Улучшение качества композиционных материалов на основе целлюлозы. Канифольная проклейка в массе как эффективный способ улучшения качества композиционных материалов на основе целлюлозы

УЛУЧШЕНИЕ КАЧЕСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

НА ОСНОВЕ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ.

КАНИФОЛЬНАЯ ПРОКЛЕЙКА В МАССЕ КАК ЭФФЕКТИВНЫЙ СПОСОБ УЛУЧШЕНИЯ КАЧЕСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

В.И. АЗАРОВ, зав. кафедрой химической технологии древесины и полимеров,

И.Н. КОВЕРНИНСКИЙ, профессор, д. т. п.,

А.И. ЛАМОТКИН, д. х. и.,

X. КЕРМАНЯН, аспирант

Со времени изобретения Иллигом в 1807 г. и на рубеже 2000 г., канифольная проклейка бумаги и картона (композиционных материалов на основе целлюлозы) не утратила своего значения. Напротив, благодаря совместным творческим изысканиям ученых и промышленников всего мира, она постоянно развивалась и совершенствовалась. Современная канифольная проклейка позволяет эффективно гидрофобизировать бумагоподобные композиционные материалы

Анионная и катионная дисперсия канифоли, по существу, являются высокосмоляными клеями, что обуславливает их высокую гидрофобицирующую эффективность. Так, эффект проклейки создается частицами гидрофобной канифоли и, чем больше содержание свободной смолы в дисперсии, тем эффективнее использование канифоли при проклейке. Однако в той же закономерности наблюдается снижение стабильности водных микрогетерогенных дисперсий, по мере увеличения содержа-

(БКМ) на основе целлюлозы, производимые в интервале pH 4,3-7,4.

Новизна в области канифольной проклейки состоит в расширении интервала pH высокоэффективной проклейки от 5,5 до 7,4. Общий интервал pH высокоэффективной проклейки можно разделить на 3 зоны, соответствующие оптимальным значениям интервалов для проклейки БКМ на основе целлюлозы тремя главными видами канафоль-ных клеев, представленных в табл. 1.

ния свободной смолы. Требуется применение высокоэффективных стабилизаторов для обеспечения требуемой агрегативной и седиментационной устойчивости таких высокосмоляных дисперсий канифоли, причем увеличение содержания свободной смолы влечет увеличение расхода стабилизатора. Стабилизатор, являясь по химической природе поверхностно-активным веществом, в противоположность канифоли, гидрофилизует БКМ на основе целлюлозы. Сочетание гидрофобных и гидрофильных

Таблица 1

Главные виды канифольных клеев, интервалы pH высокоэффективной проклейки ими БКМ на основе целлюлозы, соотношение расходов канифоли и квасцов

на проклейку

Вид канифольного клея Оптимальный интервал pH Макс. допустимый pH для проклейки Соотн. расхода канифоль/квасцы

1. Эмульсия омыленной канифоли 4,3-4,7 5,0 1/1,5-2,0

2. Анионная дисперсия канифоли 4,7-5,5 6,2 1/1,0-1,5

3. Катионная дисперсия канифоли 5,5-7,0 7,4 1/0,5-1,0

свойств - непременное условие существования системы «вода канифоль-стабили-затор». В экономическом и экологическом аспектах производства проклеенных БКМ на основе целлюлозы стремятся достичь максимально возможного массового соотношения канифоли к стабилизатору. Среди путей решения этой не простой задачи -модификация канифоли.

В нашей научной работе, посвященной разработке высокосмоляного канифольного клея для проклейки БКМ на основе целлюлозы в нейтральной среде, в качестве базового гидрофобизирующего вещества была выбрана канифоль талло-вая. Объективными предпосылками в пользу этой канифоли явились экономические и социальные.

В силу изменившейся конъюнктуры на внутреннем рынке проклеивающих материалов, канифоль талловая активно вытесняется из сферы потребления и возникла острая проблема ее использования. Объективно уступая по качеству канифоли живичной, обладает необходимыми свойствами в качестве базового гидрофобизатора для производства высокоэффективного клея. Ее кислотное число 160-170 мг КОН/г, температура размягчения 60-70 °С. В ней, по сравнению с живичной канифолью, больше содержание жирных кислот (5-10 %), нейтральных и окисленных веществ (10-15 %). Жирные кислоты, нейтральные и окисленные вещества способствуют понижению стабильности канифольных клеев и ухудшают гидрофобози-рующие свойства.

Модификацией канифоли добиваются устранения отрицательного влияния жирных кислот, нейтральных и окисленных веществ, а также улучшения гидрофо-бизирующих свойств смоляных кислот (собственно канифоли). Наиболее эффективной и широко используемой является модификация малеиновым ангидридом или фумаровой кислотой [1]. В результате химической реакции в канифоли увеличива-

ется содержание карбоксильных групп. Для получения высококачественного модифицированного продукта в канифоль вводится около 3 % модификатора. Кислотное число повышается до 185-190 мг КОН/г. Повышение кислотности гидрофи-лизует ее, и при окислении щелочью обуславливает хорошую стабильность рздных эмульсий. Однако омыленные клеи почти утратили спрос. Больший интерес представляют клеи с малым содержанием или вовсе без содержания омыленных щелочью кислотных групп. Такие клеи можно получать модификацией малеиновых или фума-ровых производных канифоли с высшими жирными (алифатическими) спиртами. В результате реакции образуются сложные жиры модифицированной канифоли со спиртами. Этерифицированный продукт, с одной стороны, обладает высокой гидро-фобностью, а с другой - хорошей гидро-фильностью за счет сложноэфирных и остаточных карбоксильных групп. Реакцией со щелочью полученной модифицированной канифоли можно получить частично омыленный клей с высоким содержанием свободных смоляных кислот (собственно канифоли). Высокую стабильность клею придают соли смоляных кислот в сочетании с катионсодержащим стабилизатором. По существу получается канифольный клей, близкий по свойствам к катионак-тивному. Его основные характеристики представлены в табл. 2.

При разведении водой клей-пасты получается стабильная водная микрогете-рогенная дисперсия концентрацией 1,5-2,5 %, которая применяется для проклейки БКМ на основе канифоли.

Таким образом, получен канифольный клей, пригодный для проклейки в зоне 3 (клей 3, табл. 1). Процесс электролитной коагуляции клеевых частиц и фиксирования их на поверхности целлюлозных волокон проводят глиноземом, который разбавляют до pH массы в напорном ящике - 6,5-7,2.

Таблица 2

Основные характеристики катионактивного клея на основе канифоли талловой модифицированной

Наименование показателей Значение показателей

Внешний вид Массовое содержание сухого вещества, % Содержание свободных смоляных кислот, % Растворимость в воде Гарантийный срок хранения со дня изготовления, мес Однородная вязкая клейобразная масса от светло-до темнокоричневого цвета (клей-паста) 50 ±5 40 ±5 Полная 2

Испытания гидрофобизирующей способности клея показали следующие его достоинства перед проклейкой эмульсией омыленной канифоли в зоне 1 (клей 1,

табл. 1):

гидрофобизация БКМ на основе канифоли может успешно выполняться в нейтральной среде (pH 6,5-7,2);

можно успешно использовать в качестве наполнителя мел;

повышается белизна и долговечность продукции;

снижаются удельные нормы расхода: по клею в 1,3-2,5 раза; по глинозему в 2-3 раза;

повышается стабильность работы оборудования;

повышается экономичность и экологическая безопасность производства.

Достоинства полученного клея позволяют подчеркнуть его хорошую перспективность, как эффективного способа улучшения качества композиционных материалов на основе целлюлозы.

НОВЫЕ КНИГИ

Л. В. Мельникова

ТЕХНОЛОГИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ

Моснм-ДО9

Мельникова Л.В. Технология композиционных материалов из древесины: Учебник для студентов спец. 2602.00. М.: МГУ/1, 1999. - 226 с.

Рассмотрены теоретические основы получения композиционных материалов. Даны классификации композиционных материалов и способов их формирования. Изложены технологические процессы получения, свойства и применение этих материалов.

Задача учебника состоит в том, чтобы будущим инженерам лесотехнических специальностей дать необходимые сведения в области теории и технологии древесных композиционных материалов, необходимые для создания новых их видов и проектирования технологических процессов производства.

Рекомендовано Министерством общего и профессионального образования Российской Федерации в качестве учебника для студентов высших и средних учебных заведений, обучающихся по специальности «Технология деревообработки».