 pH 수치, 등을 변경시킬 수 있으며, 이에 의해, 측정된 데이타는 반응 용기에서 콜로이드성 실리카의 실제 상태에서 벗어날 수 있다.

본 발명의 다양한 구체예에서, 센서는 전도도 센서, 온도 센서, 및 pH 센서, 등을 포함하지만, 이로 제한되지 않는다.

본 발명의 다른 구체예에서, 본 발명의 장치는 추가 종결제 라인을 통해 반응 용기와 유체 소통하는 추가 종결제 탱크를 추가로 포함한다. 본 발명의 발명자들은 특정 상황에서, 반응 용기에서의 반응이 때때로 매우 가혹하고/거나 빠르게 진행할 수 있다는 것을 발견하였다. 단지 본래 종결제 공급원에 의해 반응을 종결시키는 것은 반응을 적시에 정지시키지 못할 수 있다. 이러한 상황에서, 추가 종결제 라인을 통해 반응 용기와 유체 소통하는 추가 종결제 탱크가 도입될 수 있다. 반응 용기에서의 반응이 너무 빠르게 진행한 직후에, 추가 종결제 공급이 이후에 개시된다. 추가 종결제는 다양한 알칼리 물질, 예를 들어, 유기 염기 및 무기 염기를 포함할 수 있다. 통상적으로, 이용가능성 및 유효성을 고려하여, 추가 종결제는 소듐 하이드록사이드일 수 있다. 추가 종결제 탱크 및 추가 종결제 라인의 물질 및 크기는 특히 제한되지 않는다. 상기 콜로이드성 실리카 탱크 및 활성화제 탱크에서 사용되는 물질 및 크기는 또한, 추가 종결제 탱크 및 추가 종결제 라인에 적용할 수 있다.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 활성화 공정이 일정한 온도에서 진행될 수 있도록, 온도 제어 수단이 반응 용기에 설치될 수 있다.

본 발명의 다양한 구체예에서, 반응 용기의 세정은 각 생산 후에 수행될 수 있다. 세정은 반응 용기와 연결되는 별도의 세정 수단에 의해 수행될 수 있거나, 반응 용기를 세정하기 위해 직접적으로 종결제 공급원에 의해 수행될 수 있다. 바람직한 구체예에서, 반응 용기는 종결제 공급원에 의해 적집적으로 세정된다. 일 구체예에서, 세정 수단, 예를 들어, 린싱 볼(rinsing ball)은 반응 용기에 탑재될 수 있다. 종결제 공급원, 예를 들어, 수돗물 공급원은 린싱 볼에 연결된다. 각 반응 종결 후마다, 반응 용기의 내용물은 배출되며, 이후에, 반응 용기의 내측은 수돗물을 사용함으로써 이러한 수단에 의해 세정된다. 이에 의해, 실리카 결정의 발생이 방지될 수 있으며, 반응 용기에 잔류하는 임의의 잔부가 세척될 수 있다.

다른 구체예에서, 종결제 공급원, 예를 들어, 수돗물 공급원은 종결제 이송 라인을 통해 반응 용기의 다운스트림 위치에 연결된다. 이러한 구체예에서, 반응 용기의 업스트림에 위치된 종결제 이송 라인을 개시시키고 반응을 종결시키기 위해 반응 용기의 다운스트림으로 종결제를 이송시키면서, 콜로이드성 실리카 및 활성화제는 반응 용기에서 반응된다. 이후에, 종결된 반응 혼합물은 다운스트림 파이프를 통해, 다운스트림 장치, 예를 들어, 제지 장치로 이송된다. 요망되는 경우에, 이러한 구체예에 따른 장치의 작동이 정지될 수 있으며, 종결제 공급원이 반응 용기를 세정하기 위해 개시된다.

본 발명의 다른 구체예에 따르면, 수준 계측기는 반응 용기에서의 액체 수준을 모니터링하기 위해, 본 발명의 반응 용기에 설치될 수 있다.

다른 양태에서, 본 발명은 본 발명의 상기 장치에 의해 활성화된 콜로이드성 실리카를 제조하는 방법으로서, 반응 용기에서 콜로이드성 실리카 물질 및 활성화제를, 콜로이드성 실리카 물질을 활성화된 콜로이드성 실리카로 전환시키기에 충분한 시간 동안 접촉시키고, 이후에 종결제를 첨가하여, 반응을 종결시키고 활성화된 콜로이드성 실리카 생성물을 수득하는 것을 포함하는 방법에 관한 것이다.

특히, 본 발명의 활성화된 콜로이드성 실리카를 제조하기 위한 장치에 의해 활성화된 콜로이드성 실리카를 제조하는 방법은 콜로이드성 실리카 탱크가 콜로이드성 실리카의 콜로이드성 실리카 라인을 통한 반응 용기로의 공급을 개시하고; 활성화제 탱크가 콜로이드성 실리카의 활성화제 라인을 통한 반응 용기로의 공급을 개시하고; 콜로이드성 실리카를 활성화제와, 콜로이드성 실리카 물질을 활성화된 콜로이드성 실리카로 전환시키기에 충분한 시간 동안 접촉시키고; 종결제 공급원이 반응을 종결시키도록 종결제의 종결제 라인을 통한 반응 장치로의 공급을 개시하는 것을 포함한다.

본 발명의 방법은 배치 방식, 반-배치 방식, 또는 연속 방식으로 수행될 수 있다.

도 2를 참조로 하여, 배치 방식에서의 본 발명의 방법은 하기에 상세히 기술될 것이다.

첫째로, 물질 제조: 탱크(202)(PVC, 100 리터), 탱크(203)(PVC, 200 리터), 탱크(204)(PE, 1 톤)는 각각 30% NaOH, 50% H₂SO₄ 및 콜로이드성 실리카를 저장하기 위해 사용된다. 종결제 공급원은 수돗물 공급원으로서, 이는 제조 장소에서 인시튜 수돗물 공급원으로부터 도입될 수 있다. 1.2 인치의 직경을 갖는 PVC 파이프라인은 종결제를 이송시키기 위한 라인으로서 사용된다. 작동 동안에, 밸브(205, 206, 207 및 208)는 항상 온 상태(on state)로 있다. 이후에, 공급은 공기 격막 펌프(211)을 개시하여 개시되며, 1톤의 콜로이드성 실리카 물질은 탱크(204)로부터 반응 용기로 이송되며, 물질이 제시된 수준에 도달하였다는 것을 모니터링할 때 펌프를 정지시키기 위해 수준 계측기는 신호를 방출시켰다. 가열 튜브(221)는 반응 용기에서의 물질의 온도를, 온도 센서(222)에 의해 평균 시간에 모니터링되는 40이 되게 유지시키기 위해 개시된다. 동시에, 교반기(220)는 120 RPM의 속도로 작동된다. 전자기적 격막 펌프(210)는 13 리터의 50% 황산을 반응 탱크에 공급하도록 개시된다. 유량계(238)는 활성화제 라인에 배치될 수 있다. 산의 첨가 동안에, 교반기(220)는 항상 작동 상태에 있으며, 콜로이드성 실리카 용액의 전도도는 전도도 센서(223)에 의해 측정된다. 5분 후에, 산의 첨가가 정지된다. 산의 첨가 동안에, 온-라인 pH 계측기(225)가 용액의 pH가 9 아래인 것으로 측정되는 경우에, 산의 첨가가 또한 정지될 것이다. 산의 첨가 후에, 활성화 절차가 개시한다. 이러한 시기 동안에, 교반기(220)는 120 RPM의 속도로 작동되며, 가열 로드는 또한, 온도를 40℃에서 설정하기 위해 작동한다. 1시간의 반응 후에, 밸브(213)는 종결제로서 1톤의 수돗물을 첨가하기 위해 개시된다. 수준 계측기(218)가 수준이 제시된 위치에 도달하였다고 검출되었을 때, 밸브(213)가 닫혀진다. 이러한 시기 동안에, 교반기(220)는 120 RPM의 속도로 작동되지만, 가열 수단이 정지된다. 이후에, 모든 활성화된 콜로이드성 실리카는 추가 사용을 위한 생성물 탱크로 이송된다. 밸브(212)는 종결제 공급원(201)으로부터의 수돗물을 사용하여 린싱 볼(219)에 의해 반응 탱크의 내측을 세정하기 위해 개시된다. 수준 계측기가 반응 탱크의 내측이 낮은 수준에 도달하였다는 것을 검출하였을 대, 밸브(212)가 닫혀진다. 밸브(227)는 반응 동안 샘플링을 위한 것이다. 밸브(230)는 정지 시간 동안 반응 용기의 세정 후에 배출하기 위한 것이다.

도 4를 참조로 하여, 연속 방식의 본 발명의 방법은 하기에 상세히 기술될 것이다.

탱크(402)(PVC, 200 리터) 및 탱크(403)(PE, 1톤)는 각각 50% H₂SO₄ 및 콜로이드성 실리카를 저장하기 위해 사용된다. 종결제 공급원(401)은 수돗물 공급원으로서, 이는 제조 위치에서 인시튜로 도입될 수 있다. 1.2 인치의 직경을 갖는 PVC 파이프는 종결제 이송 라인으로서 사용된다. 유량계(407)는 활성화제 이송 라인에 배치될 수 있다. 작동하는 동안, 밸브(404, 405 및 406)는 항상 온 상태에 있다. 펌프(410) 및 펌프(408)는 콜로이드성 실리카 물질 및 50% 황산을 각각 혼합기(414)로 동시에 이송시키기 위해 개시된다. 균일한 혼합 후에, 혼합물은 활성화를 위해 연장 튜브(417)로 이송된다. 제어기는, 온-라인 전도도 센서(415) 상에서의 판독을 조정할 수 있도록, 0.013:1과 같은 펌프(408)과 펌프(410) 간의 유량 비를 자동적으로 조정한다. 전자 볼 밸브(412)는 온 상태에 있다. 종결제로서의 수돗물은 활성화를 종결시키기 위해 활성화된 콜로이드성 실리카와 혼합된다. 생성물은 사용자에게 제공하기 위해 균질하게 혼합된다. 장치가 정지된 후마다, 종결제 공급원(401)으로부터의 수돗물이 파이프라인을 세정하기 위해 연장 튜브를 통해 흐를 수 있도록, 밸브(412)는 닫혀지며, 밸브(413)는 개시된다. 전도도 계측기(415)가 너무 높은 점도도를 검출하고, 반응 튜브(417)에서 겔의 발생을 방지하기 위해 밸브(412)는 닫혀지며, 밸브(413)는 개시되는 경우에, 수돗물은 너무 높은 전도도를 갖는 물질의 반응을 종결시킬 것이다. 세정 후에, 용액은 다운스트림 파이프라인을 통해 배출된다.

본 발명의 방법에서 사용되는 반응 용기에서의 활성화 시간은 광범위하게 크게 달라질 수 있다. 일 구체예에서, 접촉 시간은 1초 내지 1주, 예를 들어, 1분 내지 24시간, 5분 내지 12시간, 10분 내지 8시간, 30분 내지 6시간, 또는 1시간 내지 4시간의 범위일 수 있다.

본 발명에서 유용한 활성화제의 예는 무기산, 예를 들어, 황산, 염산, 질산, 인산, 탄산; 유기산, 예를 들어, 포름산, 아세트산, 프로피온산, 부티르산, 시트르산, 옥살산, 말론산, 말레산, 푸마르산, 벤조산, 벤젠 설폰산, p-톨루엔 설폰산; 및 염, 예를 들어, 소듐 바이카보네이트, 칼륨 바이카보네이트, 모노소듐 포스페이트, 모노칼륨 포스페이트, 디소듐 포스페이트, 디칼륨 포스페이트, 소듐 클로라이드, 칼륨 클로라이드, 소듐 설페이트, 칼륨 설페이트, 소듐 니트레이트, 칼륨 니트레이트, 소듐 클로레이드, 칼륨 클로레이드를 포함하지만, 이로 제한되지 않는다.

활성화제가 무기산 및 유기산으로부터 선택된 적어도 하나인 구체예에서, 활성화제는, 활성화 반응 혼합물의 pH 수치가 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 4.5, 5.0, 5.5, 6.0, 6.5, 7.0, 7.5, 8.0, 8.5, 또는 9.0의 하한치 내지 11.0, 10.0, 9.8, 9.7, 9.6, 9.5, 9.4, 9.3, 9.2, 9.1, 9.0, 8.7, 8.5, 8.2, 8.0, 7.7, 7.5, 7.2, 7.0, 6.5, 6.0, 5.5, 5.0, 4.0, 3.5, 또는 3.0의 상한치의 범위인 양으로 사용되며, 단, 하한치는 상한치 미만이다. 이러한 구체예의 일 양태에서, 콜로이드성 실리카 공급원료는 개질되지 않으며, 활성화제는 7.5 내지 10.5의 pH 수치를 갖는 활성화 반응 혼합물을 제공하기 위한 양으로 사용된다. 이러한 구체예의 다른 양태에서, 콜로이드성 실리카 공급원료는 Al-개질되며, 활성화제는 0.5 내지 3.5의 pH 수치를 갖는 활성화 반응 혼합물을 제공하기 위한 양으로 사용된다.

활성화제가 적어도 하나의 염인 구체예에서, 활성화제는, 활성화 반응 혼합물이 콜로이드성 실리카 공급원료의 전도도 보다 0.1 mS/cm 내지 100 mS/cm, 바람직하게, 1 mS/cm 내지 100 mS/cm, 바람직하게, 2 mS/cm 내지 80 mS/cm, 및 더욱 바람직하게, 3 mS/cm 내지 50 mS/cm 높은 전도도를 갖는 양으로 사용된다.

본 방법에서 사용되는 활성화 시간은 광범위 범위에서 달라질 수 있다. 일 구체예에서, 접촉 시간은 1초 내지 1주, 예를 들어, 1분 내지 24시간, 5분 내지 12시간, 10분 내지 8시간, 30분 내지 6시간, 또는 1시간 내지 4시간의 범위이다.

본 방법은 실온에서, 또는 대안적으로 보다 낮은 또는 보다 높은 온도에서 편리하게 수행될 수 있다. 예를 들어, 본 방법은 0 내지 80℃, 예를 드렁, 5 내지 60℃, 10 내지 50℃, 15 내지 40℃, 또는 20 내지 30℃의 범위의 온도에서 수행될 수 있다.

본 방법에서 공급원료로서 사용되는 콜로이드성 실리카는 400 ㎡/g 내지 1100 ㎡/g, 바람직하게, 500 ㎡/g 내지 900 ㎡/g, 및 더욱 바람직하게, 600 ㎡/g 내지 800 ㎡/g의 비표면적, 10 내지 50의 S-수치, 및 20 중량% 이하, 바람직하게, 5 내지 20 중량%, 더욱 바람직하게, 8 내지 18 중량%, 및 더욱더 바람직하게, 9 내지 17.5 중량%의 고형물 함량을 가질 수 있다. 바람직하게, 콜로이드성 실리카 공급원료는, 콜로이드성 실리카 공급원료가 높은 고형물 함량을 가질 수 있도록, 비교적 높은 S-수치, 예를 들어, 25 내지 40%의 S-수치를 갖는다. 제공된 S-수치는 문헌[R. K. Iler and R. L. Dalton in J. Phys. Chem. 60 (1956), 955-957]에 기술된 방법에 따라 측정되고 계산된다.

본 방법에서 공급원료로서 사용되는 콜로이드성 실리카에서의 입자는 비개질된 실리카 입자 또는 알루미늄, 붕소, 또는 다른 금속으로 표면 개질된 실리카 입자일 수 있다. 개질되지 않은 실리카를 함유한 콜로이드성 실리카가 바람직하다. 알루미늄-, 붕소-, 또는 다른 금속-개질된 실리카 입자에 대하여, 이러한 것은 적합하게 2 내지 25%, 적합하게 3 내지 20%의 정도로 개질된다. 개질도는 실리카 입자의 표면에서 규소 원자를 대체하는 원자를 개질시키는 부분을 의미한다. 개질도는 %로 제공되는 것으로서, nm² 당 8개의 실란올 기를 기반으로 하여 계산된다. 이는 문헌[Iler, R. K. in Journal of Colloidal and Interface Science, 55(1976):1, 25-34]에 기술되어 있다.

이러한 콜로이드성 실리카는 Nalco로부터의 상품명 N3295, N8691, N8692, N8699; EKA로부터의 NP580, NP882, NP2180, 및 32K로 상업적으로 입수 가능하다.

일 구체예에서, 본 공정에서 공급원료로서 사용되는 콜로이드성 실리카는 (a) 100℉ 미만, 바람직하게 85℉ 미만, 통상적으로 60 내지 85℉의 초기 조성물의 농도를 유지시키면서, 물, 15:1 내지 1:1 범위의 SiO₂ 대 알칼리 금속 옥사이드의 몰비, 및 적어도 10, 통상적으로, 적어도 11의 pH를 갖는 알칼리 금속 실리케이트, 및 산(및/또는 이들의 상응하는 염)을 함유하는 초기 조성물을 형성하는 단계로서, 알칼리 금속 실리케이트 및 산(및/또는 이들의 상응하는 염)이 초기에 적어도 63:1의 중량비로 존재하는 단계; (b) 규산 조성물의 1/2 내지 3/4이 초기 조성물에 첨가될 때까지 조성물의 온도를 100℉ 미만, 통상적으로 약 60 내지 85℉로 유지시키면서, 초기 조성물에 통상적으로 4.0 내지 8.5 중량%, 바람직하게 5.0 내지 7.2 중량%, 바람직하게 6.0 내지 6.8 중량% 범위의 SiO₂ 함량을 갖는 수성 규산 조성물을 서서히 그리고 연속적으로 첨가하는 단계; (c) 조성물의 농도를 예를 들어, 약 10 내지 35분의 시간에 걸쳐 115 내지 125℉까지 서서히 증가시키고, 규산 조성물의 첨가가 완료될 때까지 온도를 유지시키는 단계; (d) 임의적으로, 조성물의 온도를 125℉ 미만, 통상적으로 115 내지 125℉에서 약 1시간 동안 유지시키는 단계; 및 (e) 가열을 중지시키고 임의적으로 얻어진 조성물의 SiO₂를 기반으로 한 고형물 함량이 약 8 중량% 이상, 통상적으로 11 중량% 내지 20 중량%일 때까지 얻어진 조성물로부터 물을 제거하는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조될 수 있다. 콜로이드성 실리카의 제조와 관련하여 보다 세부사항에 대하여, 예를 들어, 미국특허번호 2,244,355, 3,582,502, 5,368,833, 5,643,414, 6,372,089, 6,372,806, 및 6,486,216호가 참조되며, 이러한 문헌의 내용은 본원에 참고로 포함된다.

본 발명의 구체예에서, 상기 방식에 따라 형성된 콜로이드성 실리카는 본 발명의 활성화된 콜로이드성 실리카를 형성시키기 위한 콜로이드성 실리카 탱크에서 저장된다.

본 방법은 초기 콜로이드성 실리카 공급원료의 S-수치 보다 적어도 10%, 또는 적어도 20%, 또는 적어도 30%, 또는 적어도 40%, 또는 적어도 50% 낮은 S-수치를 갖는 활성화된 콜로이드성 실리카를 야기시킨다.

다른 양태에서, 본 발명은 높은 고형물 함량 및 낮은 S-수치를 가질 수 있는, 상술된 공정에 의해 제조된 활성화된 콜로이드성 실리카에 관한 것이다.

일부 구체예에서, 본 발명에 따른 활성화된 콜로이드성 실리카는 400 ㎡/g 내지 1100 ㎡/g, 500 ㎡/g 내지 900 ㎡/g, 및 600 ㎡/g 내지 800 ㎡/g의 비표면적, 6 내지 30%, 10 내지 20%의 S-수치, 및 20 중량% 이하, 5 내지 20 중량%, 8 내지 18 중량%, 및 9 내지 17.5 중량%의 고형물 함량을 갖는다.

일부 구체예에서, 본 발명에 따른 활성화된 콜로이드성 실리카는 1 cps 내지 2000 cps의 브룩필드 점도를 갖는다.

일부 구체예에서, 본 발명에 따른 활성화된 콜로이드성 실리카는 30일 미만, 예를 들어, 7일 미만, 예를 들어, 1일 내지 7일의 저장 수명을 갖는다.

본 발명의 활성화된 콜로이드성 실리카 조성물은 비-활성화된 콜로이드성 실리카 조성물과 비교하여 제지 공정에서 배수 및 보유 보조물로서 20 내지 70% 더욱 효과적인 것으로 나타났다. 본 발명의 콜로이드성 실리카 조성물에 대한 바람직한 유용성이 페이퍼의 생산에서 배수 및 보유 보조물로서이지만, 본 발명의 조성물은 다른 목적을 위해, 예를 들어, 맥주, 와인, 쥬스, 및 당 정화; 원료 및 폐수 정화를 포함하는 물 정화를 위해; 촉매 지지체로서; 코팅 조성물의 성분으로서; 플라스틱을 위한 코팅 성분으로서; 내마모성 코팅 성분으로서; 인베시트먼트 캐스팅(investment casting)을 위해; 세라믹 장작(fireplace log)의 성분으로서; 및 내화 물질에서 사용될 수 있다.

이에 따라, 추가 양태에서, 본 발명은 특히, 페이퍼의 생산에서, 화학적 첨가제로서, 본 발명에 따른 활성화된 콜로이드성 실리카의 용도에 관한 것이다.

이에 따라, 일 구체예에서, 본 발명은 공급물(furnish)에서 섬유의 건조 중량을 기준으로 하여 약 0.0001 내지 약 1.25 중량%의 SiO₂로서 계산된 본 발명의 활성화된 콜로이드성 실리카를 페이퍼 밀 공급물에 첨가하는 단계를 포함하는, 페이퍼의 생산을 개선시키는 방법에 있다. 일 구체예에서, 비이온성, 양이온성, 음이온성, 쯔비터이온성, 또는 양쪽성 폴리머 응집제는 활성화된 콜로이드성 실리카의 첨가 전 또는 후에 공급물에 공급물 중의 섬유의 건조 중량을 기준으로 하여 약 0.001 내지 약 0.5 중량%의 양으로 첨가될 수 있다. 양이온성 전분이 대안적으로, 합성 폴리머 응집제 대신에 또는 이에 추가하여, 공급물 중의 섬유의 건조 중량을 기준으로 하여 약 0.005 내지 약 5.0 중량%의 양으로, 공급물에 첨가될 수 있다. 더욱 바람직하게, 전분은 공급물 중의 섬유의 건조 중량을 기준으로 하여 약 0.05 내지 약 1.5 중량%의 양으로 첨가된다. 또 다른 구체예에서, 응고제는 응집제 및/또는 전분 대신에 또는 이에 추가하여, 제지 공급물 중의 섬유의 건조 중량을 기준으로 하여 약 0.005 내지 약 1.25 중량%의 양으로 공급물에 첨가될 수 있다. 일 구체예에서, 응고제는 공급물 중의 섬유의 건조 중량을 기준으로 하여 약 0.025 내지 약 0.5 중량%의 양으로 첨가된다.

일 구체예에서, 본 발명은 또한, SiO₂로서 계산하여 공급물 중의 섬유의 건조 중량을 기준으로 하여 약 0.0001 내지 약 1.25 중량%의 본 발명의 활성화된 콜로이드성 실리카를 제지 공급물에 첨가하는 단계를 포함하는, 제지기 상에서 제지 공급물의 보유 및 배수를 증가시키는 방법에 있다. 활성화된 콜로이드성 실리카는 비이온성, 양이온성, 음이온성, 쯔비터이온성, 또는 양쪽성 폴리머 응집제와 함께 제지 공급물에 첨가될 수 있다. 응집제는 활성화된 콜로이드성 실리카 전 또는 후에, 공급물 중의 섬유의 건조 중량을 기준으로 하여 약 0.001 내지 약 0.5 중량%의 양으로 첨가될 수 있다. 전분은 대안적으로, 응집제에 대체하거나 이에 추가하여, 공급물 중의 섬유의 건조 중량을 기반으로 하여 약 0.005 내지 약 5.0 중량%의 양으로 첨가될 수 있다. 전분이 사용되는 경우에, 이는 양이온성 전분일 수 있다. 사용될 때, 양이온성 전분은 바람직하게, 공급물 중의 섬유의 건조 중량을 기준으로 하여 약 0.05 내지 약 1.25 중량%의 양으로 첨가된다. 또 다른 구체예에서, 응고제는 응집제 및/또는 양이온성 전분에 대체하여, 또는 이에 추가하여, 공급물 중의 섬유의 건조 중량을 기준으로 하여 약 0.005 내지 약 1.25 중량%의 양으로 공급물에 첨가될 수 있다. 바람직하게, 응고제는 공급물 중의 섬유의 건조 중량을 기준으로 하여, 약 0.025 내지 약 0.5 중량%의 양으로 첨가된다.

대안적인 구체예에서, 본 발명은 페이퍼를 생산하는 방법으로서,

(a) 셀룰로오스 섬유 및 임의적인 충전제를 함유하는 현탁액을 제공하는 단계;

(b) 상기 현탁액에 비이온성, 양이온성, 음이온성, 쯔비터이온성, 또는 양쪽성 폴리머 응집제를 건조 섬유 및 임의적인 충전제를 기반으로 하여 적어도 0.01 kg/ton의 양으로 첨가하는 단계;

(c) 상기 현탁액에 본 발명의 콜로이드성 실리카를 건조 섬유 및 임의적인 충전제를 기초로 하여 SiO₂로서 계산하여 적어도 0.001 kg/ton의 양으로 첨가하는 단계; 및

(d) 이후에, 와이어 상에 얻어진 현탁액을 형성시키고 탈수시켜 페이퍼를 형성시키는 단계를 포함하는 방법에 있다.

임의의 상기 구체예에서 폴리머 응집제의 투여량은 공급물 중의 섬유의 건조 중량을 기준으로 하여 바람직하게 약 0.005 내지 약 0.2 중량%이다. SiO₂로서 계산된 활성화된 콜로이드성 실리카의 투여량은 바람직하게, 공급물에서 건조 섬유의 중량을 기준으로 하여 약 0.005 내지 약 0.25 중량%, 및 가장 바람직하게 공급물 중의 섬유의 약 0.005 내지 약 0.15 중량%이다.

본 발명이 광범위한 페이퍼 등급 및 공급물(furnishes)에서 적용 가능하기 대문에, 상기 제공된 백분율이 때때로 달라질 수 있다는 것이 강조될 것이다. 이는 변화(variance)가 본 발명으로부터 벗어나지 않고 상기에 제공된 백분율로부터 이루어질 수 있으며 이러한 백분율 수치가 당업자에게 단지 안내로서 제공된다는 점에서 본 발명의 사상 및 목적 내에 있다.

임의의 상기 구체예에서, 벤토나이트, 탈크, 합성 클레이, 헥토라이트, 카올린, 또는 이들의 혼합물은 또한, 시트 형성 이전에 제지 시스템에서 임의의 곳에 첨가될 수 있다. 첨가 포인트는 백수(whitewater)로의 희석 전에 진한 모액 펄프(thick stock pulp)이다.

또한, 임의의 상기 구체예는 고급 제지(본원에서 천연 섬유 기반 뿐만 아니라 재활용-섬유 기반 물질을 포함하는 것으로 사용됨), 보드(본원에서 재활용-섬유 기반 시험 라이너 및 골심지, 뿐만 아니라 천연-섬유 기반 물질을 포함하는 것으로 사료됨), 및 신문 인쇄용지(본원에서 잡지 공급물, 뿐만 아니라 천연 섬유 및 재활용-섬유 기반을 포함하는 것으로 사용됨), 또는 다른 셀룰로오스 물질로 이루어진 군으로부터 선택된 제지 공급물에 적용될 수 있다. 이러한 공급물은 천연, 표백 재활용된, 표백되지 않은 재활용된 목재-함유, 목재-부재인 것, 및 이들의 혼합물을 포함한다.

페이퍼 또는 보드지는 일반적으로, 수성 매질에 셀룰로오스 물질의 공급물의 현탁액으로부터 제조되며, 이러한 공급물은 하나 이상의 전단 단계로 처리되며, 이러한 단계들은 일반적으로 세정 단계, 혼합 단계, 및 펌핑 단계이며, 이후에, 현탁액은 배수되어 시트를 형성하며, 시트는 이후에 요망되고, 일반적으로 낮은 물 농도로 건조된다. 본 발명의 활성화된 콜로이드성 실리카는 전단 단계 전 또는 후에 퍼지시에 첨가될 수 있다.

상술된 보유 및 배수 보조물 적용 이외에, 본 발명의 활성화된 콜로이드성 실리카는 이에 따라 처리된 셀룰로오스 시트의 습식 강도를 개선시키기 위해 표준 양이온성 습식 강도 수지와 함께 사용될 수 있다. 이러한 방식으로 사용할 때, 활성화된 콜로이드성 실리카는 페이퍼 기계 상에 습식 강도 수지를 함유한 공급물의 배치 이전에 공급물에 첨가된다. 활성화된 콜로이드성 실리카는 일반적으로, 상술된 수준으로 사용된다.

본 발명의 활성화된 콜로이드성 실리카는 제지 공정에서 합성 폴리머 응집제 및 유지 보조물, 및 전부의 성능을 현저하게 향상시키는 것으로 발견되었다. 또한, 활성화된 콜로이드성 실리카는 물 사전처리와 같은 고체/액체 분리 공정에서, 그리고 폐수 처리 적용에서 첨가제로서의 유용성을 갖는 것으로 사료된다. 본 발명의 활성화된 콜로이드성 실리카는 신문 인쇄용지, 고급 제지, 보드 및 다른 페이퍼 등급에서 배수 및 유지를 향상시키는 것 이외에, 또한, 제지에서 피치 및 점착성 조절, 건조-랩 펄프의 생산에서 펄프 탈수화, 펄프 및 페이퍼 밀에서 받침(saveall) 및 정화기 적용, 물 정화, 용해된 공기 부유화 및 슬러지 탈수에서의 유용성을 발견할 수 있다. 본 발명의 활성화된 콜로이드성 실리카 조성물은 또한, 고체/액체 분리 또는 에멀젼 파괴에서의 유용성을 발견할 수 있다. 이러한 적용의 예는 도시 슬러지 탈수, 수성 미네랄 슬러리의 정화 및 탈수, 정제 에멀젼 파괴, 등을 포함한다. 합성 폴리머 및/또는 전분과 조합하여 본 발명의 활성화된 콜로이드성 실리카를 사용하는 경우에 나타나는 향상된 성능은 보다 높은 유지, 개선된 배수 및 개선된 고체/액체 분리, 및 종종 요망되는 효과를 달성하기 위해 사용되는 폴리머 또는 전분의 양의 감소를 포함한다.

미세입자 유지 프로그램은 전단에 의해 파괴된 본래 형성된 플록(floc)의 복원을 기반으로 한 것이다. 이러한 적용에서, 응집제는 적어도 하나의 고전단 포인트 이전에 첨가되고, 이후에 헤드박스 박로 전에 미세입자를 첨가한다. 통상적으로, 응집제는 압력 스크린 이전에 첨가될 것이고, 이후에, 스크린 이후에 미세입자를 첨가한다. 그러나, 이러한 순서가 역전될 수 있는 방법이 본원에서 고려된다. 미세입자의 첨가에 의해 형성된 제2 플록은 시트의 형성에 악영향을 미치지 않으면서, 증가된 보유 및 배수를 야기시킨다. 이는 시트에서 증가된 충전제 함량을 가능하게 하고, 시트의 2-면 형성(two-sidedness)을 제거하고, 페이퍼 제조에서 기계의 속도 및 배수를 증가시킨다.

약간 과량의 폴리머 응집제 및/또는 응고제의 사용은 후속 전단이 적어도 일부의 양으로 하전된 이의 표면을 제공하기 위해 충분한 폴리머를 함유하거나 지니는 마이크로플록의 형성을 야기시키는 것을 확보하는데 필수적인 것으로 여겨지며, 양으로 하전된 전체 공급물을 제공하기 위해 필수적인 것은 아니다. 이에 따라, 공급물의 제타 전위는, 폴리머의 첨가 후 및 전단 단계 후에, 양이온성 또는 음이온성일 수 있다.

전단은 혼합 펌프, 팬 펌프 또는 센트리스크린(centriscreen)과 같은 다른 목적을 위해 사용되는 장치에서 디바이스에 의해 제공될 수 있거나, 폴리머의 첨가에 후속하여, 장치에 전단, 및 바람직하게 높은 정도의 전단의 목적을 위한 전단 혼합기 또는 다른 전단 단계를 삽입할 수 있다.

본 발명의 적용에서 사용되는 응집제는 양이온 또는 음이온 전하를 가질 수 있는 고분자량 수용성 또는 수분산성 폴리머이다. 비이온성 고분자량 폴리머가 또한 사용될 수 있다. 이러한 폴리머는 제지 시스템에서 완전히 가용성일 수 있거나, 대안적으로 용이하게 분산 가능할 수 있다. 이러한 것은 분지되거나 가교된 구조를 가질 수 있으며, 단, 이러한 것은 최종 페이퍼 상에 부적당한 "어안," 소위 용해되지 않은 폴리머의 방울을 형성하지 않는다. 이러한 타입의 폴리머는 다양한 공급처로부터 용이하게 입수 가능하다. 이러한 것은 건조 고형물, 수용액, 물에 첨가될 때 여기에 함유된 폴리머를 빠르게 가용화시킬 수 있는 유중수 에멀젼으로서, 또는 수성 염수 용액 중의 수용성 또는 분산성 폴리머의 분산액으로서 입수 가능하다. 본원에서 사용되는 고분자량 응집제의 형태는 폴리머가 공급물에서 가용성이거나 분산성인 한 중요한 것으로 여겨지지 않는다.

상술된 바와 같이, 폴리머는 양이온성, 음이온성, 비이온성, 쯔비터이온성, 또는 양쪽성일 수 있다. 본원에서 유용한 양이온성 폴리머 응집제는 일반적으로, 양이온성 작용기를 도입한 고분자 비닐 첨가 폴리머이다. 이러한 폴리머는 일반적으로, 수용성 양이온성 비닐 모노머의 호모폴리머이거나, 수용성 양이온성 비닐 모노머와 비이온성 모노머, 예를 들어, 아크릴아미드 또는 메타크릴아미드의 코폴리머일 수 있다. 폴리머는 단지 하나의 양이온성 비닐 모노머를 함유할 수 있거나, 하나 초과의 양이온성 비닐 모노머를 함유할 수 있다. 대안적으로, 특정 폴리머는 본 발명에서 유용한 양이온성 비닐 폴리머를 형성시키기 위해 만니히 반응에 의해 폴리아크릴아미드와 같은 중합 후 개질되거나 유도체화될 수 있다. 폴리머는 최소한 1 mole% 양이온성 모노머 내지 100 mole% 양이온성 모노머로부터, 또는 후중합 개빌된 폴리머 상의 양이온성으로 개질된 작용기로부터 제조될 수 있다. 가장 종종, 양이온성 응집제는 적어도 5 mole%의 양이온성 비닐 모노머 또는 작용기, 및 가장 바람직하게, 적어도 10 중량%의 양이온성 비닐 모노머 또는 작용기를 가질 것이다.

본 발명을 위해 적합한 양이온으로 하전된 비닐 첨가 코폴리머 및 호모폴리머를 제조하는데 유용한 적합한 양이온성 비닐 모노머는 당업자에게 널리 알려져 있을 것이다. 이러한 물질은 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트(DMAEM), 디메틸아미노에틸 아크릴레이트(DMAEA), 디에틸아미노에틸 아크릴레이트(DEAEA), 디에틸아미노에틸 메타크릴레이트(DEAEM) 또는 디메틸 설페이트 또는 메틸 클로라이드로 제조된 이의 4차 암모늄 형태, 만니히 반응 개질된 폴리아크릴아미드, 디알릴사이클로헥실아민 하이드로클로라이드(DACHA HCl), 디알릴디메틸암모늄 클로라이드(DADMAC), 메타크릴아미도프로필트리메틸암모늄 클로라이드(MAPTAC) 및 알릴 아민(ALA)을 포함한다. 양이온화된 전분은 또한, 본원에서 응집제로서 사용될 수 있다. 선택된 응집제는 상기 기술된 것들의 혼합물, 또는 상기 기술된 것과 양이온성 전분의 혼합물일 수 있다. 양이온성 폴리머 기반 유지 프로그램의 당업자에게는 특정 폴리머의 선택이 공급물, 충전제, 등급, 및 수질에 의존적이라는 것으로 자명할 것이다.

본 발명에서 유용할 수 있는 고분자량 음이온성 응집제는 바람직하게, 1 mole% 이상의 음이온 전하를 갖는 모노머를 함유한 수용성 또는 분산성 비닐 폴리머이다. 이에 따라, 이러한 폴리머는 수용성 음이온으로 하전된 비닐 모노머의 호모폴리머, 또는 예를 들어, 비-이온성 모노머, 예를 들어, 아크릴아미드 또는 메타크릴아미드와 이러한 모노머의 코폴리머일 수 있다. 적합한 음이온성 모노머의 예는 아크릴산, 메타크릴산, 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 설폰산(AMPS) 및 이들의 혼합물, 뿐만 아니라 이의 상응하는 수용성 또는 분산성 알칼리 금속 및 암모늄 염을 포함한다. 본 발명에서 유용한 음이온성 고분자량 폴리머는 또한, 가수분해된 아크릴아미드 폴리머, 또는 아크릴아미드 또는 이의 동족체, 예를 들어, 메타크릴아미드와 아크릴산 또는 이의 동족체, 예를 들어, 메타크릴산의, 또는 이러한 비닐 모노머, 예를 들어, 말레산, 이타콘산, 비닐 설폰산, 또는 다른 설포네이트 함유 모노머의 코폴리머일 수 있다. 음이온성 폴리머는 설포네이트 또는 포스포네이트 작용기, 또는 이들의 혼합물을 함유할 수 있고, 폴리아크릴아미드 또는 폴리메타크릴아미드 폴리머 또는 코폴리머를 유도체화시킴으로써 제조될 수 있다. 가장 바람직한 고분자량 음이온성 응집제에는 아크릴산/아크릴아미드 코폴리머, 및 설포네이트 함유 폴리머, 예를 들어, 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 설포네이트, 아크릴아미도 메탄 설포네이트, 아크릴아미도 에탄 설포네이트 및 2-하이드록시-3-아크릴아미도-프로판 설포네이트와 아크릴아미드 또는 다른 비-이온성 비닐 모노머의 중합에 의해 제조된 것이 있다. 본원에서 사용될 때, 음이온성 비닐 모노머의 폴리머 및 코폴리머는 최소한 1 mole%의 음이온으로 하전된 모노머, 및 바람직하게 적어도 10 mole%의 음이온성 모노머를 함유할 수 있다. 또한, 특별한 음이온성 폴리머의 사용의 선택은 공급물, 충전제, 수질, 페이퍼 등급, 등에 의존적일 것이다.

대부분의 미세입자 프로그램이 단지 고분자량 양이온성 응집제와 함께 잘 수행하지만, 본 발명의 활성화된 콜로이드성 실리카는 또한, 양이온성 응고제의 첨가와 함께, 고분자량 음이온성 수용성 응집제와 함께 사용될 수 있다.

본 발명의 비이온성 응집제는 폴리에틸렌 옥사이드 및 폴리(메트)아크릴아미드로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 상기 이외에, 특정 경우에, 소위 양쪽성 수용성 폴리머를 사용하는 것이 유리할 수 있다. 이러한 폴리머는 동일한 폴리머 사슬에 양이온 전하 및 음이온 전하 둘 모두를 지닌다.

본원에서 유용한 비이온성, 양이온성, 음이온성, 쯔비터이온성, 및 양쪽성 비닐 폴리머 응집제는 일반적으로 적어도 500,000 달톤의 분자량, 및 바람직하게 적어도 1,000,000 달톤 이상의 분자량을 가질 것이다. 본원에서 유용한 수용성 및/또는 분산성 응집제는 5,000,000 이상, 예를 들어, 1천만 내지 3천만 이상의 범위의 분자량을 가질 수 있다. 본 발명을 위해 적합한 폴리머는 시스템에 적용될 때 완전히 수용성일 수 있거나, 폴리머가 물에 분산 가능하는 한, 약간 분지되거나(2-차원) 약간 가교(3-차원)될 수 있다. 완전히 수용성인 폴리머의 사용이 바람직하지만, 본원에 참고로 포함되는 WO 97/16598호에 기술된 것과 같은 분산성 폴리머가 사용될 수 있다. 유용한 폴리머는 실질적으로 선형일 수 있으며, 이러한 용어는 미국특허번호 제4,753,710호(Langley et. al.)에서 규정되며, 이러한 문헌의 내용은 모든 목적을 위하여 본원에 참고로 포함된다. 분자량에 대한 상한치는 제지 공급물에서 얻어진 생성물의 용해도 또는 분산성에 의해 지배된다.

본 발명의 적용에서 유용한 양이온성 또는 양쪽성 전분은 일반적으로 미국특허번호 제4,385,961호에 기술되어 있으며, 이러한 문헌의 설명은 본원에 참고로 포함된다. 양이온성 전분 물질은 일반적으로, 구아 검 및 전분과 같은 탄수화물을 기반으로 한 천연 발생 폴리머로 이루어진 군으로부터 선택된다. 본 발명의 실행에서 가장 유용한 것으로 여겨지는 양이온성 전분 물질은 밀, 감자, 및 쌀로부터 유도된 전분 물질을 포함한다. 이러한 물질은 또한, 전분 골격 상에서 암모늄 기를 치환하거나 WO 96/30591호(Dondevne et al.)에 의해 제시된 공정에 따라 양이온화하기 위해 반응될 수 있으며, 이러한 문헌의 내용은 본원에 참고로 포함된다. 일반적으로, 본 발명을 위해 유용한 전분은 약 0.01 내지 0.05의 전분 분자 내의 암모늄 기의 치환도(d.s.)를 갖는다. d.s.는 양이온화된 전분을 수득하기 위해 염기 전분을 3-클로로-2-하이드록시프로필-트리메틸암모늄 클로라이드 또는 2,3-에폭시프로필-트리메틸암모늄 클로라이드와 반응시킴으로써 얻어진다. 인식되는 바와 같이, 전분 물질의 양이온화를 위한 수단을 기술하는 것은 본 발명의 범위 및 목적을 벗어나며, 이러한 개질된 전분 물질은 널리 공지되어 있고, 다양한 공급처로부터 용이하게 입수 가능하다.

셀룰로오스 공급물의 다양한 특징들, 예를 들어, pH, 경도, 이온 세기 및 양이온 요구는 제공된 적용에서 응집제의 성능에 영향을 미칠 수 있다. 응집제의 선택은 전하의 타입, 전하 밀도, 분자량 및 모노머의 타입의 고려 사항을 포함하고, 처리될 공급물의 물 화학에 특히 의존적이다.

다른 첨가제는 본 발명의 활성의 임의의 실질적인 방해 없이 셀룰로오스 피니시에 채워질 수 있으며, 이러한 다른 첨가제는 예를 들어, 사이징제(sizing agetn), 예를 들어, 알룸 및 로신, 피치 조절제(pitch control agent), 연장제, 살생물제, 등을 포함한다. 본 발명의 유지 보조물 프로그램이 첨가되는 셀룰로오스 공급물은 또한, 안료 및/또는 충전제, 예를 들어, 티탄 옥사이드, 침강된 및/또는 그라인딩된 칼슘 카보네이트, 또는 다른 미네랄 또는 유기 충전제를 함유할 수 있다. 본 발명이 다른, 소위 미세입자 프로그램, 예를 들어, 벤토나이트 및 카올린과 조합될 수 있다는 것이 가능하다. 제지업자가 등급 또는 공급물을 변화시킬 때, 특정 상황에서, 본 발명의 활성화된 콜로이드성 실리카와 다른 미세입자의 조합이 실제적이고 요망될 수 있다는 것이 가능하다.

본 발명의 활성화된 콜로이드성 실리카는 미국특허번호 제4,795,531호(Sofia et. al.)의 교시에 따라 응고제와 조합하여 사용될 수 있으며, 이러한 문헌의 내용은 모든 목적을 위하여 본원에 참고로 포함된다. 미국특허번호 제4,795,531호에는 미세입자가 양이온성 응고제 및 고분자량 하전된 응집제의 존재 하에 사용되는 미세입자 프로그램이 교시되어 있다.

본 발명의 이러한 양태에서 사용할 수 있는 양이온성 응고제 물질은 알킬렌 폴리아민과 이작용성 알킬 할라이드의 반응에 의해 제조된 것을 포함하는 널리 공지된 상업적으로 입수 가능한 낮은 내지 중간 분자량의 가용성 폴리알킬렌폴리아민을 포함한다. 이러한 타입의 물질은 에틸렌디클로라이드와, 암모니아, 에틸렌 디클로라이드, 암모니아 및 2차 아민, 예를 들어, 디메틸 아민, 에피클로로히드린-디메틸아민, 에피클로로히드린-디메틸아민-암모니아, 폴리에틸렌이민, 등의 반응으로부터 제조된 축합 폴리머를 포함한다. 또한, 비닐 모노머, 예를 들어, 디알릴디메틸암모늄 할라이드, 특히, 디알릴디메틸암모늄 클로라이드, 디알킬아미노알킬아크릴레이트, 4차(quaternary) 디알킬아미노알킬아크릴레이트, 등의 저분자량 용액 폴리머 및 코폴리머가 유용할 것이며, 여기서, '알킬'은 1 내지 4개, 및 바람직하게 1 내지 2개의 탄소 원자를 갖는 기를 지시하는 것을 의미한다. 바람직하게, '알킬'은 메틸이다. 이러한 모노머는 디메틸아미노에틸 아크릴레이트, 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트, 및 이의 수용성 4차 암모늄 염과 같은 물질에 의해 예시된다. 특정 경우에, 양이온성 전분은 응고제로서 사용될 수 있다. 무기 응고제, 예를 들어, 알룸 및 폴리알루미늄 클로라이드가 또한, 본 발명에서 사용될 수 있다. 무기 응고제의 사용률은 통상적으로, 공급물 중의 섬유의 건조 중량을 기준으로 하여 0.05 내지 2 중량%이다. 본 발명의 활성화된 콜로이드성 실리카와 함께 응고제의 사용이 임의적인 것이다.

본 발명의 방법은 본원에 기술된 충전제를 함유한 모든 등급 및 타입의 페이퍼 제품에 적용 가능하고, 또한, 비제한적으로, 견목(hardwood) 및 연질목(softwood) 둘 모두로부터의 설페이트 및 설파이트 펄프를 포함하는 화학적 펄프, 열-기계적 펄프, 기계적 펄프 및 쇄목 펄프를 포함하는 모든 타입의 펄프 상에서 사용하기 위해 적용 가능하다.

제지 공정에서 사용되는, 일반적으로 제지 모액에서 사용되는 임의의 미네랄 충전제의 양은 공급물에서 건조 섬유 100 중량부 당 약 10 내지 약 30 중량부의 충전제이지만, 이러한 충전제의 양은 때로는, 동일한 기준으로 약 5, 또는 심지어 0 중량부 정도로 낮고, 약 40, 또는 심지어 50 중량부 정도로 높을 수 있다.

다른 양태에서, 본 발명은 제지용 공급물에 콜로이드성 실리카의 첨가 전에, 콜로이드성 실리카를 활성화제와, 콜로이드성 실리카의 S-수치를 적어도 10% 낮추는데 충분한 시간 동안 접촉시키는 것을 포함하는, 페이퍼의 생산에서 콜로이드성 실리카를 포함하는 보유 및 배수 프로그램의 성능을 개선시키는 방법에 있다.

본 발명의 이러한 양태의 일 구체예에서, 콜로이드성 실리카는 500 ㎡/g 내지 1100 ㎡/g, 및 600 ㎡/g 내지 1000 ㎡/g의 비표면적, 20 내지 50%, 및 25 내지 45%의 S-수치, 및 20 중량% 이하, 및 8 내지 15 중량%의 고형물 함량을 갖는다.

본 발명의 이러한 양태의 일 구체예에서, 접촉 시간은 약 1분 내지 약 7일, 예를 들어, 약 2분 내지 약 5일, 약 3분 내지 약 3일, 약 5분 내지 약 24시간, 약 10분 내지 약 12시간, 약 15분 내지 약 8시간, 약 20분 내지 약 4시간, 약 25분 내지 약 3시간, 또는 약 30분 내지 약 150분의 범위이다.

본 발명의 이러한 양태의 일 구체예에서, 접촉 단계는 약 10℃ 내지 약 60℃, 예를 들어, 약 20℃ 내지 약 50℃, 또는 약 20℃ 내지 약 30℃의 온도에서, 또는 실온에서 수행될 수 있다.

활성화제 및 이의 양, 보유 및 배수 프로그램, 및 제지 방법은 상기에서 기술된 바와 같다.

하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위해 의도된 것으로서, 이의 제한으로서 해석되지 않을 것이다.

실시예

실시예 1 및 2

100 g의 콜로이드성 실리카(N8699, Nalco Chemical Company로부터 입수 가능함)에 4.36 g의 15% 황산을 첨가하여 9.0의 pH 수치를 갖는 혼합물을 제공하고 이후에 혼합물을 실온에서 각각 30분 및 60분 동안 에이징함으로써 활성화된 콜로이드성 실리카 #1 및 #2를 제조하였다. 활성화된 콜로이드성 실리카 #1 및 #2의 샘플을 분석하였으며, 결과는 하기 표 1에 나타내었다. 비교를 위하여, 콜로이드성 실리카 32K(알루미늄-개질된 실리카 졸, EKA Nobel, AB로부터 입수 가능함) 및 콜로이드성 실리카 N8699에 대한 결과를 또한 나열하였다.

표 1

이러한 콜로이드성 실리카의 보유 성능을 하기와 같이 GB Co.(Germany)로부터 입수 가능한 DFR-05 상에서 평가하였다. 펄프를 기준으로 하여 20 중량% 장섬유, 60 중량% 단섬유, 및 20 중량% 화학적-기계적 펄프 섬유로 이루어진 컬처 페이퍼(culture paper)를 위한 스터프(stuff)를 백수로 희석시켜 약 1%의 밀도, 7.84의 pH 수치, 1270 μs/cm의 전도도, 및 123.2 μeq/L의 음이온성 트래시(anionic trash)를 갖는 공급물을 형성하였다. 공급물에, 건조 중량으로서 건조 섬유 중량을 기준으로 하여 계산하여 30 중량%의 침강형 칼슘 카보네이트를 충전제로서 첨가하였다. 공급물에 또한, 10kg/ton의 양의 양이온성 전분(National Starch로부터의 Cato305), 0.125kg (유효 건조 중량)/ton의 양의 양이온성 폴리아크릴아미드(cPAM)(Nalco Chemical Company로부터의 N61067), 및 특정된 양의 개개 콜로이드성 실리카를 첨가하였다. 이러한 실시예 및 하기 실시예에서 첨가제의 모든 제공된 투여량은 건조물로서 건조 섬유 및 임의적 충전제를 기반으로 하여 계산된 것이다. 첨가 순서는 하기와 같다:

결과는 하기 표 2에 나타내었다.

표 2

표 2에 제공된 데이타로부터, 실시예 1 및 2의 활성화된 콜로이드성 실리카가 비-활성화된 콜로이드성 실리카에 비해 FPAR의 측면에서 개선된 성능을 나타낸다는 것으로 나타났다. 특히, 실시예 2의 활성화된 콜로이드성 실리카는 비-활성화된 콜로이드성 실리카, 심지어 공지된 알루미늄-개질된 콜로이드성 실리카에 비해 FPAR의 측면에서 현저하게 개선된 성능을 나타낸다.

실시예 3 및 4

4.36 g의 14.83% 묽은 황산을 100 g의 콜로이드성 실리카(N8699, Nalco Chemical Company로부터 입수 가능함)에 첨가하여 9.04의 pH 수치를 갖는 혼합물을 수득하고, 이후에 혼합물을 실온에서 각각 39분 및 43분 동안 에이징함으로써, 활성화된 콜로이드성 실리카 #3 및 #4를 제조하였다. 활성화된 콜로이드성 실리카 #3 및 #4의 요약은 하기 표 3에 나타내었다. 비교를 위해, 콜로이드성 실리카 NP580(실리카 졸, EKA Nobel, AB로부터 입수 가능함) 및 콜로이드성 실리카 N8699의 요약은 또한 표 3에 제공되었다.

표 3

이러한 콜로이드성 실리카의 보유 성능을 하기와 같이 GB Co.(Germany)로부터 입수 가능한 DFR-05 상에서 평가하였다. 펄프를 기준으로 하여 20 중량% 장섬유 및 80 중량% 단섬유로 이루어진 컬처 페이퍼를 위한 스터프를 수돗물로 희석시켜 약 1%의 밀도, 6.62의 pH 수치, 463 μs/cm의 전도도, 및 58.1 μeq/L의 음이온성 트래를 갖는 공급물을 형성하였다. 공급물에, 건조 중량으로서 건조 섬유 중량을 기준으로 하여 계산하여 15 중량%의 그라인딩된 칼슘 카보네이트를 충전제로서 첨가하였다. 공급물에 또한, 10kg/ton의 양의 양이온성 전분(National Starch로부터의 Cato305), 0.07kg (유효 건조 중량)/ton의 양의 cPAM(Nalco Chemical Company로부터의 N61067), 및 특정된 양의 개개 콜로이드성 실리카를 첨가하였다. 첨가 순서는 하기와 같다:

결과는 하기 표 4에 나타내었다.

표 4

표 4에 제공된 데이타로부터, 실시예 3 및 4의 활성화된 콜로이드성 실리카가 비-활성화된 콜로이드성 실리카 및 상품, NP580에 비해 FPAR의 측면에서 개선된 성능을 나타낸다는 것으로 나타났다.

실시예 5

18.77 g의 5% 묽은 황산을 14.88%의 SiO₂ 함량을 갖는 100 g의 콜로이드성 실리카(N8699, Nalco Chemical Company로부터 입수 가능함)에 첨가하여 9.00의 pH 수치를 갖는 혼합물을 수득하고, 이후에 혼합물을 실온에서 각각 60분 및 120분 동안 에이징함으로써, 활성화된 콜로이드성 실리카 #5 및 #6을 제조하였다. 활성화된 콜로이드성 실리카 #5 및 #6의 샘플을 이의 S-수치에 대해 측정하였고, 결과는 하기 표 5에 나타내었다.

표 5

실시예 6

4.95 g의 14.70% 묽은 황산을 14.61%의 SiO₂ 함량을 갖는 100 g의 콜로이드성 실리카(N8699, Nalco Chemical Company로부터 입수 가능함)에 첨가하여 8.79의 pH 수치를 갖는 혼합물을 수득하고, 이후에 혼합물을 실온에서 각각 20분 및 28분 동안 에이징함으로써, 활성화된 콜로이드성 실리카 #7 및 #8을 제조하였다. 활성화된 콜로이드성 실리카 #7 및 #8의 샘플을 이의 S-수치에 대해 측정하였고, 결과는 하기 표 6에 나타내었다.

유사하게, 4.62 g의 14.70% 묽은 황산을 14.61%의 SiO₂ 함량을 갖는 100 g의 콜로이드성 실리카(N8699, Nalco Chemical Company로부터 입수 가능함)에 첨가하여 9.01의 pH 수치를 갖는 혼합물을 수득하고, 이후에 혼합물을 실온에서 각각 30분 및 35분 동안 에이징함으로써, 활성화된 콜로이드성 실리카 #9 및 #10을 제조하였다. 활성화된 콜로이드성 실리카 #9 및 #10의 샘플을 이의 S-수치에 대해 측정하였고, 결과는 또한 하기 표 6에 나타내었다.

유사하게, 4.27 g의 14.70% 묽은 황산을 14.61%의 SiO₂ 함량을 갖는 100 g의 콜로이드성 실리카(N8699, Nalco Chemical Company로부터 입수 가능함)에 첨가하여 9.21의 pH 수치를 갖는 혼합물을 수득하고, 이후에 혼합물을 실온에서 각각 60분 및 90분 동안 에이징함으로써, 활성화된 콜로이드성 실리카 #11 및 #12를 제조하였다. 활성화된 콜로이드성 실리카 #11 및 #12의 샘플을 이의 S-수치에 대해 측정하였고, 결과는 또한 하기 표 6에 나타내었다.

표 6

실시예 7

4.33 g의 14.70% 묽은 황산을 14.61%의 SiO₂ 함량을 갖는 100 g의 콜로이드성 실리카(N8699, Nalco Chemical Company로부터 입수 가능함)에 첨가하여 9.20의 pH 수치 및 13.52 ms/cm의 전도도를 갖는 혼합물을 수득하고, 이후에 혼합물을 실온에서 각각 30, 45, 60, 및 75분 동안 에이징함으로써, 활성화된 콜로이드성 실리카 #13 내지 #16을 제조하였다. 활성화된 콜로이드성 실리카 #13 내지 #16의 샘플을 이의 S-수치에 대해 측정하였고, 결과는 하기 표 7에 나타내었다.

또한, 4.30 g의 14.70% 묽은 황산을 14.61%의 SiO₂ 함량을 갖는 100 g의 콜로이드성 실리카(N8699, Nalco Chemical Company로부터 입수 가능함)에 첨가하여 9.20의 pH 수치를 갖는 혼합물을 수득하고, 혼합물의 전도도를 소듐 클로라이드 포화수용액으로 14.18 ms/cm로 조정하고, 이후에 혼합물을 실온에서 각각 30, 45, 및 60분 동안 에이징함으로써, 활성화된 콜로이드성 실리카 #17 내지 #19를 제조하였다. 활성화된 콜로이드성 실리카 #17 내지 #19의 샘플을 이의 S-수치에 대해 측정하였고, 결과는 또한 하기 표 7에 나타내었다.

또한, 4.30 g의 14.70% 묽은 황산을 14.61%의 SiO₂ 함량을 갖는 100 g의 콜로이드성 실리카(N8699, Nalco Chemical Company로부터 입수 가능함)에 첨가하여 9.20의 pH 수치를 갖는 혼합물을 수득하고, 혼합물의 전도도를 소듐 클로라이드 포화수용액으로 14.64 ms/cm로 조정하고, 이후에 혼합물을 실온에서 각각 20, 30, 45, 및 52분 동안 에이징함으로써, 활성화된 콜로이드성 실리카 #20 내지 #23을 제조하였다. 활성화된 콜로이드성 실리카 #20 내지 #23의 샘플을 이의 S-수치에 대해 측정하였고, 결과는 또한 하기 표 7에 나타내었다.

표 7

실시예 8

1.70 g의 시트르산을 14.88%의 SiO₂ 함량을 갖는 100 g의 콜로이드성 실리카(N8699, Nalco Chemical Company로부터 입수 가능함)에 첨가하여 9.00의 pH 수치를 갖는 혼합물을 수득하고, 이후에 혼합물을 실온에서 각각 60분 및 90분 동안 에이징함으로써, 활성화된 콜로이드성 실리카 #24 및 #25를 제조하였다. 활성화된 콜로이드성 실리카 #24 및 #25의 샘플을 이의 S-수치에 대해 측정하였고, 결과는 하기 표 8에 나타내었다.

표 8

실시예 9

13.12 g의 10% 소듐 클로라이드 수용액을 14.88%의 SiO₂ 함량 및 6.47 ms/cm의 전도도를 갖는 100 g의 콜로이드성 실리카(N8699, Nalco Chemical Company로부터 입수 가능함)에 첨가하여 19.13 ms/cm의 전도도를 갖는 혼합물을 수득하고, 이후에 혼합물을 실온에서 각각 90분 및 150분 동안 에이징함으로써, 활성화된 콜로이드성 실리카 #26 및 #27을 제조하였다. 활성화된 콜로이드성 실리카 #26 및 #27의 샘플을 이의 S-수치에 대해 측정하였고, 결과는 하기 표 9에 나타내었다.

표 9

실시예 10

1.5 g의 소듐 바이카보네이트를 14.88%의 SiO₂ 함량, 10.63의 pH 수치 및 6.47 ms/cm의 전도도를 갖는 100 g의 콜로이드성 실리카(N8699, Nalco Chemical Company로부터 입수 가능함)에 첨가하여 10.26의 pH 수치 및 12.54 ms/cm의 전도도를 갖는 혼합물을 수득하고, 이후에 혼합물을 실온에서 각각 90분 및 150분 동안 에이징함으로써, 활성화된 콜로이드성 실리카 #28 및 #29를 제조하였다. 활성화된 콜로이드성 실리카 #28 및 #29의 샘플을 이의 S-수치에 대해 측정하였고, 결과는 하기 표 10에 나타내었다.

표 10

실시예 11

18.13 g의 10% 칼륨 클로라이드 수용액을 14.38%의 SiO₂ 함량, 및 5.72 ms/cm의 전도도를 갖는 100 g의 콜로이드성 실리카(N8699, Nalco Chemical Company로부터 입수 가능함)에 첨가하여 17.51 ms/cm의 전도도를 갖는 혼합물을 수득하고, 이후에 혼합물을 실온에서 각각 90분 및 150분 동안 에이징함으로써, 활성화된 콜로이드성 실리카 #30 및 #31을 제조하였다. 활성화된 콜로이드성 실리카 #30 및 #31의 샘플을 이의 S-수치에 대해 측정하였고, 결과는 하기 표 11에 나타내었다.

표 11

실시예 12

14.88%의 SiO₂ 함량을 갖는 100 g의 콜로이드성 실리카(N8699, Nalco Chemical Company로부터 입수 가능함)를 18.77 g의 5% 묽은 황산과 함께 첨가하여 9.00의 pH 수치를 갖는 혼합물을 수득하였다. 이후에, 혼합물을 실온에서 에이징시키고, 샘플을 특정 시간에 취하고, 이의 브룩필드 점도에 대해 측정하였다. 결과는 하기 표 12에 나타내었다.

표 12

실시예 13

14.88%의 SiO₂ 함량을 갖는 100 g의 콜로이드성 실리카(N8699, Nalco Chemical Company로부터 입수 가능함)를 1.71 g의 시트르산과 함께 첨가하여 9.00의 pH 수치를 갖는 혼합물을 수득하였다. 이후에, 혼합물을 실온에서 에이징시키고, 샘플을 특정 시간에 취하고, 이의 브룩필드 점도에 대해 측정하였다. 결과는 하기 표 13에 나타내었다.

표 13

실시예 14

14.88%의 SiO₂ 함량을 갖는 100 g의 콜로이드성 실리카(N8699, Nalco Chemical Company로부터 입수 가능함)를 1.5 g의 소듐 바이카보네이트와 함께 첨가하여 10.26의 pH 수치를 갖는 혼합물을 수득하였다. 이후에, 혼합물을 실온에서 에이징시키고, 샘플을 특정 시간에 취하고, 이의 브룩필드 점도에 대해 측정하였다. 결과는 하기 표 14에 나타내었다.

표 14

실시예 15

14.88%의 SiO₂ 함량 및 6.47 ms/cm의 전도도를 갖는 100 g의 콜로이드성 실리카(N8699, Nalco Chemical Company로부터 입수 가능함)를 13.12 g의 10% 소듐 클로라이드 수용액과 함께 첨가하여 19.13 ms/cm의 전도도를 갖는 혼합물을 수득하였다. 이후에, 혼합물을 실온에서 에이징시키고, 샘플을 특정 시간에 취하고, 이의 브룩필드 점도에 대해 측정하였다. 결과는 하기 표 15에 나타내었다.

표 15

실시예 16

9.74%의 SiO₂ 함량을 갖는 100 g의 콜로이드성 실리카를 4.25 g의 15% 황산과 혼합하여 8.00의 pH 수치를 갖는 혼합물을 수득하였다. 이후에, 혼합물을 실온에서 에이징시키고, 샘플을 특정 시간에 취하고, 이의 브룩필드 점도 및 S-수치에 대해 측정하였다. 결과는 하기 표 16에 나타내었다.

표 16

실시예 17

7.31%의 SiO₂ 함량을 갖는 100 g의 콜로이드성 실리카를 4.06 g의 15% 황산과 혼합하여 5.80의 pH 수치를 갖는 혼합물을 수득하였다. 이후에, 혼합물을 실온에서 에이징시키고, 샘플을 특정 시간에 취하고, 이의 브룩필드 점도 및 S-수치에 대해 측정하였다. 결과는 하기 표 17에 나타내었다.

표 17

실시예 18

8.15%의 SiO₂ 함량을 갖는 100 g의 Al-개질된 콜로이드성 실리카(32K, EKA Nobel, AB로부터 입수 가능함)를 10.87 g의 15% 황산과 혼합하여 1.40의 pH 수치를 갖는 혼합물을 수득하였다. 이후에, 혼합물을 실온에서 에이징시키고, 샘플을 특정 시간에 취하고, 이의 브룩필드 점도에 대해 측정하였다. 결과는 하기 표 18에 나타내었다.

표 18

실시예 19

14.85%의 SiO₂ 함량을 갖는 100 g의 Al-개질된 콜로이드성 실리카(N8699, Nalco Chemical Company로부터 입수 가능함)를 4.60 g의 14.7% 황산과 혼합하여 9.00의 pH 수치를 갖는 혼합물을 수득하였다. 혼합물을 3부분으로 나누고, 이후에 3부분을 각각 57℃, 20℃ 및 35℃에서 에이징시켰다. 샘플을 특정 시간에 취하고, 이의 브룩필드 점도에 대해 측정하였다. 결과는 하기 표 19에 나타내었다.

표 19

실시예 20 및 21

실시예 20 및 21을 도 3에 도시된 바와 같은 장치에 의해 수행하였다. 1 톤의 콜로이드성 실리카(N8699, available from Nalco Chemical Company)에 13 kg의 50% 황산을 첨가하여 9.0의 pH 수치를 갖는 혼합물을 제공하고 이후에 혼합물을 실온에서 각각 30분 및 60분 동안 에이징함으로써 활성화된 콜로이드성 실리카 #1 및 #2를 제조하였다. 활성화된 콜로이드성 실리카 #1 및 #2의 샘플을 분석하였으며, 결과는 하기 표 1에 나타내었다. 비교를 위하여, 콜로이드성 실리카 32K(알루미늄-개질된 실리카 졸, EKA Nobel, AB로부터 입수 가능함) 및 콜로이드성 실리카 N8699에 대한 결과를 또한 나열하였다.

표 20

이러한 콜로이드성 실리카의 보유 성능을 하기와 같이 GB Co.(Germany)로부터 입수 가능한 DFR-05 상에서 평가하였다. 펄프를 기준으로 하여 20 중량% 장섬유, 60 중량% 단섬유, 및 20 중량% 화학적-기계적 펄프 섬유로 이루어진 컬처 페이퍼를 위한 스터프를 백수로 희석시켜 약 1%의 밀도, 7.84의 pH 수치, 1270 μs/cm의 전도도, 및 123.2 μeq/L의 음이온성 트래시를 갖는 공급물을 형성하였다. 공급물에, 건조 중량으로서 건조 섬유 중량을 기준으로 하여 계산하여 30 중량%의 침강형 칼슘 카보네이트를 충전제로서 첨가하였다. 공급물에 또한, 10kg/ton의 양의 양이온성 전분(National Starch로부터의 Cato305), 0.125kg (유효 건조 중량)/ton의 양의 양이온성 폴리아크릴아미드(cPAM)(Nalco Chemical Company로부터의 N61067), 및 특정된 양의 개개 콜로이드성 실리카를 첨가하였다. 이러한 실시예 및 하기 실시예에서 첨가제의 모든 제공된 투여량은 건조물로서 건조 섬유 및 임의적 충전제를 기반으로 하여 계산된 것이다. 첨가 순서는 하기와 같다:

결과는 하기 표 21에 나타내었다.

표 21

표 21에 제공된 데이타로부터, 실시예 1 및 2의 활성화된 콜로이드성 실리카가 비-활성화된 콜로이드성 실리카에 비해 FPAR의 측면에서 개선된 성능을 나타낸다는 것으로 나타났다. 특히, 실시예 21의 활성화된 콜로이드성 실리카는 비-활성화된 콜로이드성 실리카, 심지어 공지된 알루미늄-개질된 콜로이드성 실리카에 비해 FPAR의 측면에서 현저하게 개선된 성능을 나타낸다.

본 발명이 특정 구체예들을 참조로 하여 기술되고 예시되었지만, 당업자는, 본 발명이 그 자체로 본원에 반드시 예시되지는 않는 변형예를 제공한다는 것을 인식할 것이다. 이러한 이유로, 본 발명의 실제 범위를 결정할 목적을 위하여 오로지 첨부된 청구범위가 참조될 것이다.

Claims

콜로이드성 실리카 공급원료를 활성화제와, 콜로이드성 실리카 공급원료를 활성화된 콜로이드성 실리카로 전환시키는데 충분한 시간 동안 접촉시키는 것을 포함하는, 활성화된 콜로이드성 실리카를 제조하는 방법.
제1항에 있어서, 콜로이드성 실리카 공급원료가 알루미늄, 붕소, 또는 다른 금속으로 개질되거나 비개질되는 방법.
제1항에 있어서, 활성화제가 무기산, 유기산, 및 이들의 염 및 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
제1항에 있어서, 활성화제가 황산, 염산, 질산, 인산, 탄산, 포름산, 아세트산, 프로피온산, 부티르산, 시트르산, 옥살산, 말론산, 말레산, 푸마르산, 벤조산, 벤젠 설폰산, p-톨루엔 설폰산, 소듐 바이카보네이트, 칼륨 바이카보네이트, 모노소듐 포스페이트, 모노칼륨 포스페이트, 디소듐 포스페이트, 디칼륨 포스페이트, 소듐 클로라이드, 칼륨 클로라이드, 소듐 설페이트, 칼륨 설페이트, 소듐 니트레이트, 칼륨 니트레이트, 소듐 클로레이드, 및 칼륨 클로레이드 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
제3항에 있어서, 활성화제가 무기산 및 유기산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되며, 활성화제가 0.5 내지 11.0의 pH 수치를 갖는 활성화 반응 혼합물을 제공하기 위한 양으로 사용되는 방법.
제5항에 있어서, 콜로이드성 실리카 공급원료가 비개질되며, 활성화제가 7.5 내지 10.5의 pH 수치를 갖는 활성화 반응 혼합물을 제공하기 위한 양으로 사용되는 방법.
제5항에 있어서, 콜로이드성 실리카 공급원료가 Al-개질되며, 활성화제가 0.5 내지 3.5의 pH 수치를 갖는 활성화 반응 혼합물을 제공하기 위한 양으로 사용되는 방법.
제3항에 있어서, 활성화제가 하나 이상의 염이며, 활성화제가 콜로이드성 실리카 공급원료의 전도도 보다 0.1 mS/cm 내지 100 mS/cm 더욱 큰 전도도를 갖는 활성화 반응 혼합물을 제공하기 위한 양으로 사용되는 방법.
제3항에 있어서, 활성화제가 하나 이상의 염이며, 활성화제가 콜로이드성 실리카 공급원료의 전도도 보다 3 mS/cm 내지 50 mS/cm 더욱 큰 전도도를 갖는 활성화 반응 혼합물을 제공하기 위한 양으로 사용되는 방법.
제1항에 있어서, 접촉시키는 것이 5분 내지 12시간 범위의 시간 동안 지속되는 방법.
제1항에 있어서, 콜로이드성 실리카 공급원료가 400 ㎡/g 내지 1100 ㎡/g의 비표면적, 15 내지 50%의 S-수치, 및 5 내지 20 중량%의 고형물 함량(solid content)을 갖는 방법.
제1항에 있어서, 활성화된 콜로이드성 실리카가 콜로이드성 실리카 공급원료의 S-수치 보다 10% 이상 낮은 S-수치를 갖는 방법.
반응 용기;
콜로이드성 실리카를 제공하기 위해 콜로이드성 실리카 라인을 통해 반응 용기와 유체 소통하는 콜로이드성 실리카 탱크;
활성화제를 제공하기 위해 활성화제 라인을 통해 반응 용기를 유체 소통하는 활성화제 탱크; 및
종결제 라인을 통해 종결제를 제공하기 위한 종결제 공급원을 포함하는, 활성화된 콜로이드성 실리카를 제조하기 위한 장치.
제13항에 있어서, 실리카 라인, 활성화제 라인 및 종결제 라인 각각의 유입구가 반응 용기의 상부 상에 그리고 동일한 수준으로 위치되는 장치.
제13항에 있어서, 실리카 라인 및 활성화제 라인 각각의 유입구가 반응 용기의 상부 상에 그리고 동일한 수준으로 위치되며, 종결제 라인의 유입구가 반응 용기의 측면의 바닥 상에 위치되는 장치.
제14항에 있어서, 실리카 라인, 활성화제 라인 및 종결제 라인 각각의 유입구가 반응 용기의 상부 상에 반응 용기의 세로 축(longitudinal axial)을 따라 축대칭적으로 분포된 장치.
제13항에 있어서, 장치가 반응 용기의 축 중심에 정위된 교반기를 추가로 포함하는 장치.
제13항, 제14항, 제16항 및 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 실리카 라인, 활성화제 라인 및 종결제 라인 각각의 유입구가 반응 용기 측벽과 접촉되지 않게 배치되어 있는 장치.
제15항에 있어서, 실리카 라인 및 활성화제 라인 각각의 유입구가 반응 용기의 상부 상에 반응 용기의 세로 축을 따라 축대칭적으로 분포되는 장치.
제15항 또는 제19항에 있어서, 실리카 라인 및 활성화제 라인 각각의 유입구가 반응 용기의 측벽과 접촉되지 않게 배치되어 있는 장치.
제13항에 있어서, 종결제 공급원이 종결제 라인을 통해 반응 용기의 다운스트림(downstream)의 위치에서 장치에 연결되어 있는 장치.
제21항에 있어서, 반응 용기가 연장 튜브 타입 반응 용기(extensive type reaction vessel)인 장치.
제13항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 장치가 반응 용기 내측의 함유물의 상태를 모니터링하기 위한 센서를 추가로 포함하는 장치.
제23항에 있어서, 센서가 우회 방식을 통해 반응 용기에 연결되는 장치.
제23항에 있어서, 센서가 반응 용기에 직접적으로 연결되어 있는 장치.
제23항에 있어서, 센서가 전도도 센서, 온도 센서, 및 pH 센서로부터 선택된 하나 이상인 장치.
제13항에 있어서, 이송 수단이 실리카 라인, 활성화제 라인 및 종결제 라인으로부터 선택된 하나 이상의 라인에 제공되며, 이송 수단이 전자기적 격막 펌프, 공기 격막 펌프, 원심분리 펌프 중 하나 이상으로부터 선택되는 장치.
제13항에 있어서, 장치가 추가 종결제 라인을 통해 반응 용기와 유체 소통하는 추가 종결제 탱크를 추가로 포함하는 장치.
제13항에 있어서, 종결제 공급원이 또한, 장치에 세정을 제공하기 위한 세정제 공급원으로서 기능하는 장치.
제21항에 있어서, 장치가 반응 용기의 업스트림에 정위된 혼합기(mixer)를 포함하며, 종결제 공급원이 반응 용기의 다운스트림 위치에 연결되는 장치.
제13항에 따른 활성화된 콜로이드성 실리카를 제조하기 위한 장치에 의해 활성화된 콜로이드성 실리카를 제조하는 방법으로서,
콜로이드성 실리카 탱크가 콜로이드성 실리카의 콜로이드성 실리카 라인을 통한 반응 용기로의 공급을 개시하는 단계;
활성화제 탱크가 활성화제의 활성화제 라인을 통한 반응 용기로의 공급을 개시하는 단계;
콜로이드성 실리카를 활성화제와, 콜로이드성 실리카 물질을 활성화된 콜로이드성 실리카로 전환시키는데 충분한 시간 동안 접촉시키는 단계; 및
종결제 공급원이 반응을 종결시키도록 종결제의 종결제 라인을 통한 공급을 개시하는 단계를 포함하는 방법.
제31항에 있어서, 실리카 라인, 활성화제 라인 및 종결제 라인 각각의 유입구가 반응 용기의 상부 상에 그리고 동일한 수준으로 위치되는 방법.
제31항에 있어서, 실리카 라인 및 활성화제 라인 각각의 유입구가 반응 용기의 상부 상에 그리고 동일한 수준으로 위치되며, 종결제 라인의 유입구가 반응 용기의 측면의 바닥 상에 위치되어 있는 방법.
제32항에 있어서, 실리카 라인, 활성화제 라인 및 종결제 라인 각각의 유입구가 반응 용기의 상부 상에 반응 용기의 세로 축을 따라 축대칭적으로 분포되어 있는 방법.
제31항에 있어서, 장치가 반응 용기의 축 중심에 정위된 교반기를 추가로 포함하는 방법.
제31항, 제32항, 제34항, 및 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 실리카 라인, 활성화제 라인, 및 종결제 라인 각각의 유입구가 반응 용기의 측벽과 접촉되지 않게 배치되어 있는 방법.
제33항에 있어서, 실리카 라인 및 활성화제 라인 각각의 유입구가 반응 용기의 상부 상에 반응 용기의 세로 축을 따라 축대칭적으로 분포되어 있는 방법.
제33항 또는 제37항에 있어서, 실리카 라인 및 활성화제 라인 각각의 유입구가 반응 용기의 측벽과 접촉되지 않게 배치되어 있는 방법.
제31항에 있어서, 종결제 공급원이 종결제 라인을 통해 반응 용기의 다운스트림의 위치에서 장치에 연결되어 있으며, 장치가 종결제를 연속적으로 공급하는 방법.
제39항에 있어서, 반응 용기가 연장 튜브 타입 반응 용기인 방법.
제31항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서, 반응 용기 내측의 내용물의 상태를 모니터링하기 위한 센서를 배치시키는 것을 추가로 포함하는 방법.
제41항에 있어서, 센서가 우회 방식을 통해 반응 용기에 연결되어 있는 방법.
제41항에 있어서, 센서가 반응 용기에 직접적으로 연결되어 있는 방법.
제41항에 있어서, 센서가 전도도 센서, 온도 센서, 및 pH 센서 중 하나 이상으로부터 선택되는 방법.
제41항에 있어서, 이송 수단이 실리카 라인, 활성화제 라인 및 종결제 라인으로부터 선택된 하나 이상의 라인에 제공되며, 이송 수단이 전자기적 격막 펌프, 공기 격막 펌프, 및 원심분리 펌프 중 하나 이상으로부터 선택되는 방법.
제31항에 있어서, 방법이 추가 종결제 라인을 통해 반응 용기와 유체 소통하는 추가 종결제 탱크로부터 장치로 추가 종결제를 제공하는 것을 추가로 포함하는 방법.
제31항에 있어서, 세정 기능을 제공하기 위한 세정제 공급원으로서 종결제 공급원을 사용함으로써 반응 장치를 반응 후에 매번 세정하는 것을 추가로 포함하는 방법.
제31항에 있어서, 콜로이드성 실리카가 활성화제와 1초 내지 1주 범위의 시간 동안 접촉되는 방법.
제48항에 있어서, 콜로이드성 실리카가 활성제와 1분 내지 24시간, 5분 내지 12시간, 10분 내지 8시간, 30분 내지 6시간, 또는 1시간 내지 4시간 범위의 시간 동안 접촉되는 방법.
제39항에 있어서, 장치가 반응 용기의 업스트림에 정위된 혼합기를 포함하며, 콜로이드성 실리카 및 활성화제가 혼합기에 공급되며, 종결제 공급원이 반응 용기의 다운스트림 위치에 연결되어 있으며, 장치가 종결제를 연속적으로 공급하는 방법.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제조된 활성화된 콜로이드성 실리카.
페이퍼 밀 공급물(paper mill furnish) 중 섬유의 건조 중량을 기준으로 하여 SiO₂로서 계산하여, 0.0001 내지 1.25 중량%의 제51항의 활성화된 콜로이드성 실리카를 페이퍼 밀 공급물에 첨가하는 단계를 포함하는, 페이퍼의 생산을 개선시키는 방법.
제지 공급물(papermaking furnish) 중 섬유의 건조 중량을 기준으로 하여 SiO₂로서 계산하여, 0.0001 내지 1.25 중량%의 제51항의 활성화된 콜로이드성 실리카를 제지 공급물에 첨가하는 단계를 포함하는, 제지기(papermaking machine) 상에서의 제지 공급물(papermaking furnish)의 보유(retention) 및 배수(drainage)를 증가시키는 방법.
(a) 셀룰로오스 섬유 및 임의적인 충전제를 함유하는 현탁액을 제공하는 단계;
(b) 상기 현탁액에, 비이온성, 양이온성, 음이온성, 쯔비터이온성, 또는 양쪽성 폴리머 응집제(flocculant)를, 건조 섬유 및 임의적인 충전제를 기준으로 하여 0.01 kg/ton 이상의 양으로 첨가하는 단계;
(c) 상기 현탁액에 제51항의 활성화된 콜로이드성 실리카를 건조 섬유 및 임의적인 충전제를 기준으로 하여 SiO₂로서 계산하는 경우 0.001 kg/ton 이상의 양으로 첨가하는 단계; 및
(d) 이후에 얻어진 현탁액을 와이어 상에 형성시키고 탈수시켜 페이퍼를 형성시키는 단계를 포함하는, 페이퍼를 제조하는 방법.
콜로이드성 실리카를 활성화제와, 제지를 위한 공급물에 콜로이드성 실리카의 첨가 전에 콜로이드성 실리카의 S-수치를 10% 이상 낮추기에 충분한 시간 동안 접촉시키는 것을 포함하는, 페이퍼 생산에서 콜로이드성 실리카를 포함하는 보유 및 배수 프로그램(retention and drainage program)의 성능을 개선시키는 방법.
제55항에 있어서, 콜로이드성 실리카가 500 ㎡/g 내지 1100 ㎡/g의 비표면적, 20 내지 50%의 S-수치, 및 20 중량% 이하의 고형물 함량을 갖는 방법.
제55항에 있어서, 접촉이 10분 내지 12시간의 범위의 시간 동안 지속되는 방법.
제55항에 있어서, 접촉 단계가 0℃ 내지 80℃의 온도에서 수행되는 방법.
제55항에 있어서, 보유 및 배수 프로그램이 콜로이드성 실리카, 비이온성, 양이온성, 음이온성, 쯔비터이온성, 또는 양쪽성 폴리머 응집제 및/또는 응고제, 및 임의적으로 양이온성 전분을 포함하는 방법.