專利名稱：速溶層狀偏硅酸鈉的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型無機硅材料速溶層狀偏硅酸鈉，可作為多功能無磷助洗劑，并可用于陶瓷、水泥、紡織、造紙、電鍍、涂料、皮毛、建筑、化工等多種行業(yè)。
洗滌劑無磷化已是大勢所趨，但三聚磷酸鈉(STPP)是非常優(yōu)秀的助洗劑，要想取代它必須符合如下要求(1)有良好的軟水作用；(2)與表面活性劑有協(xié)同作用；(3)有一定的去污能力；(4)能乳化油污沉積物；(5)能分散污垢粒子，減少污垢沉積；(6)有堿性和緩沖作用；(7)不損傷衣物，無腐蝕作用；(8)生態(tài)安全；(9)技術(shù)上可行，經(jīng)濟上合理，造價不能超過STPP。
目前，可以充當(dāng)無磷助洗劑的有4A沸石、水合偏硅酸鈉、晶態(tài)二硅酸鈉、檸檬酸鈉、氮川三乙酸、馬丙共聚物、純堿組合物等，但這些助劑都不能完全取代STPP，不是技術(shù)性能上有缺陷，就是經(jīng)濟上不合算。就技術(shù)和經(jīng)濟方面考慮，目前應(yīng)用最多的無磷助劑是4A沸石，但4A沸石對鈣離子的交換速度緩慢，對鎂離子的交換能力幾乎沒有，無分散能力，無法解決污垢的再沉積和本身的沉淀；洗滌功能單一和水不溶性限制了它在洗滌劑中的應(yīng)用。4A沸石還不是一種理想的助洗劑，所以它的推廣緩慢，以至于近幾年出現(xiàn)需求萎縮的趨勢。
近幾年出現(xiàn)的晶態(tài)層狀二硅酸鈉，在我國申請的專利有結(jié)晶二硅酸鈉制備方法(92114642.6)，晶態(tài)層狀硅酸鈉(96104225.7)，具有高離子交換容量的二硅酸鈉的制備方法(96122638.2)，結(jié)晶層狀二硅酸鈉的制備方法(97182298.0)，混合晶型層狀硅酸鈉的制備方法(00109484.x)以上文獻表述的是同一種產(chǎn)品即層狀結(jié)晶二硅酸鈉，或者稱謂有所差異，但產(chǎn)品成分、結(jié)構(gòu)、形態(tài)和性能是一樣的，有較高的結(jié)合鈣鎂離子容量，與表面活性劑有著較好的配伍性，具有PH值緩沖能力。但是層狀結(jié)晶二硅酸鈉晶型不穩(wěn)定，使用條件相當(dāng)苛刻，水溶性差造成結(jié)合鈣、鎂離子速度緩慢，對污垢的分散能力弱。尤其水不溶性不能適應(yīng)助洗劑的發(fā)展趨勢，造價又偏高，失去助洗劑的意義。所以，層狀結(jié)晶二硅酸鈉至今沒有推廣開來。
鑒于目前市場上還沒有一種能夠真正替代STPP物美價廉的無磷助洗劑，發(fā)明人發(fā)明了一種新型無磷助洗劑即速溶層狀偏硅酸鈉(ISS)。ISS是由高純石英砂和燒堿以及少量非磷無機鹽和有機物經(jīng)特殊工藝反應(yīng)聚合而成的新型偏硅酸鈉晶體。在反應(yīng)過程中，通過有機助劑促成硅氧四面體非活性氧的增多和硅氧鏈體的橋聯(lián)以及鈉原子填充更多的晶格缺陷，使晶格整層均勻分布陽離子的自由區(qū)，陽離子容易被置換出來。ISS克服了二維層狀水不溶性的缺陷，保持了較高的溶解度和較快的溶解速度。作為無磷助洗劑，ISS能夠滿足STPP替代品的所有技術(shù)、經(jīng)濟和生態(tài)要求。ISS具有足夠的軟化水能力，對離子半徑與鈉離子接近的礦物離子都有優(yōu)良的交換結(jié)合作用，對鈣離子的結(jié)合容量大于315mgCaCO3/g，對鎂離子的結(jié)合容量大于400mgMgCO3/g。在水中的溶解度可以達到100g/100g水，溶解速度小于90s。由于其水溶性好，進入硬水中能迅速實現(xiàn)離子交換，對離子交換的溫度要求也比較低，能夠有效遏止洗滌溶液中的礦物離子對表面活性劑性能的干擾，發(fā)揮協(xié)同洗滌作用。ISS具有較強的獨立去污能力，尤其適合去除生活和工業(yè)重污垢。ISS具有較高的活性堿度，PH值緩沖能力強，能夠有效保證中和酸性污垢對洗滌溶液堿度的要求。ISS的分散能力較強，能夠有效懸浮污垢粒子，減小污垢再沉積。ISS對各種洗滌劑以及不同生產(chǎn)方法有著廣泛的適應(yīng)性，可以用于洗衣粉前配料化漿噴粉，也可以后配料或附聚法混入洗衣粉中；既可以生產(chǎn)空心顆粒粉，也可以生產(chǎn)濃縮粉；既可以生產(chǎn)無磷粉，也可以作為磷酸鹽的共助劑以提高洗滌效果，降低生產(chǎn)成本生產(chǎn)低磷粉；用于含水量較高的膏狀、液體洗滌劑中，其洗滌性質(zhì)不受水分影響，有著良好的配伍性。而4A沸石，水合偏硅酸鈉，層狀結(jié)晶二硅酸鈉和一些有機類無磷助洗劑，對洗滌劑組合物的水分和生產(chǎn)溫度要求苛刻，一般只能用于生產(chǎn)濃縮和超濃縮洗衣粉。
本發(fā)明速溶層狀偏硅酸鈉的分子通式為xNa2O·ySiO2·zM其中x為Na2O的摩爾數(shù)值，y為SiO2的摩爾數(shù)值，z為其它氧化物的摩爾數(shù)值；y與x的比值對應(yīng)于0.5至3.0，優(yōu)選0.9至2.0；M為B2O3，P2O5，SiO2，Al2O3，CaO，MgO，La2O3，SrO，Na2O，ZnO，K2O其中的一種或幾種的復(fù)合物。
y與z的比值對應(yīng)于5至500，優(yōu)選10至50。
本發(fā)明所述的速溶層狀偏硅酸鈉是按如下方法實現(xiàn)的
將燒堿(NaOH)與石英砂(SiO2)按模數(shù)(y與x的比值)為1.0至3.0，優(yōu)選1.9至2.5混合，配成固含量為30％的渾濁液，放入密閉的不銹鋼反應(yīng)罐中，在140-200℃狀態(tài)下反應(yīng)6小時，冷卻2小時后放出，進行過濾，隨后將濾液導(dǎo)入不銹鋼反應(yīng)罐中，用燒堿調(diào)整溶液的模數(shù)0.5至2.4，優(yōu)選0.8至1.7。在110℃狀態(tài)下常壓反應(yīng)20min，然后添加H3BO3，Na2P4O7，Na3PO4，Na2H2P2O7，Na4P2O7，Na5P3O10，(NaPO3)n，Al2O3·SiO2，K2SiO3，NaAlO2，Al2O3，Na2O·nSiO2，Na2O·hAl2O3·xSiO2，CaCO3，MgCO3，La2O3，ZnO，ZnCO3，K2CO3，SrCO3中的一種或幾種的復(fù)合物(助劑A)，添加量依據(jù)通式xNa2O·ySiO2·zM中，y與z的比值對應(yīng)于5至500，優(yōu)選10至50。待溶液反應(yīng)濃縮至50波美度時，添加羧酸鹽、磺酸鹽、丙酸鹽中的任一種或兩種的復(fù)合物(助劑B)，再反應(yīng)30min即可干燥，干燥溫度控制在200℃至500℃，優(yōu)選250℃至400℃。將干燥后的物料經(jīng)過研磨篩分即得速溶層狀偏硅酸鈉成品。
本發(fā)明所述的速溶層狀偏硅酸鈉鈣結(jié)合能力的測定方法如下移取50ml氯化鈣溶液(0.05mol/l)于500ml容量瓶中，加水稀釋至刻度，傾倒入800ml燒杯中，用氫氧化鈉溶液(0.5mol/l)調(diào)節(jié)溶液的PH值至10.4，然后將燒杯放在恒溫水浴上恒溫至35℃±1℃，加入0.5g(準(zhǔn)確至0.0001g)試樣，同時計時，在低速攪拌(軸速40-100r/min，按擺洗機軸速)下恒溫至20分鐘，立即過濾(檢測結(jié)合鈣速度應(yīng)恒溫至30秒時過濾)。然后移取50ml濾液于250ml錐形瓶中，加入2.5mol/l的NaOH溶液2ml和少許鈣指示劑(約60-70mg)，用EDTA溶液(0.01mol/l)滴定至溶液由酒紅色至蘭色為終點。計算方法如下
E＝100.8×(50×C0-10×C1×VE)/m其中C0——氯化鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度，mol/l；C1——EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度，mol/l；VE——所耗用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，ml；m——試樣質(zhì)量，g。
本發(fā)明所述的速溶層狀偏硅酸鈉獨立去污力的測定方法如下在500ml燒杯或搪瓷藥物缸中，倒入400ml試樣溶液(試液用250ppm硬水按5％濃度配制)，將燒杯放置于水浴中，溫度保持在60±2℃。將涂油污(按QB/T2117-95配制的人工重油污)的試片夾持在擺洗機的擺架上，當(dāng)試片在溶液中浸泡5min后，立即開動擺洗機擺洗3min，擺洗結(jié)束后，連同掛鉤取出試片，在60±2℃、400ml蒸餾水中擺洗0.5min，然后放入40±2℃的恒溫箱中，干燥2h，冷卻至室溫，稱量，計算去油污能力。計算方法如下Q＝(m1-m2)/(m1-m0)其中Q——去油污能力，％；m0——試片質(zhì)量，g；m1——涂覆油污試片清洗前的質(zhì)量，g；m2——涂覆油污試片清洗后的質(zhì)量，g；實施例取260g石英砂(SiO298％)，380g液堿(NaOH42％)放入反應(yīng)罐中，加水適量，在180℃密閉狀態(tài)下反應(yīng)6小時，冷卻，得到940g硅酸鈉溶液(模數(shù)＝2.1，波美度＝40)。再將419g液堿(NaOH42％)加入反應(yīng)罐中與硅酸鈉溶液混合，在110℃狀態(tài)下攪拌，反應(yīng)20min后，添加20-30g助劑A，反應(yīng)濃縮至溶液波美度為50，添加5-10g助劑B，攪拌30min。然后將反應(yīng)好的溶液通入特制的小型離心噴霧干燥機(蒸發(fā)量1Kg/h)，在250-400℃進口溫度下干燥結(jié)晶，回收粒度為60-100目的晶體即為速溶層狀偏硅酸鈉成品。
經(jīng)檢測，所得產(chǎn)品在不同時間段的結(jié)合鈣離子能力如下表
按照去污力測定方法檢測所得產(chǎn)品的獨立去污力為74％。
權(quán)利要求
1.速溶層狀偏硅酸鈉，其特征在于速溶層狀偏硅酸鈉的分子通式為xNa2O·ySiO2·zM其中M為B2O3、P2O5、SiO2、Al2O3、CaO、MgO、La2O3、Na2O、SrO、Na2O、ZnO、K2O其中的一種或幾種的復(fù)合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于y與x的比值對應(yīng)于0.5至3.0的數(shù)值，優(yōu)選0.9至2.0的數(shù)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于y與z的比值對應(yīng)于5至500的數(shù)值，優(yōu)選10至50的數(shù)值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于速溶層狀偏硅酸鈉采用羧酸鹽、磺酸鹽、丙酸鹽的任一種或兩種的復(fù)合物作為陽離子分布促進劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于速溶層狀偏硅酸鈉的主要原料可以是石英砂和燒堿，也可以是泡化堿(硅酸鈉)和燒堿。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于速溶層狀偏硅酸鈉結(jié)合鈣能力至少為315mgCaCO3/g。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于速溶層狀偏硅酸鈉是水溶性的，溶解度不小于50g/100g水，溶解速度小于90s。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于速溶層狀偏硅酸鈉為白色晶體，不含結(jié)晶水。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于速溶層狀偏硅酸鈉是一種新型多功能無磷助洗劑，可以用于前、后配料生產(chǎn)無磷或低磷洗衣粉，也可用于膏狀和液體洗滌劑中，其洗滌性能不受水分和加工溫度影響。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于速溶層狀偏硅酸鈉不僅作為無磷助洗劑，在陶瓷、水泥、紡織、造紙、電鍍、涂料、皮毛、建筑、化工等多種行業(yè)領(lǐng)域都有廣泛的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及速溶層狀偏硅酸鈉，是一種助洗性能優(yōu)良的多功能無磷助洗劑，可以取代對環(huán)境不友好的磷酸鹽助洗劑和使用條件苛刻、洗滌性質(zhì)不全面的傳統(tǒng)無磷助洗劑，用于前、后配料生產(chǎn)合成洗衣粉和膏狀、液體洗滌劑，助洗性能不受水分和加工溫度的影響。在陶瓷、紡織、電鍍、建筑等行業(yè)也有廣泛的用途。本發(fā)明速溶層狀偏硅酸鈉的分子通式為xNa
文檔編號C01B33/00GK1537809SQ03108988
公開日2004年10月20日 申請日期2003年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月16日
發(fā)明者張曉武 申請人:張曉武