способ получения клея

Формула изобретения

1. Способ получения клея, включающий обработку полиакрилонитрильного материала раствором гидроокиси натрия, нагревание массы и ее перемешивание, отличающийся тем, что обработку полиакрилонитрильного материала производят путем его послойного погружения с уплотнением в 40-60%-ный раствор гидроокиси натрия с одновременным смачиванием по меньшей мере последнего слоя водой при массовом соотношении компонентов полиакрилонитрильный материал : раствор гидроокиси натрия : вода 1,0 : 0,5 - 1,6 : 2,3 - 4,0 с последующей температурной обработкой при 90-105^oС в течение 12-48 ч, а перемешивание осуществляют в течение последних 1-5 ч с нейтрализацией состава до рН 6,5-8,5.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нейтрализацию проводят 30-50%-ным раствором серной кислоты.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве полиакрилонитрильного материала используют жгут, волокно, изделия из них, отходы их производства или их смесь.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что после нейтрализации состава в него вводят адгезирующие добавки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области химических технологий и может быть использовано для получения клея, например, в полиграфической промышленности для проклейки бумаги и картона, в пищевой промышленности для наклейки этикеток на стеклянную или полимерную тару и т.д.

Известны способы получения клея на основе декстрина [Брошюровочно-переплетные процессы. Технологические инструкции, М., 1982] или на основе карбоксиметилцеллюлозы [Справочник химика, т.6, Л.: "Химия", 1967, с. 325-346] , включающие обработку исходного полимерного материала (крахмала или целлюлозы) гидролизующим агентом (кислотами, солями или щелочами) при нагревании и перемешивании с последующей сушкой.

Оба способа отличаются необходимостью использования ценных пищевых продуктов или химических реагентов и сырья, причем такие клеи в жидком виде хранятся не более 1,5 суток, что, фактически, приводит к изготовлению клея в две стадии: первая - собственно изготовление клея и его сушка, и вторая - приготовление необходимого количества жидкого клея из сухого полуфабриката.

Все это характеризует известные способы как энерго- и трудоемкие, а значит относительно дорогостоящие.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков заявляемому способу является способ получения клея, включающий обработку полиакрилонитрильного материала (отходы волокна) 10-12% раствором гидроокиси натрия при нагревании и постоянном перемешивании, при массовом соотношении компонентов отходы волокна : гидроокись натрия 2 : 1-1,2, при 85-95^oC [Описание изобретения к патенту РФ N 2135539, C 09 J 133/20, опубл. 27.08.1999, Бюл. N 24].

Указанный способ включает в себя относительно общий случай получения клея, однако при реализации оказывается, что его осуществление возможно лишь в значительно меньших объемах, нежели указанный в примере, при этом появляется ряд условий, игнорирование которых делает использование указанного способа затруднительным или невозможным. К таким условиям можно отнести трудности в загрузке реактора объемным волокном, невозможность перемешивания состава в начальный период, продолжающийся в течение всего времени загрузки реактора, т. к. волокно наматывается на лопасти мешалки, контакт людей с вредными для здоровья веществами, и другие, например сложности с приобретением большого количества отходов полиакрилонитрильного волокна.

Задача, решаемая настоящим изобретением, заключается в создании способа, позволяющего получить качественный жидкий водорастворимый клей на основе полиакрилонитрила.

Техническим результатом будет создание простого, относительно безопасного и эффективного способа получения клея, нетоксичного в применении и обладающего высокими потребительскими качествами, главные из которых - высокая клеящая способность и длительный срок хранения, в том числе при пониженных температурах.

Для решения поставленной задачи в известном способе получения клея, включающем обработку полиакрилонитрильного материала раствором гидроокиси натрия, нагревание массы и ее перемешивание, обработку полимера производят путем его послойного погружения с уплотнением в 40-60% раствор гидроокиси натрия с одновременным смачиванием по меньшей мере последнего слоя водой при массовом соотношении компонентов полиакрилонитрильный материал : раствор гидроокиси натрия : вода 1,0 : 0,5-1,6 : 2,3- 4,0 с последующей температурной обработкой при 90-105^oC в течение 12 - 48 часов, а перемешивание осуществляют в течение последних 1 - 5 часов с нейтрализацией состава до pH 6,5-8,5.

Кроме этого

- нейтрализацию проводят 30-50% раствором серной кислоты;

- в качестве полиакрилонитрильного материала используют жгут, волокно, изделия из них, отходы их производства или их смесь;

- после нейтрализации состава вводят адгезирующие добавки.

Способ получения клея включает обработку полимерного (полиакрилонитрил) материала, которым может быть волокно, жгут (более известные в РФ и странах СНГ под торговой маркой "Нитрон"), изделия из них (изношенные верхний и бельевой трикотаж, ковры, ткани), отходы производства (брак при производстве пряжи) и т.д. или их смесь, а также любые другие материалы, содержащие более 85% акрилонитрила (включая разнообразные пластмассы, которые следует предварительно измельчить механическим способом), раствором гидроокиси натрия при нагревании и последующем перемешивании, путем его послойного погружения с уплотнением в 40-60% раствор гидроокиси с одновременным смачиванием водой каждого слоя или, в крайнем случае, последнего при массовом соотношении компонентов полимер : раствор щелочи : вода 1,0 : 0,5-1,8 : 2,3-4,0 с последующей температурной обработкой при 90-105^oC в течение 12-14 часов, перемешивание осуществляют в течение последних 1-5 часов, проводя при этом нейтрализацию состава до pH 6,5-8,5 30-50% раствором серной кислоты или любой другой, например ортофосфорной или соляной, в концентрации обеспечивающей необходимую безопасность работ, после чего возможно добавление адгезирующих добавок, которые должны обеспечить безусловную приклеиваемость, например бумажной этикетки, к не совсем традиционному материалу (вместо стекла - полимерные или металлические поверхности и др.).

Отдельно следует обосновать необходимость послойного погружения с уплотнением перерабатываемого материала в раствор щелочи с одновременным смачиванием по меньшей мере последнего слоя водой.

Процесс изготовления клея включает заправку реактора необходимыми компонентами, из которых, например, щелочь относится к веществам опасным в обращении.

По этой причине раствор гидроокиси натрия заливают в реактор, а после производят загрузку полимерного материала, который отличается значительным объемом и низкой плотностью (т.е. высокой плавучестью). Для этого весь объем перерабатываемого материала делят условно на несколько порций и закладывают их последовательно с уплотнением. Если первая порция небольшая, то она может быть смочена щелочью сразу, если большая - то для гарантированного уплотнения ее следует смачивать водой. То же самое относится и к последующим порциям. В итоге большой объем полимерного материала компактно располагается в реакторе, при этом контакт обслуживающего персонала с ядовитыми материалами на этой стадии сведен к минимуму (раствор едкого натра располагается со стороны дна реактора, занимая незначительный объем по сравнению с полимерным материалом).

После заправки реактора его закрывают, обеспечивая при этом сообщение с атмосферой, и разогревают до температуры 90-105^oC путем подачи в рубашку острого пара. При более низких температурах химическая реакция идет слишком медленно, при более высоких - слишком интенсивно, что может привести к неконтролируемому выходу клеевой массы через отверстия в верхней части реактора. Химическая реакция разрушает полимерные связи полиакрилонитрила. Такая реакция сопровождается выделением аммиака, часть которого растворяется в клеевой массе. Пузырьки газа и конвективные потоки клеевой массы способствуют перемешиванию последней. Таким образом, раствор щелочи принудительно распределяется по всему объему реактора. В это время происходит естественное снижение (по сравнению с первоначальной) концентрации раствора щелочи, компенсирующееся ее заведомым избытком. В течение 4-6 часов цвет клеевого состава меняется от красного до мутновато-прозрачного. Клеевая масса представляет собой после этого неоднородную массу с разной степенью вязкости. В это время возможно перемешивание состава, однако это не обязательно, так как процесс "кипения" этого не требует. Дальнейшая "варка" клея в течение 12-48 часов приводит к замещению нитрильной группы полимера на натрийсодержащую. В это время происходит дальнейшее удаление из состава клея аммиака, который, в зависимости от объемов производства клея, может либо нейтрализоваться, либо собираться для дальнейшей утилизации. В течение последних 1-5 часов производят перемешивание состава и его нейтрализацию раствором кислоты до pH 6,5-8,5. С нейтрализацией кислотности клеевой массы компенсируются потери воды, испарившейся за время варки. Учитывая, что вновь поступившая вода может не быть стерильной, температуру клеевой массы продолжают поддерживать некоторое время на высоком уровне. Высокий уровень остаточной кислотности может привести к разъеданию бумаги, к несчастным случаям при неосторожном обращении и нежелательным изменениям в составе клея. Низкая концентрация раствора используемой кислоты приведет к избытку воды в клее.

В процессе перемешивания возможно введение адгезирующих добавок, например, введение глицерина способствует более надежному приклеиванию бумаги на пластмассу (полиэтиленовая бутылка) и т.д. По завершении процесса перемешивания масса клея становится однородной, из нее дополнительно удаляется остаток аммиака и клей приобретает товарный вид.

Клей, изготовленный при перечисленных условиях и при соотношении компонентов, указанных в достаточно широких пределах, полностью отвечает санитарным и технологическим требованиям, предъявляемым к данным веществам. Другие соотношения, отличные в большую или меньшую стороны, приводят либо к неустойчивости химической реакции и значительному времени ее протекания, либо делают ее трудноконтролируемой. Хотя не исключено, что в лабораторных условиях, при производстве малых количеств клея возможны другие, близкие к заявляемым соотношения компонентов и меньшие (или большие) временные интервалы. Однако такие условия являются экономически нецелесообразными.

Пример реализации способа.

Для приготовления 1,5 тонн клея берут 400 кг 50% раствора NaOH, 280 кг полиакрилонитрильного материала, который делят на четыре порций, примерно по 70 кг каждая, и 850 кг H₂O. Как описывалось выше, вначале в реактор заливают раствор щелочи, затем каждую порцию полиакрилонитрильного материала погружают в реактор, уплотняют, смачивая при необходимости водой. Затем в рубашку реактора подают пар с избыточным давлением 0,5 атм или несколько большим, но только в течение короткого промежутка времени, служащего для выведения реактора на заданный температурный режим. Клей варится 30 часов. Нейтрализацию щелочи производят 20 л 50% раствора H₂SO₄ до pH 7-8. В зависимости от условий поставки плотность и вязкость клея доводят до необходимой кондиции путем добавления необходимого количества воды. Далее клей фасуют и отправляют потребителям. Гарантийный срок хранения клея при температуре не ниже 5^oC не менее одного года. Клей также способен выдерживать кратковременное понижение температуры до минус 40^oC, что возможно при транспортировке в зимнее время.

Реализация изобретения позволяет организовать перспективное и экономичное производство нетоксичного клея с высокими потребительскими качествами, при этом возможность утилизации бытовых и производственных отходов делает его использование актуальным.