NO308246B1

NO308246B1 - Silikasol, fremgangsmÕte for fremstilling derav, samt fremgangsmÕte ved fremstilling av papir.

Info

Publication number: NO308246B1
Application number: NO921848A
Authority: NO
Inventors: Hans Erik Johansson; Bo Valdemar Larsson
Original assignee: Eka Nobel Ab
Priority date: 1989-11-09
Filing date: 1992-05-11
Publication date: 2000-08-21
Also published as: JPH059368B2; AR243851A1; NO921848D0; LV10227A; DE69010210T4; AU628692B2; KR920703445A; LT3224B; NO921848L; ATE107608T1; LTIP445A; LV10227B; UA29420C2; GEP19981000B; KR950005762B1; SE8903753L; WO1991007350A1; DK0491879T3; DE69010210T2; US5643414A

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en ny silikasol som

angitt i krav l's ingress, en fremgangsmåte som angitt i kravene 7 og 8, samt en fremgangsmåte ved fremstilling av papir som angitt i kravene 9-15. Mere spesielt vedrører oppfinnelsen en ny silikasol som har partikler med et høyt spesifikt overflatareal og som har et relativt høyt innhold av såkalt mikrogel. Den nye sol er spesielt egnet for anvendelse ved fremstilling av papir som additiver i kombinasjon med kationiske polymerer.

Silikasoler, som er en betegnelse som anvendes i det etterfølgende for silikahydrosoler, er vandige systemer med meget små silikapartikler som kan anvendes innen flere bruksområder, bl.a. avhengig av partikkelstørrelsen. Ved fremstilling av papir har anvendelse av silikabaserte soler med anioniske partikler fått større anvendelse i løpet av de siste få år. Silikasolene blir her anvendt som tilsetnings-midler til massen i kombinasjon med kationiske polymerer, hovedsakelig for å øke retensjonen og avvanningen ved papirfremstilling. I Europeisk patent nr. 41.056 er eksempelvis vist anvendelse av kolloidale silikasoler i kombinasjon med kationisk stivelse ved fremstilling av papir. PCT-søknad WO 86/00100 og WO 86/05826 viser kombina-sjoner av silikasoler, med partikler hvor i det minste overflategrupper inneholder aluminium og henholdsvis kationiske naturlige polymerer og kationiske polyakrylamider. Det er generelt angitt at silikapartiklene har et spesifikt overflateareal innen området 50-1.000 m<2>/g. De kommersielt anvendte soler ved fremstilling av papir er av den type som har kolloidal partikler med en partikkelstørr-else vanligvis i området 4-7 nm, dvs. med et spesifikt overflateareal i området 700-300 m<2>/g og i første rekke soler med partikler med et spesifikt overflateareal på ca.

500 m<2>/g har blitt anvendt kommersielt. Det er generelt antatt at soler med kolloidal partikler over en gitt størrelse gir de beste resultater og de er også foretrukket med hensyn til deres stabilitet. Generelt er det ønsket for

silikasoler som anvendes kommersielt at de er så monodis-perse som mulig, dvs. at de har en så snever partikkelstørr-elsesfordeling som mulig. Følgelig har arbeidet med hensyn til fremstilling av soler hatt som hensikt å unngå dannelse av mikrogel.

Foreliggende oppfinnelse vedrører nye silikasoler som er særpreget ved at de har en relativt lav S-verdi og at solpartiklene har et høyt spesifikt overflateareal. Det er funnet at disse soler som inneholder anioniske partikler er nyttige ved fremstilling av papir og tilsvarende produkter og at de derved, i kombinasjon med kationiske polymerer, gir meget god forbedring av retensjonen og avvanning. I tillegg til silikasoler som definert i de vedlagte krav, så vedrører oppfinnelsen også en fremgangsmåte ved fremstilling av silikasoler og anvendelse av soler, slik som definert i de vedhe f tende krav.

Som nevnt ovenfor er foreliggende silikasoler særpreget ved at de har et høyt spesifikt overflateareal i området 750-1.000 m<2>/g. Det gitte spesifike overflateareal er målt ved hjelp av titrering med NaOH i henhold til metoden beskrevet av Sears i Analytical Chemistry 28 (1956):12, 1981-1983. Det spesifike overflateareal er passende innen området 750-950 m<2>/g og fortrinnsvis i området 800-950 m<2>/g. En annen særpreget egenskap ved foreliggende silikasoler er deres S-verdi, som i motsetning til S-verdien for kjente silikasoler anvendt ved papirfremstilling, er relativt lav. S-verdien for foreliggende soler ligger i området 8-45%, passende 10-35% og fortrinnsvis i området 10-30%. Den gitte S-verdi er bestemt og beregnet som beskrevet av lier, R.K. & Dalton, R.L. i J. Phys. Chem. 60(1956), 955-957. S-verdien kan sies å være et mål på graden av aggregat- eller mikrogeldannelse og lave S-verdier indikerer et høyere mikrogelinnhold og kan

ses å være et mål for mengden av SiC>2, i vektprosent, i den disperse fase. Partiklene tilstede i solene er ytterligere overflatemodifisert med aluminium i en grad på 2-25%, fortrinnsvis 3-20%. Med en grad av aluminiumoverflatemodi-

fikasjon menes antallet aluminiumatomer som har erstattet silisiumatomer, i partikkeloverflaten. Modifikasjonsgraden er gitt i prosent og er beregnet på basis av 8 silanol-grupper pr. nm<2>. Dette er beskrevet i Iler, R.K. i Journal of Colloidal and Interface Science, 55(1976):1, 25-34. S-verdien gitt for solene er i høy grad korrelert med partikkelstørrelsesfordeling. Solene ifølge den foreliggende oppfinnelse har en relativt bred partikkelstørrelses-fordeling som følge av aggregatdannelse. Som en indikasjon på dette kan det nevnes at solene som regel inneholder mer enn 10 vektprosent av Si02-mengden som aggregater med en størrelse over 20 nm og vanligvis mer enn 20% av slike aggregater. De gitte verdier er relatert til bestemmelser med gelpermeateringskromatografi (kolonne: "sodex D-806, elueringsmiddel: 0,05 M SaHCC>3, pH justert til 9,2 med NaOH, mengde: 100 ul med sol med et Si02innhold på 1%, detekter-ing: måling av brytningsindeks).Foreliggende soler har passende et tørrstoffinnhold, regnet som Si02/på 3-15 vektprosent, og fortrinnsvis et tørrstoffinnhold i området 5-12 vektprosent.

Foreliggende oppfinnelse vedrører også en fremgangsmåte ved fremstilling av silikasoler som er egnet for fremstilling av soler med relativt lave S-verdier og brede partikkelstørr-elsesfordelinger, og som har partikler med et høyt spesifikt overflateareal. Foreliggende fremgangsmåte er spesielt egnet ved fremstilling av soler med de ovenfor gitte karakterist-iske trekk.

I henhold til oppfinnelsen fremstilles silikasolene ved å utgå fra konvensjonelle alkalivannglass, kalium- eller natriumvannglass, fortrinnsvis fra natriumvannglass. Molforholdet Si02til Na2<3 eller K2O, hvor Na20 og K2O i det følgende vil bli gitt som M2O, i vannglasset kan på i og for

seg kjent måte ligge i området 1,5:1 til 4,5:1 og fortrinnsvis i området 2,5:1 til 3,9:1. En fortynnet oppløsning av vannglass og dette har passende et SiC>2innhold på 3-12 vektprosent, fortrinnsvis 5-10 vektprosent. Vannglassoppløs-

ningen som vanligvis har en pH rundt 13 eller over, surgjøres til en pH i området 1-4. Surgjøringen kan utføres på i og for seg kjent måte ved tilsetning av mineralsyrer, så som eksempelvis svovelsyre, saltsyre og fosforsyre, eller eventuelt med andre kjente kjemikalier for surgjøring av vannglass, så som ammoniumsulfat og karbondioksyd. Ved tilsetning av mineralsyrer kan surgjøringen utføres i to trinn, et første trinn til en pH på 8-9, hvoretter en viss modning, dvs. partikkelvekst, får finne sted før ytterligere surgjøringen til en pH i området 1-4. Imidlertid er det foretrukket at surgjøringen utføres ved hjelp av sure kationbyttere, hvilket bl.a. fører til mere stabile produkter og gir nesten natriumfrie sure soler. Surgjøringen utføres fortrinnsvis ved hjelp av sterke sure kationbytter-harpikser, eksempelvis av sulfonsyretypen. Det er foretrukket at surgjøringen utføres til en pH i området 2,0-4,0 og mest foretrukket til området 2,2-3,0. Den erholdte sure sol blir etter surgjøring deretter gjort alkalisk. Alkaliseringen kan utføres med konvensjonelle alkali, så som natrium-, kalium- eller ammoniumhydroksyd. Det er imidlertid foretrukket at alkaliseringen utføres ved tilsetting av vannglass. Kalium- og natriumvannglass, spesielt natriumvannglass med et molforhold SiC>2 til M2O som ovenfor beskrevet, anvendes i dette alkaliseringstrinn. Si02innholdet i vannglassoppløsningene anvendt for alkalisering er passende innen området 3-35 vektprosent og fortrinnsvis i området 5-30 vektprosent. Alkaliseringen utføres til en pH som lavest er lik 8 og passende til en pH i området 8-11. Alkaliseringen kan ytterligere utføres til et sluttmolfor-hold SiC>2 til M2O i området 20:1 til 75:1, passende til området 30:1 til 60:1. Ved fremstilling av sol som angitt ovenfor, kan graden av mikrogel påvirkes på flere måter og kontrolleres til en ønsket verdi. Graden av mikrogel kan påvirkes av saltinnhold, ved justering av konsentrasjonen ved fremstillingen av den sure sol og ved alkaliseringen, fordi i dette trinn vil graden av mikrogel påvirkes når stabilitetsminimumet for solen passeres, ved en pH på ca. 5. Ved forlengede tider ved denne passasje kan graden av mikrogel rettes til den ønskede verdi. Det er spesielt passende å kontrollere graden av mikrogel ved å justere tørrstoffinnholdet, Si02innholdet, ved alkaliseringen, idet høyere tørrstoffinnhold gir en lavere S-verdi. Ved å holde SiC>2 innholdet ved alkaliseringen i området 7-4,5 vektprosent kan S-verdien kontrolleres til de gitte verdier 8-45%. For å oppnå soler med S-verdier innen området 10-30%, blir Si02innholdet ved alkaliseringen passende holdt i området 6,8-5,5 vektprosent. Den sure sol har partikler med høyt spesifikt overflateareal, over 1.000 m<2>/g og vanligvis ca. 1.300 m<2>/g. Etter alkalisering utføres en partikkelvekst hvorved det spesifike overflateareal nedsettes. Etter alkalisering utføres således en vekstprosess slik at det ønskede overflateareal erholdes og dette blir deretter stabilisert ved modifisering med aluminium. Den ønskede nedsettelse av overflateareal kan erholdes ved lagring ved romtemperatur over noe lengere tider, fra én dag til to døgn, eller ved varmebehandling. Ved varmebehandling blir tider og temperaturer justert slik at kortere tider anvendes ved høyere temperaturer. Selv om det naturligvis er mulig å anvende relativt høye temperaturer i løpet av meget korte tider, er det fra et praktisk tidspunkt mere egnet å anvende lavere temperaturer over noe lengere tider. Fra et praktisk synspunkt er det passende å utføre varmebehandlingen ved temperaturer opptil ca. 50°C i korte tider, opptil 2 timer, f.eks. å oppvarme solen til en temperatur på ca. 35°C i en time. Soler fremstilt på denne måte har partikler med et meget høyt spesifikt overflateareal, i området 750-1.000 m<2>/g. For å stabilisere dette høye spesifike overflatearealet, slik at det ikke vil avta under lagring, så utføres en overflatemodifikasjon. Modifikasjonen av overflaten for stabilisering av overflaten er en aluminiummodifisering og den utføres ved hjelp av et aluminat, natrium- eller kaliumaluminat, passende natriumaluminat.

Aluminiummodifisering av overflaten av partikler utføres på i og for seg kjent måte til en overflatemodifiseringsgrad på

2-25%, spesielt til en grad på 3-20 vektprosent som tidligere angitt. Hvis solen før aluminiummodifisering

inneholder store mengder natrium, bør den gjøres fri fra for høye overskudd, hvilket kan utføres ved ionebytting. Hvis en ionebytting utføres, kan en pH justering være nødvendig før aluminiummodifiseringen til en pH over 7, for å hindre

spaltning av aluminatet ved modifiseringen. I henhold til foreliggende fremgangsmåte kan silikasoler fremstilles med tørrstoffinnhold i området 3-15 vektprosent, etter eventuell konsentrasjon og de dannede soler utviser god lagringsstabi-litet, dvs. de kan lagres i flere måneder uten vesentlig

nedsettelse av de spesifike overflateareal og uten geldann-else.

De nye soler med anioniske partikler, i henhold til oppfinnelsen, er spesielt egnet ved fremstilling av papir. Foreliggende oppfinnelse vedrører også denne anvendelse av solene. Som innledningsvis nevnt er det velkjent å anvende silikabaserte soler i kombinasjon med kationiske polymerer ved fremstilling av papir, hovedsakelig i den hensikt å forbedre retensjon og avvanning. Foreliggende silikasoler anvendes på tilsvarende måte som tidligere kjent for silikasoler med anioniske partikler og de gir i kombinasjon med kationiske polymerer en vesentlig forbedring og avvanning ved papirfremstilling. Meget gode retensjons- og avvanningsresultater erholdes som et resultat av den lave S-verdi og det høye spesifike overflateareal av solene. I tillegg til stabilisering av solpartiklene vil aluminiummodifikasjon også gi en vedvarende høy negativ ladning også ved sur pH, hvilket ikke er tilfelle ved soler som ikke er aluminiummodifiserte. Dette betyr at soler kan anvendes med god effekt innen hele pH-området fra 4-10 ved papirfremstilling. Den forbedrede avvanning betyr også at hastigheten til papirmaskinen kan økes og ytterligere at mindre vann må

fjernes av i presse og tørkeseksjonene på papirmaskinen, hvorved en vesentlig økonomisk forbedret papirfremstillings-prosess erholdes. Den meget nedsatte soldosering, regnet som Si02, nødvendig for å oppnå tilsvarende resultater som kommersielle soler bør også spesielt nevnes.

Foreliggende oppfinnelse vedrører også fremgangsmåte ved fremstilling av papir med de særtrekk som er vist i de etterfølgende krav. Som kationisk polymer i henhold til oppfinnelsen anvendes slike polymerer som konvensjonelt anvendes ved papirfremstilling som retensjons- og/eller våtstyrkemidler er egnede og disse kan være naturlige, dvs. basert på karbohydrater, eller syntetiske. Som eksempler på egnede kationiske polymerer kan nevnes kationisk stivelse, kationisk guargummi, kationiske polyakrylamider, polyetylen-iminer, polyamidoaminer og poly(diallyldimetylammonium-klorid). De kationiske polymerer kan anvendes separat eller i kombinasjon med hverandre. Foretrukne kationiske polymerer er kationisk stivelse og kationisk polyakrylamid. I henhold til en spesielt foretrukket utførelsesform anvendes silikasolene i kombinasjon med både kationisk stivelse og kationisk syntetisk polymer og spesielt da kationisk polyakrylamid.

Mengden av silikasol og kationisk polymer ved papirfremstilling i henhold til foreliggende oppfinnelse kan variere innen vide grenser, avhengig bl.a. av type masse, tilstede-værelse av fyllstoffer og andre betingelser. Mengden av sol er passende minst 0,01 kg/tonn, regnet som S1O2på tørre fibre og eventuelle fyllstoffer, og ligger passende innen området 0,05-5 kg/tonn og fortrinnsvis innen området 0,1-2 kg/tonn. Solen tilsettes passende til massen med tørrstoff-innhold i området 0,1-5 vektprosent. Mengden av kationisk polymer er i større grad avhengig av type polymer og andre effekter ønsket fra polymeren. For syntetiske kationiske polymerer anvendes vanligvis minst 0,01 kg/tonn, regnet tørr på tørre fibre og eventuelle fyllstoffer. Passende mengder ligger i området 0,01-3 kg/tonn og fortrinnsvis i området 0,03-2 kg/tonn. For kationiske polymerer basert på karbohydrater så som kationisk stivelse og kationisk guargummi, anvendes mengder på minst 0,1 kg/tonn, regnet tørt på tørre fibre og eventuelle fyllstoffer. For disse polymerer blir passende anvendte mengder i området 0,5-30 kg/tonn og fortrinnsvis i området 1-15 kg/tonn. Vektforholdet kationisk polymer til sol, regnet som SiC>2, bør vanligvis være minst 0,01:1 og passende minst 0,2:1. Den øvre grense for kationisk polymer er hovedsakelig et spørsmål om økonomi og ladning. For polymerer med lavere kationisitet, så som kationisk stivelse, alene eller i kombinasjon med andre kationiske polymerer, kan meget store mengder anvendes, opp til en forhold på 100:1 og høyere, og grensen er hovedsakelig bestemt ut fra økonomiske hensyn. For de fleste systemer er egnede forhold mellom kationisk polymer til sol, regnet som Si02, i området 0,2:1 til 100:1. Når silikasolen anvendes sammen med en kombinasjon av kationisk stivelse og kationisk polymer, og da fortrinnsvis kationisk polyakrylamid, er vektforholdet mellom de to sistnevnte vanligvis i området 0,5:1 til 200:1 og fortrinnsvis i området 2:1 til 100:1. Foreliggende silikasoler kan naturligvis anvendes ved fremstilling av papir i kombinasjon med papirkjemikalier som konvensjonelt anvendes ved papirfremstilling, så som hydrofoberingsmidler, tørrstyrkemidler, våtstyrkemidler, osv. Det er spesielt egnet å anvende aluminiumforbindelser i kombinasjon med foreliggende soler og kationiske polymerer, fordi det er funnet at aluminiumforbindelser kan gi ytterligere forbedringer med hensyn til retensjon og avvanning. En hver aluminiumforbindelse kjent for anvendelse ved papirfremstilling kan anvendes, eksempelvis alun, polyaluminiumforbindelser, aluminater, aluminiumklorider og aluminiumnitrat. Selv om mengden av aluminiumforbindelser kan variere innen vide grenser, er det passende å anvende aluminiumforbindelsene i et vektforhold til solen, regnet Si02»på minst 0,01:1 og hvorav alluminiumforbindelsene er beregnet som AI2O3. Forholdet bør passende ikke overstige 3:1 og ligger fortrinnsvis i området 0,02:1 til 1,5:1. Polyaluminiumforbindelser kan eksempelvis være polyalumini-umklorider, polyaluminiumsulfater og polyaluminiumforbindelser inneholdende både klorid og sulfationer. Polyalumini-umforbindelsene kan også inneholde andre anioner enn

kloridioner, f.eks. anioner fra svovelsyre, fosforsyre,

organiske syrer så som sitronsyre og oksalsyre.

Silikasolene og de kationiske polymerer kan anvendes ved fremstilling av papir fra forskjellige typer masser av celluloseinneholdende fibre og massene bør fortrinnsvis inneholde minst 50 vektprosent slike fibre, regnet som tørrstoff. Komponentene kan eksempelvis være additiver til masser fra fibre fra kjemisk masse, så som sulfat- eller sulfittmasse, termomekanisk masse, refinørmekanisk masse og slipemasse, både fra nåletre og barved og kan også anvendes for masse basert på resirkulerte fibre. Massene kan inneholde mineralfyllstoffer av konvensjonell type, slik som kaolin, titandioksyd, gips, kritt og talkum. Betegnelsen papir og papirproduksjon som anvendt i foreliggende beskrivelser, innbefatter naturligvis ikke bare papir, men også andre naturfiberinnholdende produkter i ark- eller baneform, så som masseark, plater og kartong og deres fremstilling.

Solene kan anvendes innen et bredt pH-område ved papirfremstilling, fra 4-10. Selv om en hvilken som helst rekkefølge kan anvendes, er det foretrukket at den kationiske polymer tilsettes før solen. Hvis både kationisk stivelse og kationisk syntetisk polymer anvendes, er det foretrukket at de tilsettes i denne rekkefølgen.

Den foreliggende oppfinnelse skal ytterligere illustreres ved hjelp av de etterfølgende eksempler, som naturligvis ikke er påtenkt å begrense oppfinnelsen. Deler og prosenter vedrører henholdsvis vektdeler og vektprosent, hvis intet annet er anvist.

Eksempel 1A - IL

Fremstilling av soler i henhold til oppfinnelsen er vist i disse eksempler. I alle eksempler ble vannglass, natrium-silikat, med et molforhold SiC>2 til M2O på ca. 3,5 anvendt.

Hvis ingen annen informasjon er gitt, hadde alle oppløs-ningene av natriumaluminat et AI2O3innhold på 25%.

Eksempel 1A

3.400 g av en natriumsilikatoppløsning med et SiC>2innhold på 24,2% ble fortynnet med 11.560 g vann (til et innhold på 5,5%). Den erholdte oppløsning ble deretter pumpet gjennom en kolonne fylt med kationbytterharpiks av typen "Amberlite IR-120. 14.000 g den ionebyttede oppløsning ble fortynnet med vann til et Si02innhold på 5,20 og alkalisert med 1.350 g av en natriumsilikatoppløsning med et Si02innhold på 5,5%. SiC>2innholdet ved alkaliseringen vær således ca. 5.25%.

Oppløsningen ble deretter varmebehandlet i 40 min. ved 38°C og deretter avkjølt til romtemperatur.

Solen ble deretter aluminiummodifisert for å stabilisere de høye overflateareal. Modifisering ble utført i henhold til det følgende: til 5.000 g av oppløsningen ble kationbytte-harpiks mettet med hydrogenion, tilsatt under omrøring, inntil oppløsningens pH falt til ca. 7,5, hvoretter kationbytteharpiksen ble filtrert fra. Denne behandling forbedrer stabiliteten av sluttproduktet på grunn av at det oppnås et lavere natriuminnhold. Oppløsningen ble deretter oppvarmet til 25°C og 56,55 g natriumaluminat oppløsning ble tilsatt. Før anvendelse ble aluminatet fortynnet med 443,5 g vann.

Etter fullstendig tilsetning av aluminatet, hadde den erholdt sol A partikler med et spesifikt overflateareal på ca. 910 m<2>/g og overflatearealet hadde god stabilitet. S-verdien for solen var 32. Graden av aluminiummodifisering var 10% og pH-verdien var ca. 9,5.

Eksempel 1B

Den fremstilte aluminiummodifiserte sol A ble behandlet for å oppnå en tilsvarende sol med en høyere grad av aluminium-modif isering. Til 1.000 g sol A ble tilsatt ionebytterharpiksen "IR-120" under omrøring, inntil pH-verdien hadde sunket til ca. 7,5. Dette ble gjort for at pH-verdien ved aluminiummodifiseringen ikke skulle være for høy og føre

til nedsatt stabilitet.

Ionebytterharpiksen ble filtrert fra og oppløsningen oppvarmet til 35°C, hvoretter 6,60 g natriumaluminatoppløs-ning ble tilsatt i løpet av 45 min.Aluminatoppløsningen var fortynnet med 58,4 g vann før den ble tilsatt.

Sol B oppnådde herved en høyere grad av aluminiummodifisering enn sol A, nemlig 15%, men tilsvarte ellers til sol A.

Eksempel 1C

3.400 g natriumsilikatoppløsning med et Si(>2innhold på 24.2% ble fortynnet med 8.800 g vann (til et SiC>2 innhold på 6,74%).

Denne oppløsning ble ionebyttet i en kolonne i henhold til eksempel 1A, til å gi en pH på ca. 2,5.

11.000 g av den ionebyttede oppløsning ble fortynnet med vann til et SiC>2innhold på 6,54%, alkalisert med 1.100 g natriumsilikatoppløsning med et Si02innhold på 6,74%. Si02innholdet ved alkaliseringen var således ca. 6,55%. Varmebehandling ble utført som i eksempel 1A.

5.000 g av solen ble aluminiummodifisert som vist i eksempel 1A.

Mengden av aluminiumaluminat som ble tilsatt i dette eksempel, var 69,4 g og var på forhånd fortynnet med 580.6 g vann. Den erholdte sol C hadde partikler med et spesifikt overflateareal på 894 m<2>/g og en S-verdi på 13%. Graden av aluminiummodifisering var 10%.

Eksempel 1D

pH for 1.000 g av solen C ble senket ved hjelp av kationbytteharpiksen på samme måte som vist i eksempel IB.

Når ionebytterharpiksen var filtrert fra oppløsningen ble denne oppvarmet til 35°C og 7,4 g natriumaluminatoppløsning ble deretter tilsatt under omrøring. Aluminatoppløsningene var på forhånd fortynnet ved tilsetning av 67,6 g vann. Graden av aluminiummodifiseringen ble 15%.

Eksempel 1E

En natriumsilikatoppløsning ble fortynnet med vann og ionebyttet i kolonner slik at en sol med et Si02innhold på 5,23% ble erholdt.

Til 4.000 g av denne ble tilsatt 415 g natriumsilikatoppløs-ning med et Si(>2innhold på 5,25%.

Den alkaliserte oppløsningen ble varmebehandlet ved 40°C i 40 min. og deretter avkjølt umiddelbart.

Overflaten ble deretter stabilisert ved hjelp av aluminium-modif isering på samme måte som beskrevet tidligere. Til 2.000 g av solen ble 23.9 g aluminatoppløsning, som på forhånd var fortynnet med vann til 240 g, tilsatt. Den erholdte sol hadde partikler med et spesifikt overflateareal på 863 m<2>/g, en S-verdi på 32% og en aluminiummodifiseringsgrad på 10%.

Eksempel 1F

På samme måte som i eksempel 1E, ble en natriumsilikatopp-løsning ionebyttet slik at Si02innholdet av den sure sol ble 6,30%.

Til 4.000 g av denne sol ble 499,7 g vannglassoppløsning ved et Si02innhold på 5.25% tilsatt. Si02innholdet ved alkaliseringen var således 6,18%. Denne sol ble varmebehandlet på samme måte som vist i eksempel 1E.

Solen ble deretter aluminiummodifisert på samme måte som vist i eksempel 1E ved at 28,6 g aluminatoppløsning fortynnes med vann til 280 g ble tilsatt til 2.000 g av sol. Partiklene av den resulterende sol F hadde et spesifikt overflateareal på 873 m/g og solen hadde en S-verdi på 21%. Graden av aluminiummodifisering var 10%.

Eksempel 1G

1.000 g av solen F ble tatt ut etter varmebehandling, men før aluminiummodifisering.

Denne sol ble aluminiummodifisert på samme måte, men til en lavere modifiseringsgrad. Til 1.000 g av solen ble kun tilsatt 7,1 g natriumaluminatoppløsning, som på forhånd var fortynnet med 62,9 g vann før tilsetting. Den erholdte sol hadde en aluminiummodifiseringsgrad på 5%.

Eksempel 1H

til 1.000 g av fremstilte sol F ble tilsatt en ionebytter-harpiks (Amberlite IR-120) til en pH på ca. 7,5 og ionebytterharpiksen ble deretter filtrert av.

Aluminiummodifisering ble deretter fortsatt. Denne gang ble 7,0 g aluminiumaluminat oppløsning fortynnet med 63 g vann tilsatt slik at den endelige sol H hadde en aluminiummodifiseringsgrad på 15%.

Eksempel 1J

En vannglassoppløsning med et SiC>2 til M2O forhold på 3,53 ble fortynnet til et innhold på 7,05% og ionebyttet i en kolonne.

Til 4.000 g av den sure sol erholdt etter ionebytting, ble 376,1 g vann og 392,4 g vannglassoppløsning med et innhold på 7,05% tilsatt.

Den alkaliserte oppløsning fikk henstå til modning ved romtemperatur over natten.

Det høye overflateareal ble deretter stabilisert ved hjelp av aluminiummodifisering. Til 2.000 g av solen ble tilsatt 31,4 g natriumaluminat, som før tilsetting var fortynnet med 268,6 g vann. Den erholdte sol J hadde partikler med et spesifikt overflateareal på 962 m<2>/g og en S-verdi på 12% og en aluminiummodifiseringsgrad på 10%.

Eksempel 1K

Den alkaliserte og varmebehandlede, men ikke aluminiummodifiserte sol ifølge eksempel 1J, ble aluminiummodifisert i dette eksempel til en lavere modifiseringsgrad. Til 2.000 g av solen ble tilsatt 15,7 g aluminatoppløsning som før tilsetning var fortynnet med 134.3 g vann. På denne måte ble erholdt en aluminiummodifiseringsgrad på 5%.

Eksempel 1L

En vannglassoppløsning ble fortynnet og ionebyttet i en stor kolonne, slik at 930 g sol med et SiC>2 innhold på 6,24% ble erholdt. Til denne ble tilsatt 66 kg vann og 26 kg vannglassoppløsning med et SiC>2 innhold på 23,4%. Denne oppløsning ble varmebehandlet ved romtemperatur over natten. Solen ble kationbyttet i en ionebyttekolonne og etter justering av pH ble den aluminiummodifisert i reaktorkar ved tilsetning av natriumaluminat. Mengden av aluminatoppløsning var 7,2 kg og var på forhånd fortynnet med 22,8 kg vann før tilsetting. Den totale satsingstid var 4 timer. Den erholdte sol hadde partikler med en spesifikt overflateareal på 828 m<2>/g, en S-verdi på 25% og en grad av aluminiummodifisering på 5%.

Eksempel 2a) - 2f)

I de følgende forsøk blir de nye soler evaluert for papirfremstilling i kombinasjon med kationiske polymerer. Retensjonsegenskapene ble evaluert ved hjelp av "Britt Dynamic Drainage Jar" ved 800 omdr/min. Dette er konvensjonell prøvemetode for retensjon innen papirindustrien.

Avvanningen ble evaluert i en "Canadian Standard Freeness (CSF) Tester" i henhold til SCAN-C 21:65. Kjemikaliene ble tilsatt en "Britt Dynamic Drainage Jar" med et blokkert utløp ved 800 omdr/min. i løpet av 45 sek., hvoretter massesystemet ble overført til "Freeness"-apparatet. Avvanningsresultatene gitt som ml CSF.

Eksempel 2a)

I dette eksempel ble massen fremstilt fra 60% bleket bjerkesulfat og 40% bleket furusulfat. 30% kritt ble tilsatt massen som fyllstoff, og den ble deretter fortynnet til en konsentrasjon på 5 g/l. Deretter ble 1 g/l Na2SC>4.10H2O tilsatt.

Massen hadde en finstoffraksjon på 37,2% og en pH på 7,5.

Son kationisk polymer kationisk stivelse (CS) med en substitusjonsgrad på 0,042 og et kationisk polyakrylamid (PAM) med en middels høy ladning og relativt høy molekylvekt anvendt, alene eller i kombinasjon. I eksempelet ble solen G ifølge eksempel 1 anvendt. Som sammenligning ble en aluminiummodifisert kiselsyresol med et spesifikt overflateareal på 500 m<2>/g, som vist iPCT-søknad WO86/00100, anvendt. Kjemikalene ble tilsatt i rekkefølgen kationisk stivelse, kationisk polyakrylamid, solen og retensjonen ble evaluert. Alle mengder i den etterfølgende tabell er beregnet på massens tørrstoffinnhold.

Dette eksempel viser en betydelig forbedring i retensjonen med en sol inneholdende partikler med et høyt spesifikt overflateareal og en lav S-verdi i henhold til foreliggende oppfinnelse, sammenlignet med en kommersiell sol med et mindre overflateareal. Ved en anvendelse på 10 kg/tonn kationisk stivelse og 0,5 kg/tonn sol øket retensjonen fra 47,9% til 61,2% og ved 1,0 kg/tonn sol øket retensjonen fra 60,1 til 79,2%.

Hvis 0,3 kg/tonn kationisk polyakrylamid også blir inkludert øket retensjonen fra 61,8 til 71,1% ved en soldosering på 0,5 kg/tonn og fra 70,7 til 86,7 ved soldosering på 1,0 kg/tonn.

Anvendelsen av kun 0,3 kg/tonn kationisk polyakrylamid gir en retensjon på 53,5% og hvis ytterligere 10 kg/tonn kationisk stivelse tilsettes, avtok retensjonen til 51,7%. Imidlertid, ved å anvende kombinasjon av de to polymerer med solen, oppnås en uventet høy effekt.

Eksempel 2b)

I dette eksempel ble avvanningseffekten for solene A, B, C og D evaluert.

Den anvendte masse var en blanding av 60% bleket bjerkesulfat og 40% bleket furusulfat. Til massen ble tilsatt 30% kritt som fyllstoff. Denne massen ble fortynnet til en konsentrasjon på 3 g/l, hvoretter 1 g/l Na2S04.1OH2O ble tilsatt. Massens pH var 7,5 og dens avvanningsevne var 380 ml CSF. Som kationisk polymer ble kationisk stivelse med en substitusjonsgrad på 0,038 anvendt og denne ble tilsatt først, etterfulgt av solen. Som en referanse ble anvendt den samme aluminiummodifiserte silikasol med et spesifikt overflateareal på 500 n^/g som anvendt i eksempel 1.

De følgende resultater ble erholdt:

Etter som det fremgår er alle soler A-D mere effektive enn den kommersielle sol med et overflateareal på 5001112/g.

Eksempel 2c)

Solene E, F, G og H ble evaluert i det samme massesystem som i eksempel 2b. Imidlertid hadde massesatsen på forhånd blitt noe malt, slik at en "freeness"-verdi på 310 ml CSF før tilsetning av kationisk stivelse. Ved en tilsetning på kun 5 kg/tonn kationisk stivelse, var "freeness"-verdien 360 ml CSF. I alle de nedenfor viste forsøk ble tilsatt den samme kationiske stivelse, som i eksempel 2a, i en mengde på 5 kg/tonn og den tilsatt før solen. Som referanse ble den samme kommersielle sol som i de tidligere angitte eksempler, anvendt.

Som det fremgår av dette eksempel, kan doseringen av de nye soler reduseres til den halve mengde sammenlignet med den kommersielle sol og likevel gi like gode eller bedre resultater som denne.

Eksempel 2d)

for å studere effekten av de nye soler med høyt spesifikt overflateareal og ved en sur pH, ble en masse fremstilt fra 60% bleket bjerkesulfat og 40% bleket furusulfat, uten tilsetning av fyllstoff. pH ble justert til 5,3 med fortynnet svovelsyre, og massen ble deretter fortynnet til en konsentrasjon 3 g/l. Til den tidligere således erholdte masse ble tilsatt 0,5 kg/tonn alun, beregnet som AI2(SO4)3.18H2O. Som kationisk polymer ble anvendt kationisk stivelse (CS) med en substitusjonsgrad på 0,035 i kombinasjon med polyetylenamin (PEI). Den anvendte sol var sol L og den samme kommersielle sol, sor. tidligere anvendt, ble anvendt som referanse. Uten tilsetning av kjemikalier, hadde massen en CSF-verdi på 200 ml.

Eksempel 2e)

I dette forsøk ble avvanningseffekten under anvendelse av forskjellige kationisk syntetiske polymerer og kationisk

stivelse, sammen med sol L undersøkt. Den samme kommersielle sol som tidligere anvendt ble anvendt som referanse. I dette eksempel blir en slipemasse med en konsentrasjon på 3 g/l og en pH på 7,8 anvendt. "Freeness"-verdien for massen uten tilsetning av kjemikalier var 180 ml CSF. De kationiske syntetiske polymerer var kationisk polyakrylamid (PAM), poly(diallyldimetylammoniumklorid) (Poly(DADMAC)) og kationisk polyamidoamin (PAA).

Som det fremgår oppnås en uventet forbedring når solene blir anvendt i kombinasjon med både kationisk stivelse og en kationisk syntetisk polymer.

Eksempel 2f)

I dette eksempel ble undersøkt avvanningseffekten for en

slipemasse ved sur pH. pH for massen var 5,2, dens konsentrasjon 3 g/l og til massen var tilsatt 2 kg/tonn alun,

regnet som AI2(SO4)3.I8H2O. Denne masse hadde opprinnelig en CSF-verdi på 185 ml. En kationisk polymer og en kationisk

stivelse (CS), med en substitusjonsgrad på 0,045 ble anvendt, alene og i kombinasjon med kationisk polyakrylamid (PAM), som var den samme som anvendt i eksempel 2a). Kationisk polymer ble tilsatt før solen, som i foreliggende tilfelle var sol L. Som sammenligning ble anvendt den samme kommersielle sol som tidligere anvendt.

Disse forsøk viser god egenskaper for de nye soler i sure masser, den lave doseringsgrad som er nødvendig for å oppnå meget gode resultater og den meget gode effekt som erholdes når solene anvendes i kombinasjon både med en naturlig og en syntetisk kationisk polymer.

Claims

1. Silikasol, karakterisert vedat solen har en S-verdi i området 8-45 %, at den inneholder silikapartikler med et spesifikt overflateareal innen området 750-1000 m<2>/g, og er overflatemodifisert med aluminium til en grad på 2-25%.

2. Silikasol ifølge krav 1, karakterisert vedat silikapartiklene er anioniske.

3. Silikasol ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat silikapartiklene har et spesifikt overflateareal i området 750 - 950 m<2>/g.

4. Silikasol ifølge krav 1, 2 eller 3,karakterisert vedat silikapartiklene har et spesifikt overflateareal i området 800 - 950 m<2>/g.

5. Silikasol ifølge krav 1-4,karakterisert vedat S-verdien for solen ligger innen området 10 - 30%.

6. Silikasol ifølge hvilke som helst av de foregående krav, karakterisert vedet tørrstoffinnhold, regnet som Si02, i området 3-15 vekt%.

7. Fremgangsmåte ved fremstilling av en silikasol,karakterisert vedat den omfatter sur-gjøring av en vannglassoppløsning til en pH i området 1 - 4, alkalisering av den erholdte sure sol med et Si02-innhold i området 7 - 4,5 vekt%, partikkelvekst av solen til et spesifikt overflateareal i området 750 - 1000 m<2>/g og modifisering av overflaten av partiklene med aluminium til en grad i området 2 - 25 %.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7,karakterisert vedat alkaliseringen utføres ved hjelp av en vannglassoppløsing.

9. Fremgangsmåte ved fremstilling av papir fra en suspen-sjon av celluloseinneholdende fibre og eventuelle fyllstoffer, hvor det til suspensjonen tilsettes kationisk polymer og anionisk silikasol, hvoretter suspensjonen formes og avvannes på en wire, karakterisert vedat til suspensjonen tilsettes kationisk polymer og en sol med en S-verdi i området 8 - 45% og som inneholder silikapartikler med et spesifikt overflateareal i området 750 - 1000 m<2>/g og som er overflatemodifisert med aluminium til en grad på 2 - 25%.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9,karakterisert vedat solen har en S-verdi i området 10 - 3 0%.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 9 eller 10,karakterisert vedat solen inneholder anioniske silikapartikler.

12. Fremgangsmåte ifølge kravene 9, 10, eller 11,karakterisert vedat silikasolpartiklene har et spesifikt overflateareal i området 750 - 950 m<2>/g.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 9, 10, 11 eller 12,karakterisert vedat silikasolpartiklene har et spesifikt overflateareal i området 800 - 950 m<2>/g.

14. Fremgangsmåte ifølge kravene 9-13,karakterisert vedat suspensjonen tilsettes solen og en kationisk polymer som er kationisk stivelse eller kationisk polyakrylamid.

15. Fremgangsmåte ifølge kravene 9-13,karakterisert vedat til suspensjonen tilsettes solen, kationisk stivelse og en kationisk, syntetisk polymer.