氧化硅基结构物及其制备方法
【专利说明】氧化括基结构物及其制备方法
[000。相关申请的香叉引用
[0002] 本申请要求2013年9月7日提交的美国临时申请序列第61/698096号的优先权， 通过引用将该申请纳入本文。
技术领域
[0003] 本发明设及氧化娃基结构物（struc化rant)。本发明还包括制备该结构物的方法。
【背景技术】
[0004] 已为多种用途开发了氧化娃基结构物。然而，仍然需要为具体应用如清洁产品而 特别设计的氧化娃基结构物。
[0005] 概巧
[0006] 在一种实施方式中，本发明包括含有55-90重量％氧化娃和至少15重量％辅盐 (adjunctsalt)的结构物，其中氧化娃具有0.02-0. 14的[Na20]/[Si化]摩尔比。所述结 构物具有水合粒度分布化y化atedparticlesizedistribution),使得根据结构物残留 测试方法（Struc化rantResi化eTest)测定，不超过30重量％的结构物所具有的水合粒 度大于45ym。所述结构物还具有200-300g/L的振实体密度（tappedbu化density)。
[0007] 根据另一种实施方式，本发明包括形成结构物的方法；使水、Si化、化〇2和非化学 计算量的酸结合形成[Na20]/[Si02]摩尔比为0.02-0. 14的氧化娃混合物，然后干燥该氧化 娃混合物形成结构物。该结构物可属上述类型。
[000引根据又一种实施方式，本发明包括通过在反应混合物中进行W下化学反应来形成 结构物的方法：
[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是反应中使用的酸相对于完全中和所需化学计量比的用量，R是娃酸盐比 [Na20]/[Si02]，《是相对于Si〇2的摩尔数加入反应混合物中的水的摩尔量。然后干燥该反 应混合物，得到结构物。该结构物可属上述类型。
[0011] 发巧详巧
[0012] 本发明设及氧化娃基结构物W及制备该种结构物的方法。
[0013] 在一种实施方式中，氧化娃基结构物可包括能够赋予结构物物理稳定性的吸收性 氧化娃基微粒材料。
[0014] 结构物可具有吸收过剩的或残余的水的能力，帮助结构物从结构化聚集状态快速 分散成精细分离状态。
[0015] 此外，结构物可W有能力高效吸收在结构化粒子制备过程中添加的清洁活性物 质，同时保持使同样的清洁活性物质在接触水时快速释放的能力。根据具体的实施方式，结 构物能够吸收高量级的清洁活性物质，其饱和容量大于约1. 5,优选大于约2. 0,更优选大 于约2. 3。
[0016] 本发明的结构物可包括利用任何可用方法制得的无定形氧化娃。不过，可能特别 有用的一种具体方法是采用受控沉淀或溶胶-凝胶方法，其中在稀水性条件下用酸中和碱 性娃酸盐，制备非常细的氧化娃粒子，即胶体粒子。氧化娃精细粒子的粒度小于约40 ym， 小于约30 ym，或者小于约20 ym。在水性悬浮体中，所述精细粒子可缔合在一起，形成较 大的聚集体，即微凝胶，其中悬浮体的水相包括中和反应的抗衡离子，即盐溶液。盐离子可 被部分吸附到胶体氧化娃结构的表面上，例如在微凝胶中。任何公知的碱性娃酸盐均可用 于中和反应，但在一个例子中，碱性娃酸盐可W是娃酸钢，特别是在一个例子中，其[Si02]/ [Na20]摩尔比约为2-3. 4,或者约为3. 0-3. 2。用于中和反应的酸或酸化剂可包括例如CA、 H2CO3、H2SO4和NaHCO3,优选H2SO4。
[0017] 在一些实施方式中，可通过例如过滤或离屯、分离除去一部分盐溶液，形成湿滤饼， 该湿滤饼具有胶体氧化娃的半固体网络，其中包埋有盐的水溶液。
[0018] 悬浮体或湿滤饼可干燥形成具有复合结构的粉末，该复合结构具有无定形氧化娃 聚集体和辅盐的微米级离散相。辅盐主要可通过盐的水溶液干燥结晶形成。辅盐可存在于 胶体氧化娃的聚集结构中，并且在作为非限制性例子的洗漆过程中，当将聚集体加入水中 时可帮助聚集体分散。在一种实施方式中，在使用洗漆剂的情况下，辅盐的溶解可促进氧化 娃聚集体的分散。氧化娃聚集体的有效分散可降低织物上发生残留的可能性，例如根据本 文所述的结构物残留测试方法所测定。
[0019] 所述方法的产物粉末是本发明结构物的一种实施方式。W总重量计，结构物（即 粉末）在干燥后可保留有约0-40%的水，约2-20%的水，约4-10%的水。
[0020] 将娃酸盐转化为氧化娃的中和反应所进行的程度可W是基本上进行完全，或者在 一个【具体实施方式】中，可W是部分完全。在部分中和的情况下，结构物的无定形氧化娃相中 可保留一定量的碱金属。在结构物的无定形氧化娃相中，碱金属氧化物[M20]与二氧化娃 [Si02]的摩尔比可W是约0-0. 14,约0. 02-0. 14,约0. 02-0. 10,或者约0. 04-0. 08,其中M 是碱金属。
[0021] 与本发明形成对照，商业化氧化娃处理方法通常去除了全部碱金属盐，但对于一 些有限的应用，例如电池隔膜，可允许5-10%的盐含量，特别是硫酸钢。然而，电池隔膜中采 用的含硫酸盐的沉淀氧化娃具有3. 0-4. 0的抑值，该是不利的，因为对于酸敏感型活性物 质如馨合剂、表面活性剂和酶来说，它是有害的。因此，有利的碱性水平是为足够的清洁性 能所需，特别是不需要添加其他昂贵的成分（例如增洁剂）。
[0022] 结构物的碱性可与中和反应进行的程度相关联。例如，在中和反应中将酸或酸化 剂的量减少到低于化学计算量的程度，可W得到在无定形氧化娃相中含有更多碱离子的结 构物，从而在结构物中产生或贡献更高的碱性。因此可W预期，本领域的技术人员能够通过 控制中和程度来调节结构物的碱性。在一种实施方式中，高碱性结构物可具有双重作用，既 作为具有高饱和比（即携带能力）的结构要件，与增大携带能力相关，又作为酸敏感型活性 物质的碱性稳定剂。因此，在一个【具体实施方式】中，结构物可借助于不完全中和而具有较高 碱性。例如，结构物可具有约8. 5-11. 0的师约9. 0-10. 5的师约9. 5-10. 0的抑。抑可 根据本文所述的结构物抑测试方法测定。
[0023] 此外，通过用酸完全或部分中和碱性娃酸盐制得的结构物可经过洗漆和过滤，去 除部分可溶性碱性盐副产物。或者，包括作为娃酸盐中和副产物形成的可溶性盐在内的全 悬浮反应产物可干燥形成例如粉末形式的结构物。
[0024]目前公认的制备沉淀氧化娃的工业标准，即通过基本上进行完全的中和反应生产 氧化娃，包括过滤和洗漆步骤，W从最终产品中除去副产物。然而，对于盐副产物未完全或 部分去除的氧化娃，盐可用作洗漆剂加工的辅剂。
[0025] 根据一种实施方式，本发明的结构物可利用至少约15重量％的辅盐制备，就饱和 容量而言，它可提供合适的结构化，同时也具有良好的分散能力，并且与商业氧化娃相比具 有明显更高的振实体密度。例如，不含碱金属盐的商业氧化娃通常具有约100-150g/L的体 密度。
[0026] 在一种实施方式中，含有至少15重量％辅盐的结构物所具有的振实体密度约为 200-400g/l，约为 200-300g/l，约为 230-350g/l，约为 200-280g/L，或者约为 220-280g/L。 在一种实施方式中，相比于商业氧化娃，该种体密度的增加与可加工性质具有良好的关联 性，例如在工业化工艺如洗漆剂造粒工艺中容易处理粉末材料。
[0027] 至于结构物在洗漆水条件下相对不易溶解，结构物能够从结构化聚集状态足够迅 速地分散到精细分离状态，并穿过细孔网。根据本文所述的结构物残留测试方法测定，本发 明的示例性结构物具有小于约0. 5、小于约0. 3、小于约0. 1或小于约0. 05的结构物残留因 数（RF)。根据一种实施方式，W至少约10重量％或至少约15重量％的浓度存在的辅盐可 提供进一步聚集氧化娃或娃酸盐粒子的途径，增加粒子的体密度，改善结构物粉末的可处 理性；与此同时，结合有盐的聚集体的溶解性可在洗漆条件下为聚集体提供优异的分散性， 有效降低织物残留风险。结构物残留因数与产品在织物上残留的倾向具有良好的相关性， 例如，在结构物是结构化粒子成分，而结构化粒子用于清洁组合物如粒状洗漆剂产品的情 况下。
[002引结构物可用于形成结构化粒子，该结构化粒子还含有清洁