Целлюлозные продукты, включающие силикат, и способы их изготовления

Целлюлозные продукты, включающие силикат, и способы их изготовления

Реферат

1. Область техники, к которой относится изобретение

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 соединения алюминия и по крайней мере одного водорастворимого силиката. Настоящее изобретение относится, в частности, к способам изготовления целлюлозных продуктов, таких как бумажные изделия, осуществление которых включает практически одновременное или последовательное добавление в целлюлозную жидкую массу, такую как бумажная жидкая масса, по меньшей мере одного соединения алюминия и по крайней мере одного силиката с одновалентным катионом или водорастворимого комплекса силикатов металлов. Кроме того, настоящее изобретение относится к композициям, включающим по меньшей мере одно соединение алюминия и по крайней мере один водорастворимый силикат металла. Настоящее изобретение относится также к целлюлозным продуктам, таким как бумажные изделия, включающим по меньшей мере один водорастворимый комплекс 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 необходимые 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, волокна 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. Удаление 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.

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, однако, 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 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 следует готовить 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 и Rushmere и др., относятся к применению при изготовлении бумаги полисиликатных микрогелей в качестве добавок, содействующих удерживанию и дренированию. Предлагаемые по этим патентам микрогели получают при проведении процесса на месте в результате реакции поликремниевой кислоты со щелочным металлом с образованием микрогелей. Далее эти микрогели 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 in situ химически реакционноспособного субколлоидного гидрозоля и синтеза (in situ) микрогелевых клеев с комплексной функциональностью. Образующиеся клеи флокулируют бумажные волокнистые материалы с отливкой бумажных полотен. Предлагаемый Kaliski способ представляет собой двухстадийный способ, который в осуществлении сложен и требует затрат большого количества времени.

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 бумажной промышленности все еще остается потребность в разработке способа изготовления целлюлозных продуктов, таких как бумажные изделия, с превосходными дренированием и удерживанием, который экономически эффективен и одновременно с этим прост в применении. Кроме того, все еще существует необходимость в разработке способа изготовления целлюлозных продуктов, осуществление которого позволяет заметно усовершенствовать удерживание и дренирование при одновременной хорошей отливке бумажного листа.

Все еще существует потребность в применении дренирования при крупномасшабном изготовлении бумажных изделий, в котором производительность не снижается вследствие замедленного дренирования воды через более толстый сырой лист.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Объектом настоящего изобретения является способ изготовления целлюлозных продуктов, который включает практически одновременное добавление в целлюлозную жидкую массу (1) по меньшей мере одного соединения алюминия и (2) по крайней мере одного водорастворимого силиката. Водорастворимым силикатом может служить силикат с одновалентным катионом или водорастворимый комплекс силикатов металлов. В качестве этого водорастворимого комплекса силикатов металлов может быть использован продукт взаимодействия силиката с одновалентным катионом с ионами двухвалентных металлов.

Значение молярного соотношения между соединением алюминия и водорастворимым силикатом в пересчете на Al₂O₃/SiO₂ составляет от примерно 0,1 до 10, предпочтительно от примерно 0,2 до 5, а более предпочтительно от примерно 0,5 до 2.

Примеры такого соединения алюминия включают, хотя ими их список не ограничен, квасцы, АlСl₃ (хлорид алюминия), ПАХ (полиалюминийхлорид), ПАС (полиалюминийсульфат), ПАСС (полиалюминийсиликатосульфат) и/или полиалюминийфосфат, причем предпочтительны квасцы, ПАХ и/или ПАС, а более предпочтительны квасцы и/или ПАХ.

Приемлемые по настоящему изобретению силикаты с одновалентными катионами включают, хотя ими их список не ограничен, силикат натрия, силикат калия, силикат лития и/или силикат аммония, причем предпочтительны силикат натрия и/или силикат калия, а более предпочтителен силикат натрия. Предпочтительное значение массового соотношения SiO₂/Na₂O в силикате натрия находится в интервале от примерно 2 до 4, более предпочтительно от примерно 2,8 до 3,3, а наиболее предпочтительно от примерно 3,0 до 3,5.

Предлагаемый по настоящему изобретению водорастворимый комплекс силикатов металлов может включать по меньшей мере один из силиката с одновалентным катионом и силиката двухвалентного металла. Примеры силикатов двухвалентных металлов включают, хотя ими их список не ограничен, силикат магния, силикат кальция, силикат цинка, силикат меди, силикат железа, силикат марганца и/или силикат бария. Более предпочтительные силикаты двухвалентных металлов включают силикат магния, силикат кальция и/или силикат цинка. Наиболее предпочтительные силикаты двухвалентных металлов включают силикат магния и/или силикат кальция.

Водорастворимый комплекс силикатов двухвалентных металлов соответствует следующей формуле:

в которой М обозначает одновалентный ион; 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.

М обозначает атом натрия, калия или лития или аммоний. М' обозначает атом кальция, магния, цинка, меди, железа(II), марганца(II) или бария. Ион двухвалентного металла дериватизируют из источника, включающего водорастворимую соль, которая представляет собой по меньшей мере одно из следующих соединений: CaCl₂, MgCl₂, MgSO₄, Ca(NO₃)₂, Mg(NO₃)₂ и ZnSO₄.

Предпочтительное значение молярного соотношения SiO₂/M₂O у водорастворимого комплекса силикатов двухвалентных металлов находится в интервале от примерно 2 до 20, более предпочтительно от примерно 3 до 10, а наиболее предпочтительно от примерно 3 до 5, а значение молярного соотношения M'/Si находится в интервале от примерно 0,001 до 0,25.

Предпочтительная концентрация SiO₂ в растворе, содержащем водорастворимый комплекс силикатов двухвалентных металлов, находится в интервале от примерно 0,01 до 5% от массы раствора.

При осуществлении способа по настоящему изобретению соединение алюминия и водорастворимый комплекс силикатов двухвалентных металлов практически одновременно добавляют в целлюлозную жидкую массу после последней стадии высокосдвиговой обработки и перед напорным ящиком.

Способ по настоящему изобретению далее может включать добавление в целлюлозную жидкую массу по меньшей мере одной добавки, причем такие добавки включают, хотя ими их список не ограничен, по меньшей мере один флокулянт, крахмал, коагулянт, проклеивающее вещество, агент для придания прочности во влажном состоянии, агент для придания прочности в сухом состоянии и другие добавки, содействующие удерживанию. Добавки в целлюлозную жидкую массу можно вводить перед или после практически одновременного добавления соединения алюминия и водорастворимого комплекса силикатов двухвалентных металлов.

Примеры флокулянтов по настоящему изобретению включают, хотя ими их список не ограничен, высокомолекулярные полимеры, такие как катионоактивные полимеры, анионоактивные полимеры и по существу неионогенные полимеры.

Катионоактивные полимеры включают, хотя ими их список не ограничен, гомополимеры и сополимеры, содержащие звенья по меньшей мере одного катионоактивного мономера, выбранного из по меньшей мере диметиламиноэтилметакрилата (ДМАЭМ), диметиламиноэтилакрилата (ДМАЭА), метакрилоилоксиэтилтриметиламмонийхлорида (МЭТАХ), диметиламинопропилметакрилата (ДМАПМА), метакриламидопропилтриметиламмонийхлорида (МАПТАХ), диметиламинопропилакриламида (ДМАПАА), акрилоилоксиэтилтриметиламмонийхлорида (АЭТАХ), диметаминоэтилстирола, (п-винилбензил)триметиламмонийхлорида, 2-винилпиридина, 4-винилпиридина и виниламина. Так, например, катионоактивным флокулянтом может служить сополимер катионоактивного полиакриламида.

Примеры анионоактивного полимера включают, хотя ими их список не ограничен, гомополимеры и сополимеры, содержащие звенья анионоактивных мономеров, таких как акрилат, метакрилат, малеат, итаконат, сульфонат и фосфонат. Так, например, анионоактивным флокулянтом может служить сополимер анионоактивного полиакриламида.

По существу неионогенные полимеры включают, хотя ими их список не ограничен, по меньшей мере один полиакриламид, поли(этиленоксид), поливиниловый спирт и поли(винилпирролидинон).

Примеры крахмала включают, хотя ими их список не ограничен, по меньшей мере один картофельный крахмал, кукурузный крахмал, крахмал кукурузы восковой спелости и пшеничный крахмал.

Приемлемые коагулянты включают, хотя ими их список не ограничен, по меньшей мере один из следующих продуктов: квасцы, хлорид алюминия, полиалюминийхлорид, полиалюминийсульфат, полиалюминийсиликатосульфат, полиалюминийфосфат, полиамин, поли(диаллилдиметиламмонийхлорид), полиэтиленимин и поливиниламин.

Объектом настоящего изобретения является также способ изготовления целлюлозных продуктов, который включает последовательное добавление в целлюлозную жидкую массу по меньшей мере одного соединения алюминия и по крайней мере одного водорастворимого силиката. Этот способ может также включать введение в целлюлозную жидкую массу по меньшей мере одной добавки.

Кроме того, объектом настоящего изобретения является композиция для изготовления целлюлозных продуктов, которая включает по меньшей мере одно соединение алюминия и по крайней мере один водорастворимый силикат, где этот водорастворимый силикат представляет собой по крайней мере один продукт взаимодействия с одновалентным катионом с ионами двухвалентных металлов. Объектом настоящего изобретения является также целлюлозный продукт, включающий целлюлозное волокно, по меньшей мере одно соединение алюминия и по крайней мере один водорастворимый силикат металла как продукт взаимодействия силиката с одновалентным катионом с ионами двухвалентных металлов. Этот целлюлозный продукт изготавливают одновременным или последовательным добавлением в целлюлозную жидкую массу по меньшей мере одного соединения алюминия и по крайней мере одного водорастворимого силиката. В предпочтительном варианте содержание соединения алюминия в целлюлозном продукте может составлять от примерно 100 до 5000 ч./млн Аl₂О₃, более предпочтительно от примерно 200 до 2000 ч./млн Аl₂О₃, а наиболее предпочтительно от примерно 500 до 1000 ч./млн Аl₂О₃, а количество водорастворимого комплекса силикатов металлов в целлюлозном продукте может быть равным от примерно 50 до 10000 ч./млн SiO₂, более предпочтительно от примерно 250 до 3000 ч./млн SiO₂, а наиболее предпочтительно от примерно 500 до 2000 ч./млн SiO₂.

Способ изготовления целлюлозных продуктов по настоящему изобретению целесообразно применять при изготовлении бумаги. Его осуществление улучшает удерживание тонкодисперсных твердых частиц композиции бумаги во время турбулентного процесса дренирования и формования бумажного полотна. Без соответствующего удерживания тонкодисперсных твердых частиц эти твердые частицы либо теряются с технологической сточной водой, либо накапливаются до высокого содержания в рециркуляционном контуре для оборотной воды, вызывая рост потенциальных 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 для придания бумаге соответствующих свойств непрозрачности, прочности и проклейки.

Осуществление способов по настоящему изобретению дает возможность заметно улучшить удерживание и дренирование при одновременном сохранении хорошего формования бумажных изделий. Бумажные изделия по настоящему изобретению характеризуются превосходными качествами.

Таким образом, объектом настоящего изобретения является усовершенствованное регулирование удерживания и дренирования при изготовлении целлюлозных продуктов, таких как бумага.

Другим объектом настоящего изобретения является разработка способов изготовления целлюлозных продуктов, осуществление которых включает практически одновременное добавление в целлюлозную жидкую массу, такую как бумажная жидкая масса, (1) по меньшей мере одного соединения алюминия и (2) по крайней мере одного силиката с одновалентным катионом или по крайней мере одного водорастворимого комплекса силикатов металлов.

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

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 приведены с указанием в массовых процентах в пересчете на 100% массы данного образца. Так, например, 30% соответствуют 30 маc. ч. на каждые 100 мас. ч. 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.

"Целлюлозной жидкой массой" называют суспензию на водной основе, включающую целлюлозные волокна, мелочь и добавки, используемые для изготовления целлюлозных продуктов, известных в данной области техники.

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

"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 кальциевых эквивалентов. В этом отношении 1 ч./млн Са эквивалента равна 2,78 ч./млн СаСl₂ эквивалента, что составляет 2,50 ч./млн СаСО₃ эквивалента. Кроме того, 1 ч./млн Mg эквивалента равна 1,65 ч./млн Са эквивалента, 4,57 ч./млн CaCl₂ эквивалента и 4,12 ч./млн СаСО₃ эквивалента.

Понятие "бумажная жидкая масса" или "бумажная масса" 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.

Понятие "последовательное добавление" относится к по крайней мере двум разным веществам, добавляемым на разных участках машины, применяемой для изготовления целлюлозных продуктов. Эти участки достаточно удалены друг от друга, вследствие чего одно добавляемое вещество смешивают с целлюлозной жидкой массой до добавления другого вещества.

Понятие "практически одновременное добавление" или "одновременное добавление" относится к добавлению двух веществ в целлюлозную жидкую массу практически без временной разницы и по существу в одном и том же месте. Оба добавляемых вещества могут находиться в форме смеси, а также раздельно, причем, например, одно вещество добавляют во время добавления другого.

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 может образоваться небольшое количество осадка. 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 которой составляет 0,3 мас.% SiO₂, 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.

В общих чертах объектом настоящего изобретения являются простые и экономически эффективные способы изготовления целлюлозных продуктов, таких как бумажные изделия. Способ по настоящему изобретению включает, в частности, практически одновременное добавление в целлюлозную жидкую массу (1) по меньшей мере одного соединения алюминия и (2) по крайней мере одного водорастворимого силиката. В предпочтительном варианте в качестве этого водорастворимого силиката может быть использован силикат с одновалентным катионом или водорастворимый комплекс силикатов металлов. Водорастворимым комплексом силикатов металлов может служить продукт взаимодействия силиката с одновалентным катионом с ионами двухвалентных металлов.

Кроме того, объектом настоящего изобретения являются композиции, включающие по меньшей мере одно соединение алюминия и по меньшей мере один водорастворимый силикат. Объектом настоящего изобретения являются также целлюлозные продукты, такие как бумажные изделия, которые включают по меньшей мере одно соединение алюминия и по меньшей мере один водорастворимый комплекс силикатов металлов.

По одному из вариантов выполнения настоящего изобретения его объектом является способ изготовления целлюлозных продуктов. Конкретно способ по настоящему изобретению включает практически одновременное добавление в целлюлозную жидкую массу по меньшей мере одного соединения алюминия и по крайней мере одного силиката с одновалентным катионом.

Значение молярного соотношения между соединением алюминия и силикатом с одновалентным катионом в пересчете на Аl₂О₃/SiO₃ составляет от примерно 0,1 до 10, предпочтительно от примерно 0,2 до 5, а более предпочтительно от примерно 0,5 до 2.

Примеры такого соединения алюминия включают, хотя ими их список не ограничен, квасцы, АlCl₃ (хлорид алюминия), ПАХ (полиалюминийхлорид), ПАС (полиалюминийсульфат), и/или ПАСС (полиалюминийсиликатосульфат), полиалюминийфосфат, причем предпочтительны квасцы, ПАХ и/или ПАС, а более предпочтительны квасцы и/или ПАХ.

Примеры силиката с одновалентным катионом включают, хотя ими их список не ограничен, силикат натрия, силикат калия, силикат лития и/или силикат аммония, причем предпочтительны силикат натрия и/или силикат калия, а более предпочтителен силикат натрия.

В предпочтительном варианте целлюлозная жидкая масса по настоящему изобретению может включать по меньшей мере один ион двухвалентного металла. Примеры двухвалентных металлов, которые могут быть использованы по настоящему изобретению, включают, хотя ими их список не ограничен, магний, кальций, цинк, медь, железо (II), марганец (II) и/или барий. Предпочтительные двухвалентные металлы включают магний, кальций и/или цинк. Наиболее предпочтительные двухвалентные металлы включают магний и/или кальций.

Ион двухвалентного металла дериватизируют из источника водорастворимой соли, такой как CaCl₂, MgCl₂, MgSO₄, Ca(NO₃)₂, Mg(NO₃)₂ и/или ZnSO₄, предпочтительно CaCl₂, MgCl₂ и/или ZnSO₄, а более предпочтительно СаСl₂ и/или MgCl₂.

Целлюлозные жидкие массы по настоящему изобретению могут включать наполнители, известные в данной области техники, такие как глина, диоксид титана, измельченный карбонат кальция и осажденные карбонаты кальция. Значение рН и температуру целлюлозной жидкой массы важными факторами для выполнения настоящего изобретения не считают. Пока рН и температура целлюлозной жидкой массы находятся в нормальных пределах, в частности значение рН в интервале от примерно 4 до 10, а температура от примерно 5 до 80° С, водорастворимые комплексы силикатов металлов по настоящему изобретению являются эффективными.

Когда для получения водорастворимого комплекса силикатов металлов in situ в целлюлозную жидкую массу добавляют силикат с одновалентным катионом, предпочтительная жесткость целлюлозной жидкой массы по настоящему изобретению составляет от примерно 1 до 600 ч./млн (частей на миллион) Са эквивалента, более предпочтительно от примерно 10 до 200 ч./млн Са эквивалента, а наиболее предпочтительно от примерно 20 до 100 ч./млн Са эквивалента. Если жесткость целлюлозной жидкой массы составляет от примерно 1 до 600 ч./млн Са эквивалента, силикат с одновалентным катионом в целлюлозной жидкой массе способен взаимодействовать с ионами двухвалентных металлов с образованием водорастворимого комплекса силикатов металлов по настоящему изобретению.

В другом варианте способ изготовления бумажных изделий по настоящему изобретению включает, как сказано выше, практически одновременное добавление в целлюлозную жидкую массу по меньшей мере одного соединения алюминия и по крайней мере одного водорастворимого комплекса силикатов металлов.

Значение молярного соотношения между соединением алюминия и водорастворимым комплексом силикатов металлов в пересчете на Аl₂O₃/SiO₂ составляет от примерно 0,1 до 10, предпочтительно от примерно 0,2 до 5, а более предпочтительно от примерно 0,5 до 2.

Предпочтительные водорастворимые комплексы силикатов металлов по настоящему изобретению включают двухвалентный силикат по меньшей мере одного вида и по меньшей мере один силикат с одновалентным ионом.

Как отмечено выше, примеры двухвалентных силикатов, которые могут быть использованы в составе водорастворимых комплексов силикатов металлов по настоящему изобретению, включают, хотя ими их список не ограничен, силикаты щелочно-земельных металлов и переходных металлов. Так, например, двухвалентные металлы могут включать магний, кальций, цинк, медь, железо (II), марганец (II) и/или барий. Предпочтительные двухвалентные металлы включают магний, кальций и/или цинк. Наиболее предпочтительные двухвалентные металлы включают магний и/или кальций.

Предпочтительные силикаты двухвалентных металлов включают силикат магния, силикат кальция, силикат цинка, силикат меди, силикат железа, силикат марганца и/или силикат бария. Более предпочтительные силикаты двухвалентных металлов включают силикат магния, силикат кальция и/или силикат цинка. Наиболее предпочтительные силикаты двухвалентных металлов включают силикат магния и/или силикат кальция.

Примеры силикатов с одновалентными катионами, которые могут быть использованы в составе водорастворимых комплексов силикатов металлов по настоящему изобретению, включают силикаты таких одновалентных катионов, как катионы натрия, калия, лития и/или аммония. Предпочтительные одновалентные катионы включают катионы натрия и/или калия. Наиболее предпочтительный одновалентный катион представляет собой катион натрия.

Предпочтительные силикаты с одновалентными катионами включают силикат натрия, силикат калия, силикат лития и/или силикат аммония, более предпочтительные включают силикат натрия и/или силикат калия, а наиболее предпочтителен силикат натрия. Предпочтительное значение массового соотношения SiO₂/Na₂O в силикате натрия находится в интервале от примерно 2 до 4, более предпочтительно от примерно 2,8 до 3,3, а наиболее предпочтительно от примерно 3,0 до 3,5.

В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения комплекс силикатов металлов представляет собой комплекс силиката магния и/или комплекс силиката кальция, приготовленный добавлением силиката натрия в водную композицию, содержащую 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 водную композицию, обладает значением молярного соотношения SiO₂/оксид одновалентного катиона, такой 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 могут включать водорастворимые комплексы силикатов металлов, отвечающих следующей формуле:

в которой М обозначает одновалентный ион, как сказано выше, М' обозначает атом двухвалентного металла, такого как вышеприведенные двухвалентные металлы, 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 составлять 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: (1) молярное соотношение SiO₂/M₂O, (2) молярное соотношение M'/Si, (3) концентрацию SiO₂, (4) размер микрочастиц комплекса, (5) жесткость водной композиции, в которой образуются комплексы, (6) перемешивание, осуществляемое во время образования комплексов силикатов металлов, (7) рН водной композиции, (8) температуру водной композиции и (9) 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 могут повлиять 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.

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 3,0 до 5,0. 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 может составлять меньше примерно 200 нм, более предпочтительно 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. Если размер частиц слишком велик, комплексы силикатов металлов обычно образуют осадок. Если размер частиц слишком мал, такие комплексы силикатов металлов обладают недостаточной флокулирующей способностью.

Кроме того, перед обсуждением переменного параметра получения водорастворимого силиката металла по настоящему изобретению, который влияет 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 водный раствор, содержащий ионы двухвалентных металлов. Когда по меньшей мере один силикат с одновалентным катионом смешивают с водным раствором, содержащим ионы двухвалентных металлов, во время перемешивания силикатов с одновалентными катионами и водного раствора водорастворимые комплексы силикатов металлов образуются самопроизвольно.

По другому варианту водорастворимые комплексы силикатов металлов по настоящему изобретению могут быть получены путем (1) добавления по меньшей мере одного одновалентного