ПОЛИ-N-2-ГИДРОКСИПРОПИЛ-ГЕКСАМЕТИЛЕНГУАНИДИН В КАЧЕСТВЕ РЕАГЕНТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КАТИОННОГО КРАХМАЛА, ИСПОЛЬЗУЕМОГО В БУМАЖНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ Российский патент 1997 года по МПК C08G73/00 D21H17/29 

Изобретение относится к водорастворимым полиалкиленполиаминам, полиаминополиамидам, содержащим в своей структуре эпоксипропильные, галогенгидроксипропильные группировки, используемые как реагенты для катионирования крахмала, применяемого для процессов флокуляции и упрочнения бумаги в целлюлозно-бумажной промышленности.

Известны содержащие галогенгидроксипропильные группы продукты превращения аммиака, моно- или полиаминов с эпихлоргидрином.

В (1) описаны продукты реакции эпихлоргидрина и водорастворимых основных полиамидоаминов, полученных из насыщенных или ненасыщенных алифатических дикарбоновых кислот C_4-10 или их производных с полиаминами, имеющими первичные и вторичные аминогруппы.

В (2) описаны продукты взаимодействия моно- или полиаминов с эпихлоргидрином, обработанные последовательно неорганической щелочью и безгалогенной кислотой.

Наиболее близкими по технической сущности к изобретению являются смолы, полученные обработкой эпигалогенгидридом полиаминополиамидов, синтезированных из N-бис-аминопропилмеламина и насыщенных бикарбоновых кислот и их производных (3).

Недостатком данных соединений является необходимость предварительного получения полимерных матриц полиаминополиамидов. Кроме того, они обладают повышенной токсичностью в отношении живых организмов.

Целью изобретения является синтез малотоксичного реагента упрощенным способом для катионирования крахмала.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве полиамина для конденсации с эпихлоргидрином применяли полигексаметиленгуанидин (ПГМГ). Предварительно ПГМГ (ТУ 10-09-41-90) переводят в основную форму спиртовым раствором щелочи. После удаления образующейся минеральной соли в раствор полимера вводят эпихлоргидрин. Процесс проходит при молярном соотношении реагентов 1: 1 в течение 6 ч при 50-55^oC. Выделение и фракционирование полученных полимераналогов продуктов взаимодействия ПГМГ и эпихлоргидрина осуществляют дробным осаждением ацетоном. Дополнительную очистку целевого продукта проводят экстракцией органическими растворителями и вакуумированием. Основная фракция, полимераналог со степенью замещения 1, бесцветный гигроскопичный порошок, растворимый в воде и этаноле.

Пример 1. Синтез поли-N-2-гидроксипропилгексаметиленгуанидина.

6,9 г (0,605 моль) ПГМГ гидрохлорида растворяют в 100 мл 0,5 н спиртового раствора щелочи при 45-50^oC. Образующийся NaCl удаляли фильтрованием. В фильтрат добавляют 4,63 г (0,05 моль) эпихлоргидрина. Реакционную массу перемешивают при 50-55^oC в течение 6 ч. Полимераналог со степенью замещения 1 выделяют дробным осаждением ацетоном. Осадок промывают эфиром для удаления низкомолекулярных органических соединений, сушат в вакууме.

Выход 47%
Найдено,
C 51,01
H 8,82
N 17,50
Cl 14,82
Вычислено,
C 51,39
H 8,56
N 17,99
Cl 15,63
Средневесовая молекулярная масса (Mn) определенная методом светорассеяния, составляет 15000 16000 (n=64-68).

Пример 2. Получение катионного крахмала.

10 г (0,062 моль) картофельного крахмала нагревают при перемешивании в 240 мл воды до температуры клейстеризации 80^oC. После охлаждения до 30-40^oC в клейстер вводят 0,5 г (0,0021 моль) реагента поли- N-2-гидроксипропилгексаметиленгуанидина, растворенного в 10 мл воды и подкисленного серной кислотой до нейтральной pH. Модификацию крахмала проводят при 60-70^oC в течение 2 ч при интенсивном перемешивании реакционной массы. Получен катионный крахмал со степенью замещения 0,02 путем осаждения его из реакционной массы изопропиловым спиртом. Выход 70%
Найдено, N 0,90.

Вычислено, N 0,99.

Пример 3. Испытание катионного крахмала в качестве связующего при формировании бумажного листа.

30,0 г смеси сульфитной беленой целлюлозы из хвойных и лиственных пород древесины и сульфатной беленой целлюлозы из лиственных пород древесины в соотношении 7: 1 размалывают на лабораторной мельнице до степени помола 40^o ШР при концентрации волокна 30 г/л. Полученную суспензию разбавляют водой до 20 г/л и вводят последовательно 15 мл канифольного клея (концентрация 20 г/л), 60 мл каолиновой суспензии (концентрация 100 г/л), 9 мл раствора сернокислого алюминия (концентрация 100 г/л). После перемешивания в бумажную массу, разбавленную водой до концентрации 5 г/л, вводят 30 мл связующего (концентрация 10 г/л). В качестве связующего используют немодифицированный картофельный крахмал и крахмал катионный (КК), полученный с использованием реагента поли-N-2 гидроксипропилгексаметиленгуанидина, как описано в примере 2. Из приготовленной массы на лабораторном листоотливном аппарате формуют образцы бумаги. Физико-механические характеристики бумаги определялись по стандартным методикам при относительной влажности воздуха 65% при температуре ±2^oC.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Представленные результаты характеризуют упрочняющее действие катионного крахмала, повышение прочности бумаги на 13,4% (увеличение разрывной длины), 21,3% (увеличение сопротивления продавливанию), 75,7% (увеличение сопротивления излому). При этом возрастает эффективность проклейки бумажной массы (снижение впитываемости) и снижается концентрация подсеточных вод со 104 до 60 мг/л.

Заявляемый реагент используют для получения катионного крахмала, применяемого в целлюлозно-бумажной промышленности для интенсификации процессов обезвоживания бумажной массы и улучшения физико-механических показателей бумаги. Модифицированный полимерным реагентом крахмал имеет высокое сродство к волокнам целлюлозы в отличие от описанных выше продуктов. При введении такого крахмала в бумажную массу происходит образование дополнительных связей между волокнами посредством "полимерных мостиков", что приводит к существенному увеличению прочности бумаги. В этом случае формируется более равномерная структура бумажного полотна, обладающая соответственно более однородными свойствами.

Использование: реагент для получения катионного крахмала, используемого в бумажной промышленности. Сущность изобретения: поли-N-2-гидроксипропилгексаметиленгуанид формулы
,
где n=64-68. 1 табл.

Поли-N-2-гидроксипропил-гексаметиленгуанидин формулы

где n 64 68
в качестве реагента для получения катионного крахмала, используемого в бумажной промышленности.