Композиция, cодержащая оксид кремния

Композиция, cодержащая оксид кремния

Реферат

Область изобретения

Изобретение относится к области химических процессов для обработки целлюлозных волокон, в частности, древесной массы.

Уровень техники в области изобретения

Хотя бумагу делают уже несколько сотен лет, целлюлозно-бумажная промышленность постоянно развивается. Будучи потребителем натурального возобновляемого сырья, эта промышленность сегодня стремится усовершенствовать свой имидж в общественном мнении как промышленности, приемлемой с экологической точки зрения. Чтобы поддерживать свою деятельность во времени, целлюлозно-бумажная промышленность должна также совершенствовать качество бумаги и картона, что, в свою очередь, зависит от совершенствования качества волокна, из которого делаются бумага и/или картон.

Важной стороной сохранения имиджа экологической безопасности является способность промышленности постоянно снижать свои жидкие отходы. Сегодня повторное использование воды в целлюлозно-бумажной промышленности во многом ограничено накоплением веществ в оборотной воде. Любые разработки, которые позволят еще больше сократить потребление воды и соответственно уменьшить загрязняющую нагрузку, считаются положительными.

Древесные волокна для применения в бумажном производстве получают либо в процессе химической варки целлюлозы, либо в механическом процессе, или получают комбинацией этих двух процессов. Значительную часть используемых древесных волокон составляют рецикловые волокна. При обработке древесины для получения целлюлозы, подходящей для производства бумаги и картона, промежуточный материал часто контактирует с окислителем. Одним примером такого процесса является кислородная делигнификация, а другим примером - отбелка целлюлозы. Независимо от процесса или источника волокон, волокна часто оказываются слишком темными, чтобы годиться для некоторых сортов бумаги. Поэтому волокна отбеливают путем контакта с отбеливателем. Общественность требует вести рынок в сторону все большей и большей белизны, так как белый лист бумаги обычно воспринимается как имеющий более высокое качество, чем более темный лист.

Степень белизны можно измерять несколькими путями. Общепринятым является количественно оценивать степень белизны древесных волокон, используя стандартный метод ISO для определения белизны. Согласно этому способу, степень белизны определяется по шкале от 0% до 100%, где 0% означает абсолютно черное тело, а 100% означает степень белизны стандартного кристалла оксида магния. Небеленые древесные волокна типично имеют степень белизны по ISO 58-62%. Это значение можно существенно повысить, приводя волокна в контакт с отбеливателем, который представляет собой либо окислитель, либо восстановитель. Можно также отбеливать волокна путем ряда последовательных этапов отбелки, используя один или несколько отбеливателей, чтобы достичь высокой степени белизны. Результат отбелки может зависеть от типа используемых древесных волокон.

В предшествующем уровне техники описан хлор как один из широко применяемых отбеливателей для древесных волокон. Однако, отбелка хлором имеет тот недостаток, что образуются вредные органические соединения. Поэтому, движимые заботой об окружающей среде и стремлением считаться экологически приемлемой промышленностью, производители целлюлозы и бумаги разработали другие решения для отбелки древесных волокон, и отбелка элементарным хлором в настоящее время в целом прекратилась.

Одним общепринятым окислителем для отбелки древесных волокон является перекись водорода. Это вещество имеет существенные преимущества как отбеливатель, так как оно относительно эффективно, относительно недорого и не содержит хлора. Отбелка на основе перекиси водорода обычно осуществляется при щелочном pH в присутствии силиката, такого, как силикат натрия, называемого обычно жидким стеклом.

Известно, что перекись водорода разлагается из-за каталитической активности марганца и железа. Такое разложение перекиси водорода снижает количество перекиси, доступной для реакции отбеливания и, таким образом, снижает эффективность процесса отбелки. Поэтому ионы тяжелых металлов, таких, как железо и марганец, присутствующие в целлюлозе, обычно удаляют путем контакта целлюлозы с хелатообразующим агентом и удаления воды, содержащей хелатированные тяжелые металлы. Альтернативно, хелатообразующий агент присутствует в процессе отбелки на основе перекиси водорода. Наиболее широко применяемыми хелатообразующими агентами являются этилендиаминтетрауксусная кислота (EDTA) и диэтилентриаминпентауксусная кислота (DTPA) или их соли. Однако, эти агенты очень трудно разложить биологическими процессами, и они имеют способность накапливаться в окружающей среде из-за их низкой биоразложимости. Чтобы избежать этого накопления, были разработаны другие сильные хелаты, такие, как [S,S]этилендиамин диянтарная кислота (смотри WO 97/30209). Однако, поскольку стоимость таких продуктов существенно выше, они не применяются на промышленном уровне. Также, несмотря на эти усилия минимизировать разложение перекиси водорода, все же могут иметь место существенные потери перекиси из-за разложения.

Жидкое стекло является щелочным раствором с высоким pH (часто примерно 12-13), состоящим в основном из силикатных мономеров химической формулы (SiO₂)_x:Na₂O, в которой x обычно ниже 3,5. Функция силиката натрия понятна не совсем, но считается, что он участвует в образовании комплексов тяжелых металлов и способствует установлению щелочных условий, необходимых для хорошего результата отбелки. Кроме того, считается, что силикат натрия пассивирует металлические поверхности. Однако, сообщалось, что недостатками силиката натрия является тенденция к образованию отложений и абразивность в рафинерах. Кроме того, силикат натрия ухудшает удаление воды на бумагоделательной машине, и поэтому снижает производительность и/или повышает затраты на сушку.

Обычно используется гидроксид натрия, чтобы обеспечить щелочную среду, которая необходима для эффективной отбелки перекисью водорода. Хотя гидроксид натрия и эффективен в создании щелочных условий, его недостатком является то, что pH в процессе отбелки обычно становится слишком высоким для оптимального результата. При высоком pH, получаемом при использовании гидроксида натрия, некоторые древесные волокна растворяются, что приводит к потере волокон 1-2% или более, о чем свидетельствует высокая химическая потребность в кислороде (COD). Это означает не только потерю выхода, но также усиление проблем с отходами, так как растворенные волокна вносят вклад в нагрузку органикой потока жидких отходов. Поток волокон также будет содержать более высокое количество растворенного органического материала, который может влиять на удержание и обезвоживание в бумагоделательной машине для фабрик, которые имеют объединенное производство целлюлозы и бумаги. Чтобы снизить pH, испытывали другие материалы, такие, как оксид кальция, сульфат магния, оксид магния и гидроксид магния, для частичной замены гидроксида натрия как щелочного агента. Однако, степень белизны, достигаемая при использовании гидроксида магния, обычно была на несколько ISO-единиц ниже, чем достигаемая с применением гидроксида натрия для регулирования pH, приводя, таким образом, к бумаге, которая воспринимается как бумага более низкого качества.

Следующий недостаток как традиционного способа, использующего гидроксид натрия, так и более экспериментального способа, использующего гидроксид магния, заключается в том, что должны применяться сильные хелатообразующие агенты, чтобы минимизировать разложение окисляющих отбеливателей или других активных к лигнину агентов.

Кроме того, силикат натрия применяется в очищении от краски рецикловых волокон. Цель очистки от краски, равно как и отбелки, состоит в повышении степени белизны целлюлозы. Однако, в отличие от отбелки новых древесных волокон, повышение степени белизны в процессе очистки от краски достигается в результате отделения красителей от древесных волокон, обычно получаемых из рецикловой бумаги. Это может делаться с применением или без применения окислителя. Традиционно в процессе очистки от краски силикат комбинируют с гидроксидом натрия, окислителем и ПАВом. Очистка от краски проводится при высоком pH, чтобы обеспечить достаточное набухание волокон. Было показано, что эта операция может также проводиться при более низком pH, если использовать гидроксид магния как источник щелочи. Однако процесс очистки от краски, основанный на гидроксиде магния, все еще является экспериментальным, и не вошел в установившуюся практику.

Целлюлозно-бумажная промышленность все больше и больше делает свои системы замкнутыми, благодаря обороту воды для минимизации отходов и, в некоторой степени, для экономии энергии. Следствием этого является накопление веществ с низким сродством к волокнам, например, оксалатных ионов, образующихся при разложении целлюлозы. Другим веществом с низким сродством к волокну являются ионы кальция. Накапливание обоих этих веществ может привести к отложению осажденного оксалата кальция, что в целлюлозно-бумажной промышленности является проблемой повышенного значения.

Кроме того, как во всех крупномасштабных промышленных приложениях, важным фактором, который следует учитывать в целлюлозно-бумажной промышленности, являются расходы. Не только сумма затрат на отдельные химические добавки, используемые на технологическом этапе, но даже любое сокращение общих расходов на обработку целлюлозы было бы улучшением.

Таким образом, можно сделать вывод, что, несомненно, имеется потребность в способе, каким можно было бы достичь степени белизны, как в применяющихся в настоящее время способах обработки целлюлозы, без некоторых или без всех названных выше недостатков, т.е., без потери окислителя, существенных потерь волокон, высокой нагрузки органикой сбросной воды, низкой биоразложимости добавок, отложений силиката и оксалата, и который обладал бы потенциалом для снижения затрат. Безусловно, существует также потребность в способе, посредством которого можно достичь дальнейшего замыкания водных систем.

Суть изобретения

Целью изобретения является по меньшей мере частично устранить проблемы, связанные с описанными выше способами предшествующего уровня и, таким образом, дать средства для достижения улучшенного результата обработки, в частности, улучшенный способ отбелки.

Следующей целью изобретения является разработать способ, который позволяет больший оборот технологической воды.

В первом аспекте изобретение относится к композиции, содержащей смесь кремнийоксидного соединения и оксида щелочноземельного металла или гидроксида щелочноземельного металла в водном растворителе, отличающейся тем, что кремнийоксидное соединение и оксид щелочноземельного металла или гидроксид щелочноземельного металла вместе образуют основную часть не являющегося растворителем материала композиции.

Благодаря предварительному соединению оксида щелочноземельного металла или гидроксида щелочноземельного металла и кремнийоксидного соединения в отдельную композицию для последующего добавления в волокнистый материал, который должен обрабатываться агентом обработки, эффективность обработки улучшается в сравнении со случаем, когда оксид щелочноземельного металла или гидроксид щелочноземельного металла и кремнийоксидное соединение добавляются в волокнистый материал последовательно или смешиваются лишь во время или незадолго до добавления. Таким образом, можно использовать, например, меньшие количества отбеливателя и/или кремнийоксидного соединения, чтобы достичь определенной степени белизны по ISO. Равным образом, неизрасходованную перекись водорода, оставшуюся после первой реакции отбеливания (известную также как остаточная перекись), можно вернуть в цикл, позволяя таким образом соответствующую экономию количества добавляемой позднее перекиси водорода, когда целью является получить определенную концентрацию перекиси водорода во времени.

Кроме того, подавая композицию, содержащую и оксид щелочноземельного металла или гидроксид щелочноземельного металла, и кремнийоксидное соединение, на оборудование для производства целлюлозы и/или бумаги, изобретение сильно облегчает обращение с этими добавками и процесс добавления.

Композиция может иметь содержание указанного оксида щелочноземельного металла или гидроксида щелочноземельного металла в диапазоне от 1 до 99%, предпочтительно от 10 до 90%, более предпочтительно от 30 до 80% и наиболее предпочтительно от 40 до 70% в расчете на сухой вес. Кроме того, композиция может иметь содержание указанного кремнийоксидного соединения в диапазоне от 1 до 80%, предпочтительно от 5 до 50%, в расчете на сухой вес.

В композиции согласно изобретению отношение сухих весов указанного кремнийоксидного соединения к указанному оксиду щелочноземельного металла или гидроксиду щелочноземельного металла может лежать в диапазоне от 1:99 до 80:20, предпочтительно от 5:95 до 50:50 и более предпочтительно от 20:80 до 40:60, причем кремнийоксидное соединение и оксид щелочноземельного металла или гидроксид щелочноземельного металла вместе образуют основную часть не являющегося растворителем материала композиции. При отношении выше, чем 50:50, когда композиция используется в процессе отбелки перекисью или в процессе кислородной делигнификации, может иметь место уменьшение белизны из-за технологического эффекта, известного как щелочное потемнение. Поэтому предпочтительны композиции, в которых содержание кремнийоксидного соединения соответствует отношению 50:50 или ниже. Под "основной частью не являющегося растворителем материала" понимается по меньшей мере 50%, например, по меньшей мере 70%, от полного веса не являющегося растворителем материала.

Щелочноземельный металл предпочтительно представляет собой магний. Будучи труднорастворимым в воде, гидроксид магния, в частности, Mg(OH)₂, обеспечивает умеренно щелочной pH, который выгоден, например, для процесса отбелки, использующего перекись водорода, так как скорость расходования перекиси является более медленной по сравнению со скоростью в процессе, в котором как источник щелочи используется гидроксид натрия, что приводит к более высокой остаточной перекиси и уменьшенным потерям волокна. Соединяя гидроксид магния с кремнийоксидным соединением в композиции согласно изобретению, можно получить даже более высокую эффективность отбелки и отбеливающий эффект, чем получаемые при отдельном добавлении гидроксида магния и кремнийоксидного соединения. Следующим преимуществом использования гидроксида магния в комбинации с кремнийоксидным соединением согласно настоящему изобретению является то, что по существу устраняются проблемы, связанные с образованием отложений силиката и оксалата, соответственно. В результате снижается необходимость в дорогостоящих остановках производства для очистки деталей машины. Также, изобретение позволяет повышенную рециркуляцию технологической воды, экономя таким образом энергию и снижая жидкие отходы.

Кремнийоксидное соединение может быть выбрано из группы, состоящей из коллоидного оксида кремния, силиката и их комбинации.

Предпочтительно, в композиции согласно изобретению используется коллоидный оксид кремния. Считается, что коллоидный оксид кремния связывает растворенные ионы железа и марганца, присутствующие в композиции, одновременно предотвращая образование отложений, традиционно связываемых с применением жидкого стекла, хотя нельзя исключить и другие причины улучшенной эффективности. Коллоидный оксид кремния легко смешивается с гидроксидом магния, давая стабильную композицию. Коллоидный оксид кремния типично имеет размер частиц в диапазоне от 1 до 500 нм. Кроме того, так как коллоидный оксид кремния имеет pH, который меньше, чем у силиката натрия, приготовление композиции и обращение с ней становится надежнее и проще, если использовать коллоидный оксид кремния.

Кроме того, коллоидный оксид кремния может иметь модификации на поверхности. Модифицируя поверхность частиц коллоидного оксида кремния, например, введением органических боковых цепей, таких, как алкильные группы и/или их производные, можно улучшить стабильность композиции благодаря стерическому экранированию, которое может снизить дестабилизирующий эффект электростатических сил, действующих на частицы оксида кремния в композиции.

Альтернативно, кремнийоксидное соединение может быть силикатом, предпочтительно силикатом щелочного металла, более предпочтительно силикатом натрия. Кристаллы силиката натрия в композиции по изобретению, по-видимому, легко связывают растворенные ионы железа и марганца, присутствующие в композиции, хотя нельзя исключить и другие причины улучшенной эффективности. Кроме того, при использовании композиции, содержащей оксид или гидроксид магния и силикат натрия, снижается проблема отложения силиката, так как в качестве основной силикатной соли вместо силиката натрия образуется похожий на тальк силикат магния. В отличие от силиката натрия, выпавший в осадок силикат магния легко удаляется промывкой и не имеет тенденции к образованию отложений. Силикат натрия предпочтительно имеет отношение SiO₂:Na₂O в диапазоне от 1 до 4,5, более предпочтительно от 1 до 3,5.

Следующим преимуществом использования комбинации гидроксида магния и кремнийоксидного соединения, в частности, силиката, по сравнению с использованием только гидроксида магния, является то, что композицию можно оптимизировать в отношении полной стоимости при достижении желаемого технического эффекта.

В другом аспекте изобретение относится к применению композиции, какая описана выше, для обработки целлюлозных волокон. Изобретение относится также к применению вышеуказанной композиции для снижения обрастания оксалатами в системе для производства целлюлозы и/или бумаги.

В другом аспекте изобретение относится к способу получения композиции согласно изобретению, включающему этапы:

- добавление оксида щелочноземельного металла или гидроксида щелочноземельного металла и кремнийоксидного соединения в водную среду, чтобы получить водную смесь, и

- выстаивание указанной водной смеси, типично в течение по меньшей мере 1 часа, предпочтительно по меньшей мере 6 часов, более предпочтительно по меньшей мере 12 часов и еще более предпочтительно по меньшей мере 24 часа.

В еще одном аспекте изобретение относится к способу получения смеси для обработки, включающему этапы:

- подготовку композиции, которая описана выше, или композиции, полученной описанным выше способом, и

- приведение указанной композиции в контакт с агентом обработки.

Агент обработки может быть агентом, химически активным к лигнину, отбеливателем или средством очистки от краски. Когда агент обработки является отбеливателем, способ обработки целлюлозных волокон может быть способом отбелки. Примером отбеливателя является перекись водорода. Кроме того, когда агент обработки представляет собой агент, химически активный к лигнину, способ обработки целлюлозных волокон может быть способом делигнификации древесных волокон. Примером агента, химически активного к лигнину, является кислород. Когда агент обработки представляет собой средство очистки от краски, способ может быть способом очистки от краски рецикловой целлюлозы.

В следующем аспекте изобретение относится к способу обработки целлюлозных волокон, включающему этапы:

- подготовку волокнистого материала и

- добавление композиции, которая описана выше, или композиции, полученной описанным выше способом, в указанный волокнистый материал.

Обычно, способ обработки целлюлозных волокон включает, кроме того, этап добавления агента обработки в указанный волокнистый материал. Этап добавления композиции предпочтительно может проводиться до этапа добавления агента обработки. Волокнистым материалом, который нужно обрабатывать, может быть древесная масса, например, древесная целлюлоза, древесная полуцеллюлоза и механическая древесная масса; рецикловые волокна или древесная щепа.

Кроме того, в следующем аспекте изобретение относится к способу снижения отложения оксалатов в системе для производства целлюлозы и/или бумаги, причем этот способ содержит этап добавления композиция по изобретению в указанную систему для производства целлюлозы и/или бумаги.

Наконец, изобретение относится также к способу получения бумажных изделий, включающему этапы:

- осуществление способа обработки целлюлозных волокон, который описан выше, и

- формирование бумажного изделия из указанных целлюлозных волокон.

Ниже изобретение будет описано более подробно.

Подробное описание изобретения

Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что водная композиция, содержащая смесь оксида щелочноземельного металла или гидроксида щелочноземельного металла, в частности, гидроксида магния, с кремнийоксидным соединением, например, коллоидным оксидом кремния или силикатом натрия, причем кремнийоксидное соединение и оксид щелочноземельного металла или гидроксид щелочноземельного металла вместе образуют основную часть не являющегося растворителем материала, обеспечивает улучшенные эффекты по сравнению с отдельным добавлением вышеуказанных ингредиентов в волокнистый материал при использовании в отбелке целлюлозных волокон с помощью перекиси. Эти эффекты относятся, в частности, к остаточному содержанию перекиси и коэффициенту использования оксида кремния. Кроме того, важно, что эти эффекты могут быть получены по существу без снижения отбеливающего эффекта, как определяется степенью белизны по ISO. В частности, авторы изобретения обнаружили, что смешением оксида щелочноземельного металла или гидроксида щелочноземельного металла и кремнийоксидного соединения в водной среде и выстаиванием полученной смеси перед применением в процессе отбелки можно достичь улучшенной эффективности отбелки.

Обычно, композиция в качестве растворителя содержит воду.

Предпочтительным оксидом щелочноземельного металла или гидроксидом щелочноземельного металла согласно изобретению является гидроксид магния, в частности Mg(O)₂. Mg(OH)₂ имеет низкую растворимость в воде (12 мг/л при 25°C при равновесном pH) и обычно поставляется в виде водной дисперсии. При добавлении в водную систему гидроксид магния медленно растворяется с образованием ионов магния, Mg²⁺, и гидроксидных ионов, OH^-, из которых последний может способствовать активации окислительного агента обработки (например, кислорода или перекиси водорода).

Общая формула, показывающая химическую реакцию между перекисью водорода и гидроксидными ионами, следующая:

Пергидрокси-анион, образованный в реакции (I), реагирует дальше, обеспечивая отбеливающий эффект. Из-за низкой растворимости гидроксида магния гидроксидные ионы поступают с низкой скоростью, замедляя тем самым скорость превращения перекиси водорода в пергидрокси-анионы. Такая замедленная скорость реакции благоприятствует эффективности реакции, приводя к значительному повышению остаточной перекиси водорода и уменьшению потерь волокна.

Как альтернатива гидроксиду магния, для целей изобретения может использоваться также оксид магния (MgO). Оксид магния обычно применяется для получения гидроксида магния по реакции с водой при повышенной температуре. Чтобы магний из оксида магния был растворим в воде, обычно требуется гидратация с образованием гидроксида магния. Согласно изобретению, эта гидратация может происходить in situ в композиции, и таким образом, в качестве исходного материала вместо гидроксида магния или в комбинации с ним может использоваться оксид магния.

Имеющийся в продаже гидроксид магния обычно содержит относительно большие количества марганца и железа в сравнении с покупным гидроксидом натрия. Поэтому в процессе, использующем гидроксид магния вместо гидроксида натрия для получения щелочных условий, потребность в хелатообразующем агенте должна быть особенно высокой. Авторы изобретения неожиданно обнаружили, что применение заранее составленной композиции, содержащей смесь кремнийоксидного соединения и оксида или гидроксида магния в водном растворителе, причем оксид или гидроксид магния и кремнийоксидное соединение вместе составляют основную часть не являющегося растворителем материала композиции, что позволяет использовать гидроксид магния при одновременно сохранении или даже улучшении эффективности отбелки без использования дополнительных хелатообразующих агентов в композиции.

Используя композицию по изобретению, можно ослабить или избежать недостатков образования отложений, связанных с традиционным применением силиката натрия и гидроксида натрия. Как будет описано ниже, применение оксида или гидроксида магния согласно изобретению снижает также обрастание оксалатами, в частности, оксалатом кальция. Это снижение отложений оксалатов позволит повысить повторное использование технологической воды и дополнительно снизить нагрузку сточными водами.

Предпочтительным оксидом щелочноземельного металла или гидроксидом щелочноземельного металла согласно изобретению является коммерческий гидроксид магния (Mg(OH)₂). Коммерческий гидроксид магния обычно имеет содержание железа до 1500 ч/млн. Гидроксид магния также обычно имеет содержание марганца до 200 ч/млн. Как пример, широко применяемый коммерческий гидроксид магния, CellGuard^® OP (Martin Marietta, США), имеет содержание железа <1000 ч/млн и содержание марганца <120 ч/млн. Обычно предпочтительно как можно более низкое содержание железа и марганца.

Так как гидроксид магния имеет низкую растворимость в воде и поставляется в виде водной суспензии, размер частиц предпочтительно достаточно маленький, чтобы избежать осаждения до такой степени, которая сделала бы трудным или невозможным использовать композицию по изобретению. Обычно чем мельче частицы, тем лучше стабильность композиции при хранении. Маленькие частицы желательны также потому, что скорость их растворения будет выше. Предпочтительно, средний размер частиц гидроксида магния должен быть примерно 50 мкм или меньше, более предпочтительно примерно 10 мкм или меньше.

Композиция согласно изобретению может иметь содержание оксида щелочноземельного металла или гидроксида щелочноземельного металла в диапазоне от 1 до 99%, в расчете на сухой вес композиции. Предпочтительно, гидроксид щелочноземельного металла содержится в диапазоне от 10 до 90%, более предпочтительно от 30 до 80%, и наиболее предпочтительно от 40 до 70%, в расчете на сухой вес композиции, причем оксид щелочноземельного металла или гидроксид щелочноземельного металла и кремнийоксидное соединение вместе составляют основную часть не являющегося растворителем материала композиции. Далее, в композиции отношение сухих весов кремнийоксидного соединения к оксиду щелочноземельного металла или гидроксиду щелочноземельного металла может находиться в диапазоне от 1:99 до 80:20, предпочтительно от 5:95 до 50:50, и более предпочтительно от 20:80 до 40:60, причем оксид щелочноземельного металла или гидроксид щелочноземельного металла и кремнийоксидное соединение вместе составляют основную часть не являющегося растворителем материала композиции.

Под "основной частью не являющегося растворителем материала" понимается по меньшей мере 50% от полного веса не являющегося растворителем материала. Предпочтительно, оксид щелочноземельного металла или гидроксид щелочноземельного металла и кремнийоксидное соединение вместе составляют по меньшей мере 70% от полного веса не являющегося растворителем материала композиции, например, от примерно 70 до примерно 95% от полного веса не являющегося растворителем материала композиции.

Под "не являющимся растворителем материалом композиции" понимается любой материал, присутствующий в композиции по изобретению, который не является растворителем или несущей фазой для компонентов композиции. Например, обычные растворители, которые, присутствуя в композиции по изобретению, обычно не считаются не являющимся растворителем материалом, включают воду, гликоль и короткоцепочечные спирты. Также, учитывая, что некоторые из компонентов композиции могут присутствовать в твердой форме, например, кремнийоксидное соединение и оксид или гидроксид щелочноземельного металла, несущая фаза, такая, как вода, не должная считаться не являющимся растворителем материалом.

Кроме того, композиция, содержащая оксид щелочноземельного металла или гидроксид щелочноземельного металла и кремнийоксидное соединение, предпочтительно не содержит существенного количества окислителя, такого, как перекись водорода. В уровне техники известно, что железо и марганец способны катализировать разложение перекиси водорода. Не связывая себя какой-либо конкретной теорией, полагают, что повышенная эффективность отбелки перекисью, достигнутая изобретением, зависит от композиции, содержащей оксид щелочноземельного металла или гидроксид щелочноземельного металла и кремнийоксидное соединение, оставляемой выстаиваться перед ее контактом со склонным к разложению агентом обработки, таким, как перекись водорода.

Под "оставлением выстаиваться" понимается, что композицию выдерживают некоторое количество времени, в течение которого композиция обычно не контактирует с какими-либо другими химикатами. Композиция может выстаиваться в запаянном или открытом сосуде, с или без перемешивания. Не желая быть связанным какой-либо конкретной теорией, полагают, что когда смесь оставляют выстаиваться, кремнийоксидное соединение связывает вредные железо и/или марганец, изначально присутствовавшие в оксиде щелочноземельного металла или гидроксиде щелочноземельного металла. Предполагается также, что кремнийоксидное соединение может действовать как диспергатор и распределяющий агент для первоначально твердого оксида щелочноземельного металла или гидроксида щелочноземельного металла, повышая скорость растворения. Кроме того, предполагается также, что между кремнийоксидным соединением и оксидом щелочноземельного металла или гидроксидом щелочноземельного металла могут происходить каталитические эффекты нанометрового масштаба, которые еще требуют дальнейшего выяснения.

В случае, если композиция согласно изобретению все же содержит агент обработки, подверженный разложению ионами железа и/или марганца, например, перекись водорода, то эффективное количество агента обработки обычно добавляют после выстаивания смеси оксида щелочноземельного металла или гидроксида щелочноземельного металла и кремнийоксидного соединения. Агент обработки предпочтительно не разлагается в существенной степени до добавления в обрабатываемый материал. Таким образом, при добавлении в обрабатываемый материал агент обработки добавляют в эффективном количестве, независимо от того, добавлялся он или нет вместе с вышеуказанной композицией или отдельно от нее.

В воплощениях изобретения композиция содержит незначительное количество окислительного агента обработки. Например, композиция может содержать до примерно 10% агента обработки, в расчете на сухой вес композиции. Перекись водорода может присутствовать в композиции как примесь или загрязнитель. Как описано выше, эффективное количество агента обработки обычно добавляется после того, как композиция выстоялась.

Содержание кремнийоксидного соединения в композиции по изобретению обычно лежит в диапазоне от 1 до 80%, предпочтительно от 5 до 50%, в расчете на сухой вес. Кроме того, композиция согласно изобретению может иметь отношение сухих весов кремнийоксидного соединения к гидроксиду щелочноземельного металла в диапазоне от 1:99 до 80:20, предпочтительно в диапазоне от 5:95 до 50:50, более предпочтительно от 20:80 до 40:60, причем гидроксид щелочноземельного металла и кремнийоксидное соединение вместе составляют основную часть не являющегося растворителем материала композиции.

Кремнийоксидное соединение может быть выбрано из группы, состоящей из коллоидного оксида кремния и силиката и их комбинации.

В воплощениях настоящего изобретения кремнийоксидное соединение в композиции согласно изобретению представляет собой коллоидный оксид кремния. Коллоидный оксид кремния для применения в изобретении обычно поставляется в виде полимерных частиц, диспергированных в водной среде, образуя водный золь. Коллоидный оксид кремния является дорогим материалом, и его применение в процессе отбелки перекисью до настоящего времени было плохо изученным. Однако, авторы настоящего изобретения обнаружили, что использование коллоидного оксида кремния в композиция по изобретения может быть выгодным. Например, при использовании коллоидного оксида кремния существенно подавляется образование отложений силиката. Не желая быть связанным какой-либо конкретной теорией, полагают, что коллоидный оксид кремния стабилизирует реакцию отбеливания, связывая ионы металлов, присутствующих в отбеливающем растворе, такие, как ионы железа и марганца, которые иначе способствовали бы разложению отбеливателя. Считается также, что коллоидный оксид кремния стабилизирует pH реакции отбеливания, тем самым еще больше замедляя скорость расходования перекиси и, следовательно, улучшает эффективность реакции отбеливания. Кроме того, смешением коллоидного оксида кремния и оксида щелочноземельного металла или гидроксида щелочноземельного металла для получения композиции по изобретению, можно повысить эффективность реакции отбеливания, и тем самым можно использовать меньшее количество коллоидного оксида кремния, чтобы достичь определенного отбеливающего эффекта, чем количество, требующееся, когда компоненты не смешиваются в композицию, которую оставляют выстаиваться перед применением. В результате применение коллоидного оксида кремния становится более привлекательным экономически.

Коллоидный оксид кремния для применения в изобретении обычно поставляется в виде золя с содержанием сухих веществ 30-40 вес.%, обычно имеющего pH от 8 до 11.

Коллоидный оксид кремния согласно изобретению обычно содержит частицы, имеющий средний диаметр в диапазоне от примерно 1 до примерно 500 нм, предпочтительно от примерно 1 до примерно 300 нм, более предпочтительно от примерно 1 до примерно 100 нм.

Коллоидный оксид кремния согласно изобретению обычно имеет удельную поверхность от 50 до 1500 м²/г, предпочтительно от примерно 100 до примерно 900 м²/г.

Кроме того, коллоидный оксид кремния может содержать незначительные количества силиката щелочного металла, такого, как силикат натрия. Обычно, в коллоидном оксиде кремния по изобретению мольное отношение оксида кремния к силикату щелочного металла (например, SiO₂:Na₂O) составляет по меньшей мере 50:1, предпочтительно по меньшей мере 100:1.

Коллоидный оксид кремния в композиции согласно изобретению может быть немодифицированной коллоидным оксидом кремния или может содержать различные модификации, такие, как модификации поверхности. Для целей настоящего изобретения модификация обычно является химической модификацией поверхности, включающей введение функциональной группы на поверхность или вблизи поверхности частицы оксида кремния, чтобы изменить химические и/или физические свойства частицы. Например, коллоидный оксид кремния может содержать анионные или катионные частицы. Например, анионные частицы могут содержать силандиол, силантриол и/или алюминатные модификации. Кроме того, частицы оксида кремния могут содержать различные органические модификации поверхности, такие, как алкильные группы и/или их производные, предпочтительно силановые модификации, более предпочтительно эпоксисилановые модификации. Особенно выгодна модификация, содержащая углеродную цепь некоторой длины, так как размер цепи помогает стабилизировать смесь, уменьшая электростатические силы, действующие на частицы оксида кремния.

В