СВЯЗУЮЩЕЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА БУМАГИ И КАРТОНА Российский патент 2013 года по МПК D21H21/16 D21H17/06 D21H17/18 

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности и касается синтеза олигомера, применяемого в качестве связующего для бумаги и картона.

Известен способ изготовления карбамидоформальдегидных олигомеров, модифицированных катионным крахмалом и меламином (патент RU (11) 2333304 (13) С1 МКИ D21H 21/16, D21H 17/06, D21H 17/18, C08G 12/40, 2007 г.). Данный способ позволяет получать карбамидофор-мальдегидные олигомеры, подходящие для обработки целлюлозных материалов как при нанесении с поверхности, так и при введении в волокнистую массу перед отливом бумажного полотна. Однако олигомеры, полученные по данному способу, обнаруживают некоторые недостатки: недостаточная водостойкость, недостаточно высокая эффективность олигомеров как упрочняющих агентов, низкая стабильность их водных дисперсий, высокое содержание свободного формальдегида в олигомерах.

Таким образом ставится задача получения карбамидоформальдегидных олигомеров, отвечающих требованиям по механической прочности, водостойкости и токсичности, при повышении стабильности их водных дисперсий.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что связующее для производства бумаги и картона, включающее карбамид, формальдегид, меламин и катионный крахмал, дополнительно содержит глицерин, силикат натрия и поверхностно-активное вещество, содержащее алкиламидо-пропилбетаин жирных кислот, при следующем соотношении компонентов, масс.%:

Карбамид 29-36 Формальдегид 35-42 Меламин 11-12 катионный крахмал 3-5 глицерин 2-4 силикат натрия 1-12 поверхностно-активное вещество 3-6,

а также тем, что связующее в качестве поверхностно-активного вещества дополнительно включает диэтаноламид жирных кислот в количестве 2:1 по отношению к алкиламидопропилбетаину жирных кислот соответственно.

Благодаря новому технологическому решению в синтезе модифицированных карбамидоформальдегидных олигомеров, а также использованию комплекса предложенных модификаторов достигается понижение свободного формальдегида модифицированных карбамидоформальдегидных олигомеров до 0,1-0,2% от массы олигомера. Достигается повышение стабильности олигомеров до 6 месяцев хранения.

Структурная формула получаемого олигомера приведена на рис.1, где R - остаток жирной кислоты в составе диэтаноламида.

На данном рисунке показаны возможные связи между основными компонентами олигомера и модификаторами. При отсутствии какого-либо модифицирующего компонента формула примет более упрощенный вид.

Изобретение поясняется следующими примерами

Пример 1

Соотношение компонентов (в масс.%):

формальдегид - 39;

карбамид - 32 (основная загрузка К1 - 26, дополнительная загрузка К2-6);

меламин - 11;

глицерин - 4;

силикат натрия - 6;

поверхностно-активное вещество (алкиламидопропилбетаин жирных кислот) - 3;

катионный крахмал - 5.

Для получения олигомера массой 100 г по сухому веществу в реакционную колбу, снабженную водяной баней, обратным холодильником, механической мешалкой и термометром, загружают 39 масс.% формальдегида в виде 37%-го раствора. С помощью едкого натра устанавливают pH формалина на уровне 9,5-10. Включают мешалку и обогрев водяной бани. При достижении температуры формалина 60°С в реакционную колбу загружают 26 масс.% карбамида. Через 30-40 минут после этого загружают 11 масс.% мел амина.

Через 60 мин. после добавления меламина в реакционную смесь вводят 6 масс.% силиката натрия. При температуре 80-85°С и установившемся щелочном pH = 12 выдерживают синтезирующийся олигомер в течение 1,5 часа, а затем добавляют 4 масс.% глицерина. Смесь выдерживают в течение еще 10 минут, после чего проводят вторую стадию синтеза. Для этого смесь подкисляют 5 %-ым раствором серной кислоты до установления pH в пределах 5,5. В этих условиях реакционную смесь выдерживают в течение 10-15 минут, затем раствором едкого натра поднимают pH до 7,5 и последовательно вводят следующие модификаторы: 3 масс.% поверхностно-активного вещества в виде алкиламидопропилбетаина высших жирных кислот, 6 масс.% карбамида и 5 масс. % катионного крахмала. Временной промежуток между введением каждого модификатора составляет 10 минут. После ввода катионного крахмала смесь выдерживают в течение 10 минут, а затем охлаждают. Необходимо следить, чтобы на протяжении ввода модификаторов pH в колбе имело значение 7,5±0,2.

При необходимости производят концентрирование водного раствора олигомера путем упаривания. Достижение концентрации выше 45% нежелательно, так как это может привести к потере стабильности раствора.

Стабильность полученного карбамидоформальдегидного олигомера при концентрации 25% и pH 7,5 - не менее 5 месяцев.

Пример 2

Соотношение компонентов (в масс.%): формальдегид - 41;

карбамид - 34 (основная загрузка К1 - 28, дополнительная загрузка К2 - 6);

меламин - 12;

глицерин - 2;

силикат натрия - 2;

поверхностно-активное вещество (алкиламидопропилбетаин жирных кислот) - 4;

катионный крахмал - 5.

Данный пример получения олигомера отличается от примера 1 тем, что стадия кисловки производится 1 %-ой соляной кислотой до pH = 6.

Пример 3

Соотношение компонентов (в масс.%);

формальдегид - 35;

карбамид - 29 (основная загрузка К1 - 23, дополнительная загрузка, К2 - 6);

меламин -11;

глицерин - 4;

силикат натрия - 12;

поверхностно-активное вещество - 6 (из них алкиламидопропилбетаина жирных кислот - 2 и диэтаноламида жирных кислот - 4); катионный крахмал - 3.

Данный пример получения олигомера отличается от примера 1 тем, что силикат натрия загружается в смесь порционно - 9 масс.% до стадии кисловки и 3 масс.% после. Диэтаноламид жирных кислот вводится в смесь после введения глицерина. Через 10 мин. после введения диэтаноламида жирных кислот начинают стадию кисловки.

Пример 4

Соотношение компонентов (в масс.%): формальдегид - 42;

карбамид - 36 (основная загрузка К1 - 30, дополнительная загрузка К2-6);

меламин - 12;

глицерин - 2;

силикат натрия - 1;

поверхностно-активное вещество - 3 (из них алкиламидопропилбетаина жирных кислот - 1 и диэтаноламида жирных кислот - 2);

катионный крахмал - 4.

Данный пример получения олигомера отличается от примера 1 тем, что силикат натрия загружается в смесь после стадии кисловки 1%-ой соляной кислотой. Диэтаноламид жирных кислот вводится в смесь после введения глицерина. Через 10 мин. после введения диэтаноламида жирных кислот начинают стадию кисловки.

Описанные рецептуры карбамидоформальдегидных олигомеров позволяют получать продукты стабильные в течение 5-6 месяцев с улучшенными свойствами.

В таблице 1 представлены основные физико-химические свойства полученных олигомеров.

Таблица 1 Основные физико-химические свойства модифицированных карбамидоформальдегидных олигомеров № олигомера в соответствии с № способа его получения + ближайший аналог Свойства внешний вид 30%-ного водного раствора массовая доля свободного формальдегида, % содержание метилольных групп, % вязкость, мПа·с время желатиниза
ции при 100°С с 1% NH₄Cl, стабильбильность 30 %-ного водного раствора смешиваемость с водой 1:20 1 молочно-белая густая жидкость около 0,1 15,7-16,2 35 70-80 не менее 6 месяцев полная 2 молочно-белая густая жидкость 0,1 15,8-16,4 39 80-90 не менее 5 месяцев полная 3 молочно-белая густая жидкость около ОД 15,4-15,9 42 70-80 не менее 6 месяцев полная 4 молочно-белая жидкость 0,1-0,2 15,7-16,2 36 65-75 не менее 5 месяцев полная Ближайший аналог (содержание катионного крахмала 5 масс.%) полупрозрачный с белым оттенком             0,4-0,6 16,6-17,1 26 55-65 не менее 4 месяцев полная            

С применением полученных олигомеров на лабораторном листоотливном аппарате была изготовлена офсетная бумага №1 массой 80 г/м , зольностью 10% со следующим составом по волокну: целлюлоза сульфитная хвойная беленая - 100%, степень помола - 35 °ШР. Наполнитель - каолин. Связующее вводили в волокнистую массу перед отливом бумажного полотна.

Свойства офсетной бумаги, изготовленной с использованием разработанного связующего и ближайшего аналога, представлены в таблице 2. Расход разработанного связующего и ближайшего аналога 15 кг/т бумаги. После обработки образцы бумаги подвергались дополнительной сушке в сушильном шкафу при t=110°С в течение 15 мин.

Таблица 2 Свойства бумаги, обработанной модифицированными карбамидоформальдегидными олигомерами Свойства бумаги Без обработки Ближайший аналог (при содержании кати-онного крахмала 5 масс. %) Олигомер, полученный по примеру 1 2 3 4 Разрывная длина, м 2300 3200 3300 3600 3450 3550 Влагопрочность, % 7 19 20 21 22 22 Степень проклейки, мм 1,2 2,0 2,2 2,2 2,3 2,0 Поверхностная впитываемость, г/м² 30 10 8 10 7 10 Выщипывание, м/с 1,1 2,3 2,6 2,3 2,7 2,3 Излом, ч.д.п. 3 6 6 7 6 7

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет получить связующее на основе карбамидоформальдегидного олигомера, отвечающее требованиям по механической прочности, водостойкости и токсичности, при повышении стабильности водных дисперсий, обеспечивающее изготовленной с его использованием бумаге необходимую водостойкость и механическую прочность.

Изобретение может быть использовано в целлюлозно-бумажной промышленности. Связующее для производства бумаги и картона включает карбамид, формальдегид, меламин, катионный крахмал, глицерин, силикат натрия и поверхностно-активное вещество, содержащее алкиламидопропилбетаин жирных кислот при следующем соотношении компонентов, мас.%:

карбамид 29-36 формальдегид 35-42 меламин 11-12 катионный крахмал 3-5 глицерин 2-4 силикат натрия 1-12 поверхностно-активное вещество 3-6

Предложенное изобретение позволяет получить связующее для производства бумаги и картона, отвечающее требованиям по механической прочности, водостойкости и токсичности, при повышении стабильности водных дисперсий. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Связующее для производства бумаги и картона, включающее карбамид, формальдегид, меламин и катионный крахмал, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит глицерин, силикат натрия и поверхностно-активное вещество, содержащее алкиламидопропилбетаин жирных кислот, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
карбамид 29-36 формальдегид 35-42 меламин 11-12 катионный крахмал 3-5 глицерин 2-4 силикат натрия 1-12 поверхностно-активное вещество 3-6

2. Связующее для производства бумаги и картона по п.1, отличающееся тем, что оно в качестве поверхностно-активного вещества дополнительно включает диэтаноламид жирных кислот в количестве 2:1 по отношению к алкиламидопропилбетаину жирных кислот соответственно.