Силикаты металлов и способы их получения

Силикаты металлов и способы их получения

Реферат

1. Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к водорастворимым комплексам силикатов металлов, таким, как водорастворимые комплексы силикатов металлов, включающие по меньшей мере один двухвалентный металл. Настоящее изобретение относится также к способам получения водорастворимых комплексов силикатов металлов. Далее настоящее изобретение относится к способам очистки сточных вод с использованием водорастворимых комплексов силикатов металлов. Кроме того, настоящее изобретение относится к способам изготовления целлюлозных продуктов, таких, как бумажные изделия, осуществление которых включает добавление в целлюлозную жидкую массу, такую, как бумажная жидкая масса, по меньшей мере одного водорастворимого комплекса силикатов металлов. Подобным же образом настоящее изобретение относится к способам изготовления целлюлозных продуктов, осуществление которых включает добавление в целлюлозную жидкую массу по меньшей мере одного водорастворимого силиката металла, такого, как силикат с одновалентным катионом, для того, чтобы в целлюлозной жидкой массе образовывался водорастворимый комплекс силикатов металлов. Кроме того, настоящее изобретение относится также к целлюлозным продуктам, таким, как бумажные изделия, включающим водорастворимые комплексы силикатов металлов.

2. Предпосылки создания изобретения и уровень техники, к которой оно относится

Целлюлозные продукты, такие, как картон, тонкая бумага, писчая бумага и т.п., традиционно изготовляют приготовлением водной жидкой массы целлюлозного древесного волокна, которая может включать неорганические минеральные наполнители или пигменты. Эту водную жидкую массу наносят на подвижную сетку или ткань с целью упростить формование целлюлозной матрицы. Далее целлюлозную матрицу дренируют, сушат и прессуют с получением готового целлюлозного продукта. Однако во время стадии дренирования вместе с водой часто удаляются нужные твердые волокна, твердая мелочь и другие твердые компоненты. Что касается твердой мелочи, то к ней относятся очень короткие волокна целлюлозной массы, фрагменты волокон и сердцевинные лучи. Твердая мелочь включает также пигменты, наполнители и другие неволокнистые добавки, которые могут проходить через ткань во время отливки листа. Более того, во время дренирования в целлюлозной матрице часто задерживается нежелательная вода. Потеря нужных твердых частиц и задержка нежелательной воды отрицательно влияют на отливку листа и, следовательно, приводят к получению целлюлозной продукции пониженного качества. Далее, потеря необходимых твердых частиц является расточительством и дорого обходится изготовителям целлюлозной продукции.

В результате в бумажной промышленности постоянно прилагаются усилия в попытке разработать способы изготовления бумаги, осуществление которых позволяет улучшить качество бумаги, повысить производительность и уменьшить технологические затраты. Перед подачей волокнистой жидкой массы на сетку или ткань в процессе изготовления бумаги в нее часто добавляют химические средства для улучшения дренирования/обезвоживания и удерживания. Эти химические средства называют добавками, содействующими дренированию и/или удерживанию. Предпринимают попытки вводить самые разнообразные добавки, содействующие в процессе изготовления бумаги дренированию и/или удерживанию, такие, как силикаты, коллоидные кремнеземы, микрогели и бентониты.

Добавки, содействующие дренированию и/или удерживанию в процессе изготовления бумаги, улучшают удерживание тонкодисперсных твердых частиц композиции бумаги во время турбулентного процесса дренирования и формования бумажного полотна. Без соответствующего удерживания тонкодисперсных твердых частиц они либо теряются с технологической сточной водой, либо накапливаются до высокого содержания в рециркуляционном контуре для оборотной воды, создавая возможность для образования отложений и ухудшая дренирование в бумагоделательной машине. Кроме того, недостаточное удерживание тонкодисперсных твердых частиц увеличивает затраты производителя бумаги вследствие потерь добавок, предназначенных для адсорбции на волокне с целью придания бумаге соответствующих свойств непрозрачности, прочности и проклейки.

Так, например, в патенте US №5194120, выданном на имя Peats и др., описано добавление в бумажную массу катионоактивного полимера и аморфного материала на основе силикатов металлов с целью улучшить удерживание мелочи и дренирование. Предлагаемые Peats и др. аморфные силикаты металлов представляют собой белые сыпучие порошки, которые, когда их полностью диспергируют в воде, образуют исключительно малые анионоактивные коллоидные частицы. Эти материалы обычно синтезируют реакцией силиката натрия с растворимой солью с приемлемыми ионами металлов, такими, как Mg²⁺, Са²⁺ и/или Аl³⁺, с получением осадка, который затем отфильтровывают, промывают и сушат.

WO 97/17289 и family member патент US №5989714, выданный на имя Drummond, относятся к способу регулирования дренирования и/или удерживания при формовании бумажной матрицы с применением осадков силикатов металлов. Осадки силикатов металлов по Drummond получают смешением растворимой соли металла с растворимым силикатом.

Заявка JP А 63295794, поданная Naka-Mura, относится к способу изготовления бумаги в нейтральных или слабощелочных условиях, который включает добавление в волокнистую жидкую массу катионоактивного водорастворимого полимера и водного раствора силиката натрия.

В заявке JP 1072793, поданной Haimo, описан способ изготовления бумаги прямым добавлением в бумажную жидкую массу водного раствора ортосиликата натрия. Предлагаемый Haimo раствор ортосиликата готовят на отдельной стадии (например, при обработке сульфата алюминия для регулирования рН) перед добавлением в бумажную жидкую массу.

Патенты US №4927498, 4954220, 5185206, 5470435, 5543014, 5626721 и 5707494, выданные на имя Rushmere, Rushmere и др., относятся к применению при изготовлении бумаги полисиликатных микрогелей в качестве добавок, содействующих удерживанию и дренированию. Предлагаемые по многим из этих патентов микрогели получают проведением процесса на месте в результате реакции поликремниевой кислоты со щелочным металлом с образованием микрогелей, которые затем добавляют в бумажную массу.

Патент US №5240561, выданный на имя Kaliski, относится к применению микрогелей в процессах изготовления бумаги. Предлагаемые Kaliski микрогели готовят по двухстадийному способу. Первая стадия включает получение переходного, химически реакционноспособного субколлоидного гидрозоля смешением бумажной массы с двумя отдельными растворами. Вторая стадия состоит в смешении водного раствора, содержащего по меньшей мере один сшивающий агент, с волокнистыми материалами, образующимися на первой стадии, для сшивания образовавшегося на месте химически реакционноспособного субколлоидного гидрозоля и синтеза (на месте) микрогелевых клеев с комплексной функциональностью. Образующиеся клеи флокулируют бумажные волокнистые материалы с формованием бумажных полотен.

Объектами патента US №4753710, выданного на имя Langley и др., и патента US №5513249, выданного на имя Cauley, является применение бентонита при изготовлении бумаги.

Несмотря на множество попыток создания содействующих дренированию и удерживанию добавок самых разнообразных типов, в промышленности целлюлозной продукции все еще остается потребность в создании добавок, содействующих дренированию и удерживанию, которые экономически эффективны и одновременно с этим просты в применении. Кроме того, все еще существует необходимость в разработке способа изготовления целлюлозных продуктов, осуществление которого позволяет заметно усовершенствовать удерживание и дренирование при одновременном хорошем формовании целлюлозного продукта, например бумажного листа. Все еще существует потребность в усовершенствовании удерживания и дренирования, в особенности для усовершенствования дренирования при крупномасштабном изготовлении целлюлозных продуктов, в котором в противном случае вследствие медленного дренирования воды через толстый сырой лист снижается производительность.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Объектом настоящего изобретения является создание водорастворимых комплексов силикатов металлов, таких, как комплексы силикатов металлов, содержащих по меньшей мере один двухвалентный металл.

Другим объектом настоящего изобретения является усовершенствование регулирования удерживания и дренирования при изготовлении целлюлозных продуктов, таких, как бумага, добавлением в целлюлозную жидкую массу, такую, как бумажная жидкая масса, водорастворимого комплекса силикатов металлов или получением водорастворимого комплекса силикатов металлов в целлюлозной жидкой массе.

Еще одним объектом настоящего изобретения является разработка способов изготовления целлюлозных продуктов, осуществление которых включает добавление в целлюлозную жидкую массу, такую, как бумажная жидкая масса, по меньшей мере одного водорастворимого комплекса силикатов металлов.

Аналогичным объектом настоящего изобретения является разработка способов изготовления целлюлозных продуктов, осуществление которых включает добавление в целлюлозную жидкую массу, такую, как бумажная жидкая масса, по меньшей мере одного силиката с одновалентным катионом с тем, чтобы в целлюлозной жидкой массе образовался водорастворимый комплекс силикатов металлов.

Тем не менее еще одним объектом настоящего изобретения является создание целлюлозных продуктов, таких, как бумажные изделия, включающих водорастворимые комплексы силикатов металлов.

Все-таки другим объектом настоящего изобретения является разработка способа очистки сточных вод, включающего добавление в сточную воду или получение в ней водорастворимого комплекса силикатов металлов.

В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения его объектом является водная композиция, включающая водорастворимый комплекс силикатов металлов, который содержит по меньшей мере один двухвалентный металл.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения его объектом является разработка способа приготовления водной композиции, содержащей водорастворимый комплекс силикатов металлов, включающий объединение силиката с одновалентным катионом и ионов двухвалентных металлов в водной среде с образованием водорастворимого комплекса силикатов металлов.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения его объектом является разработка способа модификации целлюлозной жидкой массы, включающего добавление в целлюлозную жидкую массу водной композиции, содержащей водорастворимый комплекс силикатов металлов, который включает двухвалентный металл.

Тем не менее в соответствии с другим аспектом настоящего изобретения его объектом является разработка способа приготовления целлюлозной жидкой массы, включающего добавление силиката с одновалентным катионом в целлюлозную жидкую массу, содержащую достаточное количество ионов двухвалентного металла для сочетания с силикатом с одновалентным катионом для образования водорастворимого комплекса силикатов металлов.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения его объектом является разработка способа изготовления целлюлозного продукта, включающего добавление в целлюлозную жидкую массу водной композиции, содержащей водорастворимый комплекс силикатов металлов, который включает двухвалентный металл, и формование из целлюлозной жидкой массы целлюлозного продукта.

Однако в соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения его объектом является разработка способа изготовления целлюлозного продукта, включающего добавление силиката с одновалентным катионом в целлюлозную жидкую массу, содержащую достаточное количество ионов двухвалентных металлов для объединения с силикатом с одновалентным катионом для образования водорастворимого комплекса силикатов металлов, и формование из целлюлозной жидкой массы целлюлозного продукта.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения его объектом является целлюлозный продукт, включающий целлюлозное волокно и осадок по меньшей мере одного водорастворимого комплекса силикатов металлов. В предпочтительном варианте этот осадок содержится в количестве от примерно 50 до 10000 част./млн в пересчете на SiO₂.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения его объектом является разработка способа очистки сточных вод, включающего добавление в сточные воды по меньшей мере одного водорастворимого комплекса силикатов металлов, где этот водорастворимый комплекс силикатов металлов включает двухвалентный металл.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения его объектом является разработка способа очистки сточных вод, включающего добавление в сточные воды силиката с одновалентным катионом, где эти сточные воды содержат достаточное количество ионов двухвалентных металлов для сочетания с силикатом с одновалентным катионом с образованием водорастворимого комплекса силикатов металлов.

В одном варианте двухвалентный металл включает по меньшей мере один из представителей ряда магния, кальция, цинка, меди, железа (II), марганца (II) и бария, предпочтительно по меньшей мере один из ряда магния и кальция.

По другому варианту значение молярного соотношения между SiO₂ и оксидом одновалентного катиона у водорастворимого комплекса силикатов металлов составляет от примерно 2 до 20, предпочтительно от примерно 3 до 5. По еще одному варианту значение молярного соотношения между двухвалентным металлом и кремнием у водорастворимого комплекса силикатов металлов составляет от примерно 0,001 до 0,25, предпочтительно от примерно 0,01 до 0,2.

Тем не менее по еще одному варианту концентрация SiO₂ в водной композиции составляет от примерно 0,01 до 5 мас.%, предпочтительно от примерно 0,1 до 2 мас.%.

Однако по другому варианту размер частиц водорастворимого комплекса силикатов металлов составляет меньше примерно 200 нм.

По другому варианту водорастворимый комплекс силикатов металлов включает водорастворимый силикат, соответствующий следующей формуле:

(1-y)M₂O· M'O· xSiO₂,

в которой М обозначает одновалентный катион; М' обозначает ион двухвалентного металла; х обозначает число от примерно 2 до 4; у обозначает число от примерно 0,005 до 0,4, а значение у/х составляет от примерно 0,001 до 0,25.

В одном варианте М обозначает атом натрия, калия, или лития, или аммония, а предпочтительно натрия. В другом варианте М' обозначает атом кальция или магния.

Тем не менее по еще одному варианту водорастворимый комплекс силикатов металлов включает водорастворимый силикат, соответствующий следующей формуле:

(1-y)Na₂O• yM'O• xSiO₂,

где М' обозначает ион двухвалентного металла, представляющего собой кальций или магний,

X обозначает число от примерно 2 до 4,

у обозначает число от примерно 0,005 до 0,4,

значение у/х составляет от примерно 0,001 до 0,25,

значение х/(1-у) составляет от примерно 2 до 20,

а концентрация SiO₂ в водной композиции составляет от примерно 0,01 до 5 мас.%. В предпочтительном варианте значение у/х составляет от примерно 0,01 до 0,2, значение х/(1-у) равно от примерно 3 до 10, а концентрация SiO₂ в водной композиции составляет от примерно 0,1 до 2 мас.%. В более предпочтительном варианте значение у/х составляет от примерно 0,025 до 0,15, значение х/(1-у) равно от примерно 3 до 5, а концентрация SiO₂ в водной композиции составляет от примерно 0,25 до 1,5 мас.%.

По другому варианту силикат с одновалентным катионом включает по меньшей мере один силикат натрия, силикат калия, силикат лития или силикат аммония, причем предпочтителен силикат натрия, такой, как силикат натрия, у которого значение массового соотношения SiO₂/Na₂O составляет от примерно 2 до 4.

По еще одному варианту ионы двухвалентных металлов включают ионы по меньшей мере одного из магния и кальция.

Тем не менее по другому варианту водорастворимый комплекс силикатов металлов готовят добавлением силиката с одновалентным катионом в водную реагентную композицию, включающую достаточное количество ионов двухвалентных металлов для образования водорастворимого комплекса силикатов металлов.

Однако по еще одному варианту жесткость водной реагентной композиции, содержащей достаточное количество ионов двухвалентного металла, составляет от примерно 1 до 600 част./млн Са эквивалента. Так, например, водная реагентная композиция может включать по меньшей мере одну из таких сред, как подсеточная вода, жесткая вода и очищенная вода, из которых очищенную воду готовят повышением или понижением жесткости.

По другому варианту источник ионов двухвалентных металлов представляет собой по меньшей мере одно из следующих соединений: СаСl₂, MgCl₂, MgSO₄, Ca(NO₃)₂, Mg(NO₃)₂, CaSO₄ и ZnSO₄.

По еще одному варианту водорастворимый комплекс силикатов металлов готовят добавлением ионов двухвалентных металлов в водную реагентную композицию, включающую достаточное количество ионов силиката с одновалентным катионом для образования водорастворимого комплекса силикатов металлов.

По другому варианту концентрация SiO₂ в водной реагентой композиции, которая включает достаточное количество силиката с одновалентным катионом, составляет от примерно 0,01 до 30 мас.%.

В другом варианте водорастворимый комплекс силикатов металлов добавляют в целлюлозную жидкую массу после последней стадии высокосдвиговой обработки и перед напорным ящиком.

В еще одном варианте в целлюлозную жидкую массу вводят по меньшей мере одну добавку, включающую одно из таких средств, как флокулянт, крахмал и коагулянт. Так, например, по меньшей мере одной добавкой может служить катионоактивный полиакриламидный сополимер. Эту по меньшей мере одну добавку можно вводить в целлюлозную жидкую массу перед последней стадией высокосдвиговой обработки.

Тем не менее в еще одном варианте водорастворимый комплекс силикатов металлов включает водорастворимый силикат, соответствующий формуле:

(1-y)Na₂O• yM'O• xSiO₂,

где М' обозначает ион двухвалентного металла, представляющего собой кальций или магний,

х обозначает число от примерно 2 до 4,

у обозначает число от примерно 0,005 до 0,4,

значение у/х составляет от примерно 0,001 до 0,25,

значение х/(1-у) составляет от примерно 2 до 20,

а концентрация SiO₂ в водной композиции составляет от примерно 0,01 до 5 мас.%, и в целлюлозную жидкую массу добавляют по меньшей мере одно из таких средств, как флокулянт, крахмал и коагулянт.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Приведенные в настоящем описании подробности служат примерами и только с целью иллюстрации обсуждения разнообразных вариантов выполнения настоящего изобретения и представлены по той причине, что они, как полагают, являются средством наиболее эффективного и простого восприятия описания принципов и умозрительных аспектов настоящего изобретения. В этом отношении какие-либо попытки показать структурные подробности настоящего изобретения более детально, чем это необходимо для фундаментального понимания сущности изобретения, отсутствуют, описание со всей очевидностью демонстрирует специалистам в данной области техники возможность практического осуществления некоторых вариантов выполнения изобретения.

В данной заявке во всех случаях, если не указано иное, результаты процентного определения выражены в массовых процентах в пересчете на 100% массы данного образца. Так, например, 30% соответствуют 30 мас.част. на каждые 100 мас.част. образца.

Во всех случаях, если не указано иное, ссылка на соединение или компонент охватывает само соединение или компонент, а также его в сочетании с другими соединениями или компонентами, таком, как смеси соединений.

Перед дальнейшим обсуждением для содействия пониманию сущности настоящего изобретения необходимо обсудить следующие понятия.

"Жесткостью" называют общее содержание ионов двухвалентных металлов или их солей в воде, например кальция, магния, карбоната кальция и хлорида кальция. Жесткость можно определять в частях на миллион Са эквивалентов. В этом отношении 1 част./млн Са эквивалента равна 2,78 част./млн CaCl₂ эквивалента, что составляет 2,50 част./млн СаСО₃ эквивалента и равно 0,61 част./млн Mg эквивалента.

Понятия "водорастворимый" и "стабильность" относятся к способности комплексов силикатов металлов по настоящему изобретению оставаться в растворе. Когда образуются водорастворимые комплексы силикатов металлов по настоящему изобретению, процесс можно регулировать таким образом, чтобы не образовывалось никакого осадка. Однако в некоторых обстоятельствах небольшое количество осадка может образоваться. Если комплексы силикатов металлов образуют осадок, они больше комплексами не являются, а представляют собой осадок силикатов металлов. При выполнении настоящего изобретения необходимо, чтобы комплексы силикатов металлов по настоящему изобретению оставались в растворе, а не образовывали осадка. Необходимо отметить, что с течением времени некоторое количество водорастворимого комплекса силикатов металлов может выпадать в осадок, однако в предпочтительном варианте выпадение в осадок не происходит или образуется минимальное количество осадка. Пока комплексы силикатов металлов являются водорастворимыми, растворы должны оставаться практически бесцветными и прозрачными. В связи с этим водорастворимые комплексы силикатов металлов по настоящему изобретению невооруженным глазом невидимы. Так, в частности, считая, что мутность зависит от концентрации, в предпочтительном варианте мутность водной композиции водорастворимого комплекса силикатов металлов по настоящему изобретению, концентрация SiO₂ в которой составляет 0,3 мас.%, в отсутствии других материалов, которые влияют на мутность, обычно равна меньше примерно 70 NTU, более предпочтительно меньше примерно 50 NTU, а наиболее предпочтительно меньше примерно 20 NTU. Водорастворимые комплексы силикатов металлов по настоящему изобретению не могут быть выделены из водной фазы с помощью большинства технологий физического или механического разделения, таких, как центрифугирование, седиментация и фильтрование.

"Целлюлозной жидкой массой" называют суспензию на водной основе, включающую целлюлозные волокна, мелочь и добавки.

Понятие "бумажная жидкая масса" или "бумажная композиция" относится к суспензии на водной основе, которая содержит волокна и/или мелочь, такие, как древесные и растительные и/или хлопковые, и которая может содержать другие добавки для изготовления бумаги, такие, как наполнители, например глину и осажденный карбонат кальция.

Термин "сополимер" относится к полимеру, включающему звенья двух или большего числа мономеров разных видов.

В общих чертах объектом настоящего изобретения являются водорастворимые комплексы силикатов металлов, такие, как комплексы силикатов металлов, включающие по меньшей мере по одному двухвалентному металлу. Объектом настоящего изобретения является также разработка способов получения водорастворимых комплексов силикатов металлов. Далее объектом и настоящего изобретения является разработка способов очистки сточных вод с использованием водорастворимых комплексов силикатов металлов. Кроме того, объектом настоящего изобретения является разработка способов изготовления целлюлозных продуктов, таких, как бумажные изделия, путем добавления по меньшей мере одного водорастворимого комплекса силикатов металлов в целлюлозную жидкую массу, такую, как бумажная жидкая масса. Аналогичным образом объектом настоящего изобретения является разработка способов изготовления целлюлозных продуктов добавлением в целлюлозную жидкую массу по меньшей мере одного силиката с одновалентным катионом с тем, чтобы в целлюлозной жидкой массе образовался водорастворимый комплекс силикатов металлов. Благодаря добавлению или образованию в целлюлозной жидкой массе водорастворимого комплекса силикатов металлов выполнение настоящего изобретения позволяет улучшить регулирование удерживания и дренирования при изготовлении целлюлозных продуктов. Более того, объектом настоящего изобретения являются целлюлозные продукты, такие, как бумажные изделия, включающие водорастворимые комплексы силикатов металлов.

Предпочтительные водорастворимые комплексы силикатов металлов по настоящему изобретению включают ион двухвалентного металла по меньшей мере одного вида и одновалентный катион по меньшей мере одного вида.

Примеры ионов двухвалентных металлов, которые могут быть использованы в составе водорастворимых комплексов силикатов металлов по настоящему изобретению, включают, хотя ими их список не ограничен, ионы щелочно-земельных металлов и переходных металлов. Так, в частности, ионы двухвалентных металлов могут включать ионы магния, кальция, цинка, меди, железа(II), марганца(II) и/или бария. Предпочтительные ионы двухвалентных металлов включают ионы магния, кальция и/или цинка. Наиболее предпочтительные ионы двухвалентных металлов включают ионы магния и/или кальция.

Примеры одновалентных катионов, которые могут быть использованы в составе водорастворимых комплексов силикатов металлов по настоящему изобретению, включают, хотя ими их список не ограничен, ионы щелочных металлов. Одновалентными катионами могут служить катионы натрия, калия, лития и/или аммония. Предпочтительными одновалентными катионами являются катионы натрия и/или калия. Наиболее предпочтительный одновалентный катион представляет собой катион натрия.

В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения комплекс силиката металла представляет собой комплекс силиката магния и/или комплекс силиката кальция, полученный добавлением силиката натрия в водную композицию, включающую ионы магния и/или кальция. Предпочтительная водная композиция водорастворимого комплекса силикатов металлов по настоящему изобретению включает SiO₂ в количестве от примерно 0,01 до 5 мас.% в пересчете на массу водной композиции, характеризуется значением молярного соотношения SiO₂/оксид одновалентного катиона, такого, как Na₂O, от примерно 2 до 20 и значением молярного соотношения [(двухвалентный металл, например Mg+Ca)/Si] от примерно 0,001 до 0,25.

Не основываясь на какой-либо теории, полагают, что водорастворимые комплексы силикатов металлов по настоящему изобретению включают водорастворимые комплексы силикатов металлов, отвечающие следующей формуле:

(1-y)M₂O• yM'O• xSiO₂ формула (1)

где М обозначает одновалентный катион, как сказано выше,

М' обозначает ион двухвалентного металла, такого, как ионы вышеприведенных двухвалентных металлов,

х в предпочтительном варианте обозначает число от примерно 2 до 4,

у в предпочтительном варианте обозначает число от примерно 0,005 до 0,4,

а значение у/х в предпочтительном варианте составляет от примерно 0,001 до 0,25.

Способность комплексов силикатов металлов по настоящему изобретению оставаться в растворе, т.е. стабильность комплексов силикатов металлов, имеет важное значение для достижения целей по настоящему изобретению. Так, например, стабильность имеет важное значение для усовершенствования регулирования удерживания и дренирования при изготовлении целлюлозных продуктов. В частности, осадки силикатов металлов, которые могут образовываться, проявляют низкую или отсутствие активности в отношении регулирования удерживания и дренирования. В некоторых случаях комплексы силикатов металлов образуют слабый осадок, но все еще демонстрируют приемлемую активность в отношении удерживания и дренирования, поскольку в осадок превращается незначительная часть комплексов силикатов металлов, а большинство компонентов остаются водорастворимыми. Как сказано выше, предпочтительная мутность водной композиции водорастворимого комплекса по настоящему изобретению, концентрация SiO₂ в которой составляет 0,3 мас.%, может быть меньше примерно 70 NTU, более предпочтительная мутность равна меньше примерно 50 NTU, а наиболее предпочтительная мутность равна меньше примерно 20 NTU.

Способность комплексов силикатов металлов по настоящему изобретению оставаться в растворе, т.е. стабильность, обычно зависит от нескольких факторов. Некоторые из этих факторов включают молярное соотношение SiO₂/M₂O, молярное соотношение M'/Si, концентрацию SiO₂, размер микрочастиц комплекса, жесткость водной композиции, в которой образуются комплексы, перемешивание, осуществляемое во время образования комплексов силикатов металлов, рН водной композиции, температуру водной композиции и растворенные вещества в водной композиции. Из этих факторов самыми важными являются молярное соотношение SiO₂/M₂O и молярное соотношение M'/Si. Способность комплексов силикатов металлов оставаться в растворе зависит от взаимодействия этих факторов, как это более подробно обсуждается ниже.

Перед обсуждением переменных, которые влияют на стабильность водорастворимых комплексов силикатов металлов, участвующих в процессе получения водорастворимых комплексов силикатов металлов, ниже представлено обсуждение факторов стабильности, которые являются специфическими для самих комплексов. Факторы, влияющие на стабильность комплексов силикатов металлов, которые являются специфическими для самих комплексов силикатов металлов по настоящему изобретению, включают молярное соотношение SiO₂/М₂О, молярное соотношение M'/Si и размеры микрочастиц, образующих эти комплексы.

Предпочтительное значение молярного соотношения SiO₂/M₂O у водорастворимых комплексов силикатов металлов по настоящему изобретению, т.е. х:(1-у) для соединений, соответствующих формуле (1), находится в интервале от примерно 2 до 20, более предпочтительно от 3 до 10, а наиболее предпочтительно от примерно 3 до 5. Когда это значение оказывается слишком высоким, комплекс силикатов металлов способен образовывать осадок и терять активность. Когда это значение является слишком низким, образуется относительно небольшое количество комплекса силикатов металлов.

Предпочтительное значение молярного соотношения M'/Si у водорастворимых комплексов силикатов металлов по настоящему изобретению, т.е. у:х для соединений, соответствующих формуле (1), находится в интервале от примерно 0,001 до 0,25, предпочтительно от примерно 0,01 до 0,2, а более предпочтительно от 0,025 до 0,15. Когда это значение оказывается слишком высоким, комплекс силикатов металлов способен образовывать осадок и терять активность. Когда это значение является слишком низким, образуется относительно небольшое количество комплекса силикатов металлов.

Предполагают, что предпочтительный размер микрочастиц водорастворимых комплексов силикатов металлов по настоящему изобретению составляет меньше примерно 200 нм при более предпочтительном интервале от примерно 2 до 100 нм, а еще предпочтительнее от примерно 5 до 80 нм, как это определяют по динамическому рассеянию лазерного излучения при 25° С в водном растворе. Предполагают, что если размер частиц слишком велик, комплексы силикатов металлов обычно образуют осадок. Если размер частиц слишком мал, такие комплексы силикатов металлов обладают недостаточной флокулирующей способностью.

Перед обсуждением тех переменных параметров получения комплексов силикатов металлов, которые влияют на стабильность водорастворимых комплексов по настоящему изобретению, ниже в общих чертах представлен способ получения водорастворимых комплексов силикатов металлов по настоящему изобретению.

Водорастворимые комплексы силикатов металлов по настоящему изобретению могут быть получены добавлением по меньшей мере одного силиката с одновалентным катионом в водную композицию, содержащую ионы двухвалентных металлов. Когда по меньшей мере один силикат с одновалентным катионом смешивают с водной композицией, содержащей ионы двухвалентных металлов, во время перемешивания силикатов с одновалентными катионами и водной композиции водорастворимые комплексы силикатов металлов образуются самопроизвольно. Водорастворимые комплексы силикатов металлов по настоящему изобретению могут быть также получены путем приготовления водной композиции, включающей по меньшей мере один силикат с одновалентным катионом и одновременного и/или последовательного добавления источника ионов двухвалентных металлов с образованием водорастворимого комплекса силикатов металлов по настоящему изобретению. Водорастворимые комплексы силикатов металлов по настоящему изобретению можно готовить в виде концентрата на находящемся на стороне предприятии или можно готовить на месте, например на бумажной фабрике.

Силикаты с одновалентными катионами, которые используют для получения водорастворимых комплексов силикатов металлов по настоящему изобретению, могут находиться в форме порошка или жидкости. Примеры силикатов с одновалентными катионами, которые используют для получения водорастворимых комплексов силикатов металлов, включают силикаты щелочных металлов. Примерами силикатов, которые особенно предпочтительны для получения водорастворимых комплексов силикатов металлов по настоящему изобретению, включают силикат натрия, силикат калия, силикат лития и/или силикат аммония.

Как отмечено выше, примеры ионов двухвалентных металлов, которые могут быть использованы при получении водорастворимых комплексов силикатов металлов по настоящему изобретению, включают, хотя ими их список не ограничен, ионы щелочно-земельных металлов и переходных металлов. Так, в частности, ионами двухвалентных металлов могут служить ионы магния, кальция, цинка, меди, железа(II), марганца(II) и/или бария.

Примеры водных композиций, содержащих ионы двухвалентных металлов, включают, хотя ими их список не ограничен, подсеточную воду, жесткую воду, очищенную воду и целлюлозную жидкую массу. Понятие "подсеточная вода", которая также известна как "бункерная вода", относится к воде, собираемой из машины для изготовления целлюлозного продукта во время изготовления целлюлозного продукта, например к воде, собираемой из бумагоделательной машины во время и после изготовления бумаги. "Жесткой водой" называют воду, содержащую существенное количество ионов металлов, таких, как ионы Mg²⁺ и/или Са²⁺. Понятие "очищенная вода" относится к жесткой или мягкой воде, которую предварительно обрабатывают для повышения или понижения ее жесткости. Если жесткость воды оказывается слишком высокой, как это обсуждается ниже, некоторое количество ионов металлов могут быть блокированы или становятся дезактивированными при применении любого из методов, таких, как добавление хелатообразователя, например этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТК), гидроксиэтилендиаминтриуксусной кислоты (ГЭДТК), винной кислоты, лимонной кислоты, глюконовой кислоты или полиакриловой кислоты. Если жесткость воды слишком низка, как это обсуждается ниже, можно добавлять ионы двухвалентных металлов. Так, например, для повышения концентрации ионов металлов и, таким образом, повышения жесткости воды можно добавлять магниевую и/или кальциевую соль. Для повышения концентрации ионов металлов в водную композицию можно добавлять, в частности, CaCl₂, MgCl₂, MgSO₄, Са(NО₃)₂, Mg(NO₃)₂, CaSO₄ и/или ZnSO₄, предпочтительно CaCl₂, MgCl₂ и/или ZnSO₄, а более предпочтительно СаСl₂ и/или MgCl₂.

Принимая во внимание вышеизложенное, в процессе получения водорастворимых комплексов имеется несколько переменных параметров, которые влияют на способность комплексов силикатов металлов оставаться в растворе. Эти технологические переменные параметры включают концентрацию SiO₂ в водной композиции, жесткость водной композиции, перемешивание, осуществляемое во время образования водорастворимых комплексов силикатов металлов, рН водной композиции, температуру водной композиции и дополнительные растворенные вещества в водной композиции.