Способ изготовления ионообменной бумаги

 

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИОНООБМЕННОЙ БУМАГИ,включающий размол целлюлозы, модифицирование одной части размолотой целлюлозы катионным веществом, а другой части анионным веществом, образование буМС1ЖНОГО полотна с использованием формования и его сушку, о т л ича ющ и.и с я тем, что, с целью повышения ионообменной емкости бумаги , размол целлюлозы осуществляют до .15-20 ШР, формованию подвергают каждую часть модифицированной целлюлозы до получения каждого слоя с массой 70-100 г/м, а образование бумажного полотна производят соедиi нение.м сформованных слоев. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(51) D 21 Н 5/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3476472/29-12 (22) 26.07.82 (46) 07.11.83. Бюл. Р 41 (72) В.И.Волович, М.В.Фролов, 9.Н.Чернышев, Г.М.Варшал и Ю.П.Топоров (.71) Центральный научно-исследовательский институт бумаги (53) 676.4 (088.8)

{56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 896139, кл. D 21 H 5/14, D 21 Н 3/22, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

М 926135, кл. D 21 Н 1/02, В 32 В 29/00, 1980.

3. Авторское свидетельство СССР

9 511405, кл. D 21 Н 3/22, D 21 H 5/14, 1974 (прототип).

„„SU„„1052605 А (54){57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИОНООБМЕННОЙ БУМАГИ,включающий размол целлюлозы, модифицирование одной части размолотой целлюлозы катионным веществом, а другой частианионным веществом, образование бум-жного полотна с использованием формования и его сушку, о т л ич а ю щ и.й с я тем, что, с целью повышения ионообменной емкости бумаги, размол целлюлозы осуществляют до 15-20 ШР, формованию подвергают каждую часть модифицированной целлюлозы до получения каждого слоя с массой 70-100 г/м, а образование бумажного полотна проивводят соедиt нением сформованных слоев.

Изобрет<ание oтносится к <=г>о<.oб>ам к L

àIIo для существенного поняшения ионообменной емкости, увеличения эффективности использования и расширения технической универсальности специальных видов бумаги, а также в исследовательской практике для разделения смесей субмикроколичеств благородных металлов, для экспрессного разделения смесей 1<> органических и неорганических веществ в анализе минерального сырья, исследования состояния ионов в растворах и др.

Известен способ изготовления 15 бумаги, содержащей реакционноспособные функциональные группы, Основанный на введении в целлюлозную массу части модифицированной целлюлозы с ионообменными группами j1 ). Однако бумага, изготовленная иэ смеси немодифицированных и модифицированных целлюлозных волокон и обладающая высокой механической проч. ностью, не приобретает требуемых и ионообменных свойств вследствие полного включения функциональных групп в межмолекулярную связь.

Известен также способ изготовления многослойной бумаги, один из слоев которой выполнен на основе полиэтилена (2 ).

Однако И такой способ изготовления бумаги не сообщает ей специальных свойств в связи с отсутствием у использованного полиэтилена ионогенных групп.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ изготов- 40 ления ионообменной бумаги, включающий размол целлюлозы, модифицирование части размолотой целлюлозы катионным веществом,адругой части — ани-Онным веществом, образование бумажного полотна с использованием формования и его сушку.B качестве катион. ного вещества используют этиленимин, а в качестве анионного вещества цианурхлорид. Размол целлюлозы осуществляют до 57 ШР и формуют однослойную бумагу иэ смеси (1:1) целлюлозных волокон, модифицированных катионным 1до содержания азота 8,2%) и анионным (до содержания карбоксиль. ных групп 2,5% ) веществами, содержащих ионообменные группы (3 1.

Однако этот способ также не обес-. печивает получаемой бумаге необходимые ионообменные свойства вследствие наличия у такой бумаги лишь незначк- 60 тельного количества оставшихся свободными функциональных групп, способных участвовать в ионном обмене, Цель изобретения — повышение ионообменной емкости бумаги. 65

П<>ставя< нна» ц .ль лести> а< т<. я тем, чтo соглг<си<> cllooo0>g и <г<>тоьленкя конообменной бумаги, включающему размол целлюлозы, модифккиров аниее час f II размолотой целлюлозы к а тионным веществом, а другой части анионным веществом, образование бумажного полотна с использованием формования H его сушку, размол целлюлозы осуще-твляют до 15-20 >ШР, формованию подвергают каждую часть модифицированной целлюлозы цо получения каждого слоя о массой 70

100 г/M Z а образование бумажного полотна производят соединением сформованных слоев.

При изготовлении ионообменной бумаги, содержащей одновременно катионо- к анионообменные функциональные группы, наряду с увеличением ионообменной емкости также достигается повышение селектквности указанной бумаги.

В связи с тем, что увеличение

< степени пОмОла исхОднОй целлюлозы способствует повышению лиофобности бумаги, а ее ниэкое значение не позволяет вводить в макромолекулы природ.ных целлюлозных волокон оптимальное количество ионообменных функциональ— ных груг;и, рекомендуется испольэовать для изготовления HoHooбменной бумаги целлюлозу со степенью помсла 15-20 ШР.

Важным фактором сохранения и пони= шения ионообменной емкости двухслойной ионообменной бумаги является также ее масса <. м (соответственно толщина, .

Снижение массы 1 м указанной ионообменно", бумаги может привести к частичному и даже полному насыщению -лектрических зарядов различных функциональных групп, приводящему K потере бумагой ионообменных свойств.

В то же время увеличение массы 1 м каждого слоя двухслойной ионообменной бумагй более 100 г/M приводит лишь к незначительному повышению ее ионообменной емкости.

Исходя из указанного,. предпочтктельно следует изготавливать дзухслой-. ную конообменную бумагу с массой

2 каждого слоя в пределах 70-LOO г/м

Прк этом взаимодействие донорно-акцепторных функциональных групп модифицкрованных целлюлозных волокон обеспечивает повышение не только влагопрочности бумаги, но и образование ее макропористой структуры.

Это позволит использовать предлагаемую конообменную бумагу также в качестве адсорбентов и для органических соединений.

В качестве анионных веществ, содержащих катконообменкые функциональные группы, используют акрклоo /l0 к !! (-,1!от,/ р (-О! !о2!имеры поли Глинн дилметакрилата с сульфитом натрия.

В качестве катионных веществ, сор,ержащих анионообменные функциональные группы, используют четвертичную соль метилвинилпиридиния диметилсульфата, сополимеры полиглицидилметакрилата с диэтиламином, этиленимин.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Беленую сульфатную целлюлозу размалывают до 15-20 ШР, затем размолотую массу делят на дне равные части, одну из которых модифицируют анионным веществом, а другую — катионным веществом. Затем формуют два слоя бумажного полотна с массой каждого слоя 70-100 г/м2, при этом один слой формуют из целлюлозы, модифицированной анионным веществом, а другой — иэ целлюлозы, модифицированной катионным неществом. Для этого через специальное наливное устройстно, расположенное в средней части сеточного стола бумагоделательной машины, на сформованное влажное полотно иэ целлюлозы, модифицированной катионным веществом, подается такое же количество целлюлозы, модифицированной анионным веществом. Сдвоенное и спрессованное бумажное полотно поступает затем н сушильную часть бумагоделательной машины по обычной технологии.

Пример 1. Беленую сульфатную целлюлозу размалывают до 15 ШР, затем размолотую целлюлозу делят на две части. Одну часть целлюлозы модифицируют втечение 2 ч при

130 С катионным веществом этиленимином (до содержания азота 2,34% ) при расходе последнего н количестве 3,2 моль на моль волокна.

Вторую часть размолотой целлюлозы модифицируют до содержания карбоксильных групп 2,32% анионным веществом — 7%-ным водным раствором акриловой кислоты с катализатором персульфатом аммония в течение

30 мин при 90 С при расходе акриловой кислоты 200% к массе абсолютно сухого волокна. Далее формуют дна слоя бумажного полотна с массой каждого слоя 70 r/ì2, при этом один слой формуют иэ целлюлозы, модифицированной анионным веществом, а другой — из целлюлозы, модифицированной катионным неществом. Затем сдвоенное и спрессованное полотно поступает на сушку.

Результаты измерения катионои анионообменной емкости ионообменной бумаги приведены в таблице.

Пример 2, Бумагу изготавливают аналогично примеру 1, формуя два слоя бумажного полотна с массой каждого слоя 100 г/м

Результаты измерения к;!тионс - н анионообменной емкости полученной ионообменной бумаги приведены в таблице.

Пример 3. Бумагу изготавливают аналогично примеру 1 размалыо вая целлюлозу до 20 ШР. Модифициронание катионным веществом осуществляют путем обработки размолотой целлюлозы глици илметакрилатом и диэтиламином (содержание азота 2,19%) с модулем ванны 30 и при З С в течение 1 ч с применением каталиэаторацерия аммония азотнокислого, затем полученный привитой сополимер цел15 люлозы и полиглицидилметакрилата подвергают обработке кипящим 50%-ным ацетоновым раствором диэтиламина н течение 3 ч. Далее формуют два слоя бумажного полотна с массой каждого слоя 85 г/м2.

Результаты измерения катионо- и анионообменной емкости полученной ионообменной бумаги приведены в таблице.

Пример 4. Бумагу изготавливают аналогично примеру 1, раэмалывая целлюлозу до 20"ШР, формуя два слоя бумажного полотна с массой каждого слоя 100 г /м2.

Модифицирование веществом осущестнляют путем обработки размолотой целлюлозы (до содержания карбоксильных групп 4,21%) 9%-ным водным раствором акриловой кислоты в течение 30 мин с катализатором-персульфатом аммония. Модифициронание катионным веществом осуществляют путем обработки размолотой целлюлозы

15%-ным водным раствором четвертичной соли метилвинилпиридиния диметил40 сульфата (до содержания азота 2,14%) при 100ОС в присутствии катализатора-персульфата аммония.

Результаты измерения катионо- и анианообменной емкости полученной ионообменной бумаги приведены в таблице.

Пример 5. Бумагу изготавливают аналогично примеру 1. Модифицирование анионным веществом осуществляют путем обработки привитого сополи. мера целлюлозы и полиглицидилметакрилата, получение которы:с описано в примере 3, ЗОВ-ным водным раствором сульфита натрия (до содержания серы 3,91%) при 70 С и модуле ванны равном 30 в течение 1 ч, затем по окончании реакции волокнистую массу для перевода соленых групп и свобод» ные сульфогруппы обрабатывают

0,02 N раствором (модуль ванны 200) соляной кислоты.

Результаты измерения катионо- и анионообменной емкости полученной иснообменной бумаги приR ..ïåíH н таблице.

1052605

P I1ÏÛ помо. о,»Р

Лнионообкатионо- анионообменная обменная двухслойной однослойНОЙ заткано" обменные

1„82

15 0,14

-ОООН

-Ж Н2

0,2

1 22

1в7=

-я

-:. ОО»в

=CGG8

0,2 с

1,58

0»--

1,48

1,82

ll в 2

--S! H

:,ба

-БО-, 8

0 4, 74 — 00 Н о

8 (прототип -COGH

0,40

О. 28

Пример б. Бумагу изготавливают аналогично примеру 1. Модифицирование (до содержания азота 8»53%) катионным нещ стном осуществляют согласно примеру 3.

Иодифицирование анионным веществом осуществляю..в. ="îãëàñíî примеру 5, Результаты измерения катионои анионообменной емкости полученной ионообменной бумаги принедеНЫ н таблHIJe .

Пример 7„Бумагу изготавливают аналогично примеру 1, 14одифивцирование (до содержания =-;çîòà 3»-19) катионныи веществом осущестнляют согласно примеру 4. е еодифициронание анионным веществом осуществляют согласно примеру

Результаты измерения катионои анионообменной емкости полученной ионообменной.бумаги приведены в таблице, П р и и е р 8 (rio прототипу), Бумагу изго-тавлинают однослойную из смеси (1:1) целлюлозных волокон» модифицированных анионным нещестномЦиаНУРХЛОРИДОМ»- -=. ЦЕЛТЕЮЛОЗНЫХ ВО-локон»модифицированных катионным неществом — зтиленимином.

Результаты измерения катионои анионообменной емкости полученной ионообменной бумаги приведены таблитте, (Примеры е4онообменные функциО Отепее1 нальные г 1а

Пример 9 (контрольный).

Бумагу получают аналогично примеру 1, размалывая целлюлозу до

10 ШР.

Результаты измеренин катиОИО5 и анионообменной емкости полученной ионообменной бумаги приведены в таблице, П» р и м е р 10 (контрольный). ьумагу получают аналогично приме,9 ру 1, разма»1ыная целлюлозу до 25 LLIP, Ре 3ул T aT I 3I Iepe HH JI анионообменной еМНооТН полученной ионообменн эй бумаги приведены н таблице, П р и м е о 11 (контрольный).

Бумагу получают аналогично примеру 1„ формуя два слоя бумажного

ПОЛОТНа с МаССОй Каждого СЛОЯ м2

Результаты измерения vBTHoHo= и анионообменной емкости полученной ионообменной бумаги приведены н "-аблице, .Пример 12 (voHTpoJIBHHA!, Бумагу получают аналогично примеру 1, формуя дна слоя бумажного полотна с массой каждого слоя

105 г/м 2.

Ре ультаты измерения катиона.»е и анионообменной емкости полученной ионообменной бумаги приведены в таблице.

Ф асса кг/1 м бумаг Емкость. мг-зкв/г

2 в

Е в

1052605

Продолжае ни е таблицы о

Масса, кг/1 м бумаги

Емкость, мг- . кв/г

Ионообменные функцио наМьные группы

Примеры

Степень помол а, tJjP двух-. слойноХ анионообменная катионообменная однослойной

Катионо- Анионообменные, обменные

9 (контроль-. ный) 0,14,10

-СООН ИН

0,98

:1,10. 10 (контроль ный) -СООН

0,14

1,12

1,15

11 (контрольный) 15

0,13

-СООН

1,14

1,30

12 (контрольный) 1,31

1,84. Составитель В.Шиманская

Редактор П.Макаревич Техред Т.Фанта - . Корректор О.Билак

Заказ 8807/22 Тираж 384 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.Óêãoðoä, ул.Проектная, 4 ак видно иэ, таблицы, предлагаемый способ позволяет повысить ионообменную емкость бумаги на 600

- 700%.

Из анализа примеров 1-7 и 9-10 (контрольных )и 11-1.2 -(контрольных ) видно, что выход за пределы предла-: гаемого значения степени помола и предлагаемой массы каждого слоя бумажного полотна приводит к сниже30 нию ионообменной емкости бумаги.

Предлагаемый способ обеспечивает также сохранение ионообменной бумагой удовлетворительных значений физикомеханических показателей

35 (прочность на разрыв в сухом и влаж.ном состояних равна соответственно

30 и 10 Н).