Способ получения пластических масс и лаковых покрытий на основе щелочного лигнина

 

№ 85788

Класс 39b, 22

СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ6СТВУ

И. П. Лосев и В. С. Каминский

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛАСТИЧЕСКИХ МАСС И ЛАКОВЫХ

ПОКРЫТИИ НА ОСНОВЕ ЩЕЛОЧНОГО ЛИГНИНА

Заявлено 21 февраля 1949 г. за № 392504 в Гостехнику СССР

Известно использование для синтеза искуGcTBBHHb(x смол с целью получения пластических масс и ла|ковых пок(рытий щелочного лигнина, выделенного лри помощи углекислоты, и,производство на базе этих смол преоспорошков по суховальцово м у методу.

Од|пако, выделенный углекислотой лигнин при последующей переработке необходих(о энергич но прогревать, доводя до высокой темпе;ратуры, а затем охлаждать до ком натной твмперат(у1ры.

Описываемый способ получения пластических масс и лаковых покрытий на основе щелочного лигнина, отличается тем, что испо Ibзуемый для этой цели лигнин выделяют любой .кислотой, способной сообщить исходном у черном у щ ело к у целлюлозного .производства ,кислую реакцию.

Чтобы сообщить кислющую реакцию черному щелок у, одн|у из кислот (например, серную или:соляную) берут в таком количестве, чтобы рН щелока снизился до 5 и более. В этом случае без подогрева образуется хорошо ф ильтр уемый зернистый осадок щелочного липнина. Выход щелочного лигн ина при этом соста вляет от 60 до 70% от веса ортанических веществ, содержащихся в исходном щелоке.

Щелочный литнин легко всту1пает в реакцию конденсации с различнь(ми альдеГидами, напри мер с формальдепидом, $iyip$p ролом или ацетальдепидом, в присутствии как щелочных, так и кислых* катализаторов, давая,пла|вкие,,растворимые в щелочах и органических раствор ителях, отверждаемые при горячем прессовании смолы. Однако, пластические массы из синтетических смол, получен ных путем конденсации только щелочного л ипнина и:какого-либо альдегида, обладают несколько пониженными свойствами. Лучшие рез ультаты пол|учают в этом случае, если часть щелочного лигнина при конденсации с альдегидами заменяют фенолом или одним из гсмологов последнего.

Пла стичеокие массы, получаемые ((а основе липни но-фенольноальдегидных смол, сходны по своим свойствам и внешнем у вид у с обычными фенолформальдегидными пластиками, но выгодно оттичаются от них прои изготовлении незначительн ым,расходом фенола.

СмОлы, си нтезируемые c,ï ðèìåíâíèåì щелоч|нОГО лиГнина, мОГут № 85788

500 — 550 кг/см ;

5 — 5,5 кг.см/см2;

30 кг/мм -;

100, 0,4%. быть использованы как для пресспорошков, так и для изготовления слоистых пластиков, для прспитки и оклейки текстиля, картонна, б умаги, шпона, стр!ужек и т. п., а также для пол учения лаков.

Пример 1. Расплавляют 50 частей фенола и добавляют к нему при перемешивании 50 частей щелочного лигнина (в пересчете на абсолютно сухой) . Лигнин должен содержать не менее 6 и не более 12% влаги. Когда смесь становится гомогенной, к ней добавляют, не прекращая перемешивания и подогрева до температуры, несколько превышающей точку плавления фенола, 65 частей 40%-ного формалина и 5 частей

25%-ного аммиака, или 1,5 — 2 части едкого натра. После того, как все ингредиенты равномерно перемешаны, подопрев усиливают. При температуре в 75 — 80 начинается экзотермическая реакция; температура смеси поднимается до 95 — 99 . Постепенно реакция ослабевает. Тогда вновь включают подогрев и поддерживают температуру на том же уровне до тех пор, пока смесь не расслоится, а образовавшаяся смола по охлаждении не будет нревращаться в твердый, хрупкий продукт, Этот момент наступает через 1,5 — 2 часа от начала кипения смеси.

Смолу высушивают под вакуумом при температуре 60 — 70 и остаточном давлении 50 — 60 мм рт. ст. Полученный вязкий темно-коричневый продукт выливают на противни. По охлаждении смола становится блестящей и хрупкой. Она обладает следующими свойствами:

Температура размягчения по Креме р-Сарнову............... 70 — 80, Содержание свободного фенола..... 5 — 10%;

Скорость полимеризации при 150 .... 45 — 60 сек;

Растворима в спирте, бензоле, ацетоне и

2 j<-ной щелочи;

Выход смолы — 240% по весу фенола.

Высушенную смолу измельчают и смешивают в шаровой мельнице с другими ингредиентами, согласно рецептуре:

Лигнинной смолы.......... 100 частей;

Древесной муки........... 100 частей;

Стеарата цинка........... 1 — 3 части;

Н игрозина............. 1 часть.

Смесь вальцуют на обогреваемых валках, измельчают полученные листы, просеивают порошок, прессуют при температуре 150 и давлении ! 50 к%м -, Продолжительность выдержки под прессом — 1,5 мин на 1 мм сечения стенки изделия, Полученные пластические массы обладают следующими свойствами:

Временное сопротивление статическому изгибу

Удельная ударная вязкость .

Твердость по Бринеллю

Теплостойкость по Мартенсу

Водопоглощение за 24 часа .

После трехчасового кипения в воде поверхность изделий совершенно не изменяется, а вода не окрашивается.

Пример 2. Рецептура смолы: щелочного лигнина (в пересчете на абсолютно сухой) — 50 частей; фенола — 50 частей; формалина (40%-ного) — 65 частей; соляной кислоты концентрированной — 2,5 части. Порядок смешения ингредиентов и условия варки остаются теми же, что и в примере 1. Кислоту можно вводить в смесь в два приема: половину в вместе с формалином и половину в после окончания экзо№ 85788 метрической реакции, протекающей вообще более бурно, чем в присутствии щелочного катали=-атора. Продолжительность варки — 2 часа, после чего смолистый слой отделяют от водного и высушивают обычным способом. Смола обладает следующими свойствами:

Температура размягчения по Кремер-Сарнову 60 — 70 .

Скорость полимеризации при 150 ...., 60 — 90 сек.

То же, с добавкой 10% гексаметилентетрамина 30 — 40 сек.

Растворима в органических растворителях и в щелочи.

Выход смолы — 250% по весу фенола.

Высушенную смолу измельчают и смешивают в шаровой мельнице с другими ингредиентами согласно следующей рецептуре:

Лигнинной смолы.......... 100 частей;

Гексаметилентетрамина........ 9 частей;

Древесной муки . . . . . . . . . . . 100 частей;

Стеарата цинка . . . . . . . . . . . 1 — 3 части;

Нигрозина . . . . . . . . . . . . . 1 часть.

Порошок обрабатывают как описано выше. Полученные пластические массы обладают теми же свойствами, что и в примере 1.

Пример 3. Расплавляют 50 частей фенола и смешивают с 2,5 — 3 частями 40%-ной соляной либо с соответствующим количеством какой-либо другой кислоты. Затем добавляют 50 частей щелочного лигнина (в пересчете на абсолютно сухой), продолжая перемешивание и подогрев до тех пор, пока,лигнин полностью не растворится в феноле, что наступает, примерно, через 1 час.

В гомогенный раствор затем вносят 65 частей 40%-ного формалина.

Эту операцию производят осторожно, во избежание возможного вскипания реакционной смеси, Не прекращая перемешивания, варку ведут при температуре около 95 до тех пор, пока смесь не расслоится. Продолжительность варки составляет обычно около 2 час. Смолистый слой отделяют от водного и высушивают обычным способом. Смола обладает свойствами, близкими к продукту, описанному в примере 2.

К 100 частям приготовленной по указанному способу смолы, при постоянном перемешивании, тонкой струей добавляют 100 вес. ч. этилового спирта-сырца, в котором предварительно растворен едкий натр в количестве, достаточном для нейтрализации содержащейся в смоле кислоты, плюс дополнительно 3 вес. ч. щелочи. Полное растворение смолы достигается обычно не более, чем через 30 — 40 мин.

Полученную густую черно-коричневую жидкость загружают в смеситель Вернера-Пфлейдерера, при перемешивании добавляют 2,5 части олеиновой кислоты, затем 1 часть нигрозина и, наконец, небольшими порциями 100 частей древесной муки. Массу перемешивают еще 4 часа, сушат, измельчают и просеивают обычными методами. Прессование ведут при условиях, аналогичных описанным в примере 1. Полученные запрессовки обладают следующими свойствами.

Временное сопротивление статическому изгибу.......... 650 — 700 кг/см -, Удельная ударная вязкость.... 5,5 — 6,0 кг.cd/cA(2;

Твердость по Бринеллю...... около 30 кг/мм"-;

Теплостойкость по Мартенсу.... 120, Водопоглощение за 24 часа.... 0,3 — 04%.

Для получения пластмасс по указанному способу могут быть также применены смолы, приготовленные согласно примерам 1 и 2. № 85788

Пример 4. Варку смолы производят по рецепту и режиму, описанным в примере 1. Однако, реакцию не доводят до момента, когда смола по охлаждении превращается в твердый продукт, а прекращают подогрев раньше, через 40 — 50 лин. от начала кипения смеси. За этот период смола успевает образоваться, но если ее охладить, она нс затвердевает, а сохраняет вид вязкой малоподви>кной жидкости.

После прекращения варки горячую реакционную смесь при пер<.— мешивании разбавляют 120 частями 2,5% íoãî водного раствора едкого натра. Полученный водно-щелочной раствор загружают в смсситель

Вернера-Пфлейдерера, добавляют 3 части олеиповой кислоты и перемешивают при 40 — 50 в течение 30 мин, Затем добавляют 1 часть нигрозина и, наконец, небольшими порциями 120 частей древесной муки.

Добавка муки производится при постоянном перемешивании в течение около 1 часа, после чего массу перемсшива|от еще 4 часа, сушат, измельчают и просеивают обычными методами. Для некоторого ускорения полимеризации порошка под прессом и повышения текучести, его можно подвергнуть вальцеванию в течение нескольких минут на горя ги. . валках. Прессование порошка ведут при условиях, описанных в примере 1. Полученные запрессовки обладают свойствами, близкими к приведенным в том >ке примере.

Пример 5. 100 частей смолы на основе щелочного лигнина, приготовленной согласно примерам 1, 2 или 3, обрабатывают 300 частями

3 р-ного раствора едкого патра в этиловом спирте-сырце по методике, изложенной в примере 3.

В полученный таким образом раствор смолы загружают собранные в пакеты листы фанерного шпона, толщиною в 0,5 — 1 лл. Шпон должен содержать не более 8 — 10% влаги. Для полного насыщения шпона смолой требуется 18 20 час.

После пропитки шпон высушивают при 60-" в течение 4 час и прессуют под давлением 400 ка/см- при температуре 150 . Продолжительность выдержки под прессом — 4 мин на 1 мм толщины плиты, при общей толщине .последней в 30 — 60 м я, Полученный слоистый пластик, принадлежащий к типу «лигнофоля», но отличающийся от него применением в качестве связующего смолы на основе щелочного лигнина (вместо обычной фенолформ альдегидной),. обладает следующими показателями.

Временное сопротивление сжатию .. 1900 — 2200 к%лю2;

Временное сопротивление растяжению 2900 — 3000 к%м2;

Временное сопротивление статическому изгибу............ 3000 — 3700 кг/ел 2;

Удельная ударная вязкость.... 80 — 90 кг. см/см2;

Твердость по Бринеллю...... 25 — 30 кг/мм2;

Объемный вес.....,... 1,4 %л ;

Водопоглощение за 24 часа..... 1,5 — 1,9%;

Объемное набухание за 24 часа... 025%;

Гигроскопичность за 24 часа.... 0 5%;

Содержание свободного фенола... 1,0 — 1,1%.

При изготовлении слоистых пластиков на основе лигнинных смол,. в качестве наполнителя вместо шпона могут быть взяты также текстиль,. картон и др.

Пример 6. 27 частей лигнинной смолы, приготовленной по рецептуре, приведенной в примере 2 или 3, и 5 частей канифоли растворяют при перемешивании в смеси 55 частей этилового спирта-сырца и 7 частей ацетона. По окончании растворения к смеси добавляют 3 части трикрезилфосфата и вновь перемешивают. Раствор подвергают отстаиМ 8578 ванию и (рильтрации, добавляют к негму при персмешивании и слабом подогреве 3 части нигрозина и после растворения последнего вновь отстаивают.

Пленка полученного лака обладает глубоким черным цветом, высыхает при 18 — 20 через 15 — 20 лшн настолько, что можно нанести слсдующий слой, и высыхает полHîñòûî — через 1,5 — 2 часа, Предмет изобрстспия

Корректор С. Ю, Цверина

Гекред А. Л. Резник

Редактор С. И. Зотов

Подп. к печ. 15/1 — 62 г. Формат бум. 70 108 />6.

Зак. 3355/8 Тираж 200

ЦБТИ при Комитете по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Центр, М. Черкасский пер., д. 2/6.

Объем 0,44 изд. лк

Цена 5 коп.

Типография, нр. Сапунова, 2.

Способ получения пластических масс и лаковых покрытий на основе щелочного лигнина, о т 1 и ч а ю шийся тем, что используемый дгlя этой цели лигнин выделяют кислотой, способной сообщить исходному черному щелоку целлюлозного производства кислую реакцию.