Модификация карбамидоформальдегидных олигомеров для древесно-полимерных материалов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.05, кандидат технических наук Дроздова, Виктория Сергеевна

• Дроздова, Виктория Сергеевна
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Дроздова, Виктория Сергеевна

ОГЛАВЛЕНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1 ОБЗОР СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ ЦЕЛЛЮЛОЗОСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ.

1.1 Полимеры в современных технологиях переработки древесины.

1.2 Материалы для поверхностной обработки бумаги, картона, древесины и других целлюлозосодержащих материалов.

1.2.1 Синтетические полимеры для покрытий.

1.2.2 Нефтепродукты для покрытий и пропитки.

1.3 Связующие вещества в покровных составах.

1.3.1 Животные белки и их производные.

1.3.2 Крахмал и его модификации.;.

1.3.3 Водорастворимые эфиры целлюлозы.

1.3.4 Синтетические связующие.

1.4 Материалы, используемые в качестве клеящих веществ.

1.4.1 Природные адгезивы.

1.4.2 Синтетические, термопластичные адгезивы полимеров.

1.4.3 Синтетические термореактивные адгезивы.

1.5 Материалы для гидрофобизации целлюлозосодержащих материалов.

1.5.1 Классификация синтетических проклеивающих материалов.

1.5.2 Альгинаты.

1.5.3 Карбамидоформальдегидные олигомеры.

1.6. Обоснование выбора темы и направления исследований.

Глава 2 МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1 Материалы, использованные для исследований.

2.1.1 Сырье для производства карбамидоформальдегидных олигомеров.

2.1.2 Вещества, используемые для модификации карбамидоформальдегидных олигомеров.

2.2 Приборы, использованные в работе.

2.3 Методики для исследований.

2.3.1 Технологический режим получения растворов эфиров целлюлозы:.

2.3.2 Технологический режим получения растворов крахмала.

2.3.3 Технологический режим получения карбамидоформальдегидных олигомеров марок КФ-О, КФ-Б.

2.3.4 Технологический режим получения модифицированных карбамидоформальдегидных олигомеров.

2.4 Методики анализа готовых КФО.

2.4.1 Анализ исходного сырья.

2.4.2 Определение свободного формальдегида в олигомерах.

2.4.3 Методика определения метилольных групп олигомеров.

2.4.4 Определение вязкости олигомеров.

2.4.5 Определение времени желатинизации.

2.5 Испытание свойств бумаги, обработанной олигомерами.

2.5.1 Методика определения прочности на разрыв и удлинения при растяжении.

Для определения прочности на разрыв и удлинения при растяжении использовался ГОСТ 13525.1-79 [94].

2.5.2 Методика определения влагопрочности.

2.5.3 Методика определения прочности на излом при многократных перегибах.

2.5.4 Определение степени проклейки штриховым методом.

2.5.5 Определение водопоглащения методом Кобба.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ.

3.1. Синтез модифицированных карбамидоформальдегидных олигомеров.

3.2. Исследование влияния вида и количества модификатора на свойства модифицированных карбамидоформальдегидных олигомеров.

3.3. Исследование влияния катализаторов отверждения на свойства модифицированных карбамидоформальдегидных олигомеров и целлюлозосодержащие материалы на их основе.

3.4. Исследование влияния вида наполнителя на свойства модифицированных карбамидоформальдегидных олигомеров. 3.5. Испытание свойств целлюлозосодержащих материалов, обработанных полученными модифицированными КФО.

Глава 4. ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ ОТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КФО,

МОДИФИЦИРОВАННЫХ NaKMLJ И ПРОИЗВОДНЫМИ КРАХМАЛА.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Модификация карбамидоформальдегидных олигомеров для древесно-полимерных материалов»

Решением задачи экономического развития целлюлозно-бумажной отрасли является увеличение выпуска целлюлозосодержащих материалов: бумажно-беловых товаров, обоев, бумаги и картона для упаковки и расфасовки товаров и для бытовых нужд. Современная ЦБП производит большой ассортимент целлюлозосодержащих материалов (это сочетание ценнейших свойств древесных волокон и большого ассортимента химических вспомогательных средств), важное место среди которых принадлежит проклеивающим материалам. Современные проклеивающие материалы и технология проклейки в массе и с поверхности позволяют успешно решать задачи комплексного улучшения свойств целлюлозосодержащих материалов, всецело удовлетворять потребности в расширении ассортимента продукции и повышении её качества.

Ключом к динамичному развитию производства и потребления целлюлозосодержащих материалов является решение проблемы их прочности, так как при введении в композицию минеральных наполнителей и широкодоступных низкопрочных волокнистых полуфабрикатов резко снижаются показатели механической прочности. Нерешенность проблемы прочности сдерживает более рациональное и комплексное использование древесных ресурсов, снижение массоемкости целлюлозосодержащих материалов, производство конкурентоспособных на мировом рынке высоконаполненных бумажно-картонных материалов для печати и др. В ведущих странах мира за счет эффективного упрочнения доля минеральных наполнителей в композиции целлюлозосодержащих материалов достигает в среднем 25 -30 %, против, примерно 5 % в России. В зарубежных технологиях бумажно-картонных, целлюлозосодержащих материалов значительно успешнее вовлекаются полуфабрикаты высокого и сверхвысокого выхода.

Появление высокоскоростной офсетной печати, широкое использование макулатуры и лиственной целлюлозы, термомеханической и термохимической древесной массы, жесткие требования к охране окружающей среды, а также появление самого широкого круга специальных видов бумаги, картона и др. целлюлозосодержащих материалов выдвигают и новые требования к их качеству. Кроме того, значительное увеличение скорости бумагоделательных машин, безусловно, способствует ухудшению удержания воды в сеточной части.

Анализ всех аспектов проблемы упрочнения целлюлозосодержащих материалов показал, что самым эффективным средством упрочнения являются связующие, причем результативнее, экономически выгоднее и экологически безопаснее применение поверхностной обработки.

В качестве проклеивающих материалов в данной работе были выбраны модифицированные карбамидоформальдегидные олигомеры (КФО).

Выбор КФО обусловлен их определенными преимуществами по сравнению с другими синтетическими олигомерами. К этим преимуществам относятся: высокая адгезионная способность, высокая скорость отверждения, низкая вязкость при высокой концентрации, высокая стабильность смол при хранении, бесцветность, хорошая смешиваемость с водой, низкая стоимость и богатая сырьевая база. В отвержденном состоянии КФО также бесцветны и относительно стойки к воздействию окружающей среды.

К недостаткам таких полимеров следует отнести малую водостойкость, невысокую термо- и теплостойкость и некоторую токсичность.

Устранение недостатков КФО представляется возможным посредством химической модификации как непосредственно во время синтеза, так и в процессе его переработки.

В данной работе исследуется возможность применения эфиров целлюлозы (гидроксиэтилцеллюлоза, гидроксипропилцеллюлоза, этилцеллюлоза, ме-тилцеллюлоза, карбоксиметилцеллюлоза), поливинилового спирта, крахмала в качестве модификаторов для КФО с целью улучшения их свойств, и, как следствие, получение целлюлозосодержащих материалов на основе модифицированных олигомеров с высокими физико-механическими показателями и низким содержанием свободного формальдегида.

Целью данной работы является исследование в качестве материалов для поверхностной обработки модифицированных карбамидоформальдегидных олигомеров. Им присущи высокая адгезия и когезионная прочность, повышенная термогидролитическая стабильность и водостойкость образуемых химических связей, легкая модифицируемость, недифицитность и низкая стоимость.

Для решения этой задачи необходимо проведение исследований, позволяющих разработать режимы получения модифицированных КФС, изучить их физико-химические свойства, а также определить основные физико-механические показатели полученных с их использованием целлюлозосодер-жащих материалов.

Заключение диссертации по теме «Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки», Дроздова, Виктория Сергеевна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Синтезированы и исследованы новые карбамидоформальдегидные оли-гомеры, модифицированные метилцеллюлозой, этилцеллюлозой, гидрокси-этилцеллюлозой, гидроксипропилцеллюлозой, ЫаКМЦ, NaKMЦ в сочетании с мел амином, и в сочетании с производными крахмала, обладающие положительными физико-химическими свойствами.

2. Исследовано влияние количества различных модификаторов на свойства получаемых продуктов. Полученные результаты показали, что модификация КФО крахмалом с ЫаКМЦ и меламином с ЫаКМЦ в количестве 2 — 6% по сухому веществу в лабораторных условиях дает наилучшие результаты, так как данные вещества обладают хорошей реакционной способностью по отношению к карбамиду и формальдегиду. Исследования химических, физических и технологических характеристик синтезированных олигомеров подтвердили предположение, что модификаторы оказывают положительное влияние на физико-химические свойства полученных КФО.

3. Исследовано влияние катализаторов отверждения на свойства модифицированных КФО. Было установлено, что с увеличением количества отверди-теля время желатинизации как при 20 °С, так и при 100 °С снижается; наименее подвержены конденсационным процессам олигомеры, модифицированные гид-роксиэтилцеллюлозой.

4. Проведено исследование влияние вида наполнителя на свойства модифицированных КФО, которое показало, что природа наполнителя мало влияет на свойства модифицированных КФО, основополагающим фактором является природа олигомера.

5. Проведены исследования по обработке полученными модифицированными олигомерами целлюлозосодержащих материалов. Результаты исследований показали, что наибольший эффект нарастания влагопрочности целлюлозосодержащих материалов наблюдается при введении в композицию олигомера, модифицированного ЫаКМЦ и меламином, а также №КМЦ и крахмалом. Из простых эфиров целлюлозы наибольший эффект влагопрочности достигается при применении гидроксиэтилцеллюлозы. Зависимость разрывной длины бумаги от количества модификатора, вводимого в карбамидоформальдегидный оли-гомер, аналогичны данным по влагопрочности.

7. Экономический эффект от использования КФО, модифицированного №КМЦ и производными крахмала составит более 200 тыс. руб. при производстве около 100 тыс. тонн в год.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Дроздова, Виктория Сергеевна, 2010 год

1. Аким Э.Л. Синтетические полимеры в бумажной промышленности. — М.: Лесн. Пром-сть, 1986. 248 с.

2. Кононов Г.Н. Химия древесины и ее основных компонентов. — М.: МГУ Л, 1999.-347 с.

3. Аким Э.Л. Обработка бумаги (основы химии и технологии обработки и переработки бумаги и картона). М.: Лесн. пром-сть, 1979. - 232 с.

4. Крылатов Ю.А., Ковернинский И.Н. Проклейка бумаги. — М.: Лесн. пром-сть, 1987.

5. Е. I. du Pont de Nemours and Co.,Moffett Robert Harvey. Modified starch and process therefore. Модифицированный крахмал и способ его получения: Пат. 6699363 США МПК7 D 21 H 21/10. № 10/066969; Заявл. 13.11.2001; Опубл. 02.02.2004; НПК 162/168.3. Англ.

6. Крупин В. И., Блинова И. С, Демьяновская Н. В. Взаимодействие катион-ного крахмала с бумажной массой. Целлюлоза. Бумага. Картон. 2005, № 4, с. 62, 96, 2 ил. Рус; рез. англ.

7. Идиатуллин A.M. Полканова H. JL, Сотников A.A., Хорогиилов Н.В. Применение катионного крахмала в производстве бумаги и картона из вторичного волокна. Целлюлоза. Бумага. Картон. 2005. № 5, с. 53. Рус.

8. Азаров В.И., Цветков В.Е. Технология связующих и полимерных материалов. М.: Лесная промышленность, 1985. - 216 с.

9. Schuman Thomas, Wikstrom Magnus, Rigdahl Mikael. Coating of surface -modified papers with poly(vinil alcohol). Покрытие бумаги поливиниловым спиртом. Surfase and Coat. Technol. 2—4. 183, № 1, c. 96 105. Англ.

10. Xu Gordon Gouzhong, Yang Charles Qixiang. Applikation of glutaraldehyde and poly(vinyl alcohol) to improve paper strength. Применение поливинилового спирта для увеличения прочности бумаги. TAPPI Journal. 2001. 84, № 6, с 68, 1 ил. Англ.

11. Темкина Р.З.Синтетические клеи в деревообработке. Издание второе, исправленное и дополненное., «Лесная промышленность», 1970, 288.

12. Примаков С.Ф., Барбаш В.А., Мороз В.Н.Клеи для производства продукции из картона и бумаги., Упаковка (Украина). 2004, №1, с. 14 16. Библ.З., Рус.; рез.англ.

13. Доронин Ю.Г., Свиткина М.М., Мирошниченко С.Н. Синтетические смолы в деревообработке: Справочник. — М.: Лесная промышленность, 1979. — 208с.

14. Азаров В.И., Буров A.B., Оболенская A.B. Химия древесины и синтетических полимеров: учебник для вузов. Спб.: СПбЛТА, 1999. 628 с.

15. Глазков С.С., Мурзин B.C., Снычева Е.В. Влияние латексных композиций на свойства карбамидоформальдегидных смол при хранении. — М.: Деревообрабатывающая промышленность, 2004. № 6. - С. 24-26.

16. Пат. 2230076. Российская Федерация, МПК7 C08G12/12. Способ получения карбамидоформальдегидной смолы Текст./ Афанасьев C.B. (RU); Махлай

17. B.H. (RU); заявитель и патентообладатель ОАО "Тольяттиазот" (RU) -№2002131492/04; заявл. 26.11.2002, опубл. 10.06.2004, Бюл. № 16.

18. Вирпша 3., Бжезинский Я. Аминопласты. — М.: Химия, 1973. — 343 с.

19. ГОСТ 2081-92. Карбамид. Технические условия.

20. ГОСТ 1625-89Е. Формалин технический. Технические условия.

21. ГОСТ 2263-79. Едкий натр технический. Технические условия.

22. ГОСТ 2210-73Е. Хлористый аммоний технический. Технические условия.

23. Патент № 57-27905 (Япония).

24. Левкина Л.Н. Новые карбамидные и дисперсные клеи в производстве мебели. Обзорн. информ. М.: ВНИПИЭИлеспром. - 1989. - 36 с.

25. Глазков С.С., Бельчинская Л.И., Саушкин В.В. Низкотоксичные прессованные плиты на основе модифицирующих связующих. // Тез. докл. IX симпоз. «Модификация древесины». Познань, 1993. — С. 45-48.

26. Глухих В.В., Бурындин В.Г., Коршунова Н.И. и др. Изменение функционального состава карбамидоформальдегидных смол при хранении. // Изв. вузов. Лесной журнал. 1996. № 4-5. С. 153-159.

27. Рыженкова С.А. Склеивание древесных материалов модифицированными карбамидоформальдегидными клеями. Дис. к. т. н. М.: МЛТИ, 1986 г. -178 с.

28. Пат.№ 2240677 DE (ФРГ), МПК С08К5/3412. Modifizierte HarnstoffHarze/Schmoll Kurt Dipl Chem Dr; Klein Gerd. Заявитель и патентообладатель Dynamit Nobel AG, DE 19722240677 19720818, заявл. 07.03.1974.49. Заявка № 56-30457 (ФРГ).

29. Заявка № 53-61686 (Япония).

30. Заявка № 53-61688 (Япония).

31. Цветков В.Е. Совершенствование процесса склеивания древесных материалов. Автореферат. Дис. .д. т. н. — М.: МЛТИ, 1990 г. 44 с.

32. Азаров В.И. Модификация КФС и применение их в древесных материалах. Дис.д. т. н. -М.: МЛТИ, 1983 г. -360 с.

33. Щербаков А.С., Мельникова Л.В. Технология композиционных древесных материалов. -М.: Экология, 1992. 190 с.

34. Заявка № 55-90572 (Япония).

35. Заявка № 56-20014 (Япония).

36. Пат. №> 4285848 US (США). МПК C08G14/06; C09J161/34; C08G14/00; C09J161/00. Wood adhesive from phenol, formaldehyde, melamine and urea. Hicrson Charles H. Заявитель и патентообладатель Borden INC, US19800120529 19800211, заявл. 1981-08-25.

37. Пат- № 2287459 FR (Франция).МПК C08G12/04. Procede de preparation de solutions de resines d'uree et de formaldehyde durcissables. Заявитель Goldschmidt AG TH DE., FR19750031040 19751010, заявл. 1976-05-07

38. Ipiri J., 1976., v 6, № 2, p. 56-58.

39. Ipiri J., 1976., v 6, № 2, p. 59-61.

40. Заявка № 48-10339 (Япония).

41. Заявка № 52-2855 (Япония).

42. Азаров В.И., Цветков В.Е. Полимеры в производстве древесных материалов: Учебник для студентов спец. 260300, 260200. -М.: МГУЛ, 2003.

43. Проблемы получения карбамидных смол и изделий из них. НИИТЭХИМ 1980.-54 с.

44. Заявка № 57-27905 (Япония).

45. Цветков В.Е. Исследование процесса модификации карбамидных смол эпоксисодержащими соединениями. Диск. т. н. М.: МЛТИ, 1975 г. - 150с.

46. Доронин Ю.Г., Мирошниченко С.Н., Свиткина М.М. Синтетические смолы в деревообработке. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Лесная промышленность, 1987 г.-224 с.

47. Патент № 1601597 (Великобритания).

48. Связывание свободного формальдегида в аминоформальдегидных конденсатах. Пер. Вирпша 3. — 14 с.

49. Мельников Б.И., Ткаченко Ю.А. Технология получения алюминийсодер-жащих карбамидоформальдегидных олигомеров // Вопр. химии и хим. технологии. 2002. - № 6. - С.64-67. - Библиогр.: 6 наим.

50. A.A. №94039233/04; заявл. 18.10.1994; опубл. 10.08.1997, Бюл. №15.

51. Пат. 2160744. Российская Федерация, МПК7 C08G12/12. Способ получения карбамидоформальдегидной смолы Текст./ Янковский H.A.(UA); Степанов

52. ГОСТ 14231-88. Смолы карбамидоформальдегидные. Технические условия.

53. ГОСТ 8420-74 Материалы лакокрасочные. Методы определения условной вязкости.

54. ГОСТ 13525.19-91 Бумага и картон. Определение влажности. Метод высушивания в сушильном шкафу.

55. ГОСТ13525.1-79 Полуфабрикаты волокнистые, бумага и картон. Методы определения прочности на разрыв и удлинение при растяжении

56. ГОСТ 8047-93 Бумага и картон. Правила приемки. Отбор проб для определения среднего качества.

57. ГОСТ 13523-78 Полуфабрикаты волокнистые, бумага и картон. Метод кондиционирования образцов.

58. ГОСТ 13525.7-68 Бумага и картон. Методы определения влагопрочности.

59. ГОСТ 13525.2-80 Полуфабрикаты волокнистые, бумага и картон. Метод определения прочности на излом при многократных перегибах.

60. ГОСТ 8049-62 Бумага. Штриховой метод определения степени проклейки.

61. ГОСТ 12605-97 Бумага и картон. Метод определения поверхностной впитываемости воды при одностороннем смачивании (метод Кобба).

62. ГОСТ 9095 89 Бумага для печати типографская. Технические условия.

63. ГОСТ 9094 84 Бумага для печати офсетная. Технические условия.