氧化硅基結(jié)構(gòu)物及其制備方法
【專利說明】氧化括基結(jié)構(gòu)物及其制備方法
[000。相關(guān)申請(qǐng)的香叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求2013年9月7日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)序列第61/698096號(hào)的優(yōu)先權(quán)， 通過引用將該申請(qǐng)納入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明設(shè)及氧化娃基結(jié)構(gòu)物（struc化rant)。本發(fā)明還包括制備該結(jié)構(gòu)物的方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 已為多種用途開發(fā)了氧化娃基結(jié)構(gòu)物。然而，仍然需要為具體應(yīng)用如清潔產(chǎn)品而 特別設(shè)計(jì)的氧化娃基結(jié)構(gòu)物。
[0005] 概巧
[0006] 在一種實(shí)施方式中，本發(fā)明包括含有55-90重量％氧化娃和至少15重量％輔鹽 (adjunctsalt)的結(jié)構(gòu)物，其中氧化娃具有0.02-0. 14的[Na20]/[Si化]摩爾比。所述結(jié) 構(gòu)物具有水合粒度分布化y化atedparticlesizedistribution),使得根據(jù)結(jié)構(gòu)物殘留 測(cè)試方法（Struc化rantResi化eTest)測(cè)定，不超過30重量％的結(jié)構(gòu)物所具有的水合粒 度大于45ym。所述結(jié)構(gòu)物還具有200-300g/L的振實(shí)體密度（tappedbu化density)。
[0007] 根據(jù)另一種實(shí)施方式，本發(fā)明包括形成結(jié)構(gòu)物的方法；使水、Si化、化〇2和非化學(xué) 計(jì)算量的酸結(jié)合形成[Na20]/[Si02]摩爾比為0.02-0. 14的氧化娃混合物，然后干燥該氧化 娃混合物形成結(jié)構(gòu)物。該結(jié)構(gòu)物可屬上述類型。
[000引根據(jù)又一種實(shí)施方式，本發(fā)明包括通過在反應(yīng)混合物中進(jìn)行W下化學(xué)反應(yīng)來形成 結(jié)構(gòu)物的方法：
[0009] (? *R) ? (H2O)+R(Si〇2) ?Na2〇 +A(H2SO4) -R(Si〇2) ? (1_A) 化20+A(Na2S〇4) + (? ?R+A)化0)
[0010] 其中A是反應(yīng)中使用的酸相對(duì)于完全中和所需化學(xué)計(jì)量比的用量，R是娃酸鹽比 [Na20]/[Si02]，《是相對(duì)于Si〇2的摩爾數(shù)加入反應(yīng)混合物中的水的摩爾量。然后干燥該反 應(yīng)混合物，得到結(jié)構(gòu)物。該結(jié)構(gòu)物可屬上述類型。
[0011] 發(fā)巧詳巧
[0012] 本發(fā)明設(shè)及氧化娃基結(jié)構(gòu)物W及制備該種結(jié)構(gòu)物的方法。
[0013] 在一種實(shí)施方式中，氧化娃基結(jié)構(gòu)物可包括能夠賦予結(jié)構(gòu)物物理穩(wěn)定性的吸收性 氧化娃基微粒材料。
[0014] 結(jié)構(gòu)物可具有吸收過剩的或殘余的水的能力，幫助結(jié)構(gòu)物從結(jié)構(gòu)化聚集狀態(tài)快速 分散成精細(xì)分離狀態(tài)。
[0015] 此外，結(jié)構(gòu)物可W有能力高效吸收在結(jié)構(gòu)化粒子制備過程中添加的清潔活性物 質(zhì)，同時(shí)保持使同樣的清潔活性物質(zhì)在接觸水時(shí)快速釋放的能力。根據(jù)具體的實(shí)施方式，結(jié) 構(gòu)物能夠吸收高量級(jí)的清潔活性物質(zhì)，其飽和容量大于約1. 5,優(yōu)選大于約2. 0,更優(yōu)選大 于約2. 3。
[0016] 本發(fā)明的結(jié)構(gòu)物可包括利用任何可用方法制得的無定形氧化娃。不過，可能特別 有用的一種具體方法是采用受控沉淀或溶膠-凝膠方法，其中在稀水性條件下用酸中和堿 性娃酸鹽，制備非常細(xì)的氧化娃粒子，即膠體粒子。氧化娃精細(xì)粒子的粒度小于約40 ym， 小于約30 ym，或者小于約20 ym。在水性懸浮體中，所述精細(xì)粒子可締合在一起，形成較 大的聚集體，即微凝膠，其中懸浮體的水相包括中和反應(yīng)的抗衡離子，即鹽溶液。鹽離子可 被部分吸附到膠體氧化娃結(jié)構(gòu)的表面上，例如在微凝膠中。任何公知的堿性娃酸鹽均可用 于中和反應(yīng)，但在一個(gè)例子中，堿性娃酸鹽可W是娃酸鋼，特別是在一個(gè)例子中，其[Si02]/ [Na20]摩爾比約為2-3. 4,或者約為3. 0-3. 2。用于中和反應(yīng)的酸或酸化劑可包括例如CA、 H2CO3、H2SO4和NaHCO3,優(yōu)選H2SO4。
[0017] 在一些實(shí)施方式中，可通過例如過濾或離屯、分離除去一部分鹽溶液，形成濕濾餅， 該濕濾餅具有膠體氧化娃的半固體網(wǎng)絡(luò)，其中包埋有鹽的水溶液。
[0018] 懸浮體或濕濾餅可干燥形成具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的粉末，該復(fù)合結(jié)構(gòu)具有無定形氧化娃 聚集體和輔鹽的微米級(jí)離散相。輔鹽主要可通過鹽的水溶液干燥結(jié)晶形成。輔鹽可存在于 膠體氧化娃的聚集結(jié)構(gòu)中，并且在作為非限制性例子的洗漆過程中，當(dāng)將聚集體加入水中 時(shí)可幫助聚集體分散。在一種實(shí)施方式中，在使用洗漆劑的情況下，輔鹽的溶解可促進(jìn)氧化 娃聚集體的分散。氧化娃聚集體的有效分散可降低織物上發(fā)生殘留的可能性，例如根據(jù)本 文所述的結(jié)構(gòu)物殘留測(cè)試方法所測(cè)定。
[0019] 所述方法的產(chǎn)物粉末是本發(fā)明結(jié)構(gòu)物的一種實(shí)施方式。W總重量計(jì)，結(jié)構(gòu)物（即 粉末）在干燥后可保留有約0-40%的水，約2-20%的水，約4-10%的水。
[0020] 將娃酸鹽轉(zhuǎn)化為氧化娃的中和反應(yīng)所進(jìn)行的程度可W是基本上進(jìn)行完全，或者在 一個(gè)【具體實(shí)施方式】中，可W是部分完全。在部分中和的情況下，結(jié)構(gòu)物的無定形氧化娃相中 可保留一定量的堿金屬。在結(jié)構(gòu)物的無定形氧化娃相中，堿金屬氧化物[M20]與二氧化娃 [Si02]的摩爾比可W是約0-0. 14,約0. 02-0. 14,約0. 02-0. 10,或者約0. 04-0. 08,其中M 是堿金屬。
[0021] 與本發(fā)明形成對(duì)照，商業(yè)化氧化娃處理方法通常去除了全部堿金屬鹽，但對(duì)于一 些有限的應(yīng)用，例如電池隔膜，可允許5-10%的鹽含量，特別是硫酸鋼。然而，電池隔膜中采 用的含硫酸鹽的沉淀氧化娃具有3. 0-4. 0的抑值，該是不利的，因?yàn)閷?duì)于酸敏感型活性物 質(zhì)如馨合劑、表面活性劑和酶來說，它是有害的。因此，有利的堿性水平是為足夠的清潔性 能所需，特別是不需要添加其他昂貴的成分（例如增潔劑）。
[0022] 結(jié)構(gòu)物的堿性可與中和反應(yīng)進(jìn)行的程度相關(guān)聯(lián)。例如，在中和反應(yīng)中將酸或酸化 劑的量減少到低于化學(xué)計(jì)算量的程度，可W得到在無定形氧化娃相中含有更多堿離子的結(jié) 構(gòu)物，從而在結(jié)構(gòu)物中產(chǎn)生或貢獻(xiàn)更高的堿性。因此可W預(yù)期，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠通過 控制中和程度來調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)物的堿性。在一種實(shí)施方式中，高堿性結(jié)構(gòu)物可具有雙重作用，既 作為具有高飽和比（即攜帶能力）的結(jié)構(gòu)要件，與增大攜帶能力相關(guān)，又作為酸敏感型活性 物質(zhì)的堿性穩(wěn)定劑。因此，在一個(gè)【具體實(shí)施方式】中，結(jié)構(gòu)物可借助于不完全中和而具有較高 堿性。例如，結(jié)構(gòu)物可具有約8. 5-11. 0的師約9. 0-10. 5的師約9. 5-10. 0的抑。抑可 根據(jù)本文所述的結(jié)構(gòu)物抑測(cè)試方法測(cè)定。
[0023] 此外，通過用酸完全或部分中和堿性娃酸鹽制得的結(jié)構(gòu)物可經(jīng)過洗漆和過濾，去 除部分可溶性堿性鹽副產(chǎn)物?；蛘?，包括作為娃酸鹽中和副產(chǎn)物形成的可溶性鹽在內(nèi)的全 懸浮反應(yīng)產(chǎn)物可干燥形成例如粉末形式的結(jié)構(gòu)物。
[0024]目前公認(rèn)的制備沉淀氧化娃的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，即通過基本上進(jìn)行完全的中和反應(yīng)生產(chǎn) 氧化娃，包括過濾和洗漆步驟，W從最終產(chǎn)品中除去副產(chǎn)物。然而，對(duì)于鹽副產(chǎn)物未完全或 部分去除的氧化娃，鹽可用作洗漆劑加工的輔劑。
[0025] 根據(jù)一種實(shí)施方式，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)物可利用至少約15重量％的輔鹽制備，就飽和 容量而言，它可提供合適的結(jié)構(gòu)化，同時(shí)也具有良好的分散能力，并且與商業(yè)氧化娃相比具 有明顯更高的振實(shí)體密度。例如，不含堿金屬鹽的商業(yè)氧化娃通常具有約100-150g/L的體 密度。
[0026] 在一種實(shí)施方式中，含有至少15重量％輔鹽的結(jié)構(gòu)物所具有的振實(shí)體密度約為 200-400g/l，約為 200-300g/l，約為 230-350g/l，約為 200-280g/L，或者約為 220-280g/L。 在一種實(shí)施方式中，相比于商業(yè)氧化娃，該種體密度的增加與可加工性質(zhì)具有良好的關(guān)聯(lián) 性，例如在工業(yè)化工藝如洗漆劑造粒工藝中容易處理粉末材料。
[0027] 至于結(jié)構(gòu)物在洗漆水條件下相對(duì)不易溶解，結(jié)構(gòu)物能夠從結(jié)構(gòu)化聚集狀態(tài)足夠迅 速地分散到精細(xì)分離狀態(tài)，并穿過細(xì)孔網(wǎng)。根據(jù)本文所述的結(jié)構(gòu)物殘留測(cè)試方法測(cè)定，本發(fā) 明的示例性結(jié)構(gòu)物具有小于約0. 5、小于約0. 3、小于約0. 1或小于約0. 05的結(jié)構(gòu)物殘留因 數(shù)（RF)。根據(jù)一種實(shí)施方式，W至少約10重量％或至少約15重量％的濃度存在的輔鹽可 提供進(jìn)一步聚集氧化娃或娃酸鹽粒子的途徑，增加粒子的體密度，改善結(jié)構(gòu)物粉末的可處 理性；與此同時(shí)，結(jié)合有鹽的聚集體的溶解性可在洗漆條件下為聚集體提供優(yōu)異的分散性， 有效降低織物殘留風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)構(gòu)物殘留因數(shù)與產(chǎn)品在織物上殘留的傾向具有良好的相關(guān)性， 例如，在結(jié)構(gòu)物是結(jié)構(gòu)化粒子成分，而結(jié)構(gòu)化粒子用于清潔組合物如粒狀洗漆劑產(chǎn)品的情 況下。
[002引結(jié)構(gòu)物可用于形成結(jié)構(gòu)化粒子，該結(jié)構(gòu)化粒子還含有清潔