紙的干抗拉強(qiáng)度。
[0061] 圖5示出了含有陽離子P0M分散劑的紙的Z方向抗拉強(qiáng)度。
[0062] 圖6示出了含有陽離子P0M分散劑的紙的層壓對比率（CR)。
[0063] 圖7示出了含有陽離子P0M分散劑的紙的不透明度。
[0064] 圖8示出了含有陽離子P0M分散劑的紙的亮度。
[00財(cái)發(fā)明詳述
[0066]如本文使用的，S水合氧化侶意指由化學(xué)式Al2〇3-3HOH或A1 (0H)3界定的S水合 氧化侶（在本領(lǐng)域中有時(shí)也被稱為水合氧化侶、=水合侶或氨氧化侶）。
[0067] 本發(fā)明提供陽離子=水合氧化侶漿料，該陽離子=水合氧化侶漿料在紙和紙板應(yīng) 用中的濕部或涂料中是特別有用的。該樣的漿料通常具有大于67 %的ATH顏料固體并且對 于與Ti化漿料共混為增量劑顏料是有用的，W用于紙和涂料應(yīng)用中。本發(fā)明還提供用于涂 料應(yīng)用中的陽離子Ti化漿料。
[0068] 本發(fā)明包括通過嚴(yán)格控制特定堿度的氧化侶的制備來制備高陽離子多金屬氧酸 鹽（POM),該加強(qiáng)了Keggin(+7)離子形成。聚氯化侶（PAC)可W被用作涂覆于陽離子POM分散劑的ATH顆粒組分的表面上或與之緊密結(jié)合的多金屬氧酸鹽的來源。聚氯化侶（PAC) 具有通式：
[0069]A1 伽)aClb
[0070]PAC的堿度由表示為a%的比率a/3定義。從化學(xué)組成開始，它可W通過下式計(jì) 算：
[007]] a/3 =% 堿度
[0072] 例如，含有18. 33%的基于AI2化的侶和21. 78%的氯化物并且具有43. 1 %的堿度 的堿性聚氯化侶具有經(jīng)驗(yàn)式;Al(0H)i.2gCli.7i。堿度計(jì)算為1. 29/3 = 43%。
[0073] 美國專利號5, 985, 234將堿度百分比（通常在本領(lǐng)域中使用的術(shù)語，但有時(shí)也被 稱為活性百分比）定義為（％ 0H)巧2. 91)/(%A1)。在摩爾水平上，該可W被表達(dá)為（(0H)/ (Al))/3乘W100。該專利教導(dǎo)了產(chǎn)品將隨時(shí)間的推移而水解，產(chǎn)生比初始配制的產(chǎn)品的堿 度大的堿度。所配制的堿度用于選擇特定PAC的目的，W用于配制根據(jù)本發(fā)明的產(chǎn)品。
[0074] 美國專利號6, 537, 464公開了一種用于制造包含具有中等堿度的聚氯化侶產(chǎn)品 的PAC的方法。所述方法制造液體產(chǎn)品，該液體產(chǎn)品包含按重量計(jì)從約9. 8%至11. 0%例 如按重量計(jì)約10%的氧化侶（Al2〇3)并且具有約30%至約50%的堿度。該方法用于在PAC 制造期間使Keggin離子（+7)形成最大化，該方法通過表達(dá)為％Al2〇3的最終侶含量、％堿 度、蒸煮溫度、起始原材料、添加劑W及中和劑來優(yōu)化。
[00巧]PAC產(chǎn)生具有（+7)電荷的非常有效的Keggin離子，A1-13,當(dāng)被加入水時(shí)其吸 引廢水中的負(fù)電荷沉積物并且引起凝結(jié)W降低濁度。證明Keggin離子結(jié)構(gòu)被保持的一 種方法是通過測量用PAC材料處理的多種廢水的濁度的降低。用于制造有效的PAC的方 法由Zouboulis,A.I.和Tzoupanous,N.的"Alternativecost-effectivemethodof polyaluminumchloride(PAC)coagulantagent:Characterizationandcomparative applicationforwater/wastewatertreatment"，Desalination，2010,250,339-344 頁 描述，出于所有目的，其中的教導(dǎo)據(jù)此通過引用全部并入。PAC處理溫度、％Al2〇3W及堿 度的變化對多金屬氧酸鹽的形成和穩(wěn)定化具有大的影響。在昂貴的Ti化顏料的存在下陽 離子多金屬氧酸鹽結(jié)構(gòu)可W改善顏料對負(fù)性紙纖維的自吸引。多種形式的多金屬氧酸鹽 由Casey,WilliamH.的"LargeAqueousAluminumHydroxideMolecules"，Chemical Reviews, 2006,第106卷，第1期描述，出于所有目的，其中的教導(dǎo)據(jù)此通過引用全部并入。 [007引 出于本發(fā)明的目的，所利用的PAC應(yīng)該包含W如由通過Zoubolis,A. I.和Tzoupanous,N.的"Alternativecost-effectivemethodofpolyaluminum chloride(PAC)coagulantagent:Characterizationandcomparativeapplicationfor water/wastewatertreatment",Desalination, 2010, 250,第339-344頁描述的實(shí)驗(yàn)技術(shù) 界定的、在18%至31%之間的水平的一類POM,即A104A1i2(0H)24化2的127+(在本領(lǐng)域內(nèi)有時(shí) 簡單地被稱為"A1i3")。換言之，在一個(gè)方面，聚氯化侶具有Keggin結(jié)構(gòu)含量為如根據(jù)上述 的文章中闡述的程序測量的18%至31%的A1i3(本文稱為PAC-K13)。出于本發(fā)明的目的， 所利用的聚氯化侶應(yīng)該是具有約20%至約40%、約25%至約35%、或約30%至約32%的 堿度和約lOwt. %至約17wt. %、約lOwt. %至約llwt. %、或約lOwt. %至約10. 5wt. %的 AI2O3含量的透明液體。
[0077]出于本公開的目的，術(shù)語"PAC"意圖是指任何聚氯化侶，無論堿度和/或Keggin結(jié)構(gòu)含量如何。除非特別相反地說明，否則術(shù)語"PAC-K"意圖是指具有約20%至約40%的 堿度和約lOwt. %至約17wt. %的Al2〇3含量的聚氯化侶。該種PAC-K聚氯化侶可W包含 Keggin離子。除非特別相反地說明，否則術(shù)語"PAC-K13"意圖是指具有Keggin結(jié)構(gòu)含量為 約18%至約31%的41。[41044112伽)24化0)。71的聚氯化侶。
[007引陽離子P0M分散劑
[0079] 本發(fā)明的陽離子多金屬氧酸鹽涂覆的S水合氧化侶分散劑（本文中被稱為"陽 離子P0M分散劑"）包括聚氯化侶例如PAC-K和/或PAC-K13與晶狀S水合氧化侶顆粒的 反應(yīng)產(chǎn)物。作為陽離子P0M分散劑中使用的聚氯化侶通常如何制備（即，作為水性液體） 的結(jié)果，陽離子P0M分散劑大體上還包含一定量的水。不希望受理論束縛，聚氯化侶被認(rèn) 為與ATH顆粒反應(yīng)，W便被沉積或涂覆于ATH顆粒的表面上或W其他方式與ATH顆粒的表 面緊密結(jié)合，該ATH顆粒為提供多金屬氧酸鹽物質(zhì)并且使所得到的P0M分散劑為陽離子 的形式。該種P0M涂覆的立水合氧化侶顆粒（ATH+)通常作為在水中的漿料存在。如在本 文中使用的，術(shù)語"ATH+"意圖是指呈現(xiàn)陽離子電荷的多金屬氧酸鹽涂覆的S水合侶。應(yīng) 注意，"+ "符號意圖是指可W變化的陽離子電荷，并且不必意圖是指+1的電荷。對于在分 散無機(jī)顆粒諸如另外部分的ATH顆粒或二氧化鐵顆粒時(shí)將是有效的陽離子P0M分散劑而 言，聚氯化侶（PAC-K)被選擇W具有約20%至約40%的堿度（在本領(lǐng)域中有時(shí)被稱為"活 性"）。在一個(gè)實(shí)施方案中，PAC-K堿度為約25%至約35%。在另一個(gè)實(shí)施方案中，PAC-K 的堿度為約30 %至約32%。PAC-K還被選擇W具有按重量計(jì)約10 %至約17 %的Al2〇3含 量。在一個(gè)實(shí)施方案中，PAC-K的Al2〇3含量為約lOwt. %至約llwt. %。在還另一個(gè)實(shí) 施方案中，PAC-K具有約lOwt. %至約10. 5wt. %的Al2〇3含量。滿足該樣的標(biāo)準(zhǔn)的PAC 在本領(lǐng)域中是已知的并且可W從商業(yè)來源諸如化a化emicals(AkzoNobel;ATC-8210)、 DeltaQiemical和Gu化randsenTechnologies獲得。用于制備適用于本發(fā)明中的PAC的 方法例如在Zoubolis,A.I.和Tzoupanous,N.的"Alternativecost-effectivemethod ofpolyaluminumchloride(PAC)coagulantagent:Characterizationandcomparative applicationforwater/wastewatertreatment"，Desalination，2010,250,第339-344頁 和美國專利號6, 537, 464中被描述。
[0080] 在一個(gè)方面，聚氯化侶（PAC-K13)可W根據(jù)上文引用的Zoubolis的方法通過首 先將顆粒狀A(yù)l(例如，A1化ich，~40目，或約420ym)溶解于肥1(最小37% )中來制 備。顆粒狀A(yù)1可W在連續(xù)磁力攬拌下緩慢并W小份引入到置于500mL的燒瓶中的預(yù)加 熱（65°C-70°C)的肥1溶液。在第一份A1引入并且在開始（放熱）反應(yīng)之后，通常不 需要另外加熱。侶酸鋼溶液可類似的方法制備，但無需加熱。然后，一份化0H溶液 (10% -50% )可W被放置于磁力攬拌器上的500mL燒瓶中，其中在強(qiáng)力混合下，顆粒狀 A1 (10g-15gAl/100mL)可W緩慢引入并且溶解。多種NaAl〇2溶液可W被制備并且用于制備 PAC-K13。在制備期間，小份的酸和堿溶液還可W被添加W補(bǔ)充由于蒸發(fā)出現(xiàn)的相應(yīng)的損 失。
[0081] 然后，可朗尋所制備的侶溶液中的一份放置在磁力攬拌器上的密封燒瓶中。利用 蠕動累，適量的侶酸鋼溶液可W在強(qiáng)力攬拌下（1000巧m)被緩慢添加（0. 2mL/min)。在非常 濃的侶酸鋼溶液中（50%化0H，N12%A1)，可W加入少量的水W降低粘度。該合成可W在多 種溫度下發(fā)生，例如室溫、50°C、70°CW及80°C。
[008引得到的PAC-K13的侶含量（A1%w/w)和堿度（％ )可W根據(jù)用于液體聚氯化侶的 美國水研究協(xié)會（AmericanWaterWorksAssociation,AWWA)標(biāo)準(zhǔn)（丹佛，科羅拉多，美 國，1999)來確定。侶形態(tài)的分布可W應(yīng)用Al-Ferron定時(shí)分光光度法來確定，該方法基于 在抑5-5. 2下侶形態(tài)與化rron試劑（8-哲基-7-艦嗟咐-5-橫酸）的不同反應(yīng)時(shí)間W形 成水溶性絡(luò)合物。該些絡(luò)合物吸收在370nm處具有最大值的光，因此在此波長處的吸光度 測量可W允許計(jì)算出侶的不同形態(tài)。具體地，單體A1幾乎同時(shí)（在1分鐘內(nèi)）與化rron 反應(yīng)，而侶的中間聚合形態(tài)（PAC-K13)反應(yīng)較慢，即，進(jìn)行120分鐘。較大的且不可溶的聚 合結(jié)構(gòu)（Alc，主要對應(yīng)于Al(OH) 3)需要更多時(shí)間來反應(yīng)，或者完全不反應(yīng)。紫外-可見光 分光光度計(jì)可W用于此目的。
[0083] 所采用的聚氯化侶應(yīng)該能夠提供陽離子P0M分散劑，該陽離子P0M分散劑具有在 ATH顆粒的表面上或與之結(jié)合的AlnKeggin離子。AlnKeggin離子為高度帶正電荷的并 且一般對應(yīng)于經(jīng)驗(yàn)式AIO4AI12(0H) 24化2〇)127+。因此，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，聚氯化侶 任八01(13)具有4113[即，41044112(0巧24化0)12 71，該4113具有基于活性氧化侶的約18%至 約31%的Keggin結(jié)構(gòu)含量。該種Keggin結(jié)構(gòu)含量可W根據(jù)由Zoubolis等人的上述文章 中描述的程序（ferron測定）來確定。
[0084] 在本發(fā)明的陽離子P0M分散劑中可用的S水合氧化侶可W是顏料級ATH。在一個(gè) 方面，ATH被選擇W具有至少約0. 1微米的平均粒度，并且可W具有至多10微米的平均粒度 的上限。在各種實(shí)施方案中，在陽離子P0M分散劑中使用的ATH的平均粒度為從約0. 1微 米至約1微米或從約0. 2微米至約0. 5微米或約0. 25微米至約0. 3微米。平均粒度（d50) 可W使用購自Micromeritics的SediGraph5100粒度分析儀來測量。ATH可W具有S水 侶礦晶形并且可W具有例如，約ImVg至約50mVg的表面積?？捎糜谥苽潢栯x子P0M分散 劑的合適的S水合氧化侶是可商購的，包括例如，由J.M.化berCo巧oration售出的商標(biāo)為 SPACERITE?S-11的具有約0. 25ym的平均粒度和約15m2/g的表面積的ATH。
[00財(cái) ATH和PACW及它們的相對比例被選擇，W致得