專利名稱：速溶層狀偏硅酸鈉的制作方法
技術領域：
本發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。
洗滌劑無磷化已是大勢所趨，但三聚磷酸鈉(STPP)是非常優秀的助洗劑，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)生態安全；(9)技術上可行，經濟上合理，造價不能超過STPP。
目前，可以充當無磷助洗劑的有4A沸石、水合偏硅酸鈉、晶態二硅酸鈉、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，不是技術性能上有缺陷，就是經濟上不合算。就技術和經濟方面考慮，目前應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，以至于近幾年出現需求萎縮的趨勢。
近幾年出現的晶態層狀二硅酸鈉，在我國申請的專利有結晶二硅酸鈉制備方法(92114642.6)，晶態層狀硅酸鈉(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品即層狀結晶二硅酸鈉，或者稱謂有所差異，但產品成分、結構、形態和性能是一樣的，有較高的結合鈣鎂離子容量，與表面活性劑有著較好的配伍性，具有PH值緩沖能力。但是層狀結晶二硅酸鈉晶型不穩定，使用條件相當苛刻，水溶性差造成結合鈣、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助洗劑的發展趨勢，造價又偏高，失去助洗劑的意義。所以，層狀結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，發明人發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特殊工藝反應聚合而成的新型偏硅酸鈉晶體。在反應過程中，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，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、經濟和生態要求。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良的交換結合作用，對鈣離子的結合容量大于315mgCaCO3/g，對鎂離子的結合容量大于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，發揮協同洗滌作用。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方法有著廣泛的適應性，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；既可以生產空心顆粒粉，也可以生產濃縮粉；既可以生產無磷粉，也可以作為磷酸鹽的共助劑以提高洗滌效果，降低生產成本生產低磷粉；用于含水量較高的膏狀、液體洗滌劑中，其洗滌性質不受水分影響，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溫度要求苛刻，一般只能用于生產濃縮和超濃縮洗衣粉。
本發明速溶層狀偏硅酸鈉的分子通式為xNa2O·ySiO2·zM其中x為Na2O的摩爾數值，y為SiO2的摩爾數值，z為其它氧化物的摩爾數值；y與x的比值對應于0.5至3.0，優選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合物。
y與z的比值對應于5至500，優選10至50。
本發明所述的速溶層狀偏硅酸鈉是按如下方法實現的
將燒堿(NaOH)與石英砂(SiO2)按模數(y與x的比值)為1.0至3.0，優選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罐中，在140-200℃狀態下反應6小時，冷卻2小時后放出，進行過濾，隨后將濾液導入不銹鋼反應罐中，用燒堿調整溶液的模數0.5至2.4，優選0.8至1.7。在110℃狀態下常壓反應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合物(助劑A)，添加量依據通式xNa2O·ySiO2·zM中，y與z的比值對應于5至500，優選10至50。待溶液反應濃縮至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合物(助劑B)，再反應30min即可干燥，干燥溫度控制在200℃至500℃，優選250℃至400℃。將干燥后的物料經過研磨篩分即得速溶層狀偏硅酸鈉成品。
本發明所述的速溶層狀偏硅酸鈉鈣結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)調節溶液的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(檢測結合鈣速度應恒溫至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——氯化鈣標準溶液濃度，mol/l；C1——EDTA標準溶液濃度，mol/l；VE——所耗用EDTA標準溶液的體積，ml；m——試樣質量，g。
本發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，當試片在溶液中浸泡5min后，立即開動擺洗機擺洗3min，擺洗結束后，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——試片質量，g；m1——涂覆油污試片清洗前的質量，g；m2——涂覆油污試片清洗后的質量，g；實施例取260g石英砂(SiO298％)，380g液堿(NaOH42％)放入反應罐中，加水適量，在180℃密閉狀態下反應6小時，冷卻，得到940g硅酸鈉溶液(模數＝2.1，波美度＝40)。再將419g液堿(NaOH42％)加入反應罐中與硅酸鈉溶液混合，在110℃狀態下攪拌，反應20min后，添加20-30g助劑A，反應濃縮至溶液波美度為50，添加5-10g助劑B，攪拌30min。然后將反應好的溶液通入特制的小型離心噴霧干燥機(蒸發量1Kg/h)，在250-400℃進口溫度下干燥結晶，回收粒度為60-100目的晶體即為速溶層狀偏硅酸鈉成品。
經檢測，所得產品在不同時間段的結合鈣離子能力如下表
按照去污力測定方法檢測所得產品的獨立去污力為74％。
權利要求
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合物。
2.根據權利要求1所述，其特征在于y與x的比值對應于0.5至3.0的數值，優選0.9至2.0的數值。
3.根據權利要求1所述，其特征在于y與z的比值對應于5至500的數值，優選10至50的數值。
4.根據權利要求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合物作為陽離子分布促進劑。
5.根據權利要求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.根據權利要求1所述，其特征在于速溶層狀偏硅酸鈉結合鈣能力至少為315mgCaCO3/g。
7.根據權利要求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.根據權利要求1所述，其特征在于速溶層狀偏硅酸鈉為白色晶體，不含結晶水。
9.根據權利要求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.根據權利要求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、化工等多種行業領域都有廣泛的用途。
全文摘要
本發明涉及速溶層狀偏硅酸鈉，是一種助洗性能優良的多功能無磷助洗劑，可以取代對環境不友好的磷酸鹽助洗劑和使用條件苛刻、洗滌性質不全面的傳統無磷助洗劑，用于前、后配料生產合成洗衣粉和膏狀、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、建筑等行業也有廣泛的用途。本發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 優先權日2003年4月16日
發明者張曉武 申請人:張曉武