TWI232204B - Silica-based sols - Google Patents

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1232204 A7 __B7 _ 五、發明說明（/) 本發明一般係關於包括一種含氮有機化合物之以砂石 爲主之溶膠’該溶膠適合作爲造紙中之排水和保留助劑。 更詳而言之，本發明係關於以矽石爲主的溶膠、一種製備 以矽石爲主之溶膠的方法、及一種造紙之方法，其中以矽 石爲主之溶膠作爲添加劑使用。 背景 在造紙技藝中，含有纖維素纖維、以及選擇性塡充物 和添加劑的水性懸浮物，稱做原料(stock)，被進料到一個 料箱中，其將原料噴射至成形網上。水從原料中經過成形 網被排水，使得在該網上形成紙張的濕纖維網，並且該紙 張網被進一步脫水，且在造紙機的乾燥段乾燥。排水及保 留助劑被習慣地導入原料中，以加速排水，及增加細顆粒 吸附在纖維質纖維，使得其與纖維被保留在網上。 以矽石爲主的顆粒與帶電有機聚合物(像是陰離子及陽 離子之以丙烯基醯胺爲主的聚合物以及陽離子和兩性澱粉 類)組合，廣泛地作爲排水及保留助劑。此類添加劑系統被 揭示於美國專利第 4,388，150 ; 4,961，825 ; 4,980,025 ; 5,368,833 ; 5,603,805 ; 5,607,5525,858，174 以及 6，103,064 號 中。這些系統是在目前使用當中之最有效的排水及保留助 劑。 適合使用於排水及保留助劑之以矽石爲主的顆粒一般 是以膠體水懸浮液的形式(所謂的溶膠)來供應。商業上所 用之以矽石爲主的溶膠通常具有矽石含量約7至15重量％ 且包含比表面積爲至少300平方公尺/克的顆粒。具有較 4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

1232204 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（>) 高比表面積的以矽石爲主之顆粒的溶膠通常較稀，以改進 儲存穩定性及防止凝膠的形成。 能夠提供具有進一步改良排水和保留效能且甚至較佳 穩定性之以矽石爲主之溶膠是有利。其能夠提供一種備顯 現改進之排水、保留及穩定性質的以矽石爲主之溶膠的方 法也是有利的。能夠提供具有改進之排水及/或保留作用 的造紙方法也是有利的。 本發明 根據本發明，提供胺穩定之以矽石爲主的溶膠，其適 合做爲造紙的排水及保留助劑使用。如使用於本文中，術 語”排水及保留助劑”係指一或多個成份(助劑、試劑或添加 劑），當其被添加於造紙原料中時，產生之排水及/或保留 作用優於不添加該一或多個之成份時所得的排水及/或保 留作用。本發明以胺穩定之以矽石爲主的溶膠當與帶電荷 之有機合物一起使用時產生改良之排水及/或保留作用。 藉此本發明可能增加造紙機之速度及使用較低劑量之添加 劑產生相當之排水及/或保留效果，藉以導致一種改良的 造紙方法以及經濟效益。本發明之以矽石爲主的溶膠在經 過一段延長的時間顯示極好的穩定性，特別是高表面積的 穩定性以及對膠凝作用的高穩定性，及因此其可以高比表 面積以及高矽石濃度來製備及運輸。該等溶膠具有保持高 矽石濃度儲存時之高比表面積的改良能力。 本發明因此係關於包括一種有機含氮化合物之以矽石 爲主的溶膠，該溶膠之製備及其用途，如所附申請專利範 5 -------------------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1232204 經濟部智慧財產局員工消費合泎杜印製 A7 B7 五、發明說明（3 ) 圍中進一步所定義者。本發明也關於包括一種從包含纖維 質纖維及選擇性塡充物的水溶性懸浮液造紙的方法，其包 括將包括有機含氮化合物及至少一個帶電有機聚合物之以 矽石爲主的溶膠添加至懸浮液中，在網上形成及排水懸浮 液，如所附申請專利範圍中進一步所定義的。 根據本發明之以矽石爲主的溶膠爲水溶膠，其包含陰 離子性以矽石爲主的顆粒，即以Si〇2或矽酸爲主的顆粒。 包括膠態矽石，不同類型的聚矽酸，聚矽酸鹽微凝膠，膠 態硼矽酸鹽，鋁-改質之矽石或矽酸鋁，聚鋁矽酸鹽微凝膠 ，和其混合物。該顆粒較佳爲膠態的，即顆粒尺寸在膠態 範圍，且較佳爲較佳無定形或基本上爲無定形。以矽石爲 主的顆粒適合具有平均顆粒尺寸低於約50毫微米，較佳爲 低於約20毫微米及更佳在從約1至約10毫微米的範圍內 。一如習用於矽石化學中，顆粒尺寸係指主要顆粒的平均 尺寸，其可爲凝集或非凝集的。 該等根據本發明以矽石爲主的溶膠包含有機含氮化合 物，例如一種選自一級胺、二級胺、三級胺和四級胺的胺 ，後者也指如四級銨化合物。胺可爲芳族，也就是包含一 或以上的芳基，或脂族；脂族胺通常爲較佳者。含氮化合 物較佳爲水溶性或水分散性。胺可爲不帶電或陽離子性。 陽離子胺的例子包括一級，二級和三級胺的酸加成鹽及較 佳四級銨化合物和他們的氫氧化物。有機含氮化合物通常 具有1，000以下之分子量，合適爲500以下和較佳爲300以 下。較佳，使用低分子量有機含氮化合物，例如該等有最 6 ^7氏張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) _ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

I 1T---------_ 1232204 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（中） 多可達25個碳原子，合適地最多可達20個碳原子，較佳 從2到12個碳原子和最佳從2到8個碳原子之化合物。在 較佳具體實施例中，有機含氮化合物具有一個或以上的含 氧取代基，例如具有於羥基及/或烷氧基的形式之氧。這 個類型的較佳取代基的例子包括羥基烷基，例如乙醇基， 及甲氧基和乙氧基。有機含氮化合物可包括一個或以上的 氮原子，較佳一或二個。較佳胺包括該等具有pKa値至少 6，合適爲至少7和較佳爲至少7.5者。 適當一級胺類(也就是具有一個有機取代基之胺類）的 例子，包括烷基胺類，例如丙胺，丁胺，環己胺，烷醇胺 類，例如乙醇胺，和烷氧基烷胺類，例如2-甲氧基乙胺。 適當二級胺類(也就是具有二個有機取代基之胺類）的例子 包括二烷基胺類，例如二乙胺，二丙基胺和二_異丙胺，二 醇胺’例如二乙醇胺和吡咯啶。適當三級胺類(也就是具有 三個有機取代基之胺類)的例子包括三烷基胺類，例如三乙 胺，二烷醇胺類，例如三乙醇胺，N，N-二烷基烷醇胺類， 例如N，N-二甲基乙醇胺。適當的四級胺，或四級銨化合物( 也就是具有四個有機取代基之胺類)的例子包括四烷醇胺類 ’例如氯氧化四乙醇銨及氯化四乙醇銨，二者皆具有烷醇 胺^院基取代基之四級胺類或銨化合物類，例如氫氧化甲 基三乙醇銨和氯化甲基三乙醇銨物，N，N-二烷基醇胺類， 例如氫^化二甲基二乙醇銨和氯化二甲基二乙醇銨， N，N，N-二燒基醇胺類，例如氫氧化膽素和氯化膽素， N，N，N-一院基节基胺類，例如氫氧化二甲基可可苄基銨和 ----------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) tr---------_

1232204 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（t) 氯化二甲基可可苄基銨，四烷銨鹽類，例如氫氧化四甲鏡 ，氯化四甲銨，氫氧化四乙基銨，氯化四乙基銨，氫氧化 四丙銨，氯化四丙基銨，氫氧化二乙基二甲基銨，氯化二 乙基二甲基銨，氫氧化三乙基甲基銨和氯化三乙基甲基錢 。適當二胺的例子包括胺基烷基烷醇胺類，例如胺乙基乙 醇胺，六氫吡啡和具有一個或二個之1到4個碳原子的低 級烷基的氮取代六氫吡啡。較佳有機含氮化合物的例子包 括三乙醇胺，二乙醇胺，二丙胺，胺基乙基乙醇胺，2-甲 氧基乙胺，N，N-二甲基乙醇胺，氫氧化膽素，氯化膽素， 氫氧化四甲銨，氫氧化四乙基銨和氫氧化四乙醇銨。 以矽石爲主的溶膠的Si02對N的莫耳比通常是從1 : 1到50 : 1，合適爲從2 : 1到40 : 1和較佳從2.5 : 1到25 ：1 ° 本發明胺改良之以矽石爲主的水溶膠之比表面積適合 於至少90平方公尺/克水溶膠，亦即以水溶膠之重量爲基 礎，較佳爲至少100平方公尺/克水溶膠，更佳至少爲 115平方公尺/克水溶膠及最佳至少爲150平方公尺/克 水溶膠。通常所得水溶膠之比表面積可高至約300平方公 尺/克水溶膠，適合爲高至250平方公尺/克水溶膠，較 佳爲高至240平方公尺/克水溶膠。 在以矽石爲主的顆粒之比表面積適合爲至少300平方 公尺/克Si02，亦即以Si02之重量爲基礎，較佳爲至少 400平方公尺/克Si02a最佳爲至少爲550平方公尺/克 Si〇2，特別是至少700平方公尺/克Si02。通常顆粒之比 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------IT---------. 8 1232204 經濟邹智慧財產局員X消費合阼；ώ印製 A7 B7 五、發明說明（t) 表面積可高至1700平方公尺/克Si02。在本發明之一個較 佳具體實施例中，以矽石爲主的顆粒之比表面積爲高至約 1000平方公尺/克Si02，適合爲約550至950平方公尺/ 克Si02。在本發明之另一較佳具體實施例中，以矽石爲主 的顆粒之比表面積爲從約1000至1700平方公尺/克Si02 ，適合爲1050至1500平方公尺/克Si〇2。 例如:由西爾斯(Sears)在分析化學(Analytical Chemistry) 第28卷(1956).·第12卷，第1981-1983頁中、以及在美國專 利第5，176,891號中所敘述，在適當的移除或調整存在於樣 本中會干擾滴定的有機含氮化合物及任何其他化合物，像 是鋁及硼的物種之後，比表面積可以已知的方式藉著 NaOH滴定而測得。當以每克水溶膠平方公尺來表示時， 比表面積代表每克以矽石爲主之水溶膠可得的比表面積。 當以每克矽石的平方公尺來表示時，該比表面積代表存在 於溶膠中之以矽石爲主顆粒的平均比表面積。 以矽石爲主之溶膠通常具有在10至60%範圍內之S-値，適合爲從15至50%且較佳爲從15至40%及最佳是從 20至35%。該S-値可如艾勒(Her)以及道爾頓(Dalton)在物 理化學期刊(J. Phys. Chem.)第60冊(1956)第955至957頁中 所敘述地測量及計算。該S-値，其由以矽石爲主之溶膠之 矽石濃度、密度及黏度產生，可指示顆粒凝集或顆粒間吸 引之程度且較低S-値指示較高程度之凝集。 以矽石爲主的溶膠具有至少3重量％之矽石含量，但 是更適合爲矽石含量在從10至60重量％及較佳爲從12至 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -- 1Τ---------_ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1232204 A7 ____Β7 五、發明說明（9 ) 40重量％的範圍內。爲了減少儲存不便性及簡化運輸以及 減少運送費用，通常較佳的是運送高濃度之以矽石爲主的 溶膠，但是當然其爲可能且通常較佳在使用之前，稀釋以 矽石爲主的溶膠至實質較低矽石的含量，例如矽石含量在 從0.05至5重量％的範圍內，以改進與最終成份的混合。 以矽石爲主之溶膠的黏度可視例如溶膠之矽石含量， 以矽石爲主之顆粒之比表面積及所使用之有機含氮化合物 而變化。通常，黏度至少1.5厘泊(cP)，一般是在從2至 100厘泊的範圍內，適當爲從2至70厘泊且較佳爲從2.5 至40厘泊。適合在具有矽石含量至少10重量％之溶膠上 所測量的黏度，可藉著已知的技術測量，例如使用布魯克 菲爾德(Brookfield) LVDV 11+黏度計。根據本發明以矽石爲 主的溶膠之pH通常從7至14，適當爲8至13及較佳爲9 至12。 本發明之以矽石爲主的溶膠較佳爲穩定的。如使用在 本文中，術語”穩定之以矽石爲主的溶膠”係指當在20°C下 、黑暗中並且不攪拌的條件下儲存或老化一個月時，顯示 黏度的增加少於100厘泊之以矽石爲主的溶膠。當溶膠受 到上述的條件時，如果有任何的黏度增加，其適當地的是 少於50厘泊且較佳地是少於30厘泊。 除了含氮化合物之外，根據本發明之以矽石爲主的溶 膠亦可具有其他元素，例如鋁和硼。該等元素可分別由於 使用含鋁含硼化合物之質之結果而存在。如果使用鋁，該 溶膠可具有Si02對Al2〇3的莫耳比是從4 : 1至1500: 1的 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ________訂_________ 10 1232204 A7 B7 五、發明說明（斤） 範圍內，適當爲從8:1至1000:1，並且較佳是從15:1至 500:1。如果使用硼，該溶膠可具有Si〇2對B的莫耳比是 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 從4:1至1500:1的範圍內，適當地是從8:1至1000:1，並 且較佳的是從15:1至500:1。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 根據本發明之以矽石爲主的水溶膠可藉由將含氮化合 物，例如任何上述之一且具有上述特性者，合倂至以矽石 爲主的溶膠中，選擇性地接著濃縮該以矽石爲主的溶膠而 產生。欲使用之以矽石爲主的溶膠適合包含陰離子性以矽 石爲主的顆粒。較佳顆粒爲膠態及無定形或基本上無定形 。該以矽石爲主之顆粒的比表面積適當爲至少爲300平方 公尺/克Si02，亦即以Si02之重量基礎，較佳爲至少400 平方公尺/克Si02，更佳爲至少550平方公尺/克Si〇2， 顯著爲至少700平方公尺/克Si02。通常，顆粒之比表面 積可高至約1700平方公尺/克Si02。在本發明的一個較佳 具體實施例中，該以矽石爲主之顆粒的比表面積爲高至約 1000平方公尺/克Si02，適合爲從550至950平方公尺/ 克Si02。在本發明的另一個較佳具體實施例中，該以矽石 爲主之顆粒的比表面積從約1000至1700平方公尺/克 Si〇2，適合爲從1050至1500平方公尺/克Si02。被使用於 本方法中之以矽石爲主的溶膠通常具有在10至60%，適 合爲15至50%，較佳爲15至40%且最佳爲20至35%範 圍內之S-値。 被使用於本方法中之以矽石爲主的水溶膠具有在1至 11範圍之pH。在本發明一較佳觀點中，被使用之以矽石爲 11 太鉍接钇疮垴田由圇圇宕煙進玥炊πΐίΊ X 9Q7八笤、 1232204 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 A7 B7 五、發明說明（y) 主的水溶膠的pH在1至4之範圍，通常酸性以矽石爲主的 溶膠或聚矽酸。在本發明另一較佳觀點中，被使用之以矽 石爲主的水溶膠的pH在4至11之範圍，適合爲從7且最 佳爲從8至11.0，較佳高至10.5。 酸性以矽石爲主的溶膠可從習用的水溶性矽酸鹽溶液( 像是鹼性水玻璃，例如鉀或鈉水玻璃，較佳爲鈉水玻璃)開 始製備。在矽酸鹽溶液或水玻璃中的Si02對M20莫耳比， 其中Μ爲鹼金屬離子，例如鈉、鉀、銨或其混合物，適合 在從1.5:1至4.5:1的範圍內，較佳是從2.5:1至3.9:1及pH 通常爲約13或高於13。適當地使用稀釋矽酸鹽溶液或水 玻璃，其可具有從約3至約12重量％，較佳是從約5至約 10重量％之Si02含量。矽酸鹽溶液或水玻璃一般被酸化至 從約1至約4之pH。酸化可在已知的方式中以添加礦物酸 (例如硫酸、鹽酸及磷酸)或選擇性與已知適於酸化水玻璃 的其他化學品（例如硫酸銨以及二氧化碳)來進行。然而， 較佳酸化係藉由酸陽離子交換劑進行，其特別導致較穩定 的產物。酸化較佳藉由強酸陽離子交換樹脂(例如磺酸類) 進行。較佳酸化進行到從約2至4，最佳是從約2.2至3.0 之pH。所得的酸溶膠或聚矽酸包含具有高比表面積，一般 是高於1000平方公尺/克Si02S通常約1300至1500平方 公尺/克Si02之以矽石爲主的顆粒。酸性以矽石爲主的溶 膠亦可藉由鹼性以矽石爲主的溶膠之酸化作用而製得，例 如經由如上所述之酸化作用。 然後將有機含氮化合物合倂至酸溶膠中，可選擇性與 12 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 奢1——訂--------导_ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1232204 經齊部智慧財4咼員Χ-消費合阼f£印製 A7 B7 五、發明說明（/ϋ) 鹼，例如氫氧化鋰，氫氧化鈉，氫氧化鉀和氫氧化銨，或 如上述定義之水矽酸鹽溶液組合。有機含氮化合物和鹼可 同時地、分開地或在以摻和物或連續地加入，例如加入含 氮化合物接著加入鹼。有機含氮化合物的量通常爲致使獲 得上述Si02對氮(Ν)的量。有機含氮化合物改質之以矽石爲 主的溶膠之pH値通常從7到13，合適爲從8到12.5和較 佳從9到12。 在本發明的一個較佳具體實施例中，在合倂有機含氮 化合物之後獲得以矽石爲主之溶膠被進一步濃縮。濃縮可 在已知方法中進行例如，藉由滲透法，蒸發和超濾。濃縮 合適地進行至產生至少10重量％，較佳從10到60重量％ ，和更佳從12到40重量％之矽石含量。通常進一步進行 濃縮以使在該方法獲得之以矽石爲主之溶膠具有至少90平 方公尺/克水溶膠之比表面積，也就是，以水溶膠重量爲 基礎，合適爲至少100平方公尺/克水溶膠，較佳爲至少 115平方公尺/克水溶膠和最佳爲至少150平方公尺/克 水溶膠。通常，所獲得之水溶膠的比表面積可高至大約 300 平方公尺/克水溶膠，合適爲高至250平方公尺/克 水溶膠，較佳高至240平方公尺/克水溶膠。 根據本方法，可製備具有上述特性之以矽石爲主的溶 膠，顯著穩定的以矽石爲主之溶膠，且所製得之溶膠呈現 良好儲存穩定性和可儲存幾個月而沒有比表面積之任何實 質上減少且沒有膠化。 本發明之有機含氮化合物改質之以矽石爲主的溶膠適 13 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

I * 一 11--------- 1232204 A7 B7_ 五、發明說明（tl) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 合做爲在造紙中之的排水及保留助劑使用。以矽石爲主的 溶膠可與可選自陰離子、兩性離子、非離子以及陽離子聚 合物及其混合物的有機聚合物，在此其也稱做”主要聚合物 ”，組合使用。該等聚合物作爲排水及保留助劑之用途在該 技藝爲己知。該等聚合物可衍生自天然或合成的來源，並 且其可爲直鏈、支鏈的或交聯的。通常適用之主要聚合物 的實施例包括陰離子、兩性以及陽離子澱粉，陰離子、兩 性以及陽離子瓜耳樹膠(guar gums)，以及陰離子、兩性和 陽離子之丙烯基醯胺爲主的聚合物，以及陽離子聚(氯化二 烯丙基二甲基銨）、陽離子聚乙烯亞醯胺類、陽離子聚胺類 、聚醯胺胺類及以乙烯基醯胺爲主的聚合物，三聚氰胺-甲 醛及尿素-甲醛樹脂。適當之以矽石爲主的溶膠，與至少一 種陽離子或兩性聚合物〆較佳爲陽離子聚合物，組合使用 。陽離子澱粉以及陽離子聚丙烯基醯胺爲特佳的聚合物， 並且其可單獨、兩者一起或與其他聚合物，例如其他的陽 離子聚合物或陰離子聚丙烯基醯胺一起使用。主要聚合物 的分子量適合在1，000,000以上且較佳在2,000,000以上。 上限並不重要；其可以爲約50,000,000，通常是30,000,000 且適合爲約25,000,000。然而，衍生自天然來源的聚合物 分子量可較高。 當使用此以矽石爲主的溶膠與上述之主要聚合物組合 時，其進一步較佳爲使用至少一個低分子量（在後文稱爲 LMW)的陽離子有機聚合物，通常稱爲及作爲陰離子垃圾捕 收者(ATC)。ATC在此藝中已知做爲存在於原料中之有害陰 1232204 A7 ______B7_ 五、發明說明（ίϊ ) 離子物質的中和及/或固定劑，並且其與排水及保留助劑 組合使用常提供進一步的排水及/或保留之改良。LMW的 陽離子有機聚合物可衍生自天然或合成的來源，並且較佳 爲LMW合成聚合物。適合的此類有機聚合物包括LMW高 帶電的陽離子有機聚合物，例如聚胺類、聚醯胺胺類、聚 乙烯亞醯胺類、以氯化二烯丙基二甲基銨爲基礎的均_及共 聚物、（甲基)丙烯基醯胺類及(甲基)丙烯酸酯類。相對於主 要聚合物的分子量，LMW陽離子有機聚合物的分子量較佳 爲較低；其適合爲至少爲1，〇〇〇，並且較佳爲至少1〇,〇〇〇。 分子量的上限通常約爲700,000，適合爲約500,000，並且 通常爲約200,000。可與本發明以矽石爲主之溶膠共用的聚 合物之較佳組合包括LMW陽離子聚合物與主要聚合物的 組合，例如例如陽離子澱粉及/或陽離子聚丙烯基醯胺、 陰離子聚丙烯基醯胺、以及陽離子澱粉及/或陽離子聚丙 烯基醯胺與陰離子聚丙烯基醯胺的組合。 根據本發明之排水及保留助劑的成份，可以習知的方 式以及任何順序加入原料中。當使用包含以矽石爲主之溶 膠及例如主要聚合物之有機聚合物的排水及保留助劑時， 較佳的是在添加以矽石爲主之溶膠前，將聚合物加到原料 中，甚至可使用相反的添加順序。進一步較佳的是在剪切 階段之前添加主要聚合物，其可選自抽送、混合、淸潔等 ，及在剪切階段之後添加以矽石爲主之溶膠。當使用LMW 陽離子有機聚合物時，其較佳地在導入主要聚合物之前被 導入原料中。或者，LMW陽離子有機聚合物以及主要聚合 15 ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

1232204 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（1、） 物基本上可同時導入，或分別導入、或以混合物導入原料 中，例如美國專利5,858，174號中所揭示者，其倂於本文中 以供參考。該LMW陽離子有機聚合物以及主要聚合物較 佳在導入以矽石爲主之溶膠之前被導入原料中。 在本發明的一個較佳具體實施例中，以矽石爲主之溶 膠與至少一個如上所述之有機聚合物以及至少一個鋁化合 物組合使用而作爲排水及保留助劑。鋁化合物可用來進一 步改進含有以矽石爲主之溶膠的原料添加劑之排水及/或 保留效能。適當的鋁鹽包括明礬、鋁酸鹽、氯化鋁、硝酸 鋁及聚鋁化合物，例如聚氯化鋁、聚硫酸鋁、包含氯化物 以及硫酸鹽兩者的聚鋁化合物，聚鋁矽酸鹽-硫酸鹽、及其 混合物。聚鋁化合物也可包含其他的陰離子，例如來自磷 酸、有機酸，例如檸檬酸及草酸的陰離子。較佳的鋁鹽包 括鋁酸鈉、明礬以及聚鋁化合物。鋁化合物可在添加以矽 石爲主的溶膠之前或之後添加。或者，或額外地，該鋁化 合物基本上可在相同點與以矽石爲主的溶膠同時添加，或 單獨、或與其以混合物添加，例如美國專利5,846,384號中 所揭示者，其合倂於本文中以供參考。在許多情況下，通 常適合在方法的早期，例如在其他的添加劑之前，添加鋁 化合物到原料中。 根據本發明之排水及保留助劑的成份被添加到欲脫水 之原料中，其量可在廣泛的限制中變化，特別是視成份的 種類及數目、配料的種類、塡充物的含量、塡充物的種類 、添加點等而定。通常成份以產生比不添該成份時產生較 16 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

*·I -^1 ^1 ^1 ^1 ^1 ^1 ϋ 一 0、I ^1 ^1 ^1 ϋ ial I 1232204 A7 ___B7_ 五、發明說明（I1!) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 佳的排水及/或保留作用的量添加。以矽石爲主之溶膠添 加量通常爲至少0.001重量％，經常爲至少0.005重量％ ’ 以Si〇2計算並且以乾燥的原料物質爲基礎，即纖維素纖維 及選擇性塡充物，並且上限通常是1.0%，且適當爲〇·5重 量％。主要聚合物通常添加量爲至少0力01%，經常爲至少 0.005重量％，以原料物質爲基礎，並且上限通常是3%， 且適當爲1.5重量％。當在該方法中使用LMW陽離子有機 聚合物時，其可添加於至少〇.〇5重量％之量，以要被脫水 之原料的乾燥物質爲基礎。適當地，該量在從0.07%至（X5 %之範圍，較佳在從0.1至0.35%之範圍。當在該方法中 使用鋁化合物時，導入至要被脫水之原料中的總量，視所 用之鋁化合物的種類、以及從其中所要的其他影響而定。 例如此藝中已熟知的使用鋁化合物做爲松香爲主之上漿劑 的沉澱劑。添加的總量通常爲至少0.05%，以Al2〇3計算並 且以乾燥原料物質爲基礎。該量適合在從0.1至3.0%之範 圍，較佳在從0.5至2.0%的範圍。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在本發明的一個較佳具體實施例中，該方法係使用於 從包含纖維質纖維和選擇性塡充劑且具有高導電率之懸浮 液製造紙張中。通常，在網上脫水之原料的導電率爲至少 0.75 mS/公分，合適爲至少2.0 mS/公分，較佳爲至少 3.5 mS/公分。於至少5.0 mS/公分之導電率程度已觀察 到非常好的排水和持水結果。導電率可藉由標準裝備測量 例如，例如Christian Berner供應的WTW LF 539儀器。上 文提及之値適合藉由測量進料至或存在於造紙機的料箱的 17 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1232204 A7 B7 五、發明說明（li ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 纖維懸浮液之導電率測定或可選擇地藉由測量脫水懸浮液 而獲得之白水的導電率測定。高導電率水平意味鹽(電解質 )的高含量，其可衍生自該等用以形成原料之纖維質纖維和 塡充劑，特別是在整合式硏磨棧中，其中來自紙漿硏磨機 之濃縮纖維水懸浮液一般和水混合以形成適用於造紙的紙 硏磨機中之稀釋懸浮液。該鹽也可衍生自被引入原料內的 各種添加劑，衍生自被供應到方法中的新鮮水，或故意地 加入，及其他。更進一步地，在方法中鹽的含量通常高於 其中白水被廣泛循環之方法的鹽含量，其可導致在方法中 循環之水的鹽之明顯累積。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明進一步包含造紙方法，其中白水廣泛地再循環( 循環），也就是具有高程度的白水封閉，例如每噸所產生的 乾紙使用從〇到30噸新鮮水，通常每噸紙使用少於20噸 ，合適爲少於15噸，較佳少於10噸和顯著爲少於比較5 噸之新鮮水。在方法中所得之白水的再循環合適地包含混 合白水與纖維質纖維及/或選擇性塡充劑以形成欲脫水之 懸浮液；較佳其包括在懸浮液進入用以脫水之形成網之前 ，混合白水與包含纖維質纖維和選擇性塡充劑之懸浮液。 白水可在引入排水和保留助劑之前、之間同時或之後和懸 浮液混合。新鮮水可在該方法之任何階段引入；例如，其 可和纖維質纖維混合以便形成懸浮液，且它可在混合原料 和白水之前或之後及在引入排水和保留助劑之前、之間同 時或之後，和之前與包含纖維質纖維之懸浮液混合以將其 稀釋致使形成欲脫水之懸浮液。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1232204 A7 B7 五、發明說明（丨to 習用於造紙中的其他添加劑當然可與根據本發明之添 加劑組合使用，例如例如乾強化劑、濕強化劑、光學增自 劑、染料、上漿劑，像是松香爲主之上漿劑以及與纖維素 反應性上漿劑，例如烷基以及烯基的酮烯二聚物和酮烯多 聚物、烷基以及烯基丁二酸酐等。纖維素懸浮液或原料也 可包含習用種類的礦物塡充物，例如例如高嶺土、瓷土、 二氧化鈦、石膏、滑石以及天然和合成的碳酸鈣，例如白 堊、粉狀大理石及沉澱碳酸鈣。 本發明之方法係用於生產紙張。在此所用之術語”紙張 ”，當然包括不只是紙張及其製品，也包括其他含纖維質纖 維片或網狀產品，例如例如卡紙以及紙板、及其製品。該 方法可用於生產來自不同種類包含纖維素之懸浮液的紙張 ，並且該懸浮液必須適當地包含至少25重量％，且較佳爲 至少50重量％的此類纖維，以乾燥物質爲基礎。該懸浮液 可以自化學紙漿的纖維爲基質，例如硫酸鹽、亞硫酸鹽以 及其他有機溶解的紙漿；機械紙漿，例如熱機械紙漿、化 學-熱機械紙漿、精製紙漿；以及磨碎木料紙费，來自硬木 以及軟木的，並且也可以回收的纖維爲基質，可選擇來自 脫除墨水的紙漿、及其混合物。懸浮液、原料的pH可在 從約3至約10的範圍內。pH適合爲在3.5以上，且較佳在 從4至9的範圍內。 本發明進一步說明於下列實施例中，然而，其不意欲 限制本發明。份以及％分別相對應於重量分以及重量％ , 除非另外敘述。 19 「讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂--------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） '~~^ 1232204 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（丨^ ) 奮施例1 氫氧化鈉穩定之包含具有800平方公尺/克Si02比表 面積之矽石顆粒的矽石溶膠以氫離子飽和之陽離子交換樹 脂去離子。所得酸性矽石溶膠具有2.6之pH，9.15重量％ 之3幻2含量及包含具有820平方公尺/克Si02比表面積之 矽石顆粒及約27%之S-値。 在攪拌下約20秒將239克的34%氫氧化膽鹼溶液加 至此酸性矽石溶膠中，產生具有11 : 1之3丨02對N莫耳比 的胺穩定之性矽石溶水膠。爲了減少氫氧化膽鹼之味道， 加入5.0克之石灰。最後以矽石爲主之溶膠具有10.8之pH ，8.73重量％之Si02含量，20%之S-値及包含具有820平 方公尺/克Si02比表面積之矽石顆粒。 眚施例2 將具有3.4之Si02a Na20莫耳比的鈉水玻璃稀釋到6 重量％之Si02且以氫離子飽和之陽離子交換樹脂處理。所 得之酸性矽石溶膠，或聚矽酸’具有2.4之pH，5.7重量％ 之Si02含量及包含具有1350平方公尺/克Si〇2&表面積 之矽石顆粒和約32%之S-値。 在攪拌下約2秒將120克的34%氫氧化膽鹼溶液加至 此聚矽酸中，產生一種胺穩定之以矽石爲主的水溶膠，其 具有10.4之pH，5·4重量％之Si〇2含量，5·5 : 1之Si02對 N莫耳比，28%之S-値及包含具有1330平方公尺/克Si〇2 比表面積之矽石顆粒。 實施例3_ 20 ¥紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1232204 五、發明說明（AP) 额實施例1細方式巾隨脑化麵定之砂石溶 膠去離子’產生酸性矽石溶膠，其具有2.4之PH，9.15重 量％之3丨〇2含量及包含具有85〇平方公尺/克^〇2比表面 積之矽石顆粒。 在攪拌下約2秒將90克的25%氫氧化四甲基銨溶液 加至2000克的此酸性矽石溶膠中。所得以矽石爲主之溶膠 具有10.4之pH ’ 8.75重量％之Si02含量，12 : 1之Si〇2對 N莫耳比’ 19.5%之S·値及包含具有850平方公尺/克 Si〇2比表面積之矽石顆粒。 眚施例4 在與實施例2相同方式中將稀釋鈉水玻璃溶液離子交 換。所產生之聚矽酸具有2.4之pH，5.8重量％之3丨02含 量及包含具有1365平方公尺/克Si02比表面積之矽石顆粒 〇 在攪拌下經20秒將552克的25%氫氧化四甲基銨溶 液加至10000克的此聚矽酸中。所得以胺穩定之鹼性矽石 溶膠，其具有5.4重量％之Si〇2含量，6.7 : 1之Si〇2對N 莫耳比，藉由超過濾濃縮成一穩定之以矽石爲主之溶膠， 其具有10.5之pH，13.4重量％之Si02含量，27%之S-値 及包含具有1140平方公尺/克Si02比表面積之矽石顆粒。 實施例5 在與實施例1相同方式中將以氫氧化鈉穩定之矽石溶 膠去離子，所產生之酸性矽石溶膠具有2.5之pH，8.7重量 %之8丨02含量及包含具有860平方公尺/克Si〇2比表面積 21 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------. 1232204 A7 B7 五、發明說明（ll) 之矽石顆粒。 在攪拌下約1秒將70克的35%氫氧化四甲基銨溶液 加至1750克的此酸性矽石溶膠中。所得胺穩定之鹼性以矽 石爲主之溶膠具有10.8之pH，8.4重量％之Si02含量，15 :1之Si02對N莫耳比，21%之S-値及包含具有930平方 公尺/克Si02比表面積之矽石顆粒。 實施例6 在與實施例1相同方式中將以氫氧化鈉穩定之矽石溶 膠去離子，產生酸性矽石溶膠，其具有2.4之pH，8.9重量 %之Si02含量及包含具有820平方公尺/克Si02比表面積 之矽石顆粒。 在攪拌下經15秒將214克的20%氫氧化四甲基銨溶 液加至2000克的此酸性矽石溶膠中。所得以矽石爲主之水 溶膠具有10.7之pH，8.1重量％之Si02含量，14 ·· 1之 31〇2對N莫耳比，24%之S-値及包含具有820平方公尺/ 克Si02比表面積之矽石顆粒。 實施例7 在與實施例1相同方式中將氫氧化鈉穩定之含具有 800平方公尺/克Si02比表面積之矽石顆粒的矽石溶膠去 離子，產生酸性矽石溶膠，其具有2.6之pH，9.3重量％之 Si02含量及包含具有795平方公尺/克Si02比表面積之矽 石顆粒。

在攪拌下經10秒將192Λ克的三乙胺加至2000克的 此酸性矽石溶膠中。所得以矽石爲主之溶膠具有9.0之pH 22 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 1232204 五、發明說明 ，8.5重量％之Si〇2含量，2.4 : 1之Si〇2對N莫耳比，15 %之S-値及包含具有795平方公尺/克Si02比表面積之矽 石顆粒。 實施例8 在攪拌下經10秒將30.1克的三乙胺加至2000克的根 據實施例7之酸性矽石溶膠中。所得以矽石爲主之溶膠具 有10.2之pH，9.15重量％之Si02含量，10.4 : 1之Si02對 N莫耳比，25%之S-値及包含具有800平方公尺/克Si〇2 比表面積之矽石顆粒。 實施例9 在與實施例1相同方式中將以氫氧化鈉穩定之矽石溶 膠去離子，產生酸性矽石溶膠，其具有2.8之pH，9.3重量 %之Si〇2含量及包含具有860平方公尺/克Si02比表面積 之矽石顆粒。 在攪拌下經5秒將68.1克的Ν，Ν·二甲基乙醇胺加至 2000克的此酸性矽石溶膠中。所得以矽石爲主之溶膠具有 10.1之pH，9·0重量％之Si〇2含量，4 : 1之Si〇2對Ν莫耳 比，26%之S-値及包含具有860平方公尺/克Si02比表面 積之矽石顆粒。 實施例10 在與實施例1相同方式中將氫氧化鈉穩定之具有800 平方公尺/克比表面積的矽石溶膠去離子，產生酸性矽石 溶膠，其具有2.6之pH，9.1重量％之Si02含量及包含具 有880平方公尺/克Si02比表面積之矽石顆粒。 23 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ~ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) >ϋ 一 -口， ϋ ϋ ϋ ϋ I · 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1232204 A7 B7 五、發明說明（v() 在攪拌下經2秒將103克的二乙醇胺加至2000克的此 酸性矽石溶膠中。所得胺定之鹼性溶膠具有10.1之pH， 8.65重量％之Si〇2含量，3 : 1之Si02對N莫耳比，22% 之S-値及包含具有875平方公尺/克Si02比表面積之矽石 顆粒。 實施例11 在攪拌下經2秒將40.4克的二乙胺加至2000克的根 據實施例10之酸性矽石溶膠中。所得以矽石爲主之溶膠具 有11.4之pH，8.92重量％之Si〇2含量，6.5 : 1之Si〇2對 N莫耳比，22%之S-値及包含具有880平方公尺/克Si〇2 比表面積之矽石顆粒。 奮施例11 在攪拌下經2秒將34.2克的二異丙胺加至2000克的 根據實施例1〇之酸性矽石溶膠中。所得以矽石爲主之溶膠 具有11.0之pH，8.95重量％之Si〇2含量，9.5 ·· 1之Si〇2 對N莫耳比，25%之S-値及包含具有885平方公尺/克 Si〇2比表面積之矽石顆粒。 眚施例11 在攪拌下經2秒將32.5克的吡咯啶加至2000克的根 據實施例1〇之酸性矽石溶膠中。所得以矽石爲主之溶膠具 有11.1之pH，8.95重量％之Si02含量’ 6.6 : 1之3丨02對 N莫耳比，25%之S-値及包含具有880平方公尺/克Si〇2 比表面積之矽石顆粒。

眚施例1A 24 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1232204 A7 B7 五、發明說明（>x) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 在攪拌下經2秒將35.5克的二丙胺加至2000克的其 他去離子矽石溶膠中，其具有2.8之pH，9.3重量％之 Si02含量，及包含具有860平方公尺/克Si02比表面積之 矽石顆粒。所得以矽石爲主之溶膠具有10.6之pH，9.10重 量％之Si〇2含量，8.8 : 1之Si02對N莫耳比，30%之S-値 及包含具有855平方公尺/克Si02比表面積之矽石顆粒。 實施例15 在攪拌下經2秒將33.7克的乙醇胺加至2000克的根 據實施例10之酸性矽石溶膠中。所得以矽石爲主之溶膠具 有10.1之pH，8.95重量％之Si02含量，5.5 : 1之31〇2對 N莫耳比，24%之S-値及包含具有870平方公尺/克Si〇2 比表面積之矽石顆粒。 實施例16 在攪拌下經2秒將30克的環己胺加至2000克的根據 實施例10之酸性矽石溶膠中。所得以矽石爲主之溶膠具有 10.4之pH，9.0重量％之Si02含量，10 : 1之Si〇2對N莫 耳比，24%之S-値及包含具有880平方公尺/克Si02比表 面積之矽石顆粒。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 實施例17 在攪拌下經2秒將59.1克的2-甲氧基乙胺加至2000 克的其他去離子矽石溶膠中，其具有2.8之pH，9.3重量％ 之3丨〇2含量及包含具有860平方公尺/克Si〇2比表面積之 矽石顆粒。所得以矽石爲主之溶膠具有10.2之pH，9.0重 量％之Si〇2含量，3.9 : 1之Si〇2對N莫耳比，28%之S-値 25 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1232204 A7 B7 五、發明說明（>1) 及包含具有850平方公尺/克Si02比表面積之矽石顆粒。 實施例18 在攪拌下經2秒將66.1克的胺乙基乙醇胺加至1500 克的去離子矽石溶膠中，其具有2.8之pH，9.3重量％之 31〇2含量及包含具有860平方公尺/克Si02比表面積之矽 石顆粒。所得以矽石爲主之溶膠具有10.5之pH，9.0重量 %之Si02含量，3.6 : 1之Si〇2對N莫耳比，26%之S-値及 包含具有875平方公尺/克SiOdb表面積之矽石顆粒。 實施例19 在下列測試中，測試根據實施例1-18的以矽石爲主之 溶膠的排水及保留效能。排水效能係藉由動力排水分析儀 (Dynamic Drainage Analyser，DDA)，可得自瑞典的阿科瑞 比(Akrini，Sweden)，評估，當移除塞子且在原料存在側之 反側施加真空時，測量經過網而排水定量體積之原料的時 間。保留效能係經由濁度計以測量排水原料獲得之濾液（白 水)之濁度來評估。 所使用的原料是以60%漂白之樺木硫酸鹽以及40%之 漂白松木硫酸鹽的混合物爲基質。對將30%的碳酸鈣添加 至料中作爲塡充物且加入0.3克/升之Na2S〇4.10H2〇以增 加導電率。原料的pH爲8.4，導電率0.46mS/公分及濃度 0.29%。在測試中，以矽石爲主之溶膠與陽離子聚合物(其 爲具有0.042之取代程度的陽離子澱粉)一起使用。澱粉添 加到原料的量爲12公斤/公噸，以乾燥原料系統之乾燥澱 粉計算及以矽石爲主的溶膠之添加量爲0.25、0.5及1.0公 26 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -------訂--------ΦΨ, 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1232204 A7 五 B7 、發明說明 斤/公噸，以乾燥原料系統之乾燥矽石計算。 測試根據本發明之以矽石爲主的溶膠，相對於二個用 以比較目的之以矽石爲主的溶膠，參考1及參考2。參考1 爲揭示於美國專利第5,368,833號中之類型的以矽石爲主的 溶膠，其具有25%之S-値，8重量％之Si02含量，72平方 公尺/克水溶膠的比表面積及包含具有約900平方公尺/ 克的比表面積之矽石顆粒。參考2爲一種具有36%之S-値 ，1〇·〇重量％的Si02含量，10·1之Si〇2/Na2〇莫耳比，88 平方公尺/克水溶膠的比表面積及包含具有880平方公尺 /克的比表面積之矽石顆粒的溶膠。 在整個測試中，原料在有隔板的瓶中以每分鐘1500轉 的速度攪拌，並且如下地進行化學添加： i) 添加陽離子澱粉到原料中，續以攪拌30秒， ii) 添加以矽石爲主的溶膠到原料中，接著攪拌15秒， iii) 排水原料，同時自動記錄排水時間。 表I中顯示當使用不同劑量(公斤/公噸，以^〇2計算 並且以乾燥原料系統爲基礎)的以矽石爲主之溶膠所得到的 結果。沒有添加化學品，原料顯示2〇秒之排水時間及490 NTU之濁度。只添加陽離子澱粉(12公斤/公噸，以乾燥 原料系統爲基礎），得到排水時間爲15秒及7〇 NTU之濁度 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------， 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

1232204 A7 B7 五 、發明說明（g 以矽石爲主之溶膠在下列Si02劑量之排水時間(秒)肩細 --0·5公斤/公噸 1·0公斤/公噸 10.40/40 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 參考 1 12-20/43 參考 2 11.60/45 實施例1 9.11/38 實施例2 8.65/38 實施例3 9.34/40 實施例4 8.82/39 實施例5 ··/" 實施例6 一/一 實施例7 10.3/42 實施例8 10.3/42 實施例9 9.90/.. 實施例 10 10.00/.. 實施例 11 10.00/-· 實施例12 9.87/-. 實施例13 9.60/- 實施例 14 10.70/-· 實施例15 10.70/- 實施例 16 10.30/.. 實施例 17 10.50/-- 實施例18 10.60/- 實施例20在下列測試中，進一步評估根據實施例3的以矽石爲 主之溶膠的排水及保留效能。依照實施例19之步驟，除了 9.83/44 7.19/30 6.79/35 7.30/34 6.97/36 7.74/37 8.98/38 8.77/37 8.31/36 8.80/- 8.21/- 8.04/« 7.97/- 7.85/- 8.80/- 8.80/- 8.13/- 8.80/- 9.20/- 8.76/37 8.28/37 5.74/28 5.76/- 6.30/28 5.86/31 6.66/33 7.02/33 7.90/- 7.07/- 7.28/- 6.85/- 6·30/- 7.80/-- 7.51/- 6.75/- 7.70/- 8.20/- 28 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1232204 A7 B7 五、發明說明（yL) 使用不同之原料及不同陽離子聚合物之外。 所使用的配料是70%纖維質纖維及30%之瓷土塡充劑 。纖維由約70%漂白之熱加工紙槳，10%之強磨紙漿，10 %漂白之樺木硫酸鹽及10%之漂白松木硫酸鹽所組成。將 紙漿及塡充劑分散於水中至1.5克/升之濃度。將來漂白 廠之漂白水引(包含溶解之有機分佈物質及於產生5mS/公 分之導電率的量Na2S〇4.10H2〇)至水中。 以矽石爲主之溶膠與高陽離子低分子量聚醯胺（其以 0.5公斤/公噸之量加入，以乾燥原料系統之乾燥澱粉計算 )及陽離子聚丙烯醯胺(其以1.0公斤/公噸之量加入，以乾 燥原料系統之乾燥澱粉計算)一起使用。根據實施例19之 步驟將聚醯胺加至原料系統之後攪拌15秒，然後加入聚丙 烯醯胺及以矽石爲主之溶膠。以矽石爲主的溶膠之添加量 爲0.25、0.5及1·0公斤/公噸，以乾燥原料系統之乾燥矽 石計算。 表II中顯示當使用不同劑量(公斤/公噸，以Si02計 算並且以乾燥原料系統爲基礎)的以矽石爲主之溶膠得到的 結果。沒有添加化學品，原料顯示22秒之排水時間及1〇〇 NTU之濁度。只添加1公斤/公噸之陽離子聚烯醯胺，以 乾燥原料系統爲基礎，原料顯示16秒之排水時間及55 NTU之濁度。使用0.5公斤/公噸之陽離子聚醯胺和1公 斤/公噸之陽離子聚丙烯醯胺，以乾燥原料系統爲基礎， 原料顯示11秒之排水時間及50 NTU之濁度。 29 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) H ϋ I ϋ ϋ 一5、 I ϋ ϋ I I ϋ ϋ I » 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1232204 表II 在下列Si〇2劑量之排水時間(秒)/濁度 斤/公噸__Qj—公斤^^ L0公斤/公噸 12.20/48 11.00/47 9.90/45 12.30/47 10.70/43 9.18/41 10.10/40 8.08/39 6.27/40 A7 B7 五、發明說明（巧 以矽石爲主之溶膠 參考1 參考2 實施例3 實施例21 將具有3.4 : 1之Si02a Na20莫耳比的鈉水玻璃稀釋 到6重量％之SiCb且以氫離子飽和之陽離子交換樹脂處理 。所得之酸性砂石溶膠具有2.5之pH，5.6重量％之Si〇2 含量及包含具有1300平方公尺/克Si02比表面積之矽石顆 在攪拌下經5秒將353.5克的34%氫氧化膽鹼溶液加 至5000克之聚矽酸中，產生一種胺穩定之以矽石爲主的溶 膠，其具有10.8之pH，5.26重量％之Si02含量，4.6之 Si〇2對N莫耳比。此溶膠以真空蒸發濃縮至一穩定之以矽 石爲主的溶膠，其具有13.9重量％之Si02含量，30%之S-値及包含具有169平方公尺/克水溶膠比表面積(在40天 之後測量)及1215平方公尺/克Si02之比表面積(在40天 之後測量）。黏度在40天期間基本是固定的；最初11.8cP 及在40天之後ll.OcP。 實施例22 在攪拌下經5秒將347.2克的35%氫氧化四甲基銨溶 液加至5000克的根據實施例21之聚矽酸鹽中。所得胺穩 定之鹼性矽石溶膠具有10.8之pH，5.26重量％之Si02含 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1232204 A7 B7 五、發明說明) 量及5.7 : 1之3丨02對N莫耳比。此溶膠以真空濃縮至一穩 定之以矽石爲主之溶膠，其具有20.0重量％之Si02含量， 9.9cP之黏度及250平方公尺/克水溶膠之比表面積且包括 具有1250平方公尺/克Si02比表面積之以矽石爲主的顆粒 。在儲存40天之後，該溶膠顯示8.2cP之黏度，43%之S-値及239平方公尺/克水溶膠之比表面積和1195平方公尺 /克Si〇2之比表面積。 實施例23 在攪拌下經5秒將114克的二丙胺加至5000克的在與 實施例21相同方式中製得之具有5.1%Si02含量的聚矽酸 鹽中。所得胺穩定之鹼性以矽石爲主之溶膠具有10.8之pH ，5.0重量％之Si02含量及3.8 : 1之3幻2對N莫耳比。此 溶膠以超過濾至一穩定之以矽石爲主之溶膠，其具有14.8 %之Si02含量，196平方公尺/克水溶膠之比表面積且包 括具有1320平方公尺/克Si02比表面積之矽石顆粒。 實施例24 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 在攪拌下經5秒將229.8克的胺基乙醇胺加至5000克 的在與實施例21相同方式中製得之具有5.5%Si02含量的 聚矽酸鹽中，得到胺穩定之鹼性以矽石爲主之溶膠，其具 有10.3之pH，5.2重量％之Si〇2含量及2 : 1之Si〇2對N 莫耳比。此溶膠以真空濃縮至一穩定之以矽石爲主之溶膠 ，其具有13.6%之Si02含量，170平方公尺/克水溶膠和 1225平方公尺/克Si〇2之比表面積。 實施例25 31 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1232204 A7 B7 五、發明說明（7) 在與實施例1相同方式中將以氫氧化鈉穩定之具有15 重量％之Si02含量，約50%之S-値及包含具有500平方公 尺/克Si02比表面積之矽石顆粒的矽石溶膠去離子，產生 酸性矽石溶膠，其顯示2.9之pH，14.8重量％之Si02含量 及490平方公尺/克Si02比表面積。 在攪拌下經5秒將將414.5克的35%氫氧化四甲基銨 溶液加至4000克的此酸性溶膠中，得到胺穩定之鹼性以矽 石爲主之溶膠，其具有12.1之pH，13.4重量％之Si〇2含 量及10 : 1之3丨02對N莫耳比。此溶膠以真空濃縮至一穩 定之以矽石爲主之溶膠，其顯示40%之Si02含量，224平 方公尺/克水溶膠和560平方公尺/克Si02之比表面積。 實施例26 在與實施例19相似之方式中硏究根據實施例21-24之 以矽石爲主的溶膠的排水(脫水)及保留效能。結果陳述於 表III中。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 表III 以矽石爲主之溶膠 在下列Si〇2劑量之排水時間(秒)/濁度(NTU) 〇·25公斤/公噸〇·5公斤/公噸h0公斤/公噸 參考1 12.1/49 10.2/43 9.1/43 參考2 11.8/50 10.2/50 9.0/42 實施例21 9.3/36 7.4/34 6.9/34 實施例22 10.3/45 9.3/42 8.8/41 實施例23 10.8/44 8.8/42 8.1/37 實施例24 10.0/44 8.7/40 7.9/38 32 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公f ^ 1232204 A7 B7 五、發明說明 實施例27 在攪拌下將37.1克75重量％的氯化膽鹼溶液加至 1024克的在與實施例21相同方式中製得之具有2.7之pH 及5.84重量％Si〇2含量的聚矽酸中’得到5.0之3丨〇2對N 莫耳比。在攪拌下將99.6克之3M NaOH加至此混合物中 。所得以矽石爲主之溶膠具有11·〇之PH，5.1重量％之 Si〇2含量且包含具有1010平方公尺/克Si02比表面積之矽 石顆粒。 實施例28 在攪拌下將39克75重量％的氯化膽鹼溶液和99.6克 之3M NaOH的混合物加至39克之根據實施例27的聚矽酸 中。所得以矽石爲主之溶膠具有11.0之pH，5.0之Si〇2對 N莫耳比，5.2重量％之Si02含量且包含具有1175平方公 尺/克Si02比表面積之以矽石爲主的顆粒。 實施例29 在攪拌下將0.9克之75重量％的氯化膽鹼溶液加至50 克之根據實施例27的聚矽酸中，得到10.0之Si02對N莫 耳比。在攪拌下將所得混合物加至9.5克3M NaOH中。所 得以矽石爲主之溶膠具有10.0之pH。 實施例30 在攪拌下將0.9克之75重量％的氯化膽鹼溶液和9.5 克3M NaOH加至50克之根據實施例27的聚矽酸中。所得 之以矽石爲主之溶膠具有10.1之pH，10.0之Si02對N莫 耳比及4·8重量％之Si〇2含量。 33 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1111111 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1232204 A7 B7 五、發明說明（Μ) 實施例31 在攪拌下將0.9克之75重量％的氯化膽鹼溶液加至50 克之根據實施例27的聚矽酸中，得到10.0之Si02對Ν莫 耳比。在攪拌下將2克包含9.2重量％Si02之水玻璃溶液 加至此混合物中，得到具有10.1之pH及6.6重量％之Si〇2 含量之以矽石爲主之溶膠。 實施例32 在與實施例19相似之方式(除了將氯化鈣加至原料以 增加導電率至2.0mS/公分及陽離子澱粉加入量爲1〇斤/ 公噸，以乾燥原料系統之乾燥澱粉計算，之外)中硏究根據 實施例27-31之以矽石爲主的溶膠的排水(脫水)及保留效能 。結果陳述於表IV中。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 表IV 以矽石爲主之溶膠 在下列Si〇2劑量之排水時間(秒)/濁度(NTU) _ 0.5公斤/公噸 1.0公斤/公噸 參考1 25.5/120 21.4/104 實施例27 23.4/116 16.1/83 實施例28 23.1/115 14.5/91 實施例29 22.3/102 16.2/85 實施例30 20.9/98 14.4/78 實施例31 23.0/110 17.3/87 34 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------訂---------^99— ·

Claims (1)

1. A8B8C8D8 1232204 六、申請專利範圍 膠，其特徵在其具有從8到13的pH。 9·根據申請專利範圍第1或2項之以矽石爲主之水溶 膠’其特徵在含氮有機化合物爲包含從2到12個碳原子的 胺。 10·根據申請專利範圍第1或2項之以砍石爲主之水溶 膠，其特徵在含氮有機化合物包含至少一個氧原子。 11·根據申請專利範圍第1或2項之以砂石爲主之水溶 Μ ’其f寸徵在含気有機化合物爲氫氧化膽素（ch〇Hne hydroxide) 〇 12·根據申請專利範圍第1或2項之以矽石爲主之水溶 膠，其特徵在其亦包含鋁。 13·根據申請專利範圍第1或2項之以矽石爲主之水 溶膠’其特徵在其具有Si02到Al2〇3之莫耳比是在從15:1 到500:1之範圍內。 14·根據申請專利範圍第丨或2項之以矽石爲主之水 溶膠，其特徵在其具有SiO^lj Al2〇3之莫耳比是在從2.5:1 到25:1之範圍內。 15·根據申請專利範圍第丨或2項之以矽石爲主之水 溶膠，其特徵在含氮有機化合物爲二胺。 16· —種製備包括含氮有機化合物之以矽石爲主的水溶 膠之方法’其包括將具有高至25個碳原子之含氮有機化合 物合倂至以矽石爲主的溶膠中，該溶膠包含具有每克矽石 至少300平方公尺之比表面積的以矽石爲主的顆粒以達成 在10至60%範圍內之S-値。 2 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項 再塡寫 本頁) 乂'*? 1232204 .- C8 D8 六、申請專利範圍 Π·根據申請專利範圍第16項之方法’其特徵在於所 得以矽石爲主的水溶膠被濃縮成具有每克水溶膠爲至少 1〇〇平方公尺之比表面積。 18. 根據申請專利範圍第16項之方法’其特徵在含氮 有機化合物爲選自一級胺、二級胺、三級胺以及四級胺。 19. 根據申請專利範圍第16項之方法’其特徵在以矽 石爲主的水溶膠包含具有每克矽石從550到1700平方公尺 的比表面積之以矽石爲主的顆粒。 20. 根據申請專利範圍第16項之方法，其特徵在所獲 得之以矽石爲主的水溶膠被濃縮至每克水溶膠從150到 250平方公尺的比表面積。 21. 根據申請專利範圍第16項之方法，其特徵在含氮 有機化合物爲包含2到12個碳原子的胺。 22. 根據申請專利範圍第16項之方法，其特徵在含氮 有機化合物包含至少一個氧原子。 23. 根據申請專利範圍第16項之方法，其特徵在含氮 有機化合物爲氫氧化膽素。 24. 根據申請專利範圍第1或2項之以矽石爲主的水溶 膠，其係用於在紙漿和紙的製造中作爲排水及保留助劑。 25. —種從包含纖維質纖維和可選擇塡充劑之水懸浮液 中造紙之方去，其包括將含有具高至25個碳原子之含氮有 機化合物的以矽石爲主的水溶膠和至少一種帶電有機聚合 物加到懸浮液中，在網上形成且排水懸浮液。 26·根據申請專利範圍第25項之方法，其特徵在溶膠 3 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^4,. 本紙張又度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 1232204 B8 i C8 D8 六、申請專利範圍 •包含具有每克矽石至少300平方公尺之比表面積之以矽石 爲主的顆粒。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 27·根據申請專利範圍第25項之方法，其特徵在溶膠 爲根據申請專利範圍第1或2項之以矽石爲主之水溶膠。 28.根據申請專利範圍第25項之方法，其特徵在帶電 有機聚合物包括一種陽離子澱粉及/或離子聚丙烯醯胺。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 申請曰期 號 ΓοΐΒ^ f. H 公告本 1232204 案 類 霧|專利説明書 發明 一、U名稱 新型 中 文 以矽石爲主之溶膠 英 文 Silica-based sols 一 發明 一、創作 姓_ 名 國 籍 住、居所 ⑴彼得葛林伍得 ⑵馬格努斯歐洛斯林斯登 ⑶漢斯E約翰生-魏斯丁 瑞典 〔1)瑞典SE-413 17戈特保，菲雅加坦3D ⑵瑞典SE-442 35剛加夫，史古哈格加坦7號 ⑶瑞典SE-442 33剛加夫，馬當斯加坦5號 三、申請人 姓 名 (名稱） 國 籍 住、居所 (事務所) 代表人 姓 名 阿克左諾貝爾公司 荷蘭 荷蘭NL-6800 SB阿恩罕，郵政信箱9300號 約翰奈安得 -3- 裝 I le/ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐）

   訂

   線 i 1232204 公告本 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 1·-種以矽石爲主之水溶膠，其包括具有高至25個碳 原子之含氮有機化合物及具有每克矽石至少300平方公尺 之比表面積及10至60%範圍內之S-値的矽石爲主之顆 粒。 2·—種以矽石爲主之水溶膠，其具有每克水溶膠至少 100平公尺的比表面積，其包括具有高至25個碳原子之含 氮有機化合物及具有每克矽石至少300平方公尺之比表面 積的矽石爲主之顆粒，以矽石爲主之水溶膠具有8102對Ν 之莫耳比例爲從2:1到40:1。 3. 根據申請專利範圍第1或2項之以矽石爲主之水溶 膠，其特徵在其包含具有每克矽石從550到1700平方公尺 的比表面積之以矽石爲主的顆粒。 4. 根據申請專利範圍第1或2項之以矽石爲主之水溶 膠，其特徵在含氮有機化合物爲選自一級胺、二級胺、三 級胺以及四級胺。 5. 根據申請專利範圍第1或2項之以矽石爲主之水溶 膠，其特徵在其具有從15到40%範圍中的S-値。 6. 根據申請專利範圍第1或2項之以矽石爲主之水溶 膠，其特徵在其具有每克水溶膠從150到250平方公尺範 圍的比表面積。 7. 根據申請專利範圍第1或2項之以砂石爲主之水溶 膠，其特徵在其具有從10到60重量％的範圍的矽石含 8.根據申請專利範圍第1或2項之以矽石爲主之水溶 (請先閱讀背面之注意事項再塡寫本頁) •1Τ: 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐)