СОСТАВ ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ ЦЕЛЛЮЛОЗОСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2008 года по МПК D21H21/16 D21H17/06 D21H17/07 D21H17/29 

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности и может быть использовано для получения состава для поверхностной обработки целлюлозосодержащих материалов с целью их упрочнения и придания им улучшенных свойств: повышенной влагопрочности, прочности на разрыв и других.

Известен состав для поверхностной обработки целлюлозосодержащих материалов, включающий карбамидоформальдегидный олигомер, модифицированный меламином (см. Темкина Р.З., Лесная промышленность, 1970, стр.225-228).

Недостатком известного решения являются: неоднородность состава, что создает затруднения при нанесении клеящих составов на поверхность целлюлозосодержащих материалов; очень низкая вязкость, низкая жизнеспособность.

Известен состав для поверхностной обработки целлюлозосодержащих материалов, включающий карбамидоформальдегидный олигомер, модифицированный фенолом (см. Темкина Р.З., Лесная промышленность, 1970, стр.238-239).

Недостатком известного решения являются: темно-коричневый цвет, высокая вязкость, чрезмерно высокая щелочность, нестабильность при хранении.

Наиболее близким по технической сущности является состав для поверхностной обработки целлюлозосодержащих материалов, включающий карбамидоформальдегидный олигомер, модифицированный техническим лигносульфонатом (см. патент РФ №2021413, кл. D21Н 21/16, 1991).

Недостатками известного решения являются: коричневый цвет, малое время желатинизации и жизнеспособности, низкая влагопрочность и разрывная длина обработанной бумаги.

Задача, решаемая данным изобретением, заключается в получении модифицированных карбамидоформальдегидных олигомеров белого или светло-желтого цвета с хорошим временем желатинизации и жизнеспособности и в получении целлюлозосодержащих материалов с улучшенными прочностными свойствами.

Данный технический результат достигается тем, что состав для поверхностной обработки целлюлозосодержащих материалов, включающий модифицированный карбамидоформальдегидный олигомер, в первом исполнении в качестве модификатора содержит натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Карбамидоформальдегидный олигомер92-98Натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы2-8

В другом исполнении технический результат достигается тем, что состав для поверхностной обработки целлюлозосодержащих материалов, включающий модифицированный карбамидоформальдегидный олигомер, в качестве модификатора содержит натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы и катионный крахмал при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Карбамидоформальдегидный олигомер88,8-94,5Натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы2-8Катионный крахмал3,2-3,5

В третьем исполнении технический результат достигается также тем, что состав для поверхностной обработки целлюлозосодержащих материалов, включающий модифицированный карбамидоформальдегидный олигомер, в качестве модификатора содержит натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы и меламин при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Карбамидоформальдегидный олигомер79,5-85,4Натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы2,4-9Меламин11,5-12,2

Изобретение по первому варианту поясняется следующими примерами.

Пример 1. В реакционную колбу, снабженную механической мешалкой с гидравлическим затвором и термометром, загружают карбамид (основная загрузка) К 1-10 г и МаКМЦ (2%-ный раствор) - 0,55 г (27,5 мл) (2% от массы сух. вещ-ва). Включают мешалку и нагрев водяной бани. После полного растворения карбамида при температуре 40-50°С рН смеси должен быть 7,5. Вводят необходимое количество формалина (рН 6) (формальдегида) - 30 г (12 г), предварительно нейтрализованного раствором щелочи (NaOH 10%-ный) до величины рН 8,5-9,0. рН смеси должен быть равен 8,5. При необходимости повышают рН, добавляя по каплям раствор щелочи. Продолжают нагрев до 62-65°С и выдерживают в течение некоторого времени. Вторую стадию проводят в слабокислой или нейтральной среде. Для этого рН смеси снижают раствором хлористого аммония до рН 6,5-7,0 и выдерживают при 62-65°С, перемешивая в течение некоторого времени. После этого доводят рН до 8,5-9,0, добавляя по каплям едкий натр, не прекращая перемешивания. Вводят карбамид (дополнительная загрузка) К2 - 5 г. Реакционную систему выдерживают при 60-65°С и работающей мешалке в течение некоторого времени. Полученный олигомер концентрируют путем упаривания в вытяжном шкафу в фарфоровой чашке и при тщательном перемешивании. Концентрированный олигомер охлаждают до 25-30°С. Количество карбамидоформальдегидного олигомера 98%, натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы 2%. Свойства олигомера приведены в табл.1.

Пример 2. Осуществляют по методике, приведенной в примере 1, но с использованием следующих загрузок реагентов: формалин (37%) (формальдегид) - 30 г (12 г); карбамид (основная загрузка) К1 - 10 г; карбамид (дополнительная загрузка) К2 - 5 г; NaКМЦ (2%-ный раствор) - 1,125 г (56,25 мл) (4% от массы сух. вещ-ва). Количество карбамидоформальдегидного олигомера 96%, натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы 4%. Свойства олигомера приведены в табл.1.

Пример 3. Осуществляют по методике, приведенной в примере 1, но с использованием следующих загрузок реагентов: формалин (37%) (формальдегид) - 30 г (12 г); карбамид (основная загрузка) К1 - 10 г; карбамид (дополнительная загрузка) К2 - 5 г; NaКМЦ (2%-ный раствор) - 1,725 г (86,25 мл) (6% от массы сух. вещ-ва). Количество карбамидоформальдегидного олигомера 94%, натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы 6%. Свойства олигомера приведены в табл.1.

Пример 4. Осуществляют по методике, приведенной в примере 1, но с использованием следующих загрузок реагентов: формалин (37%) (формальдегид) - 30 г (12 г); карбамид (основная загрузка) К1 - 10 г; карбамид (дополнительная загрузка) К2 - 5 г; NaКМЦ (2%-ный раствор) - 2,35 г (117,5 мл) (8% от массы сух. вещ-ва). Количество карбамидоформальдегидного олигомера 92%, натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы 8%. Свойства олигомера приведены в табл.1.

Изобретение по второму варианту поясняется следующими примерами.

Пример 5. В реакционную колбу, снабженную механической мешалкой с гидравлическим затвором и термометром, загружают карбамид (основная загрузка) К 1 - 10 г, меламин - 5 г и NaКМЦ (2%-ный раствор) - 1 г (50 мл) (2,4% от массы сух. вещ-ва). Включают мешалку и нагрев водяной бани. После полного растворения карбамида при температуре 40-50°С рН смеси должен быть 7,5. Вводят необходимое количество формалина (рН 6) (формальдегида) - 50 г (20 г), предварительно нейтрализованного раствором щелочи (NaOH 10%-ный) до величины рН 8,5 - 9,0. рН смеси должен быть равен 8,5. При необходимости повышают рН, добавляя по каплям раствор щелочи. Продолжают нагрев до 62-65°С и выдерживают в течение некоторого времени. Вторую стадию проводят в слабокислой или нейтральной среде. Для этого рН смеси снижают раствором хлористого аммония до рН 6,5-7,0 и выдерживают при 62-65°С, перемешивая в течение некоторого времени. После этого доводят рН до 8,5 -9,0, добавляя по каплям едкий натр, не прекращая перемешивания. Вводят карбамид (дополнительная загрузка) К2 - 5 г. Реакционную систему выдерживают при 60-65°С и работающей мешалке в течение некоторого времени. Полученный олигомер концентрируют путем упаривания в вытяжном шкафу в фарфоровой чашке и при тщательном перемешивании. Концентрированный олигомер охлаждают до 25-30°С. Количество карбамидоформальдегидного олигомера 85,4%, натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы 2,4%, меламина 12,2%. Свойства олигомера приведены в табл.2.

Пример 6. Осуществляют по методике, приведенной в примере 5, но с использованием следующих загрузок реагентов: формалин (37%) (формальдегид) - 50 г (20 г); карбамид (основная загрузка) К1 - 10 г; карбамид (дополнительная загрузка) К2 - 5 г; меламин - 5 г; NaКМЦ (2%-ный раствор) - 2 г (100 мл) (4,8% от массы сух. вещ-ва). Количество карбамидоформальдегидного олигомера 83,3%, натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы 4,8%, меламина 11,9%. Свойства олигомера приведены в табл.2.

Пример 7. Осуществляют по методике, приведенной в примере 5, но с использованием следующих загрузок реагентов: формалин (37%) (формальдегид) - 50 г (20 г); карбамид (основная загрузка) К1 - 10 г; карбамид (дополнительная загрузка) К2 - 5 г; меламин - 5 г; NaКМЦ (2%-ный раствор) - 3 г (100 мл) (7,0% от массы сух. вещ-ва). Количество карбамидоформальдегидного олигомера 81,4%, натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы 7%, меламина 11,6%. Свойства олигомера приведены в табл.2.

Пример 8. Осуществляют по методике, приведенной в примере 5, но с использованием следующих загрузок реагентов: формалин (37%) (формальдегид) - 50 г (20 г); карбамид (основная загрузка) К1 - 10 г; карбамид (дополнительная загрузка) К2 - 5 г; меламин - 5 г; NaКМЦ (2%-ный раствор) - 4 г (200 мл) (9,1% от массы сух. вещ-ва). Количество карбамидоформальдегидного олигомера 79,6%, натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы 9%, меламина 11,4%. Свойства олигомера приведены в табл.2.

Изобретение по третьему варианту поясняется следующими примерами.

Пример 9. В реакционную колбу, снабженную механической мешалкой с гидравлическим затвором и термометром, загружают карбамид (основная загрузка) К1 - 10 г, крахмал (2%-ный раствор) - 1 г (50 мл) и NaКМЦ (2%-ный раствор) - 0,56 г (28 мл) (2% от массы сух. вещ-ва). Включают мешалку и нагрев водяной бани. После полного растворения карбамида при температуре 40-50°С рН смеси должен быть 7,5. Вводят необходимое количество формалина (рН 6) (формальдегида) - 30 г (12 г), предварительно нейтрализованного раствором щелочи (NaOH 10%-ный) до величины рН 8,5-9,0. рН смеси должен быть равен 8,5. При необходимости повышают рН, добавляя по каплям раствор щелочи. Продолжают нагрев до 62-65°С и выдерживают в течение некоторого времени. Вторую стадию проводят в слабокислой или нейтральной среде. Для этого рН смеси снижают раствором хлористого аммония до рН 6,5-7,0 и выдерживают при 62-65°С, перемешивая в течение некоторого времени. После этого доводят рН до 8,5-9,0, добавляя по каплям едкий натр, не прекращая перемешивания. Вводят карбамид (дополнительная загрузка) К2 - 5 г. Реакционную систему выдерживают при 60-65°С и работающей мешалке в течение некоторого времени. Полученный олигомер концентрируют путем упаривания в вытяжном шкафу в фарфоровой чашке и при тщательном перемешивании. Концентрированный олигомер охлаждают до 25-30°С. Количество карбамидоформальдегидного олигомера 94,5%, натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы 2%, катионного крахмала 3,5%. Свойства олигомера приведены в табл.3.

Пример 10. Осуществляют по методике, приведенной в примере 9, но с использованием следующих загрузок реагентов: формалин (37%) (формальдегид) - 30 г (12 г); карбамид (основная загрузка) К1 - 10 г; карбамид (дополнительная загрузка) К2 - 5 г; крахмал (2%-ный раствор) - 1 г (50 мл), NaКМЦ (2%-ный раствор) - 1,15 г (57,5 мл) (4% от массы сух. вещ-ва). Количество карбамидоформальдегидного олигомера 92,7%, натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы 4%, катионного крахмала 3,4%. Свойства олигомера приведены в табл.3.

Пример 11. Осуществляют по методике, приведенной в примере 9, но с использованием следующих загрузок реагентов: формалин (37%) (формальдегид) - 30 г (12 г); карбамид (основная загрузка) К1 - 10 г; карбамид (дополнительная загрузка) К2 - 5 г; крахмал (2%-ный раствор) - 1 г (50 мл), NaКМЦ (2%-ный раствор) - 1,75 г (87,5 мл) (6% от массы сух. вещ-ва). Количество карбамидоформальдегидного олигомера 90,7%, натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы 6%, катионного крахмала 3,3%. Свойства олигомера приведены в табл.3.

Пример 12. Осуществляют по методике, приведенной в примере 7, но с использованием следующих загрузок реагентов: формалин (37%) (формальдегид) - 30 г (12 г); карбамид (основная загрузка) К1 - 10 г; карбамид (дополнительная загрузка) К2 - 5 г; крахмал (2%-ный раствор) - 1 г (50 мл), NaКМЦ (2%-ный раствор) - 2,4 г (120 мл) (8% от массы сух. вещ-ва). Количество карбамидоформальдегидного олигомера 88,8%, натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы 8%, катионного крахмала 3,2%. Свойства олигомера приведены в табл.3.

Были также проведены испытания модифицированной карбамидоформальдегидной смолы по ближайшему аналогу. Был приготовлен состав карбамидоформальдегидной смолы, модифицированной техническим лигносульфонатом, в условиях, аналогичных примерам 1-12. Состав: карбамидоформальдегидная смола - 92 мас.ч.; технический лигносульфонат - 8 мас.ч.

Свойства полученного состава:

Время желатинизации при 100°С с 1% NH₄Cl, с50Время жизнеспособности при 20°С с 1% NH₄Cl, ч4,7

Свойства обработанной бумаги

Разрывная длина, м3300Влагопрочность, %37,6

Таблица 1Свойства модифицированных карбамидоформальдегидных олигомеровПоказательОлигомер по примеру1234Проклеивающий состав, мас.ч. (мас.%)    - карбамидоформальдегидный олигомер27 (98%)27 (96%)27 (94%)27 (92%)    - натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы0,55 (2%)1,125 (4%)1,725 (6%)2,35 (8%)Время желатинизации при 100°C c 1% NH₄Cl, c83797670Время жизнеспособности при 20°С с 1% NH₄Cl, ч, не менее7,927,757,5687,5Свойства обработанной бумаги    - Разрывная длина, м4650425036003300- Влагопрочность, %53,049,845,841,0

Таблица 2Свойства модифицированных карбамидоформальдегидных олигомеровПоказательОлигомер по примеру5678Проклеивающий состав, мас.ч. (мас.%)    - карбамидоформальдегидный353535 (81,4%)35олигомер(85,4%)(72,3%) (79,5%)- натриевая соль карбоксиме-  3 (7%) тилцеллюлозы1 (2,4%)2 (4,8%)4 (9%)- меламин  5 (11,6%)  5 (12,2%)5 (11,9%)5 (11,4%)Время желатинизации при 100°C c 1% NH₄Cl, c63625956Время жизнеспособности при 20°С с 1% NH₄Cl, ч, не менее6,335,925,835,78Свойства обработанной бумаги    - Разрывная длина, м4700480043004250- Влагопрочность, %58,060,452,449,6

Таблица 3Свойства модифицированных карбамидоформальдегидных олигомеровПоказательОлигомер по примеру9101112Проклеивающий состав, мас.ч. (мас.%)    - карбамидоформальдегидный олигомер27 (94,5%)27 (92,7%)27 (90,7%)27 (88,8%)- натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы  1,75(6%) 0,57 (2%)1,15 (4%)2,4 (8%)- катионный крахмал1 (3,5%)1 (3,43%)1 (3,36%)1 (3,28%)Время желатинизации при 100°C c 1% NH₄Cl, c70666258Время жизнеспособности при 20°С с 1% NH₄Cl, ч, не менее1110,59,839Свойства обработанной бумаги    - Разрывная длина, м3350345038504200- Влагопрочность, %55,852,144.338,5

Таким образом, изобретение позволяет положительно влиять на свойства обрабатываемых целлюлозосодержащих материалов: увеличивается влагопрочность, снижается деформация в поперечном направлении при намокании, при существенном улучшении разрывной длины, гладкости и степени проклейки.

Составы относятся к целлюлозно-бумажной промышленности и предназначены для поверхностной обработки целлюлозосодержащих материалов. Первый состав включает модифицированный карбамидоформальдегидный олигомер и в качестве модификатора натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы. Второй состав содержит вышеуказанные компоненты и меламин. Третий состав содержит компоненты первого состава и катионный крахмал. Техническим результатом является улучшение качества состава и прочностных свойств целлюлозосодержащих материалов. 3 н.п. ф-лы, 3 табл.

1. Состав для поверхностной обработки целлюлозосодержащих материалов, включающий модифицированный карбамидоформальдегидный олигомер, отличающийся тем, что в качестве модификатора он содержит натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Карбамидоформальдегидный олигомер92-98Натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы2-8

Карбамидоформальдегидный олигомер88,8-94,5Натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы2-8Катионный крахмал3,2-3,5

Карбамидоформальдегидный олигомер79,5-85,4Натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы2,4-9Меламин11,5-12,2