PT95849B

PT95849B - Processo de producao de sois de silica e de papel

Info

Publication number: PT95849B
Application number: PT95849A
Authority: PT
Inventors: Hans Erik Johansson; Bo Valdemar Larsson
Original assignee: Eka Nobel Ab
Priority date: 1989-11-09
Filing date: 1990-11-09
Publication date: 1999-02-26
Also published as: CA2067506A1; LV10227B; AU628692B2; KR920703445A; LTIP445A; CN1052770C; FI922056A; DE69010210T2; JPH059368B2; NZ235963A; GEP19981000B; FI96942C; UA29420C2; EP0491879A1; AR243851A1; US5368833A; EP0491879B1; JPH04505314A; SE500387C2; CN1115817A

Description

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Case 3123 J-),:1..^--^9 -3- "" ser utilizados comercialmente, que eles estejam tão monodispersos quanto possível, i.e., que eles tenham uma distribuição de tamanho de partícula tão estreita quanto possível. Consequentemente, o trabalho na produção dos sóis tem visado evitar a formação de microgel. 0 presente invento refere-se a novos sóis de sílica que são caracterizados por terem um valor S comparativamente baixo e por as partículas do sol terem uma elevada área superficial específica. Verificou-se que estes sóis, que contêm partículas aniónicas, são úteis na produção de papel e de produtos similares e que eles, em combinação com polímeros catiónicos, dão, por este meio, um melhoramento muito bom na retenção e desaguamento. O presente invento refere-se ao processo de produção de sóis de sílica e à utilização dos sóis como definido nas reivindicações apensas.

Como mencionado acima, os presentes sóis de sílica são caracterizados por terem uma elevada área superficial específica, na gama de 750 a 1000 m2/g. A área superficial específica dada foi medida por meio de titulação com NaOH, de acordo com o processo descrito por Sears em Analytical Chemistry 28(1956):12, 1981-1983. A área superficial específica está, adequadamente, na gama de 750 a 950 m2/g e, preferivelmente, na gama de 800 a 950 m2/g. Uma outra propriedade característica dos presentes sóis de sílica é o seu valor S, que em contraste com o valor S para os sóis comerciais conhecidos utilizados na produção de papel, é comparativamente baixo. 0 valor S dos presentes sóis está na gama de 8 a 45 por cento, adequadamente de 10 a 35 por cento e, preferivelmente, de 10 a 30. O valor S dado foi medido e calculado como descrito por Iler, R.K. & Dalton, R.L. em J. Phys. Chem. 60 (1956), 955-957. O valor S pode ser considerado como uma medida do grau de formação de agregado ou microgel e um valor S mais baixo indica um teor em microgel mais elevado e pode ser visto como uma medida da quantidade de Si02, em percentagem em peso, na fase dispersa. As partículas nos presentes sóis são, adicionalmente, modificadas à superfície com alumínio até um grau de 2 a 25 por cento, adequadamente de 30 a 20 por cento. Por "um grau de modificação da superfície com alumínio", deve entender-se o

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Case 3123 -4- número de átomos de alumínio que substituíram átomos de silício na superfície da partícula. O grau de modificação é dado em percentagem e é calculado com base em 8 grupos de silanol por nm2. Isto é descrito por Iler, R.K. em Journal of Colloidal and Interface Science, 55 (1976):1, 25-34. 0 valor S dado para os sóis está, até um alto grau, correlacionado com a distribuição de tamanho de partícula. Os sóis do presente invento têm uma distribuição de tamanho de partícula comparativamente larga pela formação de agregado. Como um indício disto, pode ser mencionado que os sóis contêm, geralmente, mais do que 10 por cento em peso da quantidade de SiC>2 como agregados, com um tamanho superior a 20 nm e, normalmente, mais do que 20 por cento de tais agregados. Os valores dados estão relacionados com medições por cromatografia de permeação em gel (Coluna: Shodex B-806, Eluente: NaHCOg 0,05 M, pH ajustado a 9,2 com NaOH, Quantidade: 100 jul de sol com um teor em SiC>2 de 1%, Detecção: Medição do índice de refracção). Os presentes sóis têm, adequadamente, um teor em substância seca, calculada como S1O2, de cerca de 3 a cerca de 15 por cento em peso, e, preferivelmente, um teor em substância seca na gama de cerca de 5 a cerca de 12 por cento em peso. 0 invento refere-se também ao processo de produção de sóis de sílica, que é adequado para a produção de sóis tendo valor S comparativamente baixo e distribuições de tamanho de partícula largas e tendo partículas com uma elevada área superficial específica. 0 processo do invento é particularmente adequado para a produção de sóis com as características dadas acima.

De acordo com o invento os sóis de sílica são preparados a partir de vidros solúveis alcalinos convencionais, vidro solúvel de potássio ou sódio, preferivelmente a partir de vidro solúvel de sódio. Ά razão molar de SÍO2 para Na20 ou K2O, sendo Na20 e K2O dados, a seguir, como M2O, no vidro solúvel, como conhecido per se, estar na gama de 1,5:1 a 4,5:1 e está, preferivelmente na gama de 2,5:1 a 3,9:1. É utilizada uma solução diluída do vidro solúvel e esta tem, adequadamente, um teor em S1O2 de cerca de 3 a cerca de 12 por cento em peso, preferivelmente, de cerca de 5 a cerca de 10 por cento em peso. A solução de vidro solúvel que

-5-ίϊ/iJ 71 683 Case 3123 ψ

J tem, normalmente, um pH de cerca de 13, ou superior a 13, é acidificada a um pH de cerca de 1 a cerca de 4. A acidificação pode ser realizada de uma maneira conhecida per se, por adição de ácidos minerais, tais como, por exemplo, ácido sulfúrico, ácido clorídrico e ácido fosfórico ou, opcionalmente, com outros produtos químicos conhecidos para a acidificação do vidro solúvel tais como sulfato de amónio e dióxido de carbono. Na adição de ácido mineral, a acidificação é realizada em dois passos, um primeiro passo a um pH de cerca de 8 a 9, após o que se deixa ocorrer um certo amadurecimento, i.e. um crescimento de partículas, antes da acidificação posterior a um pH de cerca de 1 a cerca de 4. Contudo, prefere-se que a acidificação seja realizada por meio de permutadores de catiões, ácidos, os quais, de entre outras coisas, conduzem a produtos mais estáveis e dão sóis ácidos quase isentos de sódio. A acidificação é, preferivelmente, realizada por meio de resinas de permuta catiónica, fortemente ácidas, por exemplo, do tipo de ácido sul fónico. Prefere-se que a acidificação seja realizada a um pH de cerca de 2,0 a 4,0 e, mais preferivelmente, de cerca de 2,2 a cerca de 3,0. 0 sol ácido obtido após acidificação é então tornado alcalino. A alcalinização pode ser realizada com bases convencionais tais como: hidróxido de sódio, de potássio ou de amónio. Contudo, prefere-se que a alcalinização seja realizada por adição de vidro solúvel. É utilizado, neste passo de alcalinização, o vidro solúvel de potássio e de sódio, particularmente o vidro solúvel de sódio, com uma. razão molar de SiC>2 para M2O, como acima descrita-. O teor em SiC>2 das soluções de vidro solúvel utilizadas para alcalinização está, adequadamente, no intervalo de cerca de 3 a cerca de 35 por cento em peso e, preferivelmente, no intervalo de 5 a 30 por cento em peso. A alcalinização é, adequadamente, realizada a um pH, no mínimo igual a 8 e, adequadamente, a um pH no intervalo de 8 a 11. Adicionalmente, a alcalinização é, adequadamente, realizada até uma razão molar final de SiC>2 para M2O na gama de cerca de 20:1 a cerca de 75:1, adequadamente na gama de cerca de 30:1 a cerca de 60:1. Na preparação de um sol, como acima, o grau de microgel pode ser influenciado de diversas formas e pode ser controlado até um valor desejado. 0 grau de microgel pode ser influenciado 71 683 Case 3123 pelo teor em sal, por ajustamento da concentração na preparação do sol ácido e na alcalinização, uma vez que neste passo o grau de microgel é influenciado quando é ultrapassado o mínimo de estabilidade do sol, a um pH de cerca de 5. 0 grau de microgel pode ser dirigido para o valor desejado, por tempos prolongados nesta passagem. É, particularmente, adequado controlar o grau de microgel por ajustamento do teor em substância seca, o teor em Si02, na alcalinização pelo que um teor em substância seca mais elevado dá um valor S mais baixo. 0 valor S pode ser u

controlado para os valores dados, 8 a 45%, por manutenção, na alcal inização, do teor em SiC>2 na gama de 7 a 4,5 por cento em peso. Para se obterem sóis com valores . S na gama de 10 a 30^ o teor em SiC>2, na alcal inização, é mantido, adequadamente, na gama de 6,8 a 5,5 por cento em peso. O sol ácido tem partículas com uma elevada área superficial específica, superior a 1000 m2/g e, normalmente, na vizinhança de cerca de 1300 m2/g. Após a alcalinização é realizado um crescimento de partícula e, em consequência, uma diminuição da área superficial específica. Assim, após a alcalinização é realizado um processo de crescimento de modo que seja obtida a área superficial específica desejada e esta é, subsequentemente estabilizada por modificação com alumínio. A diminuição desejada na área superficial pode ser obtida por armazenamento à temperatura ambiente durante tempos um pouco mais longos, de um dia até cerca de dois dias e noites, ou por tratamento com calor. No tratamento com calor, os tempos e as temperaturas são ajustadas de modo que sejam utilizados tempos mais curtos a temperaturas mais elevadas. Mesmo que seja possível utilizar temperaturas razoavelmente elevadas durante tempos muito curtos é, de um ponto de vista prático, mais adequado utilizar temperaturas mais baixas durante tempos um pouco mais longos. De um ponto de vista prático, é adequado realizar o tratamento com calor a temperaturas até cerca de 50°C durante tempos mais curtos, até cerca de 2 horas, por exemplo, aquecer o sol a uma temperatura de cerca de 35"C durante cerca de 1 hora. Os sóis preparados desta maneira têm partículas com uma área superficial específica muito elevada na gama de 750 a 1000 m2/g. Para estabilizar esta elevada área superficial especifica, de modo que ela não diminua durante o armazenamento, é realizada uma modificação da superfície. A modificação da superfície, para a estabilização da superfície, é uma modificação com alumínio e é realizada por meio de um aluminato, aluminato de sódio ou potássio, adequadamente, aluminato de sódio. A modificação com alumínio, da superfície das partículas, é realizada de uma maneira conhecida, per se, e até um grau de modificação da superfície de 2 a 25 por cento, particularmente, até um grau de 3 a 20, como afirmado anteriormente. Se o sol, antes da modificação com alumínio, tiver quantidades demasiadamente elevadas de sódio, ele deve ser libertado de um excesso demasiadamente elevado do sódio, o que pode ser feito por permuta iónica. Se for realizada uma permuta ióni-ca, pode ser necessário um ajustamento de pH antes da modificação com alumínio, até um pH superior a 7, de modo a evitar a decomposição do aluminato, na modificação. De acordo com o presente processo, podem ser preparados sóis de sílica tendo teores em substância seca de cerca de 3 a cerca de 15 por cento, em peso, após concentração opcional e os sóis produzidos mostram uma boa estabilidade em armazenamento, i.e. eles podem ser armazenados durante vários meses sem qualquer diminuição substancial da área superficial específica e sem formação de gel.

Os novos sóis, com partículas aniónicas, de acordo com o invento, são particularmente adequados na produção de papel. 0 presente invento refere-se também a esta utilização dos sóis. Como mencionado, na introdução, conhece-se bem a utilização de sóis à base de sílica, em combinação com polímeros catiónicos, na produção de papel, principalmente de forma a melhorar a retenção e a drenagem. Os presentes sóis de sílica são utilizados, de uma maneira correspondente à anteriormente conhecida, para os sóis de sílica com partículas aniónicas e dão, em combinação com polímeros catiónicos, um melhoramento substancial na retenção e desaguamen— to, na produção de papel. São obtidos resultados de retenção e desaguamento muito bons, como um resultado do baixo valor Se da elevada área superficial específica dos sóis. Adicionalmente à estabilização da superfície das partículas de sol, a modificação com alumínio dá, também, uma elevada carga negativa, mantida,

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-8-também a pH ácido, o que não é o caso para os sóis que não tenham sido modificados com alumínio. Isto significa que os sóis podem ser utilizados com um bom efeito em toda a gama de pH de 40 a 10, na produção de papel. 0 desaguamento melhorado também significa que pode ser aumentada a velocidade da máquina de papel e, que além disso, menos água necessita de ser seca na prensa e nas secções de secagem da máquina de papel e, assim, é obtido um processo de produção de papel substancialmente melhorado, a nível económico. A dosagem de sol muitíssimo diminuída, calculada como SiC>2, requerida para se obterem resultados correspondentes aos obtidos com sóis comerciais, deverá ser particularmente mencionada.

Assim, o presente invento refere-se também ao processo de produção de papel tendo as características descritas nas reivindicações. De acordo com o invento, são adequados como polímeros catiónicos, os polímeros que são convencionalmente utilizados na produção de papel, como agente de retenção e/ou de resistência à humidade e eles podem ser naturais, i.e. à base de hidratos de carbono, ou sintéticos. Como exemplos de polímeros catiónicos adequados, podem ser mencionados o amido catiónico, a goma de guar catiónica, as poliacrilamidas catiónicas, as polie-tileno-iminas, as poliamidoaminas e poli(cloreto de dialildimeti— lamónio). Os polímeros catiónicos podem ser utilizados separadamente ou em combinação uns com os outros. Os polímeros catiónicos preferidos são o amido catiónico e a poliacrilamida catiónica. De acordo com uma concretização particularmente preferida, os sóis de sílica são utilizados em combinação com o amido catiónico e com o polímero sintético catiónico e depois, particularmente, com poliacrilamida catiónica. A quantidade de sol de sílica e de polímero catiónico, na produção de papel, de acordo com o presente invento, pode variar dentro de amplos limites dependendo, de entre outras coisas, do tipo de pasta, presença de cargas e outras condições. A quantidade de sol deverá ser, adequadamente, de pelo menos 0,01 kg/t, calculada como SiC>2 em fibras secas e cargas opcionais e está, adequadamente, na gama de 0,05 kg/ton a 5 kg/ton e preferivel- 71 683 Case 3123

-9-mente na gama de 0,1 a 2 kg/ton. 0 sol é adequadamente carregado na pasta com teores em substância seca na gama de 0,1 a 5 por cento, em peso. A quantidade de polímero catiónico é, num elevado grau, dependente do tipo de polímero e dos outros efeitos desejados do polímero. Para os polímeros catiónicos sintéticos é utilizado normalmente, pelo menos, 0,01 kg/ton, calculado como substância seca em fibras secas e cargas opcionais. São utilizadas, adequadamente, quantidades de 0,01 a 3 e preferivelmente de 0,03 a 2 kg/ton. Para os polímeros catiónicos à base de hidratos de carbono tais como o amido catiónico e a goma de guar catiónica, são normalmente utilizadas quantidades de, pelo menos 0,1 kg/ton, calculadas como substância seca em fibras secas e cargas opcionais. Para estes polímeros são, adequqdqmente, utilizadas quantidades de 0,5 a 30 kg/ton e, preferivelmente, de 1 a 15 kg/ton. A razão ponderai de polímero catiónico para sol, calculado como Si02, deve ser, normalmente, de, pelo menos 0,01:1 e adequadamente de, pelo menos, 0,2:1. 0 limite superior para o polímero catiónico é, principalmente, uma questão de economia e de carga. Para os polímeros com menor cationicidade tais como o amido catiónico, sózinho ou em combinação com outros polímeros catiónicos, podem ser, assim, utilizadas quantidades muito elevadas, até uma razão de 100:1 e superior, e o limite é principalmente decidido no que respeita à economia. Para a maioria dos sistemas, as razões adequadas de polímero catiónico para sol, calculado como Si02, estão na gama de 0,2:1 a 100:1. Quando o sol de sílica é utilizado juntamente com uma combinação de amido catiónico e polímero sintético catiónico, e preferivelmente poliacrilamida catiónica, a razão ponderai entre os dois últimos está, adequadamente, no intervalo de 0,5:1 a 200:1 e, preferivelmente, no intervalo de 2:1 a 100:1. Os presentes sóis de sílica podem ser, evidentemente, utilizados na produção de papel em combinação com produtos químicos de papel que são convencionais no fabrico de papel, tais como agentes de hidrofobação, agentes de resistência ao ressequimento, agentes de resistência à humidade, etc. É particularmente adequado utilizar compostos de alumínio em combinação com os presentes sóis e polímeros catiónicos visto que se verificou que os compostos de alumínio podem dar um melhoramento 71 683 Case 3123

adicional na retenção e desaguamento. Pode ser utilizado qualquer composto de alumínio conhecido, per se, para utilização no fabrico de papel, por exemplo, alumén, compostos de polialumínio, aluminatos, cloreto de alumínio e nitrato de alumínio. A quantidade de composto de alumínio pode, também, variar dentro de amplos limites e é adequado utilizar o composto de alumínio numa razão ponderai para o sol, calculado como SiC^depelo menos 0,01:1, onde o composto de alumínio foi calculado como AI2O3. A razão não deve, adequadamente, exceder 3:1 e está preferivelmente no intervalo de 0,02:1 a 1,5:1. Os compostos de polialumínio podem ser, por exemplo, cloretos de polialumínio, sulfatos de polialumínio e compostos de polialumínio contendo iões cloreto e iões sulfato. Os compostos de polialumínio podem conter, também, outos aniões diferentes dos iões cloreto, por exemplo aniões de ácido sulfúrico, de ácido fosfórico, de ácidos orgânicos tais como ácido cítrico e ácido oxálico.

Os sóis de sílica e os polímeros catiónicos podem ser utilizados na produção de papel de diferentes tipos de pastas de fibras contendo celulose e as pastas devem conter, adequadamente, pelo menos 50 por cento, em peso, de tais fibras, calculadas como material seco. Os componentes podem ser, por exemplo, utilizados como aditivos para pastas de fibras de pasta química, tal como pasta de sulfato e sulfito, pasta termomecânica, pasta de refinação mecânica ou pasta de madeira moída, tanto de madeira dura como de madeira macia e podem ser também utilizados para pastas à base de fibras recicladas. As pastas podem conter, também, cargas minerais de tipo convencionais tais como caulino, dióxido de titânio, gesso, cré (chalk) e talco. Os termos papel e produção de papel, que são aqui utilizados incluem, evidentemente, não só o papel mas também outros produtos contendo fibras de celulose na forma de folha ou banda, tais como folhas, cartão e papelão de pasta e a sua produção.

Os sóis podem ser utilizados na produção de papel, numa ampla gama de pH, de cerca de 4 a cerca de 10. Mesmo que possa ser utilizada uma qualquer ordem de adição, prefere-se que o polímero catiónico seja adicionado antes do sol. Se são utiliza- -X ««WH*** 71 683 Case 3123 jUiy Λ

-li dos o amido catiónico e o polímero sintético catiónico, prefere--se que eles sejam adicionados nesta ordem. 0 presente invento é ilustrado adicionalmente nos exemplos seguintes que não têm, contudo, a intenção de o limitar. As partes e percentagens referem-se a partes em peso e percentagens em peso, respectivamente, salvo aviso em contrário.

Exemplo IA - 1L É mostrada nestes exemplos a preparação de sóis, de acordo com o invento. Em todos os exemplos foi utilizado vidro solúvel, silicato de sódio, com uma razão molar de S1O2 para M2O de cerca de 3,5, se não for dada qualquer outra informação, e todas as soluções de aluminato de sódio tinham um teor em AI2O3 de 25¾.

Exemplo IA

Diluiram-se 3 400 g de uma solução de silicato de sódio com um teor em SÍO2 de 24,2¾ com 11 560 g de água (até um teor de 5,5¾). A solução obtida foi então bombeada através de uma coluna cheia com resina de permuta catiónica do tipo Amberlite IR-120. Foram diluídos com água 14 000 g da solução que sofreu permuta iónica, até um teor em S1O2 de 5,20 e alcalinizados com 1 350 g de solução de silicato de sódio com um teor em S1O2 de 5,5¾. 0 teor em SiC>2 na alcalinização foi, assim, de cerca de 5,25¾. A solução foi então tratada com calor durante 40 minutos, a 38’C e, depois, arrefecida até à temperatura ambiente. 0 sol foi, subsequentemente, modificado com alumínio de forma a estabilizar a elevada área superficial. A modificação foi realizada de acordo com o seguinte: a 5 000 g da solução foi adicionada, com agitação, uma resina de permuta iónica, catiónica, saturada com ião hidrogénio, até o pH da solução baixar até cerca de 7,5 e a resina de permuta catiónica foi então separada por filtração. Este tratamento melhora a estabilidade do produto final visto que é obtido um teor em sódio mais baixo. A solução foi aquecida a 35'C e foram, então, adicionados 56,55 g da solução de aluminato de sódio. Antes de ser utilizado, o aluminato tinha sido diluído com 443,5 g de água. -12-J/fiL . 'í 71 683 Case 3123

Após completada a adição do aluminato, o sol A obtido tinha partículas com uma área superficial específica de cerca de 910 m^/g e a área superficial tinha uma boa estabilidade. 0 valor S para o sol era de 32. 0 grau de modificação com alumínio era 10¾ e o valor do pH era cerca de 9,5.

Exemplo 1B 0 sol Ά modificado com alumínio, preparado, foi tratado de forma a se obter o correspondente sol com um grau mais elevado de modificação com alumínio. A 1 000 g de sol A foi adicionada, com agitação, uma resina de permuta iónica IR-120 até o valor do pH diminuir para cerca de 7,5. Isto foi feito de modo que o valor de pH, na modificação com alumínio, não fosse demasiadamente elevado e conduzisse a uma estabilidade enfraquecida. A resina de permuta iónica foi separada por filtração, a solução foi aquecida a 35°C e, depois, foram adicionados, durante 45 minutos, 6,60 g de solução de aluminato de sódio. A solução de aluminato foi diluída com 58,4 g de água antes de ser adicionada.

Assim, o sol B obteve um grau mais elevado de modificação com alumínio que o do sol A, nomeadamente 15^ mas, fora isso, correspondia ao sol A.

Exemplo 1C

J

Diluiram-se com 8 800 g de água, 3 400 g de solução de silicato de sódio, com um teor em Si02 de 24,2¾ (até um teor em SiC>2 de 6,74¾) .

Esta solução sofreu permuta iónica, numa coluna, de acordo com o Exemplo IA, até um pH de cerca de 2,5.

Foram diluídos com água 11 000 g da solução que sofreu permuta iónica, até um teor em Si02 de 6,54¾ e alcalinizados com 1 100 g de solução de silicato de sódio, com um teor em Si02 de 6,74¾. Assim, o teor em Si02, na alcalínização, era de cerca de 6,55¾. 0 tratamento com calor foi realizado como no Exemplo IA.

Foram modificados com alumínio 5 000 g do sol, como no Exemplo IA. 71 683 Case 3123

-13- A quantidade de aluminato de sódio que foi adicionada foi, neste exemplo, de 69,4 g e tinha sido diluída com 580,6 g de água, antes da adição. 0 sol C obtido tinha partículas com uma área superficial especifica de 894 m2/g e um valor S de 13¾. 0 grau de modificação com alumínio era 10¾.

Exemplo 1D

Baixou-se o pH de 1 000 g do sol C por meio de resina de permuta iónica, catiónica, da mesma maneira que no Exemplo 1B.

Quando a resina de permuta iónica foi separada por filtração, a solução foi aquecida a 35°C e foram, então, adicionados, com agitação, 7,4 g de solução de aluminato de sódio. A solução de aluminato foi diluída, antes da adição, com 67,6 g de água. Assim, o grau de modificação com alumínio atingiu 15¾.

Exemplo 1E

Uma solução de silicato de sódio foi diluída com água e sofreu permuta iónica numa coluna, de forma a ser obtido um sol com um teor em SiC>2 de 5,23¾. A 4 000 g desta solução foram adicionados 415 g de solução de silicato de sódio, com um teor em SÍO2 de 5,25¾. A solução alcalinizada foi tratada com calor a 40°C durante 40 minutos e, depois, imediatamente arrefecida. j A superfície foi, então, estabilizada por meio de modificação com alumínio, da mesma maneira que foi anteriormente descrita A 2 000 g de sol, foram adicionados 23,9 g de solução de aluminato, que tinha sido diluída com água até 240 g. 0 sol obtido tinha partículas com uma área superficial específica de 863 m2/g, um valor S de 32¾ e um grau de modificação com alumínio de 10¾.

Exemplo 1F

Da mesma maneira que no Exemplo 1E, uma solução de silicato de sódio sofreu permuta iónica de modo que o teor em SiC>2 do sol ácido atingiu 6,30¾. A 4 000 g desta solução foram adicionados 499,7 g de solução

71 683 Case 3123 —14— de vidro solúvel com um teor em S1O2 de 5,25¾. Na alcalinização, o teor em SiG2 era assim de 6,18¾. 0 sol foi tratado com calor da mesma maneira que no Exemplo 1E. 0 sol foi então modificado com alumínio, da mesma maneira que no Exemplo 1E, e foram, assim, adicionados a 2 000 g de sol, 28,6 g de solução de aluminato, diluída com água até 280 g.

As partículas, no sol F resultante, tinham uma área superficial específica de 873 m^/g e o sol tinha um valor S de 21¾. O grau de modificação com alumínio foi de 10¾

Exemplo 1G

Foram retirados 1 000 g de sol F após o tratamento, com calor, mas antes da modificação com alumínio.

Este sol foi modificado com alumínio de acordo com o mesmo processo, mas também um grau mais baixo de modificação. A 1 000 g de sol só foram adicionados 7,1 g de solução de aluminato de sódio, que tinha sido diluída com 62,9 g de água antes da adição. 0 sol obtido tinha um grau de modificação com alumínio de 5¾.

Exemplo 1H A 1 000 g do sol F preparado foi adicionada uma resina de permuta iónica {Amberlite IR-120) até um pH de cerca de 7,5 e a resina de permuta iónica foi então separada por filtração. J A modificação com alumínio foi, então, continuada. Nesta altura foram adicionados 7,0 g de solução de aluminato diluída com 63 g de água, de modo que o sol H final tinha um grau de modificação com alumínio de 15¾.

Exemplo 1J

Uma solução de vidro solúvel com uma razão de Si02 para M20 de 3,53 foi diluída até um teor de 7,05¾ e sofreu permuta iónica numa coluna. A 4 000 g de sol ácido que tinha sido produzido na permuta iónica, foram adicionados 376,1 g de água e 392,4 g de solução de vidro solúvel com um teor de 7,05¾.

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-15- A solução alcalinisada foi deixada amadurecer à temperatura ambiente durante uma noite. A elevada área superficial foi então estabilizada por meio de modificação com alumínio. A 2 000 g do sol foram adicionados 31,4 g de aluminato de sódio que tinha sido diluído com 268,6 g de água, antes da adição. 0 sol J obtido tinha partículas com uma área superficial especifica de 962 m2/g e um valor S de 12¾ e um grau de modificação com alumínio de 10¾.

Exemplo 1K 0 sol alcalinizado e tratado com calor, mas não modificado com alumínio, de acordo com o Exemplo 1J, foi modificado com alumínio neste Exemplo até um grau mais baixo de modificação. A 2 000 g do sol foram adicionados 15,7 g de solução de aluminato de sódio que tinha sido diluída com 134,3 g de água, antes da adição. Assim, foi obtido um grau de modificação com alumínio de 5¾.

Exemplo 1L

Uma solução de vidro solúvel foi diluída e sofreu permuta iónica numa coluna grande, de modo que foram obtidos 930 kg de sol com um teor em SiO-> de 6,24¾. A este foram adicionados 66 kg £λ

J de água e 26 kg de solução de vidro solúvel, com um teor em SÍO2 de 23,4¾. A solução foi tratada com calor à temperatura ambiente durante uma noite. 0 sol sofreu permuta iónica numa coluna de permuta iónica e, após ajustamento do pH, foi modificado com alumínio num recipiente de reacção, por adição de aluminato de sódio. A quantidade da solução de aluminato era 7,2 kg e tinha sido diluída com 22,8 kg de água, antes da adição. 0 tempo total para o carregamento foi 4 horas. 0 sol obtido tinha partículas com uma área superficial específica de 828 m2/g, um valor S de 25¾ e um grau de modificação da superfície, com alumínio, de 5¾.

Exemplo 2a) - 2f)

Nos testes seguintes foram avaliados os novos sóis, para a produção de papel, em combinação com polímeros catiónicos.

As propriedades de retenção foram avaliadas por meio de um 71 683 Case 3123

Britt Dynamic Drainage Jar a 800 rpm. Este é o método de teste convencional, para a retenção, na indústria de papel. 0 desaguamento foi avaliado num Canadian Standard Freeness (CSF) Tester, de acordo com SCAN-C 21:65. Os produtos químicos foram adicionados a um Britt Dynamic Drainage Jar, com uma saída bloqueada, a 800 rpm durante 45 segundos e o sistema concentrado foi então transferido para o aparelho de libertação ("freeness"). Os resultados de desaguamento são dados como ml CSF.

Exemplo 2a)

Neste exemplo a pasta foi preparada a partir de 60¾ de pasta de sulfato, de bétula, branqueada e 40¾ de pasta de sulfato, de pinheiro, branqueada. Foi adicionado à pasta, como carga, 30¾ de cré e esta foi então diluída até uma concentração de 5 g/1.

Depois foi adicionado 1 g/1 de Na2S04.1QH20. Ά pasta tinha uma fracção de resíduos finos de 37,2¾ e um pH de 7,5.

J

Como polímero catiónico, foram utilizados sózinhos ou em combinação, o amido catiónico (AC) com um grau de substituição de 0,042 e a poliacrilamida catiónica (ΡΆΜ) com uma carga média-alta e um peso molecular razoavelmente elevado. No exemplo foi utilizado sol G, de acordo com o Exemplo 1. Foi utilizado como comparação um sol de ácido silícico modificado com alumínio com uma área superficial especifica de 500 m^/g, como descrito no pedido de patente PCT W086/00100. Os produtos químicos foram adicionados na ordem: amido catiónico, poliacrilamida catiónica, sol e foi avaliada a retenção. Todas as quantidades na Tabela a seguir são dadas com base no sistema concentrado, seco. (SEGUE TABELA) 71 683 Case 3123 -17 AC PAM Sol G Sol comer- % de Retenção kq/t_kq/t_kq/t_ciai kq/t_ - - - - 18,0 10 35,9 0,3 53,5 10 0,3 51,7 10 0,5 61,2 10 1,0 79,2 10 0,5 47,9 10 1,0 60,1 10 0,3 0,5 71,1 10 0,3 1,0 86,7 10 0,3 0,5 61,8 10 0,3 1,0 70,7

J

Este exemplo mostra o melhoramento considerável na retenção, com um sol contendo partículas tendo uma elevada área superficial específica e um baixo valor S, de acordo com o presente invento, em comparação com um sol comercial com uma área superficial mais baixa. Na utilização de 10 kg/ton de amido catiónico e 0,5 kg/ton de sol, a retenção é aumentada de 47,9 para 61,2%, e com 1,0 kg/ton de sol a retenção é aumentada de 60,1 para 79,2%. Se for, também, incluído 0,3 kg/ton de poliacrilamida catiónica, a retenção é aumentada de 61,8 para 71,1%, numa dosagem de sol de 0,5 kg/ton, e de 70,7 para 86,7, numa dosagem de sol de 1,0 kg/ton.

Somente 0,3 kg/ton de poliacrilamida catiónica dão uma retenção de 53,5% e se forem adicionados, adicionalmente, 10 kg/ton de amido catiónico, a retenção é diminuída para 51,7%. Contudo, por utilização de uma combinação dos dois polímeros com o sol, é obtido um efeito inesperadamente elevado.

Exemplo 2b

Neste exemplo foi avaliado o efeito de desaguamento para os sóis A, B, C e D. A pasta era uma mistura de 60% de pasta de sulfato, de bétula, branqueada e 40% de pasta de sulfato, de pinheiro.

71 683 Case 3123 -18- branqueada. & pasta foi adicionado como carga 30¾ de cré. Esta pasta foi então diluída até uma concentração de 3 g/1 e depois foi adicionado 1 g/1 de Na2S0^.ΙΟΗ^Ο. O pH da pasta era 7,5 e a capacidade de desaguamento era 380 ml CSF. Foi utilizado, como polímero catiónico, o amido catiónico com um grau de substituição de 0,038 e este foi adicionado em primeiro lugar, seguido pelo sol. Foi utilizado, como referência, o mesmo sol de sílica modificado com alumínio com uma área superficial específica de 500 m2/g, como no Exemplo 1.

Foram obtidos os resultados seguintes: u AC Sol A Sol B Sol C Sol D Sol comercial CSF kg/t kg/t kg/t kg/t kg/t kg/t ml 8 - - - 420 8 0,5 510 8 1,0 610 8 1,5 640 8 0,5 500 8 1,0 620 8 1,5 660 8 0,5 490 8 1,0 580 8 1,5 600 J 8 0,5 510 8 1,0 600 8 1,5 635 8 0,5 470 8 1,0 530 8 1,5 570 Como é evidente, todos os sóis de A a D são maís eficazes que o sol comercial com uma área superficial de 500 m2/g.

Exemplo 2c

Os sóis E, F, G e H foram avaliados no mesmo sistema concentrado, que no Exemplo 2b. Contudo, a quantidade de pasta foi um pouco agitada de modo que o valor de libertação fosse de 310 ml 71 683 Case 3123

—19— CSF, antes da adição de amido catiónico. Na adição de apenas 5 kg/ton de amido catiónico, o valor de libertação foi de 360 ml CSF. Em todos os testes mostrados abaixo,o amido catiónico, o mesmo que no Exemplo 2a, foi adicionado numa quantidade de 5 kg/ton e foi adicionado antes do sol. Foi utilizado como referência o mesmo sol comercial, que nos Exemplos anteriores.

Sol Sol Sol Sol Sol co- CSF E F G H mercial ml kq/t_kq/t_kq/t_kq/t_kq/t_ 0,25 405 0,5 415 0,25 420 0,5 430 0,25 425 0,5 445 0,25 395 0,5 415 0,25 375 0,5 400

Como é evidente a partir deste exemplo, a dosagem dos novos sóis pode ser reduzida a metade da quantidade, em comparação com o sol comercial, e ter ainda resultados tão bons quanto os deste ou ainda melhores.

Exemplo 2d

Para se estudar o efeito dos novos sóis com elevada área superficial específica, num pH ácido, foi preparada uma pasta a partir de 60¾ de pasta de sulfato, de bétula, branqueada e 40¾ de pasta de sulfato, de pinheiro, branqueada, sem adição de carga. 0 pH foi ajustado a 5,3 com ácido sulfúrico diluído e a pasta foi diluída até uma concentração de 3 g/1. Ά pasta assim obtida foi adicionado 0,5 kg/ton de alumén, calculado como A^ÍSO^g.I8H2O. Foi utilizado, como polímero catiónico, o amido catiónico (AC) com um grau de substituição de 0,035, em combinação com a poli-etileno-imina (PEI). 0 sol foi o sol L e foi utilizado como referência o mesmo sol comercial que anteriormente. Sem a adição 71 683 Case 3123

-20 de produtos químicos a pasta tinha um valor CSF de 200 ml. AC PEX Sol L So1 comer- CSF kcr/t kg/t kg/t ciai kcr/t ml 5 0,25 215 5 0,25 0,75 310 5 0,25 0,75 260

Exemplo 2 e

Neste teste foi investigado o efeito de desaguamento utilizando diferentes polímeros sintéticos catiónicos e amido catiónico (AC) conjuntamente com o sol L. Foi utilizado como referência o mesmo sol comercial que anteriormente. Neste exemplo foi utilizada uma pasta de madeira molda tendo uma concentração de 3 g/1 e um pH de 7,8. 0 valor de libertação para a pasta, sem a adição de produtos químicos, foi de 180 ml CSF. Os polímeros sintéticos catiónicos foram a poliacrilamida catiónica (PAM), o poli(cloreto de dialildimetilamónio) (Poli(CDADMA)) e a poliami-doamina catiónica (PAA).

J AC kg/t PAM kg/t Poli(CDADMA) kg/t PAA kg/t Sol L kg/t Sol comercial kg/t CSF ml 6 240 6 0,3 310 6 0,3 295 6 0,3 285 6 1,0 395 6 1,0 330 6 0,3 1,0 500 6 0,3 1,0 395 6 0,3 1,0 455 6 0,3 1,0 345 6 0,3 1,0 425 6 0,3 1,0 340

Como é evidente foi obtido um melhoramento inesperado quando foram utilizados sóis em combinação quer com amido catiónico quer com um polímero sintético catiónico.

71 683 Case 3123 -21-

Exemplo 2f

Neste exemplo foi investigado o efeito de desaguamento para uma pasta de madeira moída a um pH ácido. 0 pH da pasta era 5,2, a sua concentração era 3 g/1 e à pasta tinham sido adicionados 2 ο kg/t de alumén. calculado como AI2(804)3.I8H2O . Esta pasta tinha um valor CSF original de 185 . Foi utilizado. como polímero ca- tiónico. um amido catiónico (AC) com um grau de substituição de 0,045, sozinho e em combinação com a poliacrilamida catiónica (PAM), que foi a mesma que a do Exemplo 2a). 0 polímero catiónico foi adicionado antes do sol que, neste caso. foi 0 sol L. Foi utilizado como comparação 0 mesmo sol comercial que anterior- mente. CS PAM Sol L Sol comer- CSF kg/t kg/t kg/t ciai kg/t ml 5 0,75 345 5 1,0 365 5 0,5 375 5 0,75 395 5 0,2 0,5 400 5 0,2 0,75 430 5 0,2 0,5 470 5 0,2 0,75 500

Estes testes mostram as boas propriedades dos novos sóis em pastas ácidas, a baixa dosagem requerida para alcançar resultados muito bons e, também, o efeito muito bom que é obtido quando os sóis são combinados com um polímero catiónico natural e com um sintético.

REIVINDICAÇÕES 1 - Processo de produção de um sol de sílica, o qual tem um valor S no intervalo de 8 a 45 por cento e contém partículas de sílica tendo uma area superficial específica na gama de 750 a 1000 m2/g, as quais são modificadas à superfície com alumínio até um grau de 2 a 25 por cento; caracterizado por compreender a acidificação de uma solução de vidro solúvel a um pH na gama de 1 a 4, a alcalinização do sol ácido obtido até um teor em SiC>2 na gama de 7 a 4,5 por cento em peso, o crescimento das partículas do sol até uma área superficial específica na gama de 750 a 1000 m2/g e a modificação com alumínio. 2 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as partículas de sílica terem uma área superficial especifica no intervalo de 800 a 950 m2/g. 3 - Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por o valor S do sol estar no intervalo de 10 a 30 por cento. 4 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a alcalinização ser realizada por meio de uma solução de vidro solúvel. 5 - Processo de produção de papel a partir de uma suspensão de fibras contendo celulose, e cargas opcionais, sendo adicionados, à suspensão, um polímero catiónico e um sol de sílica anió-nico e sendo a suspensão formada e desaguada numa rede,caracteri— zado por ser adicionado à suspensão um polímero catiónico e um sol que tem um valor S na gama de 8 a 45 por cento e que contém partículas de sílica com uma área superficial específica na gama de 750 a 1 000 m2/g, as quais são modificadas à superfície com alumínio até um grau de 2 a 25 por cento. 6 - Processo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por o sol ter um valor S na gama de 10 a 30 por cento. 7 - Processo de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizado por as partículas de sol de sílica terem uma área superficial específica na gama de 800 a 950 m2/g.

Claims

-23- 71 683 Case 3123
8 - Processo de acordo com a reivindicação 5, 6 ou 7, carac-terizado por ser adicionado à suspensão, um sol e um polímero catiónico que é o amido catiónico ou a políacrilamida catiónica.
9 - Processo de acordo com a reivindicação 5, 6 ou 7, carac-terisado por ser adicionado à suspensão, um sol, um amido catiónico e um polímero sintético catiónico.

Por EKA NOBEL AB - 0 AGENTE OFICIAL -

O ADJUNTO

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