Способ получения наполнителя для бумажной массы

 

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАПОЛНИТЕрЯ ДЛЯ БУМАЖНОЙ МАССЫ, включающий взаимодействие мочевины с формальдегиде оде ржащим реагентом в водной среде в присутствии серной кислоты при повышенной температуре, нейтрали .зацию полученной суспензии и фильтрование осадка, отличающийс я тем, что, с целью повышения выхода наполнителя и белизны бумаги при одновременном снижении себестоимости его и загрязнения окружающей среды, в качестве формальдегидсодержащего реагента используют кубовый остаток от ректификации метанола из смольной воды производства мочевиноформальдегидной смолы с содержанием формальдегида 4-10%, и взаимодействие осуществляют при эквимолярном соотношении мочевины и формальдеги (Л да, содержащегося в кубовом остат ке. с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3375322/29-12 (22) 29.12.81 (46) 07 04. 83. Бюл. Р 13 (72) Т. Н. Судакова, Д. А. Данилова, Г. И. Фишман, В. В. Лапин, A. В. Кучменко и 3. И. Ермолаева (71) Центральный научно-исследовательский институт бумаги и Научно-исследовательский институт пластических масс им. Г.С. Петрова

° ° ° ° °

53) 676.1.023.6 (088. 8)

56) 1. Иванов С. Н. Технология бумаги. М., "Лесная промышленность", 1970, с. 246-250.

2. Патент США Р 3912532, кл.106308, 1975.

3. Патент США Р 3909348, кл.162166, 1975 (прототип) . (54) (57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАПОЛНИТЕДЯ ДЛЯ БУМАЖНОЙ МАССЫ, включающий

„„SU„„1010171 A

3(50 21 3 52 D 21 0 3. 00 взаимодействие мочевины с формаль:дегидсодержащим реагентом в водной среде в присутствии серной кислоты при повышенной температуре, нейтрали.зацию полученной суспензии и фильтрование осадка, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения выхода наполнителя и белизны бумаги при одновременном снижении себестоимости его и загрязнения окружающей среды, в качестве формальдегидсодержащего реагента используют кубовый остаток от ректификации метанола из над смольной воды производства мочевиноформальдегидной смолы с содержанием формальдегида 4-10%, и взаимодействие осуществляют при эквимолярном Я соотношении Мочевины и формальдегида, содержащегося в кубовом остат.

С:

1010171

Однако использование в данном способе товарного формальдегида обусловливает высокую стоимость получаемого продукта. При этом указанное молярное соотношение мочевины и формальдегида не позволяет полностью связать формальдегид, что приводит с одной стороны к снижению выхода наполнителя, а с другой — загрязнению сточной воды непрореагировавшим формальдегидом.

Цель изобретения — повышение выхода наполнителя и белизны бумаги при одновременном снижении себестоимости его и загрязнения окружающей среды.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения наполнителя для бумажной массы, включающему взаимодействие мочевины с формальдегидсодержащим реагентом в водной среде в присутствии серной кислоты при повышенной температуре, нейтрализацию полученной суспенэии и фильтрование осадка, в качестве формальдегидсодержащего реагента используют кубовый остаток от ректификации метанола из надсмольной воды производства мочевино формальдегидной смолы с содержанием формальдегида 4-10%, и взаимодействие осуществляют при эквимолярном соотно,шении мочевины и формальдегида, со держащегося в кубовом остатке.

Изобретение относится к способам получения синтетических наполнителей бумажной массы для изготовления высохокачественных видов бумаги высокой степени белизны и непрозрачности, Известны способы получения синтетических минеральных наполнителей бумажной массы (сернокислого бария, двуокиси титана) путем осаждения их из реакционных растворов f1) .

Однако минеральные наполнители, 0 получаемые согласно известным способам имеют высокую плотйость (2,64,2 г/см ),что затрудняет получение бумаги малой массы 1 м. Кроме того, абразивный характер этих наполните- 15 лей отрицательно сказывается на сроке службы одежды бумаг оде л а т ель ных машин и печатных форм. К недостаткам указанных способов относится также высокая стоимость получаемых продуктов.

Известен способ получения наполнителя путем полимериэации предконденсата мочевины и формальдегида в присутствии кислотного катализатора с образованием нерастворимого органическогo покрытия на поверх,ности минеральной подложки — каоли на. Этот способ позволяет улучшить оптические свойства наполнителя, его удержание в бумаге„ а при введении такого наполнителя в бумажную массу - снизить ее разносторонность, повысить ее белизну и непрозрачность (2J .

Однако поскольку покрытие наносит ся на минеральную подложку, то получаемый наполнитель также имеет относительно высокую плотность. Дисперсность получаемого данным способом наполнителя зависит от размера частиц, 40 используемого каолина. Вследствие этого дисперсность имеет определенные ограничения и не может регулироваться путем размола.

Использование в предлагаемом способе в качестве формальдегидсодержащего реагента кубового:остатка от рек. тификации метанола из надсмольной во- ды, образующейся в процессе производства карбамидной смолы, позволяет утилизировать отходы указанного производства, исключить необходимость использования товарного формальдегида и существенно снизить вследствие этого стоимость наполнителя.

Найденное молярное соотношение мочевины и формальдегида приводит к практически полному извлечению формальдегида из реакционного раствора„ что повышает выход продукта, снижает загрязнение сточных вод формальдегидом в процессе получения наполнителя и способствует повышению белизны бумаги.

Предлагаемый способ осуществляют слецующим образом.

В реактор, снабженный мешалкой и рубашкой для обогрева и охлаждения, заливают кубовый остаток от ректификации метанола из надсмольной воды производства мочевино-формальдегидной смолы, содержащей 4-10% формальдегида и до 1Ъ метанола. )1алее в реактор загружают мочев .ну, при этом молярное соотношение мочевины и формальдегида должно составлять 1;1. Смесь нагревают до =.Г45

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения синтетического органического наполнителя путем взаимодействия мочевины и формальцегидсодержащего -реагента в присутствии серной кислоты при повышенной температуре, нейтрализации полученной суспензии, фильтровании осадка. В качестве формальдегидсодержащего реагента используют товарный формальдегид. При этом молярное соотношение мочевины и формальдегида составляет от 1:1,3 до 1:1,8. Получаемый осадок может быть высушен и подвергнут размолу. Получаемый по известному способу наполнитель имеет высо- 60 кую белизну, плотность около 1,45 г/см, практически не абразивен .и позволяет получать легковесные виды бумаги с высоким уровнем оптических свойств (35 .

1010171

100ОC предпочтительно 70-80 С и вводят кислотный катализатор серную кислоту до рН в реакционной смеси равного 1,0-1,5.

Смесь выдерживают при указанных параметрах 1,5-2 ч. Затем смесь ох5 лаждают до 20-30 С .и выдерживают для о завершения реакции 1,5-2 ч. Полученную суспенэию нейтрализуют щелочным агентом (едким натром или карбонатом натрия) до рН = 6-8. Твердый белый нерастворимый продукт отделяют фильтрованием и промывают. Полученный осадок может применяться в качестве наполнителя как во влажном, так и высушенном состоянии. Для достижения необходимой степени дисперсии продукт может подвергнуться размолу.

Пример 1. К кубовому остатку от ректификации метанола из надсмольной воды, содержащему 4Ъ фор- р() мальдегида, добавляют при перемешивании 90 г мочевины и реакционную смесь нагревают до 70 С. Затем до- о бавляют серную кислоту до создания рН = 1,5 и выдерживают реакционную

4 месь при указанных условиях 2 ч. осле этого смесь охлаждают до 20 С и выдерживают при этой температуре для завершения реакции 1 ч. По окончании реакции дозируют едкий натр в виде ЗОВ-ного раствора до рН = 6.

Образовавшийся осадок отфильтровывают, промывают до нейтральной реакции, затем высушивают и размалывают.

Пример 2. К кубовому остат,ку от ректификации метанола из надсмольной воды производства мочевиноформальдегидной смолы с содержанием формальдегида 10Ъ при перемешивании добавляют 200 r мочевины и нагревают 40 реакционную смесь до 90 С. После достижения необходимого температурного режима добавляют серную кислоту до рН = 1,0 и выдерживают смесь при указанной температуре 2 ч. Затем смесь 45 охлаждают до 306С, и при этой температуре реакционная смесь выдерживается для завершения реакции 2 ч.

Далее для нейтрализации серной кислоты в суспензию образовавшегося бе- 5О лого нерастворимого продукта вводят раствор карбоната кальция до рН

8,0. Образовавшийся осадок наполнителя отфильтровывают, промывают и при влажности 65-70% используют в ка- 55 честве наполнителя бумажной массы.

В табл. 1 приведены результаты определения выхода продукта и характеристика образующихся в процессе получения наполнителя сточных вод при различном соотношении мочевины и формальдегида по предлагаемому способу и прототипу.

Приведенные данные покаэывают, что предлагаемый способ получения на- 65 полнителя позволяет увеличить его выход на 10-25Ъ, значительно снизить загрязненность образующихся в процессе производства сточных вод непрореагировавшим формальдегидом и другими органическими веществами.

При этом одновременно в процессе получения наполнителя по предлагае-. мому способу происходит утилизация отходов производства карбамидных смол.

Получаемый согласно предлагаемому -пособу наполнитель имеет низкую плотность (1,45-1,6 г/см ), высокие показатели белизны (88-96% по лейкометру Цейса) и маслоемкости (90120 г/100 пигмента) .

В зависимости от степени размола средний размер частиц наполнителя

2-20 мкм, удельная поверхность 2540 г/м2

Введение наполнителя в бумагу и изготовление ее осушествляется по общепринятой технологии.

Пример 3. Полученный по предлагаемому способу наполнитель (пример 1) вводят в количестве 10% в бумажную массу, состоящую иэ размолотой беленой сульфитной целлюлозы, добавляют 1Ъ канифольного клея, 2Ъ сульфата алюминия и обычными приемами в лабораторных условиях изготавливают бумагу. Далее оценивают степень белизны и непрозрачности полученной бумаги.

Результаты определения приведены в табл. 2.

Ввиду различия исходных волокнистых полуфабрикатов с использованными

4о прототипу и аппаратурного различия определения степени белизны и непрозрачности оптическую эффективность наполнителей, получаемых по известному и предлагаемому способу, оценивают по.величине приращения показателей белизны и непрозрачности относительно исходной ненаполненной бумаги.

Показатели оптических свойств опытных образцов бумаги приведены в табл. 2.

Как видно иэ данных, приведенных в табл. 2, введение в бумажную массу наполнителя, полученного по предлагаемому способу, повышает белизну бумаги на 4,3%, тогда как по прототипу — на 2,63.

Предлагаемый способ позвопяет увеличить выход продукта при снижении его себестоимости в 8-10 раэ.

Кроме того, способ получения напол нителя обеспечивает утилизацию отходов производства карбамидных смол и в то же время приводит к снижению . загрязнений сточных вод непрореагировавшим формальдегидом.

1010171

Т а б л и ц а 1

Соотношение мочевины к формальдегиду, мол ь/моль по предлагаемому по прототипу способу

1: 1 1: 1,3

Показатели

1 : 1,6

Выход наполнителя по отношению к исходному содержанию формальдегида,В

200

180

150

Содержание в сточной воде, г/л

Органических вешеств

2,6

23,7

19,2

10,4

3,7

0,6

Формальдегида

Метилольных групп

14,3

1,0

5,5

Т а б л и ц а 2

Непрозрачност бумаги, Ъ

Белизна бумаги, Ъ

Вариант

По предлагаемому способу

Без наполнителя

88,8

77,8

С введением наполнителя

7,5

96,3

4,3

82,1

По прототипу

79,2

92,7

Без наполнителя

С введением наполнителя

7,2

86,4

2,6

95,3

Коррек ог Ю. Макаренко

Подписное

Степень приращения белизны бумаги за счет введения наполнителя, Ъ

Составитель Л. Лукашевич

Редактор Е. Лазуренко Техред Т.Маточка

Заказ 2419/15 Тираж 382

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауиская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 тепень приащения нерозрачности умаги за чет введения аполнителя,Ъ