MX2011000625A - Soles basados en silice. - Google Patents

Soles basados en silice.

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MX2011000625A
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MX2011000625A
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Marek Tokarz
Hans-Ake Baltsen
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Akzo Nobel Nv
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    • C01B33/12—Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
    • C01B33/14—Colloidal silica, e.g. dispersions, gels, sols
    • C01B33/141—Preparation of hydrosols or aqueous dispersions
    • D—TEXTILES; PAPER
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    • 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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Abstract

La presente invención se refiere a un sol basado en sílice que tiene una concentración de sílice soluble menor que aproximadamente 1000 mg de SiO2/l, una conductividad de por lo menos aproximadamente 2.0 mS/cm y un valor S por debajo de aproximadamente 50%. La invención además se refiere a un método para producir un sol basado en sílice que comprende someter una solución acuosa de silicato de metal alcalino a electrodiálisis para formar un sol electrodializado, y acidificar el sol electrodializado para formar un sol acidificado que tiene un pH en el intervalo de aproximadamente 5.0 a aproximadamente 10. La invención además se refiere al sol basado en sílice obtenible por el proceso y al uso del sol basado en sílice como agente de floculación. La invención además se refiere a un proceso para producir papel que comprende el suministro de una suspensión acuosa que comprende fibras celulósicas, agregar a la suspensión uno o más auxiliares de drenaje y retención que comprenden un sol basado en sílice de acuerdo con la invención, y desecar la suspensión obtenida para proporcionar una hoja o tela de papel.

Description

SOLES BASADOS EN SILICE Campo de la Invención La presente invención se refiere a soles basados en sílice y a su producción y uso. La présente invención proporciona los soles basados en sílice con función de drenaje y retención mejorados en la fabricación de papel.
Antecedentes de la Invención En la técnica de fabricación de papel, una suspensión acuosa que contiene fibras celulósicas, y rellenos y aditivos opcionales, se alimenta a una caja de entrada que expulsa la suspensión celulósica sobre un alambre de formación. El agua, se drena de la suspensión celulósica para proporcionar una tela de papel húmeda que se deseca y seca adicionalmente en la sección de secado de la máquina de papel. Los auxiliares de drenaje y retención se introducen convencionalmente en la suspensión celulósica para facilitar el drenaje y aumentar la adsorción de partículas finas sobre las fibras celulósicas para conservarlas con las fibras.
Los soles basados en sílice son ampliamente utilizados como auxiliares de drenaje y retención, generalmente en combinación con polímeros orgánicos cargados. Tales sistemas aditivos están entre los más eficientes utilizados actualmente en industria de la fabricación de papel, particularmente aquellos que comprenden los soles basados en sílice que contienen microgel o partículas agregadas de grandes áreas superficiales. Los ejemplos de soles basados en sílice de este tipo incluyen los descritos en ¦ las Patentes Estadounidenses Nos. 5,176.891; 5,368,833; 5,603,805 y 6,372,806 así como en las Publicaciones de Solicitud de Patente Internacional Nos. WO 98/30753; 98/56715; 00/66491; 00/66492; 2005/097678 y 2005/100241.
Los soles basados en sílice se envían y almacenan generalmente en forma de soles de alta concentración. Antes de la adición a la suspensión celulósica, los soles se diluyen generalmente con agua para mejorar la mezcla de las partículas basadas en sílice con los componentes de suministro de la suspensión celulósica. Sin embargo, dependiendo de su origen, el agua de dilución usada puede ser agua dura o de otra manera contener una cantidad sustancial de sales, electrólitos, etc. que afectan generalmente la función de los.soles.
Sería ventajoso poder proporcionar los soles basados en sílice con la función mejorada de drenaje y retención en la fabricación de papel, particularmente cuando las bases se han diluido con agua dura o agua de dilución que contiene una cantidad sustancial de sales y electrólitos. También sería ventajoso poder proporcionar un método para producir tales soles basados en sílice. También sería ventajoso poder proporcionar un proceso dé fabricación de papel con la función mejorada de drenaje y retención.
Breve Descripción de la Invención La presente invención se dirige generalmente a un sol basado en sílice que tiene una concentración de sílice soluble de menos que de aproximadamente 1000 mg de Si02/l, una conductividad de por lo menos aproximadamente 2.0 mS/cm y un valor S por debajo de aproximadamente 50%.
La presente invención también se dirige a un método para producir un sol basado en sílice que comprende: (i) someter una solución acuosa de silicato de metal alcalino a la electrodiálisis para formar un sol electrodializado; (ii) acidificar el sol electrodializado para formar un sol acidificado que tiene un pH en el intervalo de aproximadamente 5.0 a aproximadamente 10.0.
La invención además se dirige a un sol basado en sílice obtenible por el método de acuerdo con la invención.
La invención además se dirige a varios usos del sol basado en sílice de acuerdo con la invención tal como un agente de floculación, particularmente como un auxiliar de drenaje y retención en la fabricación de papel y como agente de floculación para la purificación de agua.
La invención además se dirige generalmente a un proceso para producir papel que comprende (i) proporcionar una suspensión acuosa que comprende fibras celulósicas; (ii) agregar a la suspensión uno o más auxiliares de drenaje y retención que comprenden un sol basado en sílice de acuerdo con la invención; y (iii) desecar la suspensión obtenida para proporcionar una hoja o tela de papel.
Descripción Detallada de la Invención De acuerdo con ta presente invención se proporcionan soles basados en sílice, también referidos en la presente como soles de las partículas basadas en sílice, que son convenientes para el uso como agentes de floculación en la fabricación de papel y purificación de agua, particularmente como auxiliares de drenaje y retención en la fabricación de papel. El término "auxiliares de drenaje y retención", según lo utilizado en la presente, se refiere a uno o más aditivos que, cuando son agregados a una suspensión celulósica acuosa, proporciona un mejor drenaje y/o retención que se obtiene cuando no se agrega uno o más aditivos. Los soles basados en sílice de la invención exhiben mejores drenaje y retención cuando se utilizan en la fabricación de papel, particularmente cuando los soles basados en sílice se han diluido con agua dura o agua de dilución que contiene una cantidad sustancial de sales, electrólitos, etc. Por este medio la presente invención permite aumentar la velocidad de la máquina de fabricación de papel y utilizar una dosificación más baja de aditivo para proporcionar un efecto correspondiente de drenaje y retención, para de tal modo conducir á un proceso de fabricación de papel mejorado y a beneficios económicos.
El sol acuoso de acuerdo con la invención contiene las partículas basadas en sílice, es decir las partículas basadas en sílice o Si02, que son preferiblemente aniónicas y preferiblemente coloidales, es decir, en el intervalo coloidal de tamaño de partícula. Las dispersiones acuosas de este tipo son referidas como soles. Preferiblemente, las partículas basadas en sílice han sido preparadas por polimerización de condensación de los compuestos silíceos, por ejemplo ácidos silícicos y silicatos. Otros elementos o componentes pueden también estar presentes en la fase acuosa del sol y/o en las partículas basadas en sílice. Tales elementos o componentes pueden estar presentes como impurezas o como un resultado de la introducción deliberada. En una modalidad de la invención, el sol contiene partículas basadas en sílice que no se modifican con aluminio. Esto significa que el aluminio puede estar presente en él sol en cantidades que corresponden a las de las impurezas y entonces el sol tiene generalmente una relación molar de Si:AI de más alta que aproximadamente 100:1 o más alta que aproximadamente 50:1. En otra modalidad de la invención, el sol contiene las partículas basadas en sílice que son modificadas con aluminio, preferiblemente modificadas superficialmente con aluminio. Esto significa que el aluminio está presente en el sol en cantidades más altas. Por consiguiente, si se modifica con aluminio, el sol basado en sílice tiene generalmente una relación molar de S i : A I de aproximadamente 1:1 a aproximadamente 50.1 o aproximadamente 3:1 a 30:1, convenientemente aproximadamente 5:1 a 20:1.
El sol basado en sílice de esta invención tiene una concentración de sílice soluble de aproximadamente 1500 mg de Si02 por litro de sol acuoso (mg de SÍ02/I), generalmente menos de aproximadamente 1200 mg de SÍ02/I o menos de 1000 mg dé Si02/l, convenientemente menos de aproximadamente 800 mg de S¡02/l o menos de aproximadamente 750 mg de Si02/l, y preferiblemente menos de aproximadamente 700 mg de Si02/l o menos de aproximadamente 650 mg de Si02/l. La concentración de sílice soluble está generalmente por encima de aproximadamente 100 mg de Si02/l o por encima de aproximadamente 150 mg de Si02/l. La concentración de sílice soluble se mide y calcula según lo descrito por J.B. Mullin and J. P. Riley en Anal. Chim. Acta, vol. 12(1955), págs. 162-176.
En^ los soles basados en sílice de esta invención, la conductividad es de por lo menos aproximadamente 2.0 mS/cm o por lo menos aproximadamente 2.5 mS/cm, generalmente de por lo menos aproximadamente 2.75 mS/cm o por lo menos aproximadamente 3.0 mS/cm. Ocasionalmente, la conductividad es de por lo menos aproximadamente 4.0 mS/cm o incluso por lo menos aproximadamente 5.0 mS/cm. La conductividad es generalmente de hasta aproximadamente 6.0 mS/cm o hasta aproximadamente 8.0 mS/cm, convenientemente hasta aproximadamente 10.0 mS/cm. La conductividad se puede medir por medio de una técnica conocida, por ejemplo usando un medidor de conductividad portátil WTW LF330.
Las partículas basadas en sílice presentes en el sol se pueden agregar para formar grupos o redes tridimensionales y microgeles. El valor S de un sol basado en sílice indica el grado de formación de agregado o microgei y un valor S más bajo es indicativo de un grado más alto de agregación. El sol basado en sílice de la invención tiene generalmente un valor S de por lo menos aproximadamente 4% o por lo menos aproximadamente 6%, convenientemente por lo menos aproximadamente 10% y preferiblemente por lo menos 15%. Generalmente, el valor S es de hasta aproximadamente 50% o hasta aproximadamente 40%, convenientemente hasta aproximadamente 35% y preferiblemente hasta aproximadamente 30%. El valor S se mide y calcula según lo descrito por R.K. Her & R.L. Dalton en J. Phys. Chem. 60(1956), 955-957.
El sol basado en sílice de la invención tiene generalmente un pH de por lo menos aproximadamente 5.0 o por lo menos aproximadamente 6.0, frecuentemente de por lo menos aproximadamente 7.0 y convenientemente por lo menos aproximadamente 7.5 o por lo menos aproximadamente 8.0. Generalmente, el pH del sol basado en sílice es de hasta aproximadamente 11.5 o hasta aproximadamente 11.0, convenientemente hasta aproximadamente 10.5 o hasta aproximadamente 10.0.
Las partículas basadas en sílice presentes en el sol tienen generalmente un área superficial específica de por lo menos aproximadamente 300 m2/g o por lo menos aproximadamente 500 m2/g, convenientemente por lo menos aproximadamente 600 m2/g y preferiblemente por lo menos aproximadamente 650 m2/g. La superficie específica es generalmente de hasta 1500 m2/g o por lo menos aproximadamente 1200 m /g, convenientemente hasta aproximadamente 1000 m2/g o hasta aproximadamente 800 m2/g. El área superficial específica se mide por medio de la titulación con NaOH según lo descrito por G.W. Sears, Jr. en Analytical Chemistry 28(1956):12, 1981-1983, después de la eliminación o ajuste apropiado de cualquier compuesto presente en la muestra que pueda alterar la titulación. Las áreas superficiales específicas proporcionadas en la presente representan el área superficial específica promedio de las partículas basadas en sílice presentes en un sol.
El sol basado en sílice de la invención tiene generalmente una contenido de sílice (Si02) en el intervalo de aproximadamente 0.05 a aproximadamente 30% en peso. Generalmente, el contenido de sílice es de por lo menos aproximadamente 2% en peso,, convenientemente por lo menos aproximadamente 3% en peso o por lo menos aproximadamente 4% en peso y preferiblemente por lo menos aproximadamente 5% en peso. Generalmente, el contenido de sílice es de hasta aproximadamente 30% en peso o hasta aproximadamente 20% en peso, convenientemente hasta aproximadamente 15% en peso y preferiblemente hasta aproximadamente 10% en peso. Para simplificar el envío y reducir los costos de transporte, es generalmente preferible enviar los soles basados en sílice de alta concentración de acuerdo con la invención pero es por supuesto posible y generalmente preferible diluir y mezclar los soles basados en sílice con agua para reducir sustáncialmente el contenido de sílice antes del uso, por ejemplo al contenido de sílice dentro del intervalo de aproximadamente 0.05 a aproximadamente 2% en peso o aproximadamente 0.1 a 1.5% en peso, para mejorar la mezcla con los componentes de suministro. Este contenido más bajo de sílice es también común para el sol basado en sílice diluido de la invención para el cual se desea aumentar la estabilidad local.
El sol basado en sílice de la invención tiene generalmente un relación molar de Sí:X, donde X = metal alcalino, de por lo menos aproximadamente 10:1 o por lo menos aproximadamente 15:1, convenientemente por lo menos aproximadamente 20:1. La relación molar es generalmente de hasta 50:1 o hasta aproximadamente 40: 1 , convenientemente hasta aproximadamente 30:1 o hasta aproximadamente 25:1.
La viscosidad del sol basado en sílice de la invención puede variar dependiendo de, por ejemplo, el contenido de sílice del sol. Generalmente, la viscosidad es de por lo menos aproximadamente 1.1 o por lo menos aproximadamente 2 cP , y puede incluso ser de por lo menos aproximadamente 4 cP o por lo menos 6 cP. Generalmente, la viscosidad es de hasta aproximadamente 100 cP o hasta aproximadamente 50 cP, convenientemente hasta aproximadamente 30 cP. La viscosidad se puede medir por medio de la técnica conocida, por ejemplo usando un viscosímetro Brookfield LVDV II+ equipado con un adaptador UL.
El sol basado en sílice de la invención es preferiblemente estable. Preferiblemente, el sol mantiene un área superficial específica de por lo menos aproximadamente 300 m2/g o por lo menos aproximadamente 500 m2/g, convenientemente por lo menos aproximadamente 600 m2/g y preferiblemente por lo menos aproximadamente 700 m2/g durante por lo menos 1 mes en almacenamiento o reposo a 20°C en condiciones oscuras y sin agitar.
De acuerdo con la invención, el sol basado en sílice se puede producir a partir de una solución acuosa de silicato de metal alcalino o silicato de sodio. Los ejemplos de silicatos acuosos de metal alcalino o silicatos de sodio convenientes incluyen los materiales convencionales, por ejemplo silicatos de litio, sodio y potasio, preferiblemente silicato de sodio. La relación molar del sílice al óxido de metal alcalino, por ejemplo Si02 a Na20, K20 o Li20, o una mezcla de los mismos, en la solución de silicato puede estar en el intervalo de 15:1 a 1:1, convenientemente en el intervalo de 4.5:1 a 1.5:1, preferiblemente de 3.9:1 a 2.5:1. El silicato de metal alcalino acuoso usado generalmente tiene un contenido de Si02 de aproximadamente 1 a aproximadamente 35% en peso o de aproximadamente 2 a aproximadamente 20% en peso, y convenientemente de aproximadamente 3 a aproximadamente 15% en peso o de aproximadamente 5 a aproximadamente 10% en peso. El pH del silicato acuoso de metal alcalino es generalmente de más de aproximadamente 12, comúnmente de más de aproximadamente 13.
De acuerdo con la invención, la solución acuosa de silicato de metal alcalino se somete a electrodiálisis. Esto se puede conducir pasando la solución acuosa de silicato de metal alcalino a través de una pila que comprende una o más celdas de electrodiálisis. La pila de electrodiálisis comprende por lo menos un par de membranas selectivas iónicas colocadas en medio de por lo menos dos electrodos, para que por lo menos se formen tres compartimientos paralelos. Las membranas selectivas iónicas pueden ser del tipo selectivas catiónicas y selectivas aniónicas, y pueden también ser del tipo bipolar.
En una modalidad, varios pares de membranas selectivas catiónicas y selectivas aniónicas se colocan entre un ánodo y un cátodo por lo que las membranas catiónicas se colocan cerca de los electrodos para formar los compartimientos de electrodo separados. La solución acuosa de silicato de metal alcalino se alimenta a través de los compartimientos de dilución y la solución acuosa de hidróxido de sodio se alimenta a través de los compartimientos de concentración. Un campo eléctrico de C.C. es aplicado sobre los electrodos de modo que una corriente fluya desde el ánodo al cátodo. Esta corriente es transportada por los iones de sodio e hidróxido en la solución de una manera tal que los iones de sodio se mueven desde los compartimientos de dilución que contienen silicato de metal alcalino a través de la membrana selectiva catiónica en los compartimientos de concentración que contienen el hidróxido de sodio, y los iones de hidróxido se transportan a través de las membranas selectivas aniónicas de los compartimientos de dilución que contienen la solución de silicato de metal alcalino en los compartimientos de concentración que contienen el hidróxido de sodio.
En otra modalidad, varias membranas selectivas bipolares y catiónicas se interpolan entre los electrodos, con las membranas selectivas catiónicas cerca de los dos electrodos extremos. Las membranas bipolares se coloc.an preferiblemente con su lado selectivo catiónico hacia los compartimientos de dilución que contienen el silicato de metal alcalino, y su lado selectivo aniónico hacia los compartimientos de concentración que contienen el hidróxido de sodio, por lo que el agua es transportada por la difusión de ambos lados en el centro de la membrana bipolar y se dividen en protones y iones de hidróxido al aplicar un campo eléctrico de C.C. sobre los electrodos. Los iones de hidróxido formados así transportan la corriente a través de la parte selectiva aniónica de la membrana bipolar en los compartimientos de concentración que contienen el hidróxido de sodio y los protones transportan la corriente a través de la parte selectiva catiónica de la membrana bipolar en los compartimientos de dilución que contienen el silicato de metal alcalino.
El voltaje y corriente aplicados se eligen para proporcionar un índice de producción conveniente. Preferiblemente, se elige el voltaje máximo de modo que las corrientes perdidas a través de los colectores sean bajas. La densidad corriente, expresada como amperios por metro cuadrado de la superficie de membrana proyectada expuesta al silicato de metal alcalino, se mantiene preferiblemente por debajo de la densidad de corriente limitante para el transporte de ion deseado a través de las membranas. Generalmente, la densidad de corriente está debajo de aproximadamente 800 a/m2 o debajo de aproximadamente 600 a/m2, convenientemente debajo de aproximadamente 300 a/m2. La densidad de corriente está generalmente por encima de aproximadamente 20 a/m2 o por encima de aproximadamente 60 a/m2, convenientemente por encima de aproximadamente 100 a/m2. La temperatura es generalmente de aproximadamente 15 a aproximadamente 120°C o de aproximadamente 20 a aproximadamente 90°C, convenientemente de aproximadamente 25 a aproximadamente 45°C. La solución de hidróxido de sodio tiene generalmente un contenido de NaOH de aproximadamente 0.5 a aproximadamente 15% en peso o de aproximadamente 1 a aproximadamente 10% en peso, convenientemente de aproximadamente 2 a aproximadamente 8% en peso. La electrodiálisis se puede operar en modo continuo o por lotes. Preferiblemente la electrodiálisis se opera en un modo por lotes o una combinación de lotes y modo continuo. Entre cada lote la pila se puede enjuagar o acondicionar con por ejemplo la solución de hidróxido de sodio, la solución de silicato de metal alcalino o agua.
Sometiendo la solución acuosa de silicato de metal alcalino a la electrodiálisis, los iones de sodio e hidróxido son eliminados de la misma para que el pH de la solución acuosa de silicato de metal alcalino electrodializada generalmente sea disminuido a un intervalo de aproximadamente 6.5 a aproximadamente 11.5. El producto intermedio obtenido por el proceso de electrodiálisis, es decir el sol electrodializado, tiene generalmente un pH por debajo de aproximadamente 11.5 o por debajo de aproximadamente 11.0, convenientemente de un pH por debajo de aproximadamente 10.5 o debajo de aproximadamente 10.0, y el pH está generalmente por encima de aproximadamente 6.5 ó por encima de aproximadamente 7.0, convenientemente por encima de aproximadamente 7.5 o por encima de aproximadamente 8.0. El valor S del sol basado en sílice intermedio obtenido por el proceso de electrodiálisis está generalmente en el intervalo de aproximadamente 60 a aproximadamente 90%, o aproximadamente 65 a aproximadamente 85%.
El sol basado en sílice intermedio obtenido por el proceso de electrodiálisis es entonces además acidificado para formar un sol acidificado que tiene un pH en el intervalo de aproximadamente 5.0 a aproximadamente 10.0. El sol acidificado tiene un pH de por lo menos aproximadamente 5.0, generalmente por lo menos aproximadamente 6.0, convenientemente por lo menos aproximadamente 6.5 o por lo menos aproximadamente 7.0, y el pH es de hasta aproximadamente 10.0, generalmente hasta aproximadamente 9.0 y convenientemente hasta aproximadamente 8.5. La acidificación se puede realizar por la adición de un agente de acidificación. Los ejemplos de los agentes de acidificación convenientes incluyen ácidos, por ejemplo ácidos minerales y orgánicos, y otros productos químicos conocidos por ser convenientes para la acidificación de las soluciones de silicato de metal alcalino, por ejemplo, sulfato de amonio y. dióxido de carbono. Los ejemplos de ácidos minerales convenientes incluyen ácido sulfúrico, ácido clorhídrico y ácido fosfórico, preferiblemente ácido sulfúrico. Los ejemplos de ácidos orgánicos convenientes incluyen ácido cítrico, ácido acético y similares.
Después de la acidificación, se permite que ocurra convenientemente el crecimiento de partícula y/o agregación de partícula del sol acidificado. Esto se puede lograr por el almacenamiento a la temperatura ambiente durante periodos de tiempo algo más largos, de un día hasta aproximadamente 3 a 4 días, p, preferiblemente, por el tratamiento térmico en donde los periodos de tiempo y temperaturas se pueden ajustar para utilizar los periodos de tiempo más cortos a temperaturas más altas. Es posible utilizar temperaturas suficientemente altas durante períodos de tiempo muy cortos, pero es preferido utilizar temperaturas más bajas durante periodos de tiempo algo más largos. En el tratamiento térmico, el sol acidificado sé puede calentar a una temperatura de por lo menos aproximadamente 30°C, convenientemente de aproximadamente 30 a aproximadamente 95°C y preferiblemente de aproximadamente 35 a aproximadamente 80°C. El tratamiento térmico es realizado generalmente durante por lo menos aproximadamente 10 minutos, convenientemente de aproximadamente 15 a aproximadamente 600 minutos o de aproximadamente 20 a aproximadamente 240 minutos.
En una modalidad, el sol acidificado se alcaliza a un pH en el intervalo de aproximadamente 7.0 a aproximadamente 11.0. El sol basado en sílice obtenido por alcalización, es decir el sol alcalizado, tiene un pH de por lo menos aproximadamente 7.0, generalmente por lo menos aproximadamente 7.5 o por lo menos aproximadamente 8.0, convenientemente por lo menos aproximadamente 8.5 o por lo menos aproximadamente 9.0, y tiene un pH de hasta aproximadamente 11.0, generalmente hasta aproximadamente 10.5 o hasta aproximadamente 10.0, convenientemente hasta aproximadamente 9.5. La alcalización se puede realizar agregando un material alcalino al sol acidificado. Los ejemplos de materiales alcalinos incluyen los silicatos acuosos de metal alcalino, por ejemplo los anteriormente definidos, preferiblemente silicato de sodio; hidróxidos acuosos de metal alcalino, por ejemplo hidróxidos de sodio y potasio, preferiblemente hidróxido de sodio; hidróxido de amonio; sales.de aluminio alcalinas, por ejemplo alüminatos, convenientemente alüminatos acuosos, por ejemplo alüminatos de sodio y potasio, preferiblemente aluminato de sodio. Preferiblemente, se agrega silicato acuoso de metal alcalino, solo o en combinación con aluminato de sodio acuoso. Al agregar el silicato acuoso de metal alcalino y el aluminato de sodio acuoso, se pueden agregar en cualquier orden, el silicato acuoso de metal alcalino se agrega preferiblemente antes de agregar el aluminato de sodio acuoso. Al usar una sal de aluminio, se agrega generalmente en una cantidad para proporcionar la relación molar de Si:AI según,, lo definido anteriormente.
Si se desea, el sol basado en sílice obtenido después de la alcalización se puede someter a la concentración. Esto se puede realizar de manera conocida tal como, por ejemplo, mediante los métodos osmóticos, evaporación y ultrafiltración.
En otra modalidad, el sol acidificado o el sol basado en sílice obtenido por alcalización se diluye con agua para disminuir el contenido de sílice. La dilución con agua ocurre generalmente en el contenido de sílice dentro del intervalo de aproximadamente 0.05 a aproximadamente 2% en peso o de aproximadamente 0.1 a 1.5% en peso. La dilución con agua purificada aumenta generalmente la estabilidad del sol basado en sílice.
Los soles de las partículas basadas en sílice obtenidas por el método tienen convenientemente la concentración de sílice soluble, conductividad, valor S, pH, contenido de sílice, relación molar de Si:X donde X es el metal alcalino, viscosidad, estabilidad y superficie específica según lo definido anteriormente.
El sol basado en sílice de acuerdo con esta invención es conveniente para el uso como agente de floculación, por ejemplo en la producción de pulpa y papel, notablemente como un auxiliar de drenaje y retención, y dentro del campo de purificación de agua, para la purificación de diversas clases de aguas residuales y la purificación específicamente del agua corriente de la industria de la pulpa y papel. Los soles basados en sílice se pueden utilizar como agente de floculación, notablemente como un auxiliar de drenaje y retención, en combinación con los polímeros orgánicos que se pueden seleccionar de los polímeros aniónicos, anfóteros, no iónicos y catiónicos mezclas de los mismos. El uso de tales polímeros como agentes de floculación y como auxiliares de drenaje y retención es bien conocido en la técnica. Los polímeros se pueden derivar de fuentes naturales o sintéticas, y pueden ser lineales, ramificados o reticulados. Los ejemplos de polímeros orgánicos generalmente convenientes incluyen almidones amónicos, anfóteros y catiónicos; polímeros basados en acrilamida aniónicos, anfóteros y catiónicos, que incluyen esencialmente los polímeros basados en acrilamida lineales, ramificados y reticulados aniónicos y catiónicos; así como poli(cloruro de dialildimetilamonio) catiónico; ¡minas de polietileno catiónicos; poliaminas catiónicas; poliamida-aminas catiónicas y polímeros basados en vinilamida, resinas de melamina-formaldehído y urea-formaldehído. Convenientemente, los soles basados en sílice se utilizan en combinación con por lo menos un polímero catiónico o anfótero, preferiblemente polímero catiónico. El almidón catiónico y poliacrilamida catiónica son polímeros particularmente preferidos y se pueden utilizar solos, entre sí o junto con otros polímeros, por ejemplo otros polímeros catiónicos y/o aniónicos. El peso molecular promedio en peso del polímero está convenientemente por encima de 1,000,000 y preferiblemente por encima de 2,000,000. El límite superior del peso molecular promedio en peso del polímero no es importante; puede ser de aproximadamente 50,000,000, generalmente 30,000,000 y convenientemente aproximadamente 25,000,000. Sin embargo, puede ser más alto el peso molecular promedio en peso de los polímeros derivados de fuentes naturales.
El sol basado en sílice presente también se puede utilizar en combinación con coagulantes catiónicos, con o sin el uso conjunto de los polímeros orgánicos descritos anteriormente. Los ejemplos de coagulantes catiónicos convenientes incluyen coagulantes poliméricos orgánicos solubles en agua y coagulantes inorgánicos. Los coagulantes catiónicos se pueden utilizar solos o juntos, es decir un coagulante polimérico se puede utilizar en combinación con un coagulante inorgánico. Los ejemplos de coagulantes catiónicos poliméricos orgánicos solubles en agua convenientes incluyen poliaminas catiónicas, poliamida-aminas, ¡minas de polietileno, polímeros de condensación de diciandiamida y polímeros de monómero no saturado con etileno soluble en agua o mezcla de monómero que se forma de 50 a 100% molar del monómero catiónico y 0 a 50% molar de otro monómero. La cantidad de monómero catiónico es generalmente de por lo menos 80% molar, convenientemente de 100% molar. Los ejemplos de monómeros catiónicos no saturados con etileno convenientes incluyen (met)acrilatos y acrilamidas de dialquilaminoalquilo, preferiblemente en forma cuaternizada, y cloruros de d ialq uildialq u i lamonio, por ejemplo cloruro de dialquildimetilamonio (DAD AC), preferiblemente homopolímeros y copolímeros de DADMAC. Los coagulantes catiónicos poliméricos orgánicos tienen generalmente un peso molecular promedio en peso en el intervalo de 1,000 a 700,000, convenientemente de 10,000 a 500,000. Los ejemplos de coagulantes inorgánicos convenientes incluyen los compuestos de aluminio, por ejemplo compuestos de alumbre y polialuminio, por ejemplo cloruros de polialuminio, sulfatos de polialuminio, sulfatos de silicato de polialuminio y mezclas de los mismos.
Los componentes de los auxiljares de drenaje y retención de acuerdo con la invención se pueden agregar a la suspensión madre, o suspensión celulósica acuosa, en una manera convencional y en cualquier orden. Al usar los auxiliares de drenaje y retención que comprenden un sol basado en sílice y un polímero orgánico, es preferido agregar el polímero orgánico a la suspensión madre antes de agregar el sol basado en sílice, incluso si el orden de adición opuesto, se puede utilizar. Es además preferido agregar el polímero orgánico antes de una etapa de corte, que se puede seleccionar de bombeo, mezclado, limpieza, etc., y agregar el sol basado en sílice después de la etapa de corte. Al usar los auxiliares de drenaje y retención que comprenden un sol basado en sílice y polímeros orgánicos amónicos y catiónicos, es preferido agregar el polímero orgánico catiónico a la acción antes de agregar el sol basado en sílice y el polímero orgánico aniónico. Al usar un coagulante catiónico, se agrega preferiblemente a la suspensión celulósica antes de la adición del sol basado en sílice, preferiblemente también antes de la adición de los polímeros orgánicos.
Los componentes de las auxiliares de drenaje y retención de acuerdo con la invención se agregan a la suspensión madre que se desecará en cantidades que pueden variar dentro de límites amplios dependiendo de, entre otras cosas, tipo y número de componentes, tipo de suministro, contenido de relleno, tipo de relleno, punto de adición, etc. Generalmente los componentes se agregan en cantidades que dan un mejor drenaje y retención que se obtiene al no agregar los componentes. El sol basado en sílice se agrega generalmente en una cantidad de por lo menos aproximadamente 0.001% en peso, frecuentemente de por lo menos aproximadamente 0.005% en peso, calculado como Si02 y basado en el suministro seco, es decir las fibras celulósicas secas y los rellenos opcionales, y el límite superior es generalmente de aproximadamente 1.0% en peso y convenientemente de aproximadamente 0.5% en peso. Cada uno de los polímeros orgánicos se agrega generalmente en una cantidad de por lo menos aproximadamente 0.001% en peso, frecuentemente de por lo menos aproximadamente 0.005% en peso, basado en el suministro seco, y el límite superior es generalmente de aproximadamente 3% en peso y convenientemente de aproximadamente 1.5% en peso. Al usar un coagulante polimérico catiónico, se puede agregar en una cantidad de por lo menos aproximadamente 0.05% en peso, basada en el suministro seco. Convenientemente, la cantidad está en el intervalo de aproximadamente 0.07 a aproximadamente 0.5% en peso, preferiblemente en el intervalo de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 0.35% en peso. Al usar un compuesto de aluminio como coagulante inorgánico, la cantidad total agregada es generalmente de por lo menos aproximadamente 0.05% en peso; calculada como Al203 y basada en el suministro seco. La cantidad está convenientemente en el intervalo de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 3.0% en peso, preferiblemente en el intervalo de aproximadamente 0.5 a aproximadamente 2.0% en peso.
Otros aditivos que son convencionales en la fabricación de papel se pueden por supuesto utilizar en combinación con los aditivos de acuerdo con la invención, tal como, por ejemplo, los agentes de resistencia en seco, agentes de resistencia en humedad, agentes de abrillantamiento óptico, tintes, agentes de dimensionamiento tal como agentes de dimensionamiento basados en resina y agentes de dimensionamiento basados en celulosa, por ejemplo dímeros de alquil- y alquenil-queteno y multímeros de queteno, anhídridos succínicos de alquilo y alquenilo, etc. La suspensión celulósica, o suspensión madre, puede también contener rellenos minerales de tipos convencionales tal como, por ejemplo, caolín, arcilla de China, dióxido de titanio, yeso, talco y carbonatos de calcio naturales y sintéticos tal como tiza, mármol de tierra y carbonato de calcio precipitado.
El proceso de esta invención se utiliza para la producción de papel. El término "papel", según lo utilizado en la presente, por supuesto incluye no sólo el papel y la producción del mismo, sino también otra hoja celulósica o productos de tipo tela, tal como por ejemplo cartón y cartulina, y la producción de los mismos. El proceso se puede utilizar en la producción de papel de diversos tipos de suspensiones de fibras que contienen celulosa y las suspensiones deben contener convenientemente por lo menos aproximadamente 25% en peso y preferiblemente por lo menos aproximadamente 50% en peso de tales fibras, basado en la sustancia seca. La suspensión se puede basar en fibras de pulpa química tal como pulpas de sulfato, sulfito y organosolv, pulpa mecánica tal como pulpa termomecánica, pulpa quimio-termomecánica, pulpa de refinador y pulpa de pasta de madera, de madera dura y madera blanda, y se puede también basar en fibras recicladas, opcionalmente de pulpas decoloradas, y mezclas de las mismas. El pH de la suspensión, suspensión madre, puede estar dentro del intervalo de aproximadamente 3 a aproximadamente 10. El pH está convenientemente por encima de aproximadamente 3.5 y preferiblemente dentro del intervalo de aproximadamente 4 a aproximadamente 9.
La invención además se ilustra en los siguientes ejemplos que, sin embargo, no se piensan para limitar la misma. Partes y % se relacionan con las partes en peso y % en peso, respectivamente, a menos que se indique lo contrario.
Ejemplo 1 Este ejemplo ilustra la preparación del sol basado en sílice de acuerdo con la invención: 10- kg de solución acuosa de silicato de sodio que tiene un contenido de Si02 de 6.4% en peso y una relación molar de Si02 a Na20 de 3.4, fueron sometidos a electrodiáiisis. La electrodiáiisis fue conducida usando una pila de electrodiáiisis que consiste de 10 pares de celdas. El área proyectada de una membrana fue de 186 cm2 y cada par de celdas consistió de una membrana selectiva catiónica, una membrana selectiva aniónica y 2 separadores de polímero. Los electrodos tienen dimensiones de aproximadamente 10 cm x 50 cm y fueron hechos de metal de Nb platinado. Al lado de cada electrodo, se colocan las membranas selectivas catiónicas. ' Tres diferentes corrientes fueron alimentadas al apilado por bombas centrífugas equipadas con impulsión magnética a un caudal de 100 l/h, a menos que se indique lo contrario. La solución de silicato de sodio fue alimentada a los compartimientos de dilución y la solución de hidróxido de sodio fue alimentada a los compartimientos de concentración y a los compartimientos de electrodo (10 l/h). Un rectificador suministra la corriente C.C. al apilado de voltaje constante o corriente constante. La corriente estuvo por debajo de 3.6 A y el voltaje estuvo por debajo de 15 V. La electrodiálisis fue. conducida durante 7 horas y 22 minutos para proporcionar un producto de silicato intermedio que tiene un contenido de Si02 de 7.8% en peso, pH 9.46 y valor S de 78%.
A 900 g del producto de silicato intermedio fueron agregados 47.1 g de 5% de H2S04 para disminuir el pH a 7.5. La muestra obtenida fue sometida al envejecimiento durante 160 minutos a 40°C. Entonces fueron agregados 22.6 g de la solución acuosa de silicato de sodio que tiene un contenido de Si02 de 23.9% en peso y una relación molar de Si02 a Na20 de 3.4. El sol basado en sílice obtenido, designado como Ej. 1, tuvo un contenido de Si02 de 7.8% en peso, una relación molar de Si02 a Na20 de 19.1, un pH de 9.5, una conductividad de 6.4 mS/cm, una viscosidad de 7.8 cP (2O0C), concentración de Si02 soluble de 557 mg de Si02/l y un valor S de 18%, y contuvo las partículas basadas en sílice con una superficie específica de 740 m2/g.
Ejemplo 2 Este ejemplo ilustra la preparación de otro sol basado en sílice de acuerdo con la invención: Una solución acuosa de silicato de sodio fue sometida á electrodiálisis durante 8 horas y 36 minutos de acuerdo con el procedimiento del ejemplo 1 para proporcionar un producto de silicato intermedio que tuvo un contenido de Si02 de 7.8% en peso, pH de 9.2 y valor S de 78%.
A 900 g del producto de silicato intermedio fue agregado 36.9 g de 5% de H2S0 para disminuir el pH a 7.5. La muestra obtenida fue sometida a envejecimiento durante 3 horas a 40°C. Entonces fueron agregados 24.6 g de la solución acuosa de silicato de sodio que tuvo un contenido de Si02 de 23.9% en peso y una relación molar de Si02 a Na20 de 3.4. El sol basado en sílice obtenido, designado como Ej. 2, tuvo un contenido de Si02 de 8.0% en peso, relación molar de Si02 a Na20 de 20.2, pH de 9.7, conductividad de 5.7 mS/cm, viscosidad de 6.4 cP (20°C), concentración de Si02 soluble de 643 mg de Si02/l y valor S de 20%, y contuvo partículas basadas en sílice con una superficie específica de 710 m2/g.
Ejemplo 3 Este ejemplo ilustra la preparación de otro sol basado en sílice de acuerdo con la invención: 10 kg de la solución acuosa de silicato de sodio que tuvo un contenido Si02 de 6.5% en peso y una relación molar de Si02 a Na20 de 3.3, fueron sometidos a electrodiálisis durante 9 horas y 13 minutos de acuerdo con el procedimiento del ejemplo 1. El producto de silicato intermedio obtenido tuvo un contenido de Si02 de 8.0% en peso y pH de 8.15.
A 1000 g del producto de silicato intermedio fueron agregados 3.2 g de 5% de H2S04 para disminuir el pH a 7.5. La muestra obtenida fue sometida a envejecimiento durante 5 horas a 40°C. Entonces fueron agregados 12.0 g de la solución acuosa de silicato de sodio que tuvo. un contenido de Si02 de 23.9% en peso y una relación molar de Si02 a Na20 de 3.4. El sol basado en sílice obtenido, referido como Ej: 3, tuvo un contenido de Si02 de 8.5% en peso, una relación molar de Si02 a Na20 de 31.0, pH de 9.4, conductividad de 3.1 mS/cm, viscosidad de 6.4 cP (20°C) y concentración de S¡02 soluble de 579 mg de Si02/l, y contuvo partículas basadas en sílice con una superficie específica de 670 m2/g.
Ejemplo 4 Este ejemplo ilustra la preparación de otro sol basado en sílice de acuerdo con la invención: 700 kg de la solución acuosa de silicato de sodio que tuvo un contenido de S¡02 de 7.9% en peso y una relación molar de Si02 a Na20 de 3.2, fueron sometidos a electrodiálisis. La electrodiálisis fue conducida de acuerdo con el proceso del ejemplo 1 salvo que fue utilizada una pila de electrodiálisis más grande, en donde el área proyectada de una membrana fue de 3200 cm2, equipada con 36 pares de membranas.
El flujo de la solución de silicato de sodio a través de la celda de electrodiálisis fue de 3600 l/hora, la corriente estuvo por debajo de 84 A y el voltaje estuvo por debajo de 61 V. La electrodiálisis fue conducida durante 6 horas y 30 minutos para proporcionar un producto de silicato intermedio que tuvo un contenido de S¡02 de 8.5% en peso y pH 8.9.
A 608 kg de producto de silicato intermedio fueron agregados 4.6 kg de 34% de H2S04 para disminuir el pH a 7.8. La muestra obtenida fue sometida a envejecimiento durante 98 minutos a 36°C. Entonces fueron agregados 16.4 kg de solución acuosa de silicato de sodio que tuvo un contenido de Si02 de 22.75% en peso y una relación molar de Si02 a Na20 de 3.4. El sol basado en sílice obtenido, designado como Ej. 4, tuvo un contenido de S¡02 de 8.8% en peso, relación molar de Si02 a Na20 de 21, pH de 9.3, conductividad de 5.5 mS/cm, viscosidad de 7.3 cP (20°C), concentración de Si02 soluble de 590 mg de Si02/l y el valor S de 22%, y contuvo partículas basadas en sílice con una superficie específica de 760 m2/g.
Ejemplo 5 Este ejemplo ¡lustra la preparación de otro sol basado en sílice de acuerdo con la invención: Un producto de silicato intermedio, que había sido preparado por electrodiálisis de una solución acuosa de silicato de sodio, adición de H2S04 y envejecimiento de acuerdo con el procedimiento del ejemplo 4, fue diluido diez veces por adición de agua. El sol basado en sílice obtenido, designado como Ej. 5, tuvo un contenido de Si02 de 0.8% en peso, relación molar de Si02 a Na20 de 35, pH de 8.9, viscosidad de 1.4 cP (20°C), y concentración de Si02 soluble de 160 mg Si02/l y contuvo partículas basadas en sílice con una superficie específica de 780 m2/g.
Ejemplo 6 Este ejemplo ilustra la preparación de otro sol basado en sílice de acuerdo con la invención: El procedimiento del ejemplo 5 fue repetido salvo que el agua de dilución usada es agua dura que contiene 100 ppm de Ca2+. El sol basado en sílice obtenido, designado como Ej. 6, tuvo un contenido de Si02 de 0.8% en peso, relación molar de Si02 a Na20 de 35, pH de 8.4, viscosidad de 1.3 cP (20°C) y una concentración de Si02 soluble de 130 mg de Si02/l y contuvo partículas basadas en sílice con una superficie específica de 740 m2/g.
Ejemplo 7 Este ejemplo ¡lustra la preparación de otro sol basado en sílice de acuerdo con la invención: 913 kg de la solución acuosa de silicato de sodio que tuvo un contenido de Si02 de 9% en peso y relación molar de Si02 a Na20 de 3.3 fueron sometidos a electrodiálisis durante 5 horas y 20 minutos de acuerdo con el proceso del ejemplo 4 salvo que fue utilizada una pila de electrodiálisis, en donde el área proyectada de una membrana fue de 3200 cm2, equipada con 144 pares de membranas. Un producto de silicato intermedio fue obtenido el cual tuvo un contenido de Si02 de 9.6% en peso y pH de 9.0.
A 1500 g del producto de silicato intermedio fueron agregados 15.4 g de 37% de H2S04 para disminuir el pH a 8.2. La muestra obtenida fue sometida a envejecimiento durante 2 horas a 40°C. Entonces 4.26 g de aluminato de sodio que contuvo 24.4% de Al203 y 18.3% de Na20 fueron mezclados con 76 g de agua para formar una solución acuosa. La solución obtenida entonces fue agregada lentamente a 400 g del producto envejecido anteriormente.
El sol basado en sílice resultante tuvo un contenido de Si02 de 8% en peso, relación molar de Si02 a Na20 de 19.6, contenido de Al203 de 0.23%, pH de 9.9, conductividad de 4.7 mS/cm, viscosidad de 6.9 cP (20°C) y contuvo partículas basadas en sílice con una superficie específica de 770 m2/g.
Ejemplo 8 Los soles basados en sílice de la técnica anterior fueron analizados y utilizados para propósitos de comparación en las pruebas de función de drenaje y retención de los ejemplos: La referencia 1 es un sol basado en sílice preparado de acuerdo con la descripción general de la Patente Estadounidense No. 5,603,805 que tuvo un contenido de Si02 de 15.3% en peso, relación molar de Si02 a Na20 de 20.7, pH de 10.7, conductividad de 5.5 mS/cm, viscosidad de 7.3 cP (20°C), valor S de 32% y concentración de S¡02 soluble de 2143 mg de Si02/l, y contuvo partículas basadas en sílice con una superficie específica de 690 m2/g.
La referencia 2 es un sol de sílice comercialmente disponible bajo el nombre comercial BMA 0 de Eka Chemicals AB, Suecia, que tuvo un contenido de Si02 de 15.2% en peso, relación molar de Si02 a Na20 de 40.1, pH de 10.2, conductividad de 3.4 mS/cm, viscosidad de 3.1 cP (20°C), valor S de 57% y una concentración de Si02 soluble de 1029 mg de S¡02/l, y contuvo partículas basadas en sílice con una superficie específica de 500 m2/g.
La referencia 3 es un sol basado en sílice preparado de acuerdo con la descripción general de la Patente Estadounidense No. 5,368,833 que tuvo un contenido de Si02 de 7.8% en peso, relación molar de Si02 a Na20 de 33.3, relación molar de Si02 a Al203 de 38, pH de 9.2, conductividad de 2.1 mS/cm, viscosidad de 5.9 cP (20°C), valor S de 23% y una concentración de Si02 soluble de 2571 mg de Si02/l, y contuvo partículas basadas en sílice con una superficie específica de 810 m2/g.
La referencia 4 es un sol basado en sílice preparado de acuerdo con la descripción general de la Patente Estadounidense No. 5,447,604 que tuvo un contenido de Si02 de 10.2% en peso, relación molar de Si02 a Na20 de 10.9, pH de 11.1, conductividad de 10.0 mS/cm, viscosidad de 3.5 cP (20°C), valor S de 27%, turbiedad de 27.1 NTU y concentración de S¡02 soluble de 8143 mg de Si02/l, y contuvo partículas basadas en sílice con una superficie específica de 830 m2/g.
Ejemplo 9 La función de drenaje de los soles basados en sílice de acuerdo con los ejemplos 1 a 6 y 8 fue evaluada por medio de un analizador de drenaje dinámico (DDA, por sus siglas en inglés), disponible de Akribi AB, Suecia, que mide el tiempo para drenar un volumen de la suspensión madre. La suspensión madre fue agitada en un tarro con deflector a una velocidad de 1500 rpm a través de la prueba mientras que se realizaron las adiciones de químicos. Un volumen de suspensión madre de 800 mi fue drenado a través de un tubo al retirar un tapón y fue aplicado vacío a ese lado del tubo opuesto al lado en el cual la suspensión madre estuvo presente. Se describe la función de drenaje como el tiempo (s) de desecación.
La suspensión celulósica, o suspensión madre, usada en este ejemplo fue basada en un suministro de papel fino estándar que consistió de 60% de abedul blanqueado y 40% de sulfato de pino blanqueado. 30% de GCC en polvo (carbonato de calcio de tierra) fue agregado a la suspensión madre como relleno. Para aumentar la conductividad de la suspensión madre, 0.3 g/l de Na2SO4*10H2O fueron agregados. El pH de la suspensión madre fue de 8.1, conductividad 1.5 mS/cm y consistencia de 4.9 g/l.
En las pruebas, los soles basados en sílice fueron probados en combinación con el almidón catiónico que tuvo un grado de sustitución de aproximadamente 0.042 y poliacrilamida catiónica (Eka PL 1510 de Eka Chemicals AB, Suecia). Las adiciones se calculan como aditivo seco en suministro seco. Las adiciones fueron hechas de acuerdo con la siguiente secuencia general: (i) agregar el almidón catiónico seguido por agitación durante 15 segundos; (ii) agregar la poliacrilamida catiónica seguido por agitación durante 10 segundos; (iii) adición de sol basado en sílice seguido por agitación durante 10 segundos; y (¡v) drenaje de la suspensión madre mientras se registra automáticamente el tiempo de drenaje.
La tabla 1 muestra los resultados a dosificaciones diversas de Si02.
Tabla 1 Ejemplo 10 La función de drenaje fue evaluada de acuerdo con el procedimiento general del ejemplo 9, salvo que un diferente suministro fue utilizado. El suministro usado en este ejemplo contuvo 50% de fibras y 50% de una mezcla de GCC (carbonato de calcio de tierra) dispersa previamente, Hydrocarb 60, en lugar de GCC en polvo. El pH de la suspensión madre fue de 8.1, conductividad 1.5 mS/cm y consistencia de 4.9 g/l. La tabla 2 muestra los resultados a dosificaciones diversas de Si02.
Tabla 2 Número Almidón PAM Sol Tiempo de desecación [s] de prueba catiónico catiónica basado Ej.1 Ej.2 Ref.1 [kg/t] [kg/t] en sílice 1 8 0.75 0 27.8 27.8 27.8 Número Almidón PAM Sol Tiempo de desecación [s] de prueba catiónico catiónica basado Ej.1 Ej.2 Ref.1 [kg/t] [kg/t] en sílice 2 8 0.75 0.3 23.1 21.8 24.8 3 8 0.75 0.6 12.1 11.7 12.1 4 8 * 0.75 1.2 7.7 7.6 7.9 5 8 0.75 1.8 6.1 5.9 6.4 Ejemplo 11 La función de drenaje fue evaluada de acuerdo con el procedimiento general del ejemplo 9, salvo que 1 hora antes de la adición a la suspensión madre los soles basados en sílice fueron diluidos 35 veces (35x) ó 50 veces (50x) con agua dura que contuvo 100 ppm de Ca2+. La tabla 3 muestra los resultados a dosificaciones diversas de Si02.
Tabla 3 Almidón PAM Sol Tiempo de desecación [s] úmero catiónico catiónica basado Ej.1 Ref.1 Ej.1 Ref.1 de prueba [kg/t] [kg/t] en sílice 35x 35x 50x 50x 1 5 0.75 0 · 19.5 19.5 19.5 19.5 2 5 0.75 0.3 14.1 15.7 14.1 18.9 3 5 0.75 0.6 8.5 9.3 8.5 17.8 4 5 0.75 1.2 5.5 6.5 6.1 16.0 5 5 0.75 1.8 5.4 5.7 5.1 13.5 Ejemplo 12 La función de drenaje fue evaluada de acuerdo con el procedimiento general del ejemplo 11, salvo que un diferente sol basado en sílice de acuerdo con la invención fue probado. La tabla 4 muestra los resultados a dosificaciones diversas de Si02. Tabla 4 Ejemplo 13 La función de drenaje fue evaluada de acuerdo con el procedimiento general del ejemplo 9, salvo que diversos soles basados en sílice de acuerdo con la invención fueron probados y que 1 hora antes de la adición a la suspensión madre los soles basados en sílice Ref. 1 y Ej. 4 fueron diluidos 35 veces (35x) con agua dura que contiene 100 ppm de Ca2+. Los soles basados en sílice Ej. 5 y Ej. 6 fueron utilizados sin ninguna dilución adicional, es decir como se prepararon, al contenido de sílice de 0.8% en peso. La tabla 5 muestra los resultados a dosificaciones diversas de Si02.
Tabla 5 Ejemplo 14 En las siguientes pruebas, fue evaluada la función de retención de soles basados en sílice de acuerdo con los ejemplos 1 a 6 y 8.
La función de retención fue evaluada por medio de un tarro de drenaje dinámico (DDJ), disponible de Paper Research Materials Inc., que mide la retención de partículas finas al drenar un volumen determinado de suspensión madre. La suspensión madre fue agitada en un tarro con deflector a una velocidad de 1200 rpm a través de la prueba. Un volumen de suspensión madre de 500 mi fue utilizado y fueron hechas las adiciones de químicos. La suspensión madre fue drenada a través de un conducto al abrir una abrazadera de tubo, el tubo conectado a una abertura en la parte inferior del tarro debajo del conducto. El drenaje fue recolectado en un vaso de laboratorio durante 30 segundos a un caudal determinado en parte por el tamaño de una abertura de punta conectada al tubo. El caudal fue de aproximadamente 130-160 ml/min. La cantidad de material seco en el vaso de laboratorio fue determinada por evaporación a 105°C en un horno. La fracción de partículas finas total fue determinada por separado. Los resultados fueron reportados como retención de partículas finas (%).
La suspensión madre, químicos y adiciones de acuerdo con el ejemplo 9 fueron aplicados similarmente en este ejemplo. La tabla 6 muestra los resultados a dosificaciones diversas de Si02. Tabla 6 Ejemplo 15 La función de retención fue evaluada de acuerdo con el procedimiento general del ejemplo 14, salvo que 1 hora antes de la adición a la suspensión madre los soles basados en sílice fueron diluidos 35 veces (35x) con agua dura que contuvo 100 ppm de Ca2+. La tabla 7 muestra los resultados a dosificaciones diversas de S¡02.
Tabla 7 Ejemplo 16 La función de retención fue evaluada de acuerdo con el procedimiento general del ejemplo 14, salvo que diversos soles basados en sílice de acuerdo con la invención fueron probados y que 1 hora antes de la adición a la suspensión madre los soles basados en sílice Ref. 1 y Ej. 4 fueron diluidos 35 veces (35x) con agua dura que contuvo 100 ppm de Ca2+. Los soles basados en sílice Ej. 5 y Ej. 6 fueron utilizados sin ninguna dilución adicional, es decir como se prepararon, a un contenido de sílice de 0.8% en peso. La tabla 8 muestra los resultados a dosificaciones diversas de Si02.
Tabla 8 Almidón PAM Sol Tiempo de desecación [s] Número catiónico catiónica basado Ej. 4 Ref. 1 de prueba Ej. 5 Ej. 6 [kg/t] [kg/t] en sílice 35x 50x 1 5 0.75 0 31 31 31 31 2 5 ¦ 0.75 0.5 44 40 40 38 3 5 0.75 1 58 58 54 51 4 5 0.75 1.5 61 59 59 58 5 5 0.75 2 61 61 61 60

Claims (17)

REIVINDICACIONES
1. Sol basado en sílice que tiene una concentración de sílice soluble menor que aproximadamente 1000 mg de Si02/l, una conductividad de por lo menos aproximadamente 2.0 mS/cm y un valor S por debajo de aproximadamente 50%.
2. Sol basado en sílice de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la concentración de sílice soluble es menor que aproximadamente 800 mg de Si02/l.
3. Sol basado en sílice de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en donde tiene una conductividad de por lo menos aproximadamente 2.5 mS/cm.
4. Sol basado en sílice de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde tiene un valor S dentro del intervalo de aproximadamente 8 a aproximadamente 30%.
5. Sol basado en sílice de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el sol contiene partículas basadas en sílice que tienen una superficie específica de por lo menos aproximadamente 300 m2/g.
6. Sol basado en sílice de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el sol contiene partículas basadas en sílice que no se modifican con aluminio.
7. Sol basado en sílice de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde tiene un contenido de Si02 de por lo menos aproximadamente 3% en peso.
8. Método para producir un sol basado en sílice que comprende: (iii) someter una solución acuosa de silicato de metal alcalino a electrodiálisis para formar un sol electrodializado; (iv) acidificar el sol electrodializado para formar un sol acidificado que tiene un pH en el intervalo de aproximadamente 5.0 a aproximadamente 10.
9. Método de acuerdo con la reivindicación 8, en donde -adicionalmente comprende (v) alcalizar el sol acidificado para formar un sol alcalizado que tiene un pH en el intervalo de aproximadamente 7.0 a aproximadamente 11.0.
10. Método de acuerdo con la reivindicación 8 ó 9, en donde la alcalización es realizada agregando un silicato de metal alcalino acuoso.
11. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, en donde la alcalización es realizada agregando un aluminato acuoso.
12. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, en donde adicionalmente comprende la dilución del sol acidificado o alcalizado con agua a un contenido de Si02 de menos de aproximadamente 2%.
13. Sol basado en sílice obtenible por el proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 12.
14. Uso del sol basado en sílice de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 y 13 como agente de floculacion.
15. Uso de acuerdo con la reivindicación 14, en donde el sol basado en sílice se utiliza como un auxiliar de drenaje y retención en la fabricación de papel.
16. Un proceso para producir el papel que comprende (iv) suministrar una suspensión acuosa que comprende fibras celulósicas; (v) agregar a la suspensión uno o más auxiliares de drenaje y retención que comprenden un sol basado en sílice de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 y 13; y (vi) desecar la suspensión obtenida para proporcionar una hoja o tela de papel.
17. El proceso de acuerdo con la reivindicación 16, en donde uno o más auxiliares de drenaje y retención comprenden un almidón catiónico o un polímero sintético catiónico.
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