Использование водорастворимых полимеров на основе амино(мет)акрилатов для повышения качества бумаги для гофрирования

УДК

DOI:

Аннотация

В работе проведено сравнение эффективности использования в качестве модифицирующих добавок в бумагу для гофрирования (мет)акриловых полимеров, содержащих аммониевые группы в основных цепях или боковых фрагментах. В качестве карбоцепных полимерных добавок были использованы полученные радикальной полимеризацией сополимер акриламида и гидрохлорида N,N-диметиламино-этилметакрилата (образец КП-1, мольное соотношение звеньев 75:25) и гомополимер N,N-диметиламиноэтилметакрилата, кватернизованного диметилсульфатом (образец КП-2). Для образцов КП-1 и КП-2 по уравнению Марка—Куна—Хувинка определены средневязкостные молекулярные массы: 1 980 000 (образец КП-1) и 9 570 000 (образец КП-2). В качестве гетероцепных полимерных добавок были использованы ионеновые продукты ступенчатой полимеризации N,N-диметиламиноэтилакрилата, для них по содержанию концевых винильных групп найдены среднечисленные молекулярные массы: 10 100 (образец ГП-1) и 5 600 (образец ГП-2).

Показано, что все использованные добавки значительно улучшают прочностные характеристики бумаги — сопротивление продавливанию (СП), сопротивление излому (СИ), сопротивление разрушающему усилию при плоскостном сжатии, разрушающее усилие при сжатии кольца, сопротивление торцевому сжатию. В наибольшей степени увеличиваются показатели СП (в 2 раза) и СИ (до 6 раз). Дабавки также снижают впитываемость воды (до 2 раз). Для карбоцепных полимерных добавок увеличение катионного заряда и молекулярной массы не повышало их эффективности, при увеличении концентрации выше 0,2 % мас. (в расчете на абс. сухие волокна бумаги). Улучшение показателей качества бумаги прекращалось. Для ионенов ГП-1 и ГП-2 выявлен оптимальный интервал концентраций (0,1...0,2 % мас.), при более высоких концентрациях происходит резкое уменьшение прочностных характеристик и влагопоглощения бумаги. По более легкому растворению в воде и меньшему повышению вязкости бумажной массы безусловное преимущество имеют ионеновые добавки
ГП-1 и ГП-2. Они растворяются в воде при комнатной температуре в течение 10 мин. Более высокомолекулярные полимеры КП-1 и КП-2 растворяются в воде при температуре 40...60 °С только после перемешивания не менее 3 ч.

Сведения об авторах

О.А. Казанцев, д-р хим. наук, проф.^{1, 2}

А.П. Сивохин, канд. хим. наук, доц.¹

Д.М. Каморин, асп.¹

¹ Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева, ул. Минина,

д. 24, г. Нижний Новгород, ГСП-41, Россия, 603950

E-mail: kazantsev@dfngtu.nnov.ru

² Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского,

просп. Гагарина, д. 23, г. Нижний Новгород, ГСП-20, Россия, 603022

E-mail: altalen@yandex.ru

В.П. Короткий, директор НТЦ «Химинвест»

НТЦ «Химинвест», Нижне-Волжская, наб., 6/1, г. Нижний Новгород, Россия, 603001

E-mail: himinvest@sandy.ru

Ключевые слова

Литература

1. Влияние композиции по волокну и технологических параметров на характеристики бумаги для гофрирования / И.В. Лавров, Ю.В. Севастьянова, В.И. Комаров, Д.А. Дулькин // Лесн. журн. 2011. № 5. С. 89–93. (Изв. высш. учеб. заведений).

2. Жирнова Г.Н. Улучшение качества бумаги для гофрирования введением в ее состав химических вспомогательных веществ: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Л., 1988. 16 с.

3. Лапин В.В., Смоляков А.И., Кудрина И.В. Проблема прочностных свойств бумаги для гофрирования и картона для плоских слоев из 70…100 % макулатуры: роль размола // Целлюлоза. Бумага. Картон. 2002. № 9/10. С. 34–37.

4. Полиакриламидные флокулянты / В.А Мягченков., А.А. Баран, Е.А Бектуров., Г.В. Булидорова. Казань: КГТУ, 1998. 288 с.

5. Стрекаловский В.А., Стрекаловская Л.Т., Лапин В.В. Опыт использования катионного крахмала при производстве бумаги для гофрирования и картона для плоских слоев из 100 % макулатуры // Целлюлоза. Бумага. Картон. 2002. № 7/8. С. 22–26.

6. Ступенчатая полимеризация N,N-диметиламиноэтилакрилата / Е.Н. Зильберман, О.А. Казанцев, В.Н. Салов, В.П. Лебедев, А.Ю. Атопшев // Высокомолекул. соед. 1988. Т. 30Б, № 7. С. 485–487.

7. Южанинова Л.А. Повышение качества бумаги для гофрирования из макулатуры: дис. ... канд. техн. наук. Архангельск, 2008. 160 с.

8. Pat. EP 0805234. Improved Papermaking Process / Nagarajan R., Wong S.J.B. 1997.

9. Park, Eung Won. KR 2006115214. 2006.

Ссылка на английскую версию:

Water-Soluble Polymers Based on Amino(Meth)Acrylates as Additives

for Improving the Quality of Paper for Corrugating

О.А. Kazantsev, Doctor of Chemistry, Professor^{1, 2}

А.P. Sivokhin, Candidate of Chemistry, Associate Professor¹

D.M. Kamorin, Postgraduate Student¹

¹ Nizhny Novgorod State Technical University n.a. R.E. Alekseev, Minina, 24,

603950 Nizhny Novgorod, Russia

E-mail: kazantsev@dfngtu.nnov.ru

² Lobachevsky State University of Nizhni Novgorod, Prospekt Gagarina, 23, GSP-20, 603022

Nizhny Novgorod, Russia

E-mail: altalen@yandex.ru

V.P. Korotky, Director of the Science and Technology Center "Himinvest"

Science and Technology Center "Himinvest", Nizhne-Volzhskaya naberezhnaya, 6/1,

603001 Nizhny Novgorod, Russia

E-mail: himinvest@sandy.ru

The authors compared the efficiency of (meth)acrylic polymers containing
ammonium groups in the main chain or side fragments as modifying additives for the paper for corrugating. As carbon-chain polymer additives we used the copolymer of acrylamide and N,N-dimethylaminoethyl methacrylate hydrochloride (75:25, sample CP-1) and the homopolymer of N,N-dimethylaminoethyl methacrylate quaternized with dimethyl sulfate (sample CP-2), obtained by radical polymerization. For the samples CP-1 and CP-2, the average molecular weight (MW) determined using the Mark-Houwink equation was 1980000 and 9570000 respectively. Products of stepwise polymerization of N,N-dimethy-laminoethylacrylate were used as heterochain polymer additives; their MWs were 10,100 for the sample GP-1 and 5,600 for the sample GP-2 (MWs were determined by the content of terminal vinyl groups).

All the additives significantly improve strength properties of paper: bursting strength (BS), fracture strength (FS), flat crush resistance, ring crush resistance, and edgewise compression strength. The following parameters increased the most: BS (two times), FS (up to six times); water absorption reduced (up to two times). The effect of the cation charge and MW on the efficiency of the carbon-chain polymer additives was found in solutions with concentration up to 0.2 % of the weight (based on absolutely dry paper fibers), while in more concentrated solutions this effect was absent. For the ionenes GP-1 and GP-2, the optimal concentration range was 0.1–0.2 % of the weight. At higher concentrations, there was a sharp decrease in strength and water absorption properties of the paper. Due to higher water solubility and lower viscosity of pulp, the ionen additives GP-1 and GP-2 have a clear advantage. They need only 10 min to dissolve in the water at room temperature. The more high-molecular polymers CP-1 and CP-2 dissolve only upon being stirred for 3 hours or more at the temperature of 40–60 °C.

Keywords: (meth)acrylate-containing amino polymers, additives, paper for corrugating, strength properties, moisture absorption.

REFERENCES

1. Lavrov I.V., Sevast'yanova Yu.V., Komarov V.I., Dul'kin D.A. Vliyanie kompozitsii po voloknu i tekhnologicheskikh parametrov na kharakteristiki bumagi dlya gofrirovaniya [The Influence of Fiber Composition and Technological Parameters on Characteristics of Paper for Corrugating]. Lesnoy zhurnal, 2011, no. 5, pp. 89–93.

2. Zhirnova G.N. Uluchshenie kachestva bumagi dlya gofrirovaniya vvedeniem v ee sostav khimicheskikh vspomogatel'nykh veshchestv: avtoref. dis. ... kand. tekhn. nauk [Improving the Quality of Paper for Corrugating by Introducing Chemical Auxiliaries into Its Composition: Cand. Tech. Sci. Diss. Abs.]. Leningrad, 1988. 16 p.

3. Lapin V.V., Smolyakov A.I., Kudrina I.V. Problema prochnostnykh svoystv bumagi dlya gofrirovaniya i kartona dlya ploskikh sloev iz 70–100 % makulatury: rol' razmola [Strength Properties of Paper for Corrugating and Linerboard Made of 70–100 % Recycled Paper: The Role of Grinding]. Tsellyuloza. Bumaga. Karton, 2002, no. 9/10, pp. 34–37.

4. Myagchenkov V.A., Baran A.A., Bekturov E.A., Bulidorova G.V. Poliakril-amidnye flokulyanty [Polyacrylamide Flocculants]. Kazan, 1998. 288 p.

5. Strekalovskiy V.A., Strekalovskaya L.T., Lapin V.V. Opyt ispol'zovaniya kationnogo krakhmala pri proizvodstve bumagi dlya gofrirovaniya i kartona dlya ploskikh sloev iz 100% makulatury [The Use of Cationic Starch in Production of Paper for Corrugating and Linerboard Made of 100 % Recycled Paper]. Tsellyuloza. Bumaga. Karton, 2002, no. 7/8, pp. 22–26.

6. Zil'berman E.N., Kazantsev O.A., Salov V.N., et al. Stupenchataya polimerizatsiya N,N-dimetilaminoetilakrilata [Stepwise Polymerization of N,N-dimethylaminoethyl]. Vysokomolekulyarnye soedineniya, 1988, vol. 30B, no. 7, pp. 485–487.

7. Yuzhaninova L.A. Povyshenie kachestva bumagi dlya gofrirovaniya iz makulatury: dis. ... kand. tekhn. nauk [Improving the Quality of Paper for Corrugating Made of Recycled Paper: Cand. Tech. Sci. Diss.]. Arkhangelsk, 2008. 160 p.

8. Nagarajan R., Wong S.J.B. Improved Papermaking Process. Patent EP 0805234. 1997.

9. Park, Eung Won. KR 2006115214.2006.