1 – трехгорлая колба; 2 – обратный холодильник; 3 – штатив; 4 – механическая мешалка; 5 – гидрозатвор; 6,7 – термометр; 8 – масляная баня; 9 – ЛАТР.
Рисунок 4.1 – Лабораторная установка для получения амидо-аммониевой соли на основе малеинизированной канифоли
Малеинизированную канифоль получали по известной реакции Дильса и Альдера взаимодействием канифоли с малеиновым ангидридом при температуре 195-200 ˚С в течение 2 ч. Малеиновый ангидрид брали в количестве 4% по отношению к массе исходной канифоли.
Были получены образцы малеинизированной канифоли на основе живичной и талловой канифолей. Определены физико-химические характеристики полученных образцов малеинизированной канифоли, которые представлены в таблице 4.2.
Таблица 4.2 - Физико-химические характеристики образцов малеинизированной канифоли
| Вид канифоли | Количество канифоли, г | Количество малеинового ангидрида, г | Кислотное число, мг КОН/г | Температура плавления, ˚С |
| Живичная | 500 | 20 | 196 | 73-74 |
| Талловая | 500 | 20 | 200 | 70-72 |
Для получения амидо-аммониевой соли проводили аммонолиз малеинизированной канифоли раствором аммиачной воды при температуре 95-98 ˚С в течение 1,5 ч.
Реакцию частичной нейтрализации свободных смоляных кислот проводили раствором едкого натра 21 %-ной концентрации при температуре 78-80 ˚С в течение 30 мин.
С данными образцами малеинизированной канифоли были поставлены опыты, учитывающие количество израсходованной аммиачной воды, ее концентрацию и количество раствора едкого натра, с учетом дальнейшего проведения оптимизации процесса получения соли согласно плану Бокса – Хартли.
Кроме этого, определялись физико-химические характеристики полученных образцов солей:
1. кислотное число;
2. рН 5%-ного раствора полученной соли;
3. растворимость полученной эмульсии в воде;
4. содержание свободных смоляных кислот;
5. содержание сухого вещества в продукте реакции.
Все полученные экспериментальные данные исследуемых образцов солей на основе малеинизированной живичной и талловой канифоли представлены в таблице 4.3 и 4.4.
Таблица 4.3 – Физико-химические свойства полученных образцов солей на основе малеинизированной живичной канифоли
| Номер образца | Концентрация аммиачной воды, % | Коэффициент избытка аммиачной воды, %, мл. | Количество раствора едкого натра, мл. | |||||
| Кислотное число,мг КОН/г | Массовая доля сухих в-в, % | Массовая доля свободных смоляных кислот, % | рН 5%-ного раствора | Растворимость в воде | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 1 | 25 | 0,5 | 12 | 45,3 | 69,6 | 19,0 | 9,8 | полная |
| 2 | 25 | 0,5 | 10 | 75,4 | 81,8 | 34,1 | 9,5 | частичн. |
| 3 | 25 | 1,0 | 8 | 84,7 | 69,7 | 37,8 | 9,4 | частичн. |
| 4 | 25 | 1,0 | 12 | 45,3 | 69,6 | 19,0 | 9,8 | полная |
| 5 | 25 | 1,5 | 10 | 58,5 | 63,1 | 22,5 | 9,8 | полная |
| 6 | 25 | 1,5 | 8 | 94,9 | 59,7 | 32,0 | 9,5 | полная |
| 7 | 20 | 0,5 | 10 | 70,0 | 64,3 | 30,7 | 9,8 | полная |
| 8 | 20 | 0,5 | 10 | 72,7 | 68,2 | 24,4 | 9,6 | частичн. |
| 9 | 20 | 1,0 | 12 | 50,7 | 64,5 | 22,0 | 9,8 | полная |
| 10 | 20 | 1,0 | 8 | 89,1 | 65,1 | 32,7 | 9,7 | полная |
| 11 | 20 | 1,5 | 10 | 70,5 | 59,2 | 32,4 | 9,7 | полная |
| 12 | 20 | 1,5 | 10 | 67,4 | 49,98 | 38,1 | 9,9 | полная |
| 13 | 15 | 0,5 | 12 | 41,0 | 36,05 | 22,9 | 9,8 | полная |
| 14 | 15 | 0,5 | 10 | 68,8 | 61,0 | 31,2 | 9,8 | полная |
| 15 | 15 | 1,0 | 12 | 57,4 | 62,5 | 24,7 | 9,7 | полная |
| 16 | 15 | 1,5 | 10 | 72,1 | 54,3 | 31,0 | 10,2 | полная |
Таблица 4.4 – Физико-химические свойства полученных образцов солей на основе малеинизированной талловой канифоли
| Номер образца | Концентрация аммиачной воды, % | Коэффициент избытка аммиачной воды, %, мл. | Количество раствора едкого натра, мл. | |||||
| Кислотное число,мг КОН/г | Массовая доля сухих веществ, % | Массовая доля свободных смоляных кислот, % | рН 5%-ного раствора | Растворимость в воде | ||||
| 1 | 25 | 0,5 | 12 | 55,2 | 68,2 | 26,0 | 9,7 | полная |
| 2 | 25 | 0,5 | 10 | 73,7 | 70,2 | 21,9 | 9,8 | плохая |
| 3 | 25 | 1,0 | 8 | 81,5 | 66,2 | 34,0 | 9,5 | частичн. |
| 4 | 25 | 1,0 | 12 | 61,6 | 62,3 | 22,9 | 9,7 | полная |
| 5 | 25 | 1,5 | 10 | 82,7 | 59,5 | 30,0 | 9,5 | полная |
| 6 | 25 | 1,5 | 8 | 71,0 | 62,5 | 28,3 | 9,8 | полная |
| 7 | 20 | 0,5 | 10 | 70,5 | 69,0 | 26,0 | 9,6 | частичн. |
| 8 | 20 | 0,5 | 10 | 56,3 | 64,4 | 24,0 | 9,8 | полная |
| 9 | 20 | 1,0 | 12 | 79,0 | 61,5 | 31,1 | 9,6 | полная |
| 10 | 20 | 1,0 | 8 | 72,6 | 57,4 | 35,0 | 9,8 | полная |
| 11 | 20 | 1,5 | 10 | 78,6 | 51,9 | 29,8 | 9,9 | полная |
| 12 | 20 | 1,5 | 10 | 46,0 | 49,8 | 19,1 | 9,6 | полная |
| 13 | 15 | 0,5 | 12 | 74,1 | 61,6 | 31,6 | 9,6 | полная |
| 14 | 15 | 0,5 | 10 | 53,2 | 60,1 | 21,6 | 9,8 | полная |
| 15 | 15 | 1,0 | 12 | 72,4 | 51,2 | 34,6 | 10,1 | полная |
| 16 | 15 | 1,5 | 10 | 98,6 | 44,9 | 44,6 | 9,7 | частичн. |
Анализируя полученные данные можно сказать, что не только количество аммиачной воды, её концентрация, но и количество раствора едкого натра влияют на содержание сухих веществ и свободных смоляных кислот, а также и на значение кислотного числа. Данные показатели являются важными при определении проклеивающих свойств бумаги и картона, полученных при введении образцов клеев в бумажную массу. Одним из недостатков полученной клеевой эмульсии является наличие запаха в некоторых образцах.
4.2 Получение и изучение свойств полученных образцов бумаги
Полученные соли вводились в бумажную массу, из которой были изготовлены образцы бумаги для последующих испытаний.
Для проверки проклеивающих свойств полученного продукта было изготовлено по 16 образцов бумаги с использованием 16 образцов амидо-аммониевой соли малеопимаровой кислоты на основе малеинизированной живичной и талловой канифоли.
Проведены исследования по определению впитываемости при одностороннем смачивании (по Коббу) и чернильно-штриховому методу, а также разрывной длины.
Данные экспериментов приведены в таблице 4.5 и 4.6.
Таблица 4.5 - Физико-механические свойства полученных образцов бумаги
| Номер образца бумаги | Живичная канифоль | ||
| Впитываемость | Разрывная длина, м | ||
| При одностороннем смачивании (по Коббу),г/м2 | Чернильно-штриховой метод, мм | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| 1 | 13,91 | 1,8 | 8030 |
| 2 | 12,29 | 2,4 | 8830 |
| 3 | 13,23 | 2,4 | 8320 |
| 4 | 18,46 | 1,8 | 7210 |
| 5 | 19,38 | 2,4 | 6980 |
| 6 | 15,82 | 1,8 | 7600 |
| 7 | 15,32 | 1,8 | 7750 |
| 8 | 16,38 | 2,4 | 7430 |
| 9 | 14,65 | 1,8 | 7980 |
| 10 | 13,15 | 1,8 | 8330 |
| 11 | 12,88 | 2,4 | 8370 |
| 12 | 12,79 | 1,8 | 8560 |
| 13 | 18,56 | 2,4 | 7100 |
| 14 | 12,62 | 2,4 | 8630 |
| 15 | 13,71 | 1,8 | 8130 |
| 16 | 18,09 | 2,4 | 7420 |
Таблица 4.6 - Физико-механические свойства полученных образцов бумаги
| Номер образца бумаги | Талловая канифоль | ||
| Впитываемость | Разрывная длина, м | ||
| При одностороннем смачивании (по Коббу),г/м2 | Чернильно-штриховой метод, мм | ||
| 1 | 20,26 | 1,8 | 7020 |
| 2 | 12,82 | 1,8 | 7870 |
| 3 | 18,24 | 2,4 | 7340 |
| 4 | 21,88 | 1,8 | 6200 |
| 5 | 16,82 | 2,4 | 6910 |
| 6 | 15,41 | 1,8 | 7600 |
| 7 | 12,68 | 1,8 | 5750 |
| 8 | 17,94 | 2,4 | 7830 |
| 9 | 14,68 | 1,8 | 7980 |
| 10 | 15,68 | 1,8 | 7390 |
| 11 | 13,21 | 1,8 | 7350 |
| 12 | 15,68 | 1,8 | 6560 |
| 13 | 17,85 | 2,4 | 6190 |
| 14 | 11,18 | 1,8 | 7630 |
| 15 | 12,62 | 1,8 | 7120 |
| 16 | 16,82 | 2,4 | 7470 |
Согласно полученным данным можно сказать, что полученная амидо-аммониевая соль малеопимаровой кислоты на основе малеинизированной живичной и талловой канифоли обладает проклеивающими свойствами и, возможно, влияет на физико-механические свойства бумаги. Данный вывод основан на значениях впитываемости при одностороннем смачивании и чернильно-штриховом методе, а также на значениях разрывной длины. Также необходимо отметить, что образцы бумаги, полученные с использованием амидо-аммониевой соли малеопимаровой кислоты на основе малеинизированной живичной канифоли обладают лучшими проклеивающими свойствами, чем с использованием малеинизированной талловой канифоли.
4.3 Оптимизация процесса получения амидо-аммониевой соли малеопимаровой кислоты на основе малеинизированной канифоли
Для определения наилучших условий получения амидо-аммониевой соли малеопимаровой кислоты на основе малеинизированной живичной и талловой канифоли был составлен и реализован план эксперимента Бокса-Хартли, включающий вершины гиперкуба, середины граней и центр области планирования. Для реализации этого плана было получено по 16 образцов солей и бумаги на основе малеинизированной живичной и талловой канифоли для сравнения.