SOLES BASADOS EN SÍLICE Y SU PRODUCCIÓN Y USO.

Un procedimiento para producir un sol acuoso basado en sílice,

que comprende: (a) proporcionar un recipiente de reacción equipado con medios para agitar; (b) proporcionar en dicho recipiente de reacción: i) una resina de intercambio iónico catiónica que tiene al menos parte de su capacidad de intercambio iónico en forma de hidrógeno, y ii) una disolución acuosa de silicato de metal alcalino, para formar una suspensión acuosa; (c) agitar dicha suspensión acuosa para permitir la agregación de partículas o la formación de microgeles que corresponden a un valor S de hasta 45 %, y obtener un pH de la fase acuosa de al menos 5,0; (d) añadir uno o más materiales que comprenden al menos un compuesto de aluminio a la fase acuosa obtenida después de la etapa (c) para formar una fase acuosa que tiene un pH por encima de 9,0; (e) separar dicha resina de intercambio iónico de la fase acuosa después de la etapa (c) o después de la etapa (d)

La presente invención se refiere, de manera general, a soles acuosos basados en sílice adecuados para el uso en la fabricación de papel. Más particularmente, la invención se refiere a soles basados en sílice, su producción y uso en la fabricación de papel. La presente invención proporciona un método mejorado de producción de soles basados en sílice con una estabilidad y contenido de SiO2 altos, así como un rendimiento de drenaje mejorado.

Antecedentes de la invención

En la técnica de la fabricación de papel, una suspensión acuosa que contiene fibras celulósicas y cargas y aditivos opcionales, denominada pasta húmeda, se alimenta a una caja de entrada que eyecta la pasta húmeda sobre una tela metálica formadora. El agua es drenada de la pasta húmeda, de tal modo que se forma una hoja húmeda de papel sobre la tela metálica, y la hoja es deshidratada y secada adicionalmente en la sección de secado de la máquina de papel. Se introducen convencionalmente auxiliares de drenaje y retención en la pasta húmeda con el fin de facilitar el drenaje y aumentar la adsorción de partículas finas sobre las fibras celulósicas de tal modo que son retenidas con las fibras sobre la tela metálica.

Los soles de partículas basadas en sílice se usan ampliamente como auxiliares de drenaje y retención en combinación con polímeros orgánicos cargados. Tales sistemas aditivos están entre los más eficaces de los usados en la actualidad en la industria de la fabricación de papel. Uno de los parámetros que afectan a las propiedades y el rendimiento de los soles basados en sílice es el área superficial específica; los soles basados en sílice de alto rendimiento, estables, contienen usualmente partículas con un área superficial específica de al menos 300 m2/g. Otro parámetro es el valor S, que indica el grado de formación de agregados o microgeles; un valor S más bajo es indicativo de un grado más alto de agregación. Aunque pueden ser ventajosas unas áreas superficiales más altas y un cierto grado de formación de agregados o microgeles desde el punto de vista del rendimiento, las áreas superficiales muy altas y una extensa agregación de partículas o formación de microgeles dan como resultado una estabilidad de los soles basados en sílice considerablemente disminuida, haciendo de este modo necesaria una extrema dilución de los soles para evitar la formación de geles.

La patente de EE.UU. Nº 5.368.833 describe un sol de sílice que comprende partículas de sílice que tienen un área superficial específica dentro del intervalo de 750 a 1.000 m2/g, las cuales están modificadas en superficie con aluminio hasta un grado de 2 a 25 % de sustitución de los átomos de silicio, y en donde el sol tiene un valor S dentro del intervalo de 8 a 45 %. Dicha patente describe también un procedimiento para producir el sol de sílice que comprende las etapas de acidificar una disolución de vidrio soluble hasta un pH dentro del intervalo de 1 a 4; alcalinizar el sol ácido a un contenido de SiO2 dentro del intervalo de 7 a 4,5 % en peso; permitir el crecimiento de las partículas del sol hasta un área superficial específica dentro del intervalo de 750 a 1.000 m2/g; y someter el sol a una modificación con aluminio.

La patente de EE.UU. Nº 5.603.805 describe soles de sílice que tienen un valor S dentro del intervalo de 15 a 40 %, que comprenden partículas aniónicas de sílice, siendo dichas partículas de sílice opcionalmente modificadas con aluminio, y teniendo un área superficial específica dentro del intervalo de 300 a 700 m2/g. Dicha patente también describe un procedimiento para producir el sol de sílice que comprende las etapas de acidificar una disolución de vidrio soluble hasta un pH dentro del intervalo de 1 a 4; alcalinizar el sol ácido a un contenido de SiO2 dentro del intervalo de 7 a 5 % en peso; alternativamente, alcalinización del sol ácido hasta un valor de PH entre 7 y 9; y un crecimiento de las partículas del sol hasta un área superficial específica dentro del intervalo de 300 a 700 m2/g; y opcionalmente seguido de una modificación con aluminio.

La solicitud de patente internacional con número de publicación WO 98/56715 describe un procedimiento para preparar un microgel acuoso de polisilicato que comprende mezclar una disolución acuosa de un silicato de metal alcalino con una fase acuosa de un material basado en sílice que tiene un pH de 11 o menos. El microgel de polisilicato se usa como agente floculante en combinación con al menos un polímero catiónico o anfótero en la producción de pasta y papel y para la purificación de aguas.

La solicitud de patente internacional con número de publicación WO 00/66492 describe un procedimiento para la producción de un sol acuoso que contiene partículas basadas en sílice, que comprende acidificar una disolución acuosa de un silicato hasta un pH de 1 a 4 para formar un sol ácido; alcalinizar el sol ácido en una primera etapa de alcalinización; permitir el crecimiento de las partículas del sol alcalinizado durante al menos 10 minutos y/o tratar con calor el sol alcalinizado a una temperatura de al menos 30ºC; alcalinizar el sol obtenido en una segunda etapa de alcalinización; y, opcionalmente, modificar el sol basado en sílice con, por ejemplo, aluminio.

La patente de EE.UU. Nº 6.372.806 describe un procedimiento para preparar una sílice coloidal estable que tiene un valor S de entre 20-50, y en donde dicha sílice tiene un área superficial mayor que 700 m2/g, que comprende; (a) cargar un recipiente de reacción con una resina de intercambio iónico catiónica que tiene al menos el 40 por ciento de su capacidad de intercambio iónico en la forma de hidrógeno, en donde dicho recipiente de reacción tiene medios para separar dicha sílice coloidal de dicha resina de intercambio iónico; (b) cargar dicho recipiente de reacción con un silicato de metal alcalino acuoso que tiene una relación molar de SiO2 a óxido de metal alcalino en el intervalo de 15:1 a 1:1 y un pH de al menos 10,0; (c) agitar el contenido de dicho recipiente de reacción hasta que el pH de dicho contenido esté en el intervalo de 8,5 a 11,0; (d) ajustar el pH del contenido de dicho recipiente de reacción hasta por encima de 10,0 usando una cantidad adicional de dicho silicato de metal alcalino; y (e) separar la sílice coloidal resultante de dicha resina de intercambio iónico a la vez que se retira dicha sílice coloidal de dicho recipiente de

5 reacción.

La patente de EE.UU. Nº 5.176.891 describe un método para la producción de microgeles de polialuminosilicato solubles en agua que tienen un área superficial de al menos aproximadamente 1.000 m2/g, que comprende las etapas de (a) acidificar una disolución diluida de un silicato de metal alcalino que contiene aproximadamente 0,1 a 6 % en peso de SiO2 hasta un pH de entre 2 y 10,5 para producir ácido polisilícico; seguido de (b) hacer reaccionar un aluminato soluble en agua con el ácido polisilícico antes de que el ácido polisilícico se haya gelificado, de tal modo que se obtiene un producto con una relación molar alúmina/sílice mayor que aproximadamente 1/100; y después (c) diluir la mezcla de reacción antes de que se haya producido la gelificación hasta la equivalencia de aproximadamente 2,0 % en peso de SiO2 o menos para estabilizar los microgeles.

La solicitud de patente europea EP 0 572 888 A1 describe un procedimiento continuo para la preparación de soles de sílice alcalinos acuosos que contienen partículas esféricas de SiO2, no agregadas, con un diámetro medio de 2772 nm.

Sería ventajoso poder proporcionar soles basados en sílice con una estabilidad y contenido de SiO2 altos, así como un rendimiento de drenaje mejorado. También sería ventajoso poder proporcionar procedimientos mejorados para la preparación de soles basados en sílice con una estabilidad y contenido de SiO2 altos, así como un rendimiento de drenaje mejorado. También sería ventajoso poder proporcionar un procedimiento de fabricación de papel con un drenaje mejorado.

Compendio de la invención

La presente invención está dirigida, de manera general, a un procedimiento para producir un sol acuoso basado en sílice que comprende:

25 (a) proporcionar una resina de intercambio iónico catiónica que tiene al menos parte de su capacidad de intercambio iónico en forma de hidrógeno;

(b) poner dicha resina de intercambio iónico en contacto con un silicato de metal alcalino acuoso para formar una suspensión acuosa;

(c) agitar dicha suspensión acuosa hasta que el pH de la fase acuosa... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para producir un sol acuoso basado en sílice, que comprende:

(a) proporcionar un recipiente de reacción equipado con medios para agitar;

(b) proporcionar en dicho recipiente de reacción: 5 i) una resina de intercambio iónico catiónica que tiene al menos parte de su capacidad de intercambio iónico en forma de hidrógeno, y

ii) una disolución acuosa de silicato de metal alcalino, para formar una suspensión acuosa;

(c) agitar dicha suspensión acuosa para permitir la agregación de partículas o la formación de microgeles 10 que corresponden a un valor S de hasta 45 %, y obtener un pH de la fase acuosa de al menos 5,0;

(d) añadir uno o más materiales que comprenden al menos un compuesto de aluminio a la fase acuosa obtenida después de la etapa (c) para formar una fase acuosa que tiene un pH por encima de 9,0;

(e) separar dicha resina de intercambio iónico de la fase acuosa después de la etapa (c) o después de la etapa (d).

15 2. El procedimiento según la reivindicación 1, que comprende además (f) obtener un sol acuoso basado en sílice que tiene un valor S entre 10 y 50 %.

3. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la resina de intercambio iónico se separa de la fase acuosa después de la etapa (c) pero antes de la etapa (d).

4. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la resina de intercambio 20 iónico se separa de la fase acuosa después de la etapa (d).

5. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que en la etapa (d) dichos uno

o más materiales comprenden un material alcalino.

6. El procedimiento según la reivindicación 5, en el que el material alcalino comprende un silicato de metal alcalino acuoso.

7. El procedimiento según la reivindicación 5, en el que el material alcalino comprende un hidróxido de metal alcalino acuoso.

8. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que en la etapa (c) la suspensión acuosa se agita hasta que el pH de la fase acuosa está en el intervalo de 5,0 a 11,5.

9. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que en la etapa (c) la 30 suspensión acuosa se agita hasta que el pH de la fase acuosa está en el intervalo de 6,0 a 8,0.

10. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que en la etapa (c) la suspensión acuosa se agita hasta que el pH de la fase acuosa está en el intervalo de 6,5 a 7,5.

11. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que en la etapa (c) la suspensión acuosa se agita hasta que el pH de la fase acuosa está en el intervalo de 9,0 a 10,0.

35 12. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que en la etapa (c) la suspensión acuosa se agita para permitir la agregación de partículas o la formación de microgeles que corresponden a un valor S en el intervalo de 10 a 25 %.

13. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que en la etapa (d) el compuesto de aluminio es aluminato de sodio.

40 14. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que en la etapa (d) el pH de la fase acuosa se ajusta para que esté en el intervalo de aproximadamente 9,5 a aproximadamente 11,2.

15. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que en la etapa (d) el pH de la fase acuosa se ajusta añadiendo primero silicato de sodio acuoso y añadiendo posteriormente aluminato de sodio acuoso.

45 16. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que en la etapa (d) el pH de la fase acuosa se ajusta añadiendo primero un silicato de metal alcalino acuoso, después la resina de intercambio iónico se separa de la fase acuosa y posteriormente se añade un compuesto de aluminio acuoso a la fase acuosa obtenida.

17. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en el que en la etapa (d) el pH de la fase

acuosa se ajusta añadiendo primero hidróxido de sodio acuoso y añadiendo posteriormente aluminato de sodio 5 acuoso.

18. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que la disolución acuosa de silicato de metal alcalino se añade al recipiente de reacción que contiene la resina de intercambio iónico que tiene al menos parte de su capacidad de intercambio iónico en forma de hidrógeno a una velocidad en el intervalo de 0,5 a 50 g de SiO2 por minuto y kg de resina de intercambio iónico, calculada como resina de intercambio iónico que tiene el 100 % de su

10 capacidad de intercambio iónico en forma de hidrógeno.