Un proceso para la preparación de microgeles de polisilicato, que se caracteriza por que comprende mezclar partículas de sal AB con una disolución acuosa de silicato o polisilicato, o mezclar un ión A con un ión B en presencia de una disolución acuosa de silicato o de polisilicato, en el que la sal AB precipita en la fase acuosa, usando un ácido para obtener un pH de las mezclas dentro del intervalo de 5 a 11, representando dicha sal AB una sal apta para precipitación que presenta un valor de pKs de al menos 4, medido a 20 ºC en agua.

Proceso para la preparación de microgeles de polisilicato La presente invención se refiere a un proceso para la preparación de microgeles de polisilicato.

Antecedentes

Los microgeles de polisilicato, aluminados de manera opcional, se conocen en la técnica como coadyuvantes de drenaje y retención en la fabricación de papel y productos celulósicos similares. Los microgeles comprenden disoluciones o dispersiones de partículas primarias, basadas en sílice muy pequeñas, normalmente con un tamaño de 1 a 2 nm de diámetro y que presentan un área superficial específica elevada, típicamente al menos aproximadamente 1000 m2/g, que se unen juntas para dar lugar a cadenas individuales para formar estructuras de red tridimensionales.

De manera general, la preparación de microgeles de polisilicato y polisilicato aluminado comprende acidificar una disolución acuosa diluida de un silicato de metal alcalino por medio del uso de un ácido o de un intercambiador iónico ácido, envejecer la mezcla acidificada y posteriormente diluir más la mezcla envejecida hasta una concentración de sílice no mayor que 2 % en peso. Los microgeles basados en sílice presentan normalmente una pobre estabilidad y se requiere una dilución elevada para evitar la formación de gel de los microgeles. Debido a los problemas de estabilidad asociados a estos productos, y al coste prohibitivo del transporte de las disoluciones estables, pero extremadamente diluidas que contienen aproximadamente 0, 5 % en peso o menos de sílice, preferentemente se preparan microgeles de polisilicato en el punto de uso deseado, por ejemplo en el molino de papel. Las unidades de producción o generadores para la preparación de microgeles de polisilicato de forma continua que se pueden instalar en el molino de papel se conocen en la técnica. De este modo, se pueden preparar los microgeles obtenidos y se pueden introducir de manera continua en las reservas que contienen fibras celulósicas y en la sustancia de relleno objeto de drenaje. No obstante, cualquier alteración en la unidad de producción, por ejemplo variaciones en la calidad y/o cantidad del microgel producido, modifica el rendimiento de drenaje y retención del producto que puede afectar de manera negativa al proceso de fabricación de papel, produciendo de este modo productos celulósicos de calidad desigual.

La invención

De acuerdo con la presente invención se ha encontrado que se pueden preparar microgeles de polisilicato de manera ventajosa poniendo en contacto partículas de una sal AB con un silicato acuoso o una disolución de polisilicato, o iones de A con iones de B en presencia de una disolución de silicato acuoso o polisilicato, representando AB una sal precipitada, en la que AB se puede conformar y precipitar en la fase acuosa y el contacto de la sal AB o de los iones A y B con la disolución de silicato o de polisilicato favorece la formación de microgel de polisilicato. El proceso se puede llevar a cabo mezclando los iones A y B y la disolución de silicato o de polisilicato como tres componentes por separado; también es posible llevar a cabo el proceso incorporando el ion A a la disolución de silicato o de polisilicato y mezclando la disolución con el ion B, donde la sal AB se puede formar y puede precipitar en la fase acuosa y favorece la formación del microgel de polisilicato. De manera más específica, la invención se refiere a un proceso para la preparación de microgeles de polisilicato que se caracteriza por que comprende mezclar partículas de una sal AB con una disolución de silicato o de polisilicato, o mezclar un ion A con un ion B en presencia de disolución de silicato o de polisilicato en el que la sal AB se precipita en la fase acuosa, usando un ácido para obtener un pH en las mezclas dentro del intervalo de 5 a 11, representando dicha sal AB una sal apta para precipitación que presenta un valor de pKs de al menos 4, medido a 20 ºC en agua.

De acuerdo con la presente invención se proporciona un proceso para la preparación de microgeles de polisilicato que emplea disoluciones de silicato y polisilicato de concentración elevada, es decir, disoluciones que contienen SiO2. Las disoluciones de silicato y polisilicato de concentración elevada actúan como precursores para los microgeles de polisilicato. Las disoluciones de silicato o de polisilicato, que de manera opcional contiene un ión de sal apta para precipitación, es decir, precursores de microgel de polisilicato, exhiben una estabilidad elevada y se pueden preparar fácilmente y transportar en concentraciones de SiO2 considerablemente mayores en comparación con los microgeles de polisilicato conocidos previamente. Se pueden preparar disoluciones basadas en sílice de concentración elevada en condiciones controladas en una planta destinada a dicha producción y se pueden transportar en forma de producto concentrado hasta el molino de papel de forma económicamente atractiva. Simplemente mezclando las partículas de AB o los iones A y B de la sal AB apta para precipitación con la disolución de silicato o de polisilicato, o mediante la adición del contra-ion de la sal B apta para precipitado, por ejemplo en forma de disolución acuosa, sobre el producto de concentración elevada que contiene el ion A, o viceversa, se pueden formar los microgeles de polisilicato listos para uso, por ejemplo como coadyuvantes de drenaje y retención en la fabricación de papel. En la presente aplicación, se puede instalar un tanque de almacenamiento para el precursor de microgel de polisilicato de concentración elevada en el punto de uso deseado, lo que resulta más atractivo económicamente que la instalación de una unidad de producción o generador completo de microgel de polisilicato. De este modo, la presente invención ofrece beneficios técnicos y económicos considerables. Además, el producto de concentración elevada que contiene el ion A de la presente invención se puede añadir a una suspensión que contiene el contra-ión deseado y las fibras celulósicas, por ejemplo con agua blanca para su recirculación en le proceso de fabricación de papel, en el que se pueden formar microgeles de polisilicato al tiempo que se produce la recirculación del agua blanca hasta la suspensión de fibra objeto de drenaje. La presente aplicación que usa el material basado en sílice de concentración elevada como precursor para la formación in situ de microgeles de polisilicato representa un avance importante en la técnica.

Se puede escoger la disolución acuosa de silicato o de polisilicato a usar en el proceso de la presente invención a partir de cualquier sal de silicato soluble en agua tal como silicato de sodio o potasio, o vidrio soluble de sodio o de potasio. Estos se encuentran disponible con proporciones molares variables de SiO2 con respecto a Na2O o K2O y normalmente la proporción molar se encuentra dentro del intervalo de 1, 5:1 a 4, 5:1, de la manera más frecuente de aproximadamente 2, 5:1 a 3, 9:1. Preferentemente, el silicato de metal alcalino es un silicato de sodio. Normalmente, las disoluciones acuosas de silicato de metal alcalino son alcalinas y presentan un pH de aproximadamente 13 o por encima de 13. Normalmente, la disolución de silicato de metal alcalino presenta un contenido de SiO2 de al menos 1 % en peso y normalmente el contenido de SiO2 se encuentra dentro del intervalo de 5 a 35 % en peso, de manera apropiada por encima de 10 % y preferentemente dentro del intervalo de 15 a 30 % en peso.

La disolución acuosa de silicato o de polisilicato a usar en el proceso de la presente invención también se puede escoger a partir de un polisilicato soluble en agua tal como un polisilicato de sodio o potasio, preferentemente polisilicato de sodio. Los polisilicatos solubles en agua se conocen en la técnica. El polisilicato puede presentar una proporción molar elevada de SiO2:Na2O, por ejemplo dentro del intervalo de 3:1 a 50:1, de manera apropiada de 4:1 a 30:1 y preferentemente de 4, 5:1 o de 5:1 a 20:1. El polisilicato puede presentar una proporción molar de SiO2:M2O, en la que M es un metal alcalino, por ejemplo, Li, Na, K y sus mezclas, dentro del intervalo de 2:1 a 50:1, de manera apropiada de 2, 2:1 a 30:1 y preferentemente de 3:1 a 20:1. De manera general, la disolución de polisilicato acuosa presenta un pH por debajo de 14, de manera apropiada por debajo de 13 y preferentemente por debajo de 12. De manera apropiada, el pH se encuentra por encima de 9.

Se pueden preparar polisilicatos apropiados mezclando una disolución acuosa de silicato de metal alcalino, por ejemplo como se ha descrito anteriormente, con una fase acuosa de material basado en sílice. Se pueden escoger los materiales basados en sílice apropiados a partir... [Seguir leyendo]

1. Un proceso para la preparación de microgeles de polisilicato, que se caracteriza por que comprende mezclar partículas de sal AB con una disolución acuosa de silicato o polisilicato, o mezclar un ión A con un ión B en presencia de una disolución acuosa de silicato o de polisilicato, en el que la sal AB precipita en la fase acuosa, usando un ácido para obtener un pH de las mezclas dentro del intervalo de 5 a 11, representando dicha sal AB una sal apta para precipitación que presenta un valor de pKs de al menos 4, medido a 20 ºC en agua.

2. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, que se caracteriza por que las partículas de sal se encuentran en el intervalo coloidal de tamaño de partícula.

3. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, que se caracteriza por que la sal AB se escoge entre sales de metal de carbonatos, sulfatos y fosfatos.

4. El proceso de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza por que la sal AB es carbonato de calcio o sulfato de calcio.

5. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza por que la sal AB se forma por medio de adición de una sal AC soluble en agua y DB y/o pares iónicos AC y DB a la zona de mezcla.

6. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que se caracteriza por que la sal AB se forma por medio de adición de una sal AC soluble en agua y/o un par iónico AC a la disolución de silicato o de polisilicato y posteriormente adición de una sal DB soluble en agua y/o un par iónico DB a la disolución o mezcla que contiene AC.

7. El proceso de acuerdo con la reivindicación 5 ó 6, que se caracteriza por que AC se escoge entre cloruro de calcio, nitrato de calcio, formiato de calcio, formiato de magnesio, acetato de calcio y acetato de magnesio.

8. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, que se caracteriza por que DB se escoge entre carbonato de sodio, hidrogeno carbonato de sodio, sulfato de sodio, hidrógeno sulfato de sodio, fosfato de sodio e hidrógeno fosfato de sodio.

9. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, que se caracteriza por que DB es un ácido protónico que comprende hidrógeno D y el ión B.

10. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, que se caracteriza por que el proceso de mezcla se lleva a cabo en el punto de uso deseado de los microgeles de polisilicato.

11. El proceso de acuerdo con la reivindicación 10, en el que la formación de la sal de AB incluye mezclar la disolución de silicato o polisilicato que contiene carbonato, sulfato o fosfato introducido en la misma en forma de DB, con el agua blanca que contiene iones de calcio.