СВЯЗУЮЩЕЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА БУМАГИ И КАРТОНА
BINDER FOR MAKING PAPER AND CARDBOARD

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 желатинизации при 100°С с 1% NH<sub>4</sub>Cl,
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/м<sup>2</sup>
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.