КОМПОЗИЦИЯ Российский патент 1997 года по МПК C08L97/00 

Изобретение относится к полимерным материалам, в частности к лигносульфонатам. Лигносульфонаты получаются в качестве побочных продуктов при переработке древесины на целлюлозу по сульфитному способу.

Лигносульфонаты (ЛС) представляют собой нелинейные полимеры, макромолекулы которых имеют сплетенную в сетку структуры. Они несут сильнополярные сульфоксиольные группы, способные к диссоациации. В нейтрализованном ЛС сульфогруппа ионизирована и вся молекула несет сильноотрицательный заряд, который уравновешивается облаком положительно заряженных катионов.

Применение ЛС в различных областях народного хозяйства основано на использовании именно их структуры и химических свойств.

В народном хозяйстве ЛС применяются в качестве связующих веществ в литейном производстве, при изготовлении фанеры и древесных плит; в качестве пластификатора и разжижителя в цементной промышленности; в качестве реагента для бурения нефтяных и газовых скважин и при флотации руд; в качестве пенообразователя и обеспыливающего материала и т.д. [1]
В буровых растворах чаще применяются модифицированные лигносульфонаты: КССБ, ОКЗИЛ, ФХЛС [2]
Реагент ФХЛС является продуктом взаимодействия лигносульфоната с бихроматом натрия и сернокислым железом. Реагент ОКЗИЛ готовят конденсацией 100 мас. ч. лигносульфоната, 9-13 мас.ч. хромпика, 12-18 мас.ч. крепкой серной кислоты с последующей нейтрализацией 6 7 мас.ч. едкого натра. Данные реагенты содержат в своем составе тяжелые ионы хрома и железа, являющиеся загрязнителями окружающей среды.

Наиболее близким к изобретению является реагент КССБ, который получают путем смешения и конденсации 30 мас.ч. лигносульфоната, 1-2 мас.ч. фенола и 9 мас.ч. крепкой серной кислоты при 95^oC с последующей нейтрализацией едким натром [3]
Для производства реагента КССБ требуются высокотоксичные и агрессивные вещества в больших количествах формальдегид (до 8% от ЛС), фенол, серная кислота, едкий натр. При нейтрализации серной кислоты в большом количестве образуется балластное вещество сернокислый натрий.

Технической задачей изобретения является улучшение свойств лигносульфонатов путем укрупнения их макромолекул за счет модифицирования малотоксичными веществами в возможно меньших количествах.

Известны два основных способа укрупнения макромолекул ЛС за счет применения трехвалентных катионов Cr⁺³, Fe⁺³ и др. которые связывают сульфоксильные группы ЛС, и за счет сшивания макромолекул ЛС химическими агентами типа формальдегид, аминоформальдегидные смолы и др.

Для улучшения свойств ЛС авторами выбран второй способ использование сшивающих агентов.

Задача изобретения достигается тем, что композиция, включающая технический лигносульфонат и модификатор, содержит в качестве модификатора гексаметиолентетрамин и карбамид при следующем соотношении компонентов (в мас.ч.):
Технический лигносульфонат (на сухое вещество) 100
Гексаметилентетрамин 5,6-6,2
Карбамид 1,35.

В водной среде при высокой температуре гексаметилентетрамин гидролизуется, образуя аминоспирты и амины. В аминоспиртах OH-группа фактически является метилольной группой, и поэтому они являются высокореакционными соединениями. В результате реакций аминоспиртов, аминов и лигносульфоната образуются более крупные олигомеры, содержащие звенья дибензид- и трибензиламинов.

Гексаметилентетрамин выгодно отличается от формальдегида по своей токсичности он является малотоксичным веществом 3-го класса и даже применяется в медицине как внутреннее дезинфицирующее средство.

Как известно из химии мочевиноформальдегидных смол, мочевина для альдегидных групп является полифункциональным высокореакционным агентом. В лигносульфонатах α-гидроксильная группа в фенолпропановом звене является в химическом отношении алкилзамещенной метилольной группой. Поэтому эта группа высокореакционноспособна и может вступить в реакции сшивки с метилольными группами и мочевиной, увеличивая размер макромолекул ЛС. В итоге совместное применение в качестве модификатора ЛС гексаметилентетрамида и карбамида позволяет увеличить сшитость ЛС и тем самым значительно уменьшить количество модификаторов.

В предлагаемом лигносульфонатном составе при модифицировании не образуются балластные вещества, такие как сернокислый натрий, в КССБ.

Примеры предлагаемого лигносульфонатного состава в сравнении с прототипом приведены в таблице. Вязкость 38%-ного раствора ЛС в воде определялась на приборе В3-4. Фильтруемость раствора определялась на приборе типа ВМ-6 [2, стр. 276] Динамическое и статическое напряжение сдвига раствора ЛС определялись на приборах ВСН-3 и СНС-2 [2, стр.214-272]
Кратность повышения вязкости характеризует укрупнение макромолекул ЛС.

При использовании лигносульфонатов в цементной промышленности и в буровых растворах, а также в литейном производстве важное значение имеет их разжижающее действие. Как видно из представленных данных, предлагаемые лигносульфонатные составы являются эффективными разжижителями, они уменьшают динамическое напряжение сдвига примерно 5-7 раз, и этот эффект лучше, чем у прототипа КССБ (более 2 раз). Фильтруемость глинистых растворов также уменьшается при использовании предлагаемых лигносульфонатных составов. Особенно это хорошо выражено в безглинистых растворах: в сравнении с прототипом эффект улучшается в несколько раз.

Существенность отличий предлагаемого лигносульфонатного состава заключается в использовании в предлагаемом составе гексаметилентетрамина и карбамида; в выбранных пределах вышеуказанных компонентов, обеспечивающих высокий уровень структурообразования составов, что улучшает их реологические и фильтрационные характеристики.

Предлагаемый лигносульфонатный состав предназначен для применения в тех же областях народного хозяйства, что и лигносульфонаты.

Использование: полимерные материалы, в частности лигносульфонаты. Лигносульфонатный состав отличается от известных малой токсичностью модификаторов, экологически не загрязняющих окружающую среду, и малым содержанием модификаторов (до 7-8%), что достигается за счет использования в составе гексаметилентетрамина и мочевины. Выбранные пределы по соотношению компонентов обеспечивают высокий уровень структурообразования состава, что улучшает его реологические и фильтрационные характеристики. В отличие от известных лигносульфонатных составов (КССБ, окзил и др.) заявляемый состав не содержит балластных веществ типа сернокислого натрия, которые ухудшают свойства композиций. Предлагаемый состав предназначен для применения в тех же областях, что и лигносульфонаты. 1 табл.

Композиция, включающая технический лигносульфонат и модификатор, отличающаяся тем, что она содержит в качестве модификатора гексаметилентетрамин и карбамид при следующем соотношении компонентов, мас.ч.

Технический лигносульфонат (на сухое вещество) 100
Гексаметилентетрамин 5,0 6,2
Карбамид 1,35