СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИТНОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 2014 года по МПК D21H11/20 D21H17/69 

Способ относится к технологиям получения композитных материалов на основе целлюлозных волокон и химически осажденных минеральных частиц, которые могут быть использованы в производстве бумаги и картона различного назначения в качестве наполнителя.

Известен способ получения композитного материала, состоящего из фибриллированных целлюлозных волокон (ФЦВ) и неорганических частиц в виде частиц химически осажденного карбоната кальция, образованных при обработке в водной фазе одного реагента - гидроксида кальция, другим реагентом-осадителем - растворенным в воде диоксидом углерода, включающий две ступени обработки гидроксида кальция в водной среде растворенным в ней диоксидом углерода с получением на каждой из них дисперсий, содержащих гидроксид и карбонат кальция, и третью ступень обработки полученной дисперсии (взвеси) диоксидом углерода в присутствии в ней ФЦВ с образованием композитного материала (КМ), большая часть которого представляет собой механическую смесь частиц карбоната кальция и ФЦВ с иммобилизованными на них частицами СаСО₃ (RU, заявка №2005121555, C08J 5/00, опубл. 27.01.2006). ФЦВ имеют толщину от 0,1 до 2,0 мкм и длину от 10 до 400 мкм. Композитный материал предлагают использовать в качестве наполнителя в производстве бумаги и картона.

Недостатками способа являются его многостадийность и, соответственно, высокая сложность исполнения, а также возможность получения КМ лишь с СаСО₃.

Новым техническим результатом от использования предлагаемого изобретения является обеспечение возможности получения КМ с частицами гидроксида железа, окрашенного в различные оттенки коричневого цвета и обладающего бактерицидными и ферромагнитными свойствами.

Указанный результат достигается тем, что способ получения композитного материала, состоящего из коротких фибриллированных целлюлозных волокон и химически осажденных на них частиц гидроксида железа в количестве 50-600 мас.ч. на 100 мас.ч волокон включает обработку в водной среде раствора хлорида железа гидроксидом натрия в присутствии в среде указанных волокон, содержащих, в мас.%, не менее 94% волокон с длиной не более 1,23 мм и не менее 54% волокон с длиной не более 0,63 мм, с образованием дисперсии продукта обработки в виде композитного материала, при этом фибриллированные целлюлозные волокна присутствуют в водной среде в количестве 100-300 мг/дм³, а дисперсию композитного материала сгущают методом флотации с получением флотошлама.

В качестве соли железа предпочтительно использовать FeCl₃.

ФЦВ с указанными характеристиками и КМ на их основе обладают уникальными свойствами быстро образовывать в водной среде флоккулы и хлопья, хорошо удерживающие пузырьки воздуха и, благодаря этому, легко флотироваться.

При получении КМ по предлагаемой технологии в жидкой среде при химическом осаждении частиц гидроксида железа образуется NaCl. При необходимости содержание NaCl в дисперсии КМ можно значительно снизить путем сгущения КМ, например, напорной флотацией с получением его в виде флотошлама и отделением флотошлама от жидкой фазы.

Способ осуществляют следующим образом. Готовят с заданными концентрациями суспензию ФЦВ, растворы FeCl₃ и NaOH.

Для получения КМ использует установку непрерывного действия, включающую смеситель, реактор, сатуратор и флотатор.

В смеситель подают в заданных количествах суспензию ФЦВ и раствор FeCl₃. Образовавшуюся смесь направляют в реактор, в который подают NaOH в количестве, стехиометрически равном содержанию в суспензии ионов железа. В результате реакции образуются ее продукты в виде дисперсии КМ, состоящего из ФЦВ с иммобилизованными частицами Fe(ОН)₃ при их химическом осаждении, с растворенным в жидкой фазе NaCl. Дисперсию направляют в сатуратор, затем во флотатор и получают в виде флотошлама сгущенный КМ, который содержит лишь небольшое количество NaCl и который в техническом плане более удобен для использования, например, в производстве бумаги, предназначенной для реставрации старинных пожелтевших бумажных носителей информации, по сравнению с дисперсией, образовавшейся в реакторе.

Следующие примеры иллюстрируют возможности предлагаемого способа.

Пример 1. В смеситель подают воду, суспензию ФЦВ и раствор FeCl₃ с их расходом, в расчете на сухие вещества, 100 мг/дм³ и 928,89 мг/дм³ получаемой дисперсии, соответственно. Дисперсию направляют в реактор, в который подают также 687,19 мг NaOH в расчете на 928,89 мг FeCl₃. В результате реакций получают 712 мг КМ в 1 дм³ дисперсии, содержащего 100 мг ФЦВ и сорбированных на них 612 мг частиц Fe(ОН)₃, а также 1004 мг NaCl. Дисперсию КМ направляют в сатуратор, затем во флотатор и получают в виде флотошлама сгущенный КМ с концентрацией 1,1% и содержанием NaCl в объеме шлама менее 9 мг.

Пример 2. В отличие от примера 1, в смеситель подают воду, суспензию ФЦВ и раствор FeCl₃ с их расходом 300 мг/дм³ и 227,67 мг/дм³ получаемой дисперсии, соответственно. Дисперсию направляют в реактор, в который подают также 168,42 мг/дм³ NaOH. В результате реакций получают 450 мг КМ при содержании в нем 50 мас.ч. Fe(ОН)₃ в расчете на 100 мас.ч. ФЦВ. В 1 дм³ жидкой фазы содержатся также 246,07 мг NaCl. Содержание NaCl в шламе не превышает 1,5 мг.

Пример 3. В отличие от примера 1, KM готовят при расходе ФЦВ 150 мг/дм³, FeCl₃ 227,67 мг/дм³ и NaOH 168,42 мг/дм³. Получают дисперсию, содержащую 300 мг/дм³ KM, в котором на 150 мг ФЦВ приходятся 150 мг Fe(ОН)₃. Жидкая фаза содержит в 1дм³ 246 мг NaCl. Содержание NaCl в массе флотошлама не превышает 1,5 мг.

Пример 4. В отличие от примера 1, KM готовят при расходе ФЦВ 200 мг/дм³, FeCl₃ 607 мг/дм³ и NaOH 449,12 мг/дм³ суспензии. Получают дисперсию, содержащую 600 мг/дм КМ, в котором на 200 мг ФЦВ приходятся 400 мг Fe(ОН)₃. Жидкая фаза в 1дм³ содержит 658 мг NaCl. Содержание NaCl в массе флотошлама не превышает 6 мг.

Пример 5. В отличие от примера 1, KM готовят при расходе ФЦВ 200 мг/дм³, FeCl₃ 910,68 мг/дм³ и NaOH 673,68 мг/дм³ суспензии. Получают дисперсию, содержащую 800 мг/дм³ КМ, в котором на 200 мг ФЦВ приходятся 600 мг Fe(ОН)₃. Жидкая фаза в 1 дм³ содержит 984,3 мг NaCl. Содержание NaCl в массе флотошлама (800 мг по сухим веществам) не превышает 9 мг.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Композитный материал получают взаимодействием раствора хлорида железа с гидроксидом натрия в присутствии коротких фибриллированных целлюлозных волокон с образованием дисперсии продукта, которую сгущают методом флотации с получением флотошлама. Фибриллированные целлюлозные волокна, содержащие, в мас.%, не менее 94% волокон с длиной не более 1,23 мм и не менее 54% волокон с длиной не более 0,63 мм, присутствуют в жидкой среде в количестве 100-300 мг/дм³. Предложенное изобретение позволяет получить композиционный материал с частицами гидроксида железа, окрашенный в различные оттенки коричневого цвета и обладающий бактерицидными и ферромагнитными свойствами. 2 з.п. ф-лы, 5 пр.

1. Способ получения композитного материала, состоящего из коротких фибриллированных целлюлозных волокон и химически осажденных на них частиц гидроксида железа в количестве 50-600 мас.ч. на 100 мас.ч. волокон, включает обработку в водной среде раствора хлорида железа гидроксидом натрия в присутствии в среде указанных волокон, содержащих, в мас.%, не менее 94% волокон с длиной не более 1,23 мм и не менее 54% волокон с длиной не более 0,63 мм, с образованием дисперсии продукта обработки в виде композитного материала.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что фибриллированные целлюлозные волокна присутствуют в жидкой среде в количестве 100-300 мг/дм³.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что дисперсию композитного материала сгущают методом флотации с получением флотошлама.