связующие вещества для волкнистых листов

Формула изобретения

1. Полимерный связующий агент для волокнистого листа, образующий интерполиэлектролитный комплекс, включающий

анионный полимер, молекулярный вес которого составляет между примерно 10000 и примерно 900000 г/моль с отрицательным зарядом от примерно 4 до примерно 12 миллиэквивалентов на грамм и

катионный полимер, молекулярный вес которого составляет между примерно 10000 и примерно 900000 г/моль,

с положительным зарядом от примерно 6 до примерно 12 миллиэквивалентов на грамм, причем молекулярное отношение общего числа кислотных групп полианиона к общему числу групп поликатиона составляет между примерно 10:1 и примерно 1,1:1, а соотношения зарядов полианиона к поликатиону составляет примерно 1:1.

2. Связующий агент по п.1, где молярное отношение общего числа кислотных групп полианиона к общему числу групп поликатиона составляет примерно 3:1.

3. Связующий агент по п.1, где анионный полимер сшит.

4. Связующий агент по п.3, где анионный полимер имеет плотность сшивки, составляющую до примерно 1 на 50 единиц.

5. Связующий агент по п.1, дополнительно включающий спейсер, выбранный из группы, состоящей из полисахарида, гидрогеля, латекса и их сочетаний.

6. Связующий агент по п.5, где указанный полисахарид включает крахмал.

7. Связующий агент по п.1, дополнительно включающий также поверхностно-активное вещество.

8. Связующий агент по п.7, где поверхностно-активное вещество выбирают из группы, состоящей из алкиламинов, жирных аминов кислот и их сочетаний.

9. Связующий агент по п.1, где анионный полимер выбирают из группы, состоящей из поликарбосилатов, полифосфатов, полисульфонатов, полисульфатов и их сочетаний.

10. Связующий агент по п.1, где катионный полимер выбирают из группы, состоящей из полимерного амина.

11. Связующий агент по п.10, где полимерный амин выбирают из группы, состоящей из первичных аминов, вторичных аминов, третичных аминов, четвертичных аминов и их сочетаний.

12. Связующий агент по п.1, где указанный анионный полимер является слабокислым.

13. Способ получения волокнистого листа, включающий

получение волокнистой суспензии;

добавление связующего агента при последовательном примешивании к волокнистой суспензии анионного полимера, молекулярный вес которого составляет примерно 10000 и примерно 900000 г/моль, с отрицательным зарядом между примерно 4 и примерно 12 миллиэквивалентов на грамм, и катионного полимера, молекулярный вес которого составляет между 10000 и примерно 900000 г/моль с положительным зарядом между примерно 6 и примерно 12 миллиэквивалентов на грамм с образованием интерполиэлектролитного комплекса, причем молярное отношение общего числа кислотных групп полианиона к общему числу групп поликатиона составляет между примерно 10:1 и примерно 1,1:1, а соотношения зарядов полианиона к поликатиону составляет примерно 1:1,

формирование волокнистого листа и сушку.

14. Способ по п.13, где молярное отношение общего числа кислотных групп полианиона к общему числу групп поликатиона составляет примерно 3:1.

15. Способ по п.13, где дополнительно используют полисахарид.

16. Способ по п.15, где полисахарид содержит крахмал.

17. Способ по п.13, где анионный полимер выбирают из группы, состоящей из поликарбоксилатов, полифосфатов, полисульфонатов, полисульфатов и их сочетаний.

18. Способ по п.13, где катионный полимер выбирают из группы, состоящей из полимерного амина.

19. Способ по п.18, где полимерный амин выбирают из группы, состоящей из первичных аминов, вторичных аминов, третичных аминов, четвертичных аминов и их сочетаний.

20. Способ по п.13, где анионный полимер является слабокислым.

21. Волокнистый лист, выполненный из, по меньшей мере, одного типа волокна и связующего агента, образующего интерполиэлектролитный комплекс, включающий

анионный полимер, молекулярный вес которого составляет между примерно 10000 и примерно 900000 г/моль с отрицательным зарядом от примерно 4 до примерно 12 миллиэквивалентов на грамм и

катионный полимер, молекулярный вес которого составляет между примерно 10000 и примерно 900000 г/моль с положительным зарядом от примерно 6 до примерно 12 миллиэквивалентов на грамм, причем молярное отношение общего числа кислотных групп полианиона к общему числу групп поликатиона составляет между примерно 10:1 и примерно 1,1:1, а соотношения зарядов полианиона к поликатиону составляет примерно 1:1.

22. Волокнистый лист по п.21, где молярное отношение общего числа кислотных групп полианиона к общему числу групп поликатиона составляет примерно 3:1.

23. Волокнистый лист по п.21, дополнительно включающий полисахарид.

24. Волокнистый лист по п.23, где полисахарид содержит крахмал.

25. Волокнистый лист по п.21, где анионный полимер выбирают из группы, состоящей из поликарбоксилатов, полифосфатов, полисульфонатов, полисульфатов и их сочетаний.

26. Волокнистый лист по п.21, где катионный полимер выбирают из группы, состоящей из полимерного амина.

27. Волокнистый лист по п.26, где полимерный амин выбирают из группы, состоящей из первичных аминов, вторичных аминов, третичных аминов, четвертичных аминов и их сочетаний.

28. Волокнистый лист по п.21, где анионный полимер является слабокислым полимером.

Описание изобретения к патенту

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение в основном относится к волокнистым листам, более конкретно к полимерным добавкам для усиления волокнистых листов.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Волокнистые листы используются для различных целей и включают объединение разнообразных волокон, связующих веществ и наполнителей. Так, например, волокнистые листы могут использоваться в качестве звукоизолирующих пластин для потолка, в бумажной продукции и в панелях для мебели. В основном волокнистые листы могут включать минеральную вату, перлит, целлюлозные волокна, наполнители и связующие вещества.

В производстве волокнистых листов используется сочетание волокон, наполнителей, наполнителей, придающих объем, связующих веществ, воды, поверхностно-активных веществ и других добавок, которые смешивают полученные суспензии и перерабатывают с получением волокнистых листов. Примеры используемых волокон могут включать минеральное волокно, стекловолокно и целлюлозный материал. Минеральная вата представляет собой легкий по весу, стекловидный материал на основе кремнезема, формованная в волокнистую структуру, аналогично стекловолокну. Целлюлозный материал обычно имеет вид газетной бумаги. Дополнительные наполнители могут включать набухающий перлит, осветлители, такие как оксид титана и глину. Вспененный перлит снижает плотность материала, а глина улучшает пожароустойчивость. Примеры связующих веществ, используемых в волокнистых листах, включают крахмал, латекс и восстановленные бумажные продукты, которые соединяются вместе и образуют связующую систему, включая все ингредиенты внутри структурной матрицы.

Органические связующие вещества, такие как крахмал, зачастую являются основным компонентом, обеспечивающим структурную адгезию волокнистых листов. Крахмал часто представляет собой предпочтительное органическое связующее вещество, поскольку он относительно недорог. Так, например, волокнистые листы, содержащие газетную бумагу, минеральную вату и перлит, часто соединяют вместе с использованием крахмала. Крахмал придает прочность и износостойкость структуре волокнистого листа.

К сожалению, имеется предел в количестве добавляемого крахмала, после чего указанные свойства начинают теряться. Крахмал является высоководорастворимым веществом и при частичном гидратировании теряет часть своей способности связывать компоненты волокнистого листа. Кроме того, напитанные водой и отлитые панели имеют тенденцию к ограничению стабильности при повышенной влажности в связи с гидрофильной природой целлюлозных волокон. Кроме того, прочность и изностойкость волокнистых листов не может быть просто усилена при использовании возрастающих количеств крахмала и целлюлозы, поскольку крахмал повышает предрасположенность листа к действию влаги и к провисанию.

Таким образом, высокий уровень крахмала и целлюлозы может привести к провисанию и ослаблению панели во влажных условиях. Также волокнистые листы, содержащие большие количества крахмала, требуют повышенных уровней сушки или увеличенного времени сушки для удаления избытка воды из панели. В этой связи, имеется потребность в способе, позволяющем увеличить и прочность, и износостойкость волокнистых листов без добавления повышенных количеств крахмала. Кроме того, имеется потребность в волокнистом листе, который бы не был подвержен провисанию при высокой влажности и не требовал увеличенного времени сушки в процессе обработки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится и к способу, и к композиции двухкомпонентного полимерного связующего агента для волокнистых листов с целью увеличения как их прочности, так и износостойкости. Двухкомпонентный полимерный связующий агент может влиять на улучшение таких свойств, имеющихся в настоящее время связующих веществ, как прочность и износостойкость, или полимеры могут добавляться для снижения требуемого количества органического связующего вещества. Дополнительно, полимеры могут вноситься вместо традиционных связующих веществ или вдобавок к органическим связующим веществам с целью усиления устойчивости к провисанию и улучшения внешнего вида волокнистых листов.

Двухкомпонентый полимерный связующий агент может включать добавку как анионного полимера с отрицательным зарядом от примерно 4 до примерно 12 миллиэквивалентов на грамм, так и катионного полимера с положительным зарядом от примерно 6 до примерно 12 миллиэквивалентов на грамм. Двухкомпонентный агент образует интерполиэлектролитный комплекс.

Более детально, два противоположно заряженных полимера действуют вместе, обеспечивая синергический эффект, так что когда они вносятся вдобавок к органическому связующему веществу, прочность и вид волокнистого листа улучшаются. Два противоположно заряженных полимера могут покрывать и связывать органическое связующее вещество с волокнами волокнистого листа, придавая прочность панели.

Дополнительно, к полимерному связующему агенту может добавляться поверхностно-активное вещество. В одном из вариантов осуществления изобретения может также добавляться гидрогель и/или латекс. Могут также использоваться сочетания всех описанных выше вариантов для получения полимерного связующего агента.

Способ получения усиленного волокнистого листа включает стадии образования волокнистой суспензии и примешивания к указанной суспензии анионного полимера с отрицательным зарядом от примерно 4 до примерно 12 миллиэквивалентов на грамм и затем примешивания катионного полимера с положительным зарядом от примерно 6 до примерно 12 миллиэквивалентов на грамм. Затем волокнистый лист сушат с получением готового продукта.

Дополнительно, предлагается волокнистый лист, включающий по меньшей мере один тип волокна и органического связующего вещества. Волокнистый лист также содержит анионный полимер с отрицательным зарядом от примерно 4 до примерно 12 миллиэквивалентов на грамм и катионный полимер с положительным зарядом от примерно 6 до примерно 12 миллиэквивалентов на грамм.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 дано схематическое изображение интерполиэлектролитного комплекса.

На фиг.2 дано схематическое изображение интерполиэлектролитного комплекса, имеющего сшивки и образованного вокруг спейсера, такого как полисахарид, гидрогель и латекс.

На фиг.3 дано схематическое изображение интерполиэлектролитного комплекса, объединенного с поверхностно-активным веществом.

На фиг.4 показан график, иллюстрирующий прочность связи сочетаний крахмального связующего вещества и различных МПЭК, обладающих синергическим эффектом, как показано в сравнении с МПЭК и крахмалом.

На фиг.5 показан график, иллюстрирующий прочность связи крахмального связующего вещества и различных комплексов полиэлектролит - поверхностно-активное вещество (ПЭСК).

На фиг.6 показан график, иллюстрирующий прочность связи сочетаний крахмального связующего вещества во влажном состоянии и различных ПЭСК, обладающих синергическим эффектом.

На фиг.7 показан график, иллюстрирующий прочность связи сочетаний крахмального связующего вещества и различных МПЭК со сшивками, обладающих синергическим эффектом.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к способу и к композиции двухкомпонентного полимерного связующего агента, применяемого при получении волокнистого листа с повышенной прочностью и износостойкостью. Двухкомпонентный полимерный связующий агент включает полианион и поликатион, образующие интерполиэлектролитный комплекс (МПЭК). Образующийся МПЭК определяется разным соотношением полианиона к поликатиону. Полианион состоит обычно из заряженной части и реакционноспособной части. Поликатион обычно на 100% заряжен и добавляется так, чтобы его заряженная часть примерно соответствовала заряженной части полианиона. Обычно полианион добавляют к компонентам панели раньше поликатиона, поскольку большая часть компонентов панели имеет анионную природу.

Два противоположно заряженных полимера действуют вместе, обеспечивая синергический эффект, так что в случае добавления их вместе с органическим связующим веществом, прочность и внешний вид волокнистого листа улучшаются. Два противоположно заряженных полимера могут покрывать и связывать органическое связующее вещество с волокнами волокнистого листа, придавая прочность такой пластине. Органическое связующее вещество, используемое обычно при получении волокнистого листа, является полисахаридом. Крахмал представляет собой обычно используемое связующее вещество в связи с его экономичностью. Дополнительно, могут использоваться другие связующие вещества, наполнители или спейсеры, сами по себе или в сочетании друг с другом. Так, например, может использоваться гидрогель или латекс.

Более подробно, полианион представляет собой ион и обычно имеет отрицательный заряд, равный от примерно 4 до примерно 12 миллиэквивалентов на грамм. Размер его молекулы может составлять от примерно 10000 до 900000 грамм/моль. Указанный показатель зависит от конкретной молекулы и отражает степень полимеризации, составляющую примерно от 100 до 13000 повторяющихся единиц на молекулу полимера. Полианион может быть также сшит, что придает ему дополнительную прочность. Обычно плотность сшивки составляет примерно 1 на 100 единиц, однако, эффективна и плотность, составляющая от нулевой сшивки до примерно 1 на 50 единиц.

Поликатион также является ионом, несущим положительный заряд от примерно 6 до 12 миллиэквивалентов на грамм. Аналогично, его размер составляет также от примерно 10000 до 900000 грамм на моль, что отражает степень полимеризации, равную примерно 50-10000, в зависимости от конкретной молекулы.

В слабокислых полианионах указанных характеристик можно достичь при частичной нейтрализации слабой поликислотой, такой как полиакриловая кислота, или при добавлении соли кислоты, такой как полиакрилат натрия. Для данной молекулы нейтрализованная часть отрицательно заряжена, а не нейтрализованная часть может взаимодействовать с крахмалом и бумагой при температурах сушки, указанных выше. Так, соотношение зарядов полианиона к поликатиону составляет обычно 1:1.

Для осуществления последующих реакций обычно имеется избыток функциональных групп, которые не участвуют в образовании комплекса, но способны взаимодействовать с некоторыми компонентами панели с образованием водородных или, более предпочтительно, ковалентных связей. В этой связи, имеется дополнительная потребность в корректировке указанного соотношения для получения эффективного связующего агента на основе МПЭК. При этом следует рассматривать отношение общего числа кислотных групп полианиона как нейтрализованных, так и не нейтрализованных, к общему числу групп поликатиона. Такое соотношение должно составлять обычно от 10:1 до 1,1:1, и является эффективным при величине 3:1.

Полианион может выбираться из группы полианионов, указанных ниже, в Таблице 1. Группа перечисленных полианионов не является исчерпывающей и могут использоваться другие полианионы, удовлетворяющие описанным выше критериям. Так, например, в качестве одного из компонентов МПЭК могут использоваться блок-сополимеры и привитые сополимеры перечисленных полимеров, включающие неионные полимеры, которые являются либо растворимыми, либо нерастворимыми в воде, но образуют стабильные водные дисперсии.

Таблица 1 Полианионы
Поликарбоксилаты	Полифосфаты	Полисульфонаты	Полисульфаты
Поли(акриловая кислота) и ее соли (ПАК)	Полимета-фосфорная кислота и ее соли	Полистиролсульфоновая кислота и ее соли	Поливинил-сульфатная кислота и ее соли
Поли(метакриловая кислота) и ее соли	Поливинил-фосфониевая кислота и ее соли	Лигносульфоновая кислота и ее соли	Хондроитин-сульфатная кислота и ее соли
Карбоксиметилцеллюлоза и ее соли		Полиакриламид-алкилпропан-сульфоновая кислота и ее соли
Полималеиновая кислота и ее соли		Статистические сополимеры акриламидалкил-пропансульфоновой кислоты с акриламидом и другими гидрофильными и гидрофобными сомономерами и их соли
Статистические сополимеры акриловой и/или метакриловой кислоты с акриламидом и другими гидрофильными мономерами, включая те, которые несут функциональные группы, способные реагировать с целлюлозой и/или крахмалом, и гидрофобными сомономерами и их соли
Гидролизованные сополимеры малеинового ангидрида со стиролом и другими гидрофильными и гидрофобными сомономерами и их соли

Поликатион может выбираться из группы поликатионов, указанных ниже, в Таблице 2. Группа перечисленных поликатионов не является исчерпывающей и могут использоваться другие поликатионы, удовлетворяющие описанным выше критериям. Так, например, в качестве одного из компонентов МПЭК могут использоваться блок-сополимеры и привитые сополимеры перечисленных полимеров, включающие неионные полимеры, которые являются либо растворимыми, либо нерастворимыми в воде, но образуют стабильные водные дисперсии.

Таблица 2 Поликатионы
Полимерные первичные амины	Полимерные вторичные амины	Полимерные третичные амины	Полимерные четвертичные амины	Полимерные амины с различными аминогруппами
Поливиниламин и его соли	Линейный полиэтиленимин и его соли	Поли-N,N-диметиламино-этилметакрилат (ПДМАЭМ) и его соли	Поли-N,N-диаллил-N,N-диметиламмония гидроксид (ПДАДМАГ) и его соли	Разветвленный полиэтиленимин и его соли
Хитозан и его соли	Линейный полипропиленимин и его соли	Поли-4-винилпиридин и его соли	Гидроксиды ионенов и их соли	Частично кватернизованный поли-4-винилпиридин и его соли
		Сополимеры ДМАЗМ с акриламидом и другими гидрофильными и гидрофобными сомономерами и их соли	Соли поли-N-алкил-4-винилпиридиния

Полианион может добавляться первым к компонентам панели и затем добавляют поликатион. Такая последовательность связана с тем, что в случае добавления вначале полианиона достигается лучшее распределение полученного МПЭК среди компонентов панели. В основном, идея заключается в том, чтобы добавлять первым тот компонент МПЭК, который не вступает в реакцию. Затем вступает в реакцию второй компонент и помещает МПЭК на место равномерно среди компонентов. В этой связи, поскольку используемые в данном примере компоненты имеют анионную природу, то первым добавляют полианион. Если бы, однако, компоненты имели катионную природу, то первым добавляли бы поликатион. Двухкомпонентный полимерный связующий агент может добавляться для улучшения имеющихся в настоящее время органических связующих веществ в плане повышения таких желательных свойств панели, как прочность и износостойкость, или полимеры могут добавляться для снижения требуемого количества органического связующего вещества. Кроме того, полимеры могут добавляться вместо традиционных органическим связующих веществ или вноситься вдобавок к органическим связующим веществам с целью повышения устойчивости к провисанию и улучшения внешнего вида волокнистого листа.

Дополнительно к полимерному связующему агенту может быть добавлено поверхностно-активное вещество. При добавлении поверхностно-активного вещества образуется комплекс полиэлектролит - поверхностно-активное вещество (ПЭСК). ПЭСК являются продуктами взаимодействия противоположно заряженных полиэлектролитов и поверхностно-активных веществ. В образовании ПЭСК участвует большая часть пар полианионов и катионных поверхностно-активных веществ, а также пар поликатионов и анионных поверхностно-активных веществ, которые образуются при перемешивании водного раствора нерастворимых продуктов.

Поверхностно-активные вещества могут иметь анионную или катионную природу. Анионные поверхностно-активные вещества включают алкилкарбоксильные кислоты и их соли, алкилсульфоновые кислоты и их соли, алкилсульфаты, алкилфосфорные кислоты и их соли, а также их сочетания. Катионные поверхностно-активные вещества включают алкиламины, амины жирных кислот, включая первичные, вторичные, третичные и четвертичные амины. Перечень не является исчерпывающим и могут быть использованы другие продукты с близкими характеристиками.

Способ получения усовершенствованных волокнистых листов включает стадии образования волокнистой суспензии и примешивания к указанной суспензии анионного полимера с отрицательным зарядом, равным от примерно 4 до примерно 12 миллиэквивалентов на грамм, и катионного полимера с положительным зарядом, равным от примерно 6 до примерно 12 миллиэквивалентов на грамм. Затем волокнистый лист сушат с получением готового продукта.

Более подробно, способ получения волокнистого листа с повышенной прочностью включает образование волокнистой суспензии, состоящего из целлюлозы и воды. Обычно источником целлюлозы является бумага, обычно в виде газетной бумаги, которую затем размягчают в воде до консистенции, соответствующей содержанию от 3 до 5 мас.%. Консистенция, разумеется, может варьироваться в зависимости от желательных характеристик панели. Кроме того, в суспензию могут добавляться другие волокна, такие как минеральная вата. Дополнительно к волокнам могут вноситься наполнители. Примеры наполнителей включают перлит и глины, которые могут быть объединены с бумагой и водой. Общая консистенция составляет обычно примерно 3 мас.%. В зависимости от типа панели и способа производства могут быть приемлемы и другие консистенции, варьирующие от таких высоких значений, как 50%, до таких низких значений, как 1%.

В суспензию может включаться органическое связующее вещество, такое как крахмал. Панель может быть образована и без добавления органического связующего вещества, но, как было показано, сочетание крахмала и полимеров на основе МПЭК дает синергическое усиление свойств. Крахмал представляет собой самое типичное связующее вещество в связи с тем, что данное органическое связующее вещество относительно недорогое в сравнении с другими связующими веществами с аналогичными характеристиками. Могут, конечно, использоваться и другие связующие вещества вместо или в сочетании с крахмалом. Так, например, может быть использован латекс в сочетании с крахмальным связующим веществом или взамен его.

Обычно МПЭК добавляют в указанную суспензию после того, как проводят примешивание органического связующего вещества в целлюлозную суспензию. Эту комбинацию затем перемешивают. Полианион обычно примешивают первым, поскольку он не вступает в сильное взаимодействие с другими компонентами смеси, поскольку они также заряжены как анионы. Разумеется, если компоненты будут заряжены как катионы, порядок будет иным. Добавление вначале полианионной части МПЭК способствует более равномерному распределению полианиона среди компонентов. Считается, что для образования МПЭК в смеси из волокнистого материала компоненты МПЭК можно добавлять одновременно, в обратном порядке или в виде предварительной смеси.

Затем после добавления полианионной части может быть внесена поликатионная часть МПЭК. Далее проходит реакция образования МПЭК с участием полианионного и поликатионного полимеров с образованием комплекса, который становится переплетенным и далее поглощается в компоненты панели, особенно в крахмал и целлюлозные нити.

После этого полученная суспензия может быть сформирована в панели с использованием типичных устройств для получения панелей и бумаги. Так, например, может быть добавлен высокомолекулярный флокулянтый полимер для облегчения дренажа и ускорения процесса сушки. Обычно суспензию нагнетают в устройство с четырьмя дренирующими агрегатами, воду дренируют под действием силы тяжести, затем в вакууме, и окончательную структуру получают прессованием до постоянной толщины.

Далее образованный лист сушат и нарезают. Сушка может проводиться в сушильных печах. Обычно готовый продукт шлифуют песком и декорируют посредством обработки поверхности и ее покраски.

Изобретение станет более наглядным при ознакомлении с примерами осуществления изобретения и с контрольными примерами, приведенными ниже. Указанные примеры даны лишь для целей иллюстрации и не должны восприниматься как ограничивающие настоящее изобретение.

Примеры получения МПЭК

Пример 1

4,5 г минеральной ваты диспергируют в 400 мл теплого (t=40°C) водного раствора 0,001 н. KCl при перемешивании механической мешалкой. Затем добавляют 1,8 г кукурузного крахмала и 17,1 г перлита. Газетную бумагу (6,6 г) выдерживают в 200 мл теплой воды (t=40°C) в течение 1 часа, измельчают в мешалке и смешивают с другими компонентами композиции при перемешивании. Общий объем смеси доводят до 1000 мл.

Интерполиэлектролитный комплекс (МПЭК) на основе частично нейтрализованной поли(акриловой кислоты) (ПАК) с поли(N,N-диаллил-N,N-диметиламмония хлоридом) (ПДАДМАХ) используют в качестве модификатора крахмала. Для получения указанного комплекса к смеси при перемешивании добавляют 3,6 мл 0,1 н. водного раствора поли(акрилата) натрия (NaPA) (0,034 г NaPA) и 7,2 мл 0,1 н. водного раствора ПАК (0,052 г ПАК). После этого добавляют при перемешивании в течение 2 минут 3,6 мл 0,1 н. водного раствора поли(N,N-диаллил-N,N-диметиламмония хлорида) (ПДАДМАХ) (0,058 г ПДАДМАХ). Таким образом, в композицию в качестве модификатора добавляется 0,145 г МПЭК (ПАК-ПДАДМАХ), Ф=[карбоксильные группы]/[аминные группы]=3,0. Флокулянт (0,0188) в виде 0,2 мас.% водной дисперсии добавляют с помощью пластикового шприца.

Полученную смесь фильтруют через воронку Бюхнера с использованием 2 слоев фильтровальной бумаги и сушат в режиме "сбраживания крахмала". Для достижения режима сбраживания крахмала образец оборачивают в алюминиевую фольгу и выдерживают при 177°С в течение 1 часа. Затем его разворачивают и снова сушат при 177°С в течение 1 часа.

Композицию тестируют в сухом и влажном состоянии при изгибании с использованием динамометров Instron 1195 (Великобритания) или UTS-10 (Германия). Образцы нарезают на полоски размером 10 мм на 80-120 мм. Толщину каждой полоски определяют с помощью оптиметра. Образцы влажной композиции получают при уравновешивании с водяным паром при относительной влажности 95% (95% ОВ) (насыщенный раствор KNO ₃ в дистиллированной воде при 20°С) в эксикаторе в течение 14 дней. Все механические испытания проводят сразу после отбора образцов из эксикатора. Скорость деформирования составляет 5 мм/мин. Значения предельной прочности на разрыв ^* (Н/мм² или МПа) определяют из кривых усилие-деформация. В результате механического тестирования получают следующие данные:

^*=0,45 МПа, сухое состояние,

^*=0,15 МПа, влажное состояние,

( ^* = величина, характеризующая композицию, не содержащую МПЭК, полученную в режиме "сбраживания крахмала",

^*=0,35 МПа, сухое состояние,

^*=0,10 МПа, влажное состояние).

Пример 2

МПЭК - модифицированную композицию получают по методике примера 1, за исключением того, что в качестве модификатора добавляют 0,3 г МПЭК (ПАК-ПДАДМАХ), Ф=3. Далее к композиции добавляют при перемешивании 7,2 мл 0,1 н. водного раствора поли(акрилата) натрия (NaPA) (0,07 г NaPA), 14,4 мл 0,1 н. водного раствора ПАК (0,10 г ПАК) и 7,2 мл 0,1 н. водного раствора поли (N,N-диаллил-N,N-диметиламмония хлорида) (ПДАДМАХ) (0,12 г ПДАДМАХ). И наконец, добавляют 0,018 г флокулянта в виде 0,2 мас.% водной дисперсии.

В результате механического тестирования получены следующие данные:

^*=0,50 МПа, сухое состояние,

^*=0,20 МПа, влажное состояние.

Пример 3

МПЭК - модифицированную композицию получают по методике примера 1, за исключением того, что добавляют 0,9 г крахмала вместо 1,8 г.

При механическом тестировании получены следующие результаты:

^*=0,38 МПа, сухое состояние,

^*=0,10 МПа, влажное состояние,

( ^* = величина, характеризующая композицию, включающую 0,9 г крахмала и не содержащую МПЭК,

^*=0,20 МПа, сухое состояние,

^*=0,05 МПа, влажное состояние).

Пример 4

МПЭК - модифицированную композицию получают по методике примера 2, за исключением того, что добавляют 0,9 г крахмала вместо 1,8 г.

При механическом тестировании получают следующие результаты:

^*=0,50 МПа, сухое состояние,

^*=0,25 МПа, влажное состояние.

Пример 5

МПЭК - модифицированную композицию получают по методике примера 1, за исключением того, что в качестве модификатора добавляют 0,9 г крахмала и 0,48 г МПЭК (ПАК-ПДАДМАХ), Ф=3. К композиции добавляют при перемешивании 12 мл 0,1 н. водного раствора поли(акрилата) натрия (NaPA) (0,11 г NaPA), 24 мл 0,1 н. водного раствора ПАК (0,173 г ПАК) и 12 мл 0,1 н. водного раствора поли(N,N-диаллил-N,N-диметиламмония хлорида) (ПДАДМАХ) (0,194 г ПДАДМАХ). Затем добавляют 0,018 г флокулянта в виде 0,2 мас.% водной дисперсии.

При механическом тестировании получают следующие результаты:

^*=0,60 МПа, сухое состояние,

^*=0,30 МПа, влажное состояние.

Пример 6

МПЭК - модифицированную композицию получают по методике примера 1, за исключением того, что композиция не содержит крахмал и включает 1,8 г МПЭК (ПАК-ПДАДМАХ), Ф=3. К композиции добавляют при перемешивании 44,0 мл 0,1 н. водного раствора поли(акрилата) натрия (NaPA) (0,42 г NaPA), 88,0 мл 0,1 н. водного раствора ПАК (0,63 г ПАК) и 44,0 мл 0,1 н. водного раствора поли(N,N-диаллил-N,N-диметиламмония хлорида) (ПДАДМАХ) (0,71 г ПДАДМАХ). Затем добавляют 0,018 г флокулянта в виде 0,2 мас.% водной дисперсии.

При механическом тестировании получают следующие результаты:

^*=0,70 МПа, сухое состояние,

^*=0,40 МПа, влажное состояние.

Результаты механического испытания композиций с точки зрения определения предельной прочности на разрыв (МПа) приведены в Таблице 3 и на фиг.4. Указанные Таблица 3 и фиг.4 иллюстрируют действие крахмала и МПЭК-модификатора на механические свойства композиции, полученной в режиме сбраживания, в сравнении с действием каждого из них: крахмала и МПЭК - по отдельности.

Таблица 3 Данные, полученные с использованием МПЭК
	Крахмал (г)	МПЭК (г)	Объединенный связующий агент (г)	Предельная прочность на разрыв *, в сухом состоянии (МПа)	Предельная прочность на разрыв *, во влажном состоянии (МПа)
Сравнительный пример 1 Только МПЭК	0	0,5	0,5	0,4	0,3
	0	0,9	0,9	0,5	0,35
	0	1,2	1,2	0,6	0,4
	0	1,8	1,8	0,7	0,4
	0	2,7	2,7	0,85	0,45
Сравнительный пример 2 Только крахмал	0,5	0	0,5	0,15	0,1
	0,9	0	0,9	0,2	0,05
	1,2	0	1,2	0,25	0,07
	1,8	0	1,8	0,35	0,1
	2,7	0	2,7	0,55	0,25
Сочетание 0,5 г крахмала и разных МПЭК	0,5	0,3	0,8	0,5	3
	0,5	0,5	1	0,65	0,4
	0,5	0,9	1,4	0,7	0,4
Сочетание 0,9 г крахмала и разных МПЭК	0,9	0,15	1,05	0,38	0,1
	0,9	0,3	1,2	0,5	0,25
	0,9	0,5	1,4	0,6	0,3
Сочетание 1,2 г крахмала и разных МПЭК	1,2	0,3	1,5	0,5	0,25
	1,2	0,5	1,7	0,6	0,3
	1,2	0,9	2,1	0,7	0,35
Сочетание 1,8 г крахмала и разных МПЭК	1,8	0,15	1,95	0,45	0,15
	1,8	0,3	2,1	0,5	0,2
	1,8	0,5	2,3	0,6	0,25

Примеры ПЭСК (комплексов с добавлением поверхностно-активного вещества)

В приведенных ниже примерах к основной смеси волокнистых компонентов панели вносят добавки комплексов полиэлектролит - поверхностно-активное вещество (ПЭСК). В примерах описаны механические характеристики композиций, содержащих различные количества крахмала и добавок ПЭСК. Основные компоненты волокнистого материала для получения панели готовят в режиме сбраживания и добавляют в следующих количествах:

Газетная бумага	6,6 г
Минеральная вата	4,5 г
Перлит	17,1 г
Крахмал 0	2,7 г
Флокулянт	0,018 г
Водный раствор 0,001 н. KCl	1000 г

Пример 7

Смешивают минеральную вату, крахмал, перлит и газетную бумагу, как описано в примере 1. Комплекс полиэлектролит - поверхностно-активное вещество (ПЭСК), образованный за счет частично нейтрализованной поли(акриловой кислоты) (ПАК) и додецилтриметиламмония бромида (ДДТМАБ) используют в качестве модификатора. При перемешивании добавляют 3,6 мл 0,1 н. водного раствора поли(акрилата) натрия (NaPA) (0,034 г NaPA) и 7,2 мл 0,1 н. водного раствора ПАК (0,052 г ПАК). Далее добавляют 9,0 мл 0,04 н. водного раствора ДДТМАБ (0,11 г) и перемешивают в течение 2 минут. Таким образом, в композицию добавляют в качестве модификатора 0,2 г ПЭСК (ПАК-ДДТМАБ), Ф=[карбоксильные группы]/[аминные группы]=3,0. Добавляют 0,018 г флокулянта в виде 0,2 мас.% водной дисперсии с помощью пластикового шприца.

Полученную смесь фильтруют через воронку Бюхнера и сушат в режиме "сбраживания крахмала", как описано в примере 1.

При механическом тестировании получают следующие результаты:

^*=0,50 МПа, сухое состояние,

^*=0,30 МПа, влажное состояние.

Пример 8

ПЭСК - модифицированную композицию получают по методике примера 7, с тем исключением, что раньше добавляют ДДТМАБ.

При механическом тестировании получают следующие результаты:

^*=0,47 МПа, сухое состояние,

^*=0,29 МПа, влажное состояние.

Пример 9

ПЭСК - модифицированную композицию получают по методике примера 7, с тем исключением, что в качестве модификатора добавляют 0,144 г ПЭСК (ПАК-ДДТМАБ), Ф=[карбоксильные группы]/[аминные группы]=1,0. При перемешивании добавляют 3,6 мл 0,1 н. водного раствора поли(акрилата) натрия (NaPA) (0,034 г NaPA) и затем 9,0 мл 0,04 н. водного раствора ДДТМАБ (0,11 г).

При механическом тестировании получают следующие результаты:

^*=0,50 МПа, сухое состояние,

^*=0,30 МПа, влажное состояние.

Пример 10

В данном примере добавляют ПЭСК, но не добавляют крахмал. Используют стехиометрический комплекс, образуемый полиакрилатом натрия (NaPA) и додецилтриметиламмония бромидом (ДДТМАБ), обозначаемый как ПЭСК, =1, а также не стехиометрический ПЭСК, =3,0, содержащий тройной избыток поли(акриловой кислоты).

Газетную бумагу, минеральную вату и перлит смешивают при перемешивании в 1000 мл теплого (40°С) водного раствора 0,001 н. KCl. Затем при перемешивании в течение 2-3 минут добавляют водный раствор 0,1 н. NaPA и соответствующее количество 0,04 н. водного раствора ДДТМАБ. В случае ПЭСК со значением =1, добавляют эквимолярные количества NaPA и ДДТМАБ. В случае ПЭСК со значением =3,0, при перемешивании в течение 2-3 минут последовательно добавляют предварительно определенное количество 0,1 н. водного раствора частично (на одну треть) нейтрализованной поли(акриловой кислоты) и соответствующее количество ДДТМАБ. В последнюю очередь быстрой инъекцией пластиковым шприцом добавляют флокулянт в виде 2 мас.% водной дисперсии.

Полученную смесь фильтруют через воронку Бюхнера. Образцы заворачивают в алюминиевую фольгу и выдерживают при 177°С в течение 1 часа и затем разворачивают и сушат при 177°С в течение 1 часа.

Образцы влажной композиции получают при уравновешивании с водяным паром при относительной влажности 95% (95% OB) (насыщенный раствор KNO ₃ в дистиллированной воде при 20°С) в эксикаторе в течение 14 дней. Образцы вынимают из эксикатора и нарезают на 5-6 полосок в форме параллелепипедов с длиной по 100 мм, шириной по 10 мм и толщиной по 8-10 мм. Указанные полоски выдерживают при 95% OB в течение 24 часов. Все механические испытания проводят сразу после отбора образцов из эксикатора с использованием динамометра UTS-1 (Германия) с длиной измерителя 70 мм.

Результаты механических испытаний композиций с точки зрения их предельной прочности на разрыв ^* (МПа) приведены в Таблице 4, разделы сравнительный пример 1 и сравнительный пример 2. Таблица 4 иллюстрирует воздействие ПЭСК (ПАК-ДДТМАБ) =1, =3,0 ( =[ПАК]/[ДДТМАБ]) в качестве связующих веществ на механические характеристики композиции, полученной в "режиме сбраживания". Все образцы содержат 6,6 г газетной бумаги, 4,5 г минеральной ваты, 17,1 г перлита и 0,018 г флокулянта. Образцы не содержат крахмал. Образцы исследуют в сухом и влажном состоянии.

Определяют усиливающий эффект ПЭСК, =1 и ПЭСК, =3,0, использованных в качестве дополнительных связующих веществ вместе с крахмалом. Процедура получения композиция соответствует описанной выше, однако, единственным ее отличием является добавление варьирующих количеств крахмала. Образцы для механических испытаний получают в режиме "сбраживания крахмала" и затем их исследуют в сухом и влажном состоянии.

Результаты механических испытаний композиций, содержащих крахмальное связующее вещество и в качестве дополнительных связующих агентов ПЭСК, =1 или ПЭСК, =3,0, приведены в Таблице 4 в графе, относящейся к сочетаниям. Таблица 4 и фиг. 5 и 6 иллюстрируют совместное действие крахмального связующего вещества и ПЭСК (ПАК-ДДТМАБ) =1, =3,0 в качестве дополнительных связующих веществ на механические свойства соединений, полученных в режиме сбраживания. Все образцы содержат 6,6 г газетной бумаги, 4,5 г минеральной ваты, 17,1 г перлита и 0,018 г флокулянта. Все образцы исследуют в сухом и влажном состоянии.

Таблица 4 Данные испытаний комплексов полиэлектролит - поверхностно-активное вещество (ПЭСК)
	Крахмал (г)	ПЭСК (г)	Объединенный связующий агент (г)	Предельная прочность на разрыв *, в сухом состоянии (МПа)	Предельная прочность на разрыв *, во влажном состоянии (МПа)
Сравнительный пример 1 Только ПЭСК (1:1)	0	0,9	0,9	0,25	0,1
	0	1,2	1,2	0,1	0,1
	0	1,8	1,8	0,15	0,1
	0	2,7	2,7	0,3	0,3
Сравнительный пример 2 Только ПЭСК (3:1)	0	0,9	0,9	0,2	0,1
	0	1,2	1,2	0,25	0,1
	0	1,8	1,8	0,5	0,35
	0	2,7	2,7	0,55	0,5
Сравнительный пример 3 Только крахмал (т.е. же данные, что в Таблице 3)	0,5	0	0,5	0,15	0,1
	0,9	0	0,9	0,2	0,05
	1,2	0	1,2	0,25	0,07
	1,8	0	1,8	0,35	0,1
	2,7	0	2,7	0,55	0,25
Сочетание 0,9 г крахмала и разных ПЭСК (1:1)	0,9	0,15	1,05	0,2	0,15
	0,9	0,3	1,2	0,3	0,15
	0,9	0,5	1,4	0,25	0,15
	0,9	0,9	1,8	0,2	0,2
Сочетание 0,9 г крахмала и разных ПЭСК (3:1)	0,9	0,15	1,05	0,2	0,2
	0,9	0,3	1,2	0,4	0,2
	0,9	0,9	1,8	0,35	0,3
	0,9	0,5	1,4		0,25
Сочетание 1,8 г крахмала и разных ПЭСК (1:1)	1,8	0,15	1,95	0,45	0,2
	1,8	0,3	2,1	0,5	0,25
	1,8	0,5	2,3	0,6	0,25
Сочетание 1,8 г крахмала и разных ПЭСК (3:1)	1,8	0,15	1,95	0,5	0,3
	1,8	0,3	2,1	0,6	0,25
	1,8	0,5	2,3	0,8	0,3
	1,8	0,9	2,7	0,6	0,3

Исследуют также усиливающий эффект смеси МПЭК+ПЭСК в качестве дополнительного связующего вещества в режиме "сбраживания крахмала". Используют не стехиометрические количества МПЭК (ПАК-ПДАДМАХ)+ПЭСК (ПАК-ДДТМАБ), =3,0. Его получают следующим образом.

Предварительно определенное количество 0,1 н. водного раствора частично нейтрализованной ( +0,33) поли(акриловой кислоты) и затем соответствующее количество 0,04 н. водного раствора эквимолярной смеси ПДАДМАХ и ДДТМАБ добавляют при перемешивании в течение примерно 2-3 минут.

Проводят механические испытания в сухом и влажном состоянии композиций, содержащих 0,9 г крахмального связующего вещества и разные добавки смесей (МПЭК+ПЭСК), =3,0, в качестве дополнительных связующих агентов. В Таблице 3 представлены результаты последних измерений. Таблица 3 содержит данные, иллюстрирующие совместное действие крахмального связующего вещества и смеси МПЭК (ПАК-ПДАДМАХ)+ПЭСК (ПАК-ДДТМАБ), =3,0, ( =[ПАК]/[ДДТМАБ+ПДАДМАХ]) при [ДДТМАБ]=[ПДАДМАХ] в качестве дополнительного связующего агента на механические характеристики композиции, приготовленной в режиме "сбраживания". Все образцы содержат 6,6 г газетной бумаги, 4,5 г минеральной ваты, 17,1 г перлита и 0,018 г флокулянта. Образцы исследуют в сухом и влажном состояниях.

Таблица 5 Сочетания МПЭК и ПЭСК в качестве кодификаторов крахмала
№	Количество крахмала, г	Количество МПЭК+ПЭСК, =3,0	Состояние образца	*, МПа
1	0,9	0	сухой	0,2
			влажный	0,1
2	0,9	0,15	сухой	0,3 (0,5)
			влажный	0,2
3	0,9	0,3	сухой	0,35 (0,6)
			влажный	0,2
4	0,9	0,5	сухой	0,4 (0,7)
			влажный	0,2
5	0,9	0,9	сухой	0,4
			влажный	0,2

Сшитый интерполиэлектролитный комплекс (# МПЭК)

В приведенных ниже примерах иллюстрируется действие незначительно сшитого полиэлектролита и линейного полиэлектролита на механические свойства композиций. Авторы использовали микрогель незначительно сшитого сильно набухающей в воде технической поли(акриловой кислоте) "Карбопол" 2001. Препарат получают в соответствии со следующей методикой: предварительно определенное количество сухого "Карбопола" оставляют для набухания в 300 мл водопроводной воды в течение пяти минут. Затем добавляют рассчитанное количество 0,1 н. водного раствора NaOH для нейтрализации -СООН групп "Карбопола" до степени нейтрализации =0,33 (количество добавляемого NaOH равно 33% от -СООН групп "Карбопола"). Частично нейтрализованный "Карбопол" оставляют дополнительно набухать в воде еще в течение 12 часов. Степень равновесного набухания, определяемая как коэффициент отношения массы набухшего геля к его массе в сухом состоянии, равна 1000. Размер равновесно набухших частиц микрогеля составляет 1 мм.

Используют стандартную процедуру приготовления композиции: газетную бумагу (6,6 г), минеральную вату (4,5 г), перлит (17,1 г) и крахмал (1,8 г) объединяют при перемешивании в 500 мл теплого (40°С) 0,002 н. водного раствора KCl. Затем к смеси при перемешивании добавляют 300 мл частично нейтрализованного микрогеля "Карбопол", приготовленного заранее. Затем добавляют предварительно определенное количество 0,1 н. водного раствора ПДАДМАХ для доведения коэффициента отношения общего числа карбоксильных групп к аммониевым группам до значения 3,0. Поскольку карбоксильные группы были на одну треть нейтрализованы, коэффициент отношения общего числа карбоксильных групп к аммониевым группам равен 1,0. И снова добавляют дополнительное количество воды для доведения общего объема до 1000 мл. Затем последним добавляют 0,018 г флокулянта. Далее смесь фильтруют и готовят, как обычно, в "режиме сбраживания". Результаты механических испытаний образцов показаны в Таблице 6 и на фиг.7.

Таблица 6 Данные, полученные с использованием сшитого (#) МПЭК
	Крахмал (г)	# МПЭК (г)	Объединенный связующий агент (г)	Предельная прочность на разрыв *, в сухом состоянии (МПа)	Предельная прочность на разрыв *, во влажном состоянии (МПа)
Сравнительный пример 1 Только # МПЭК	0	0,075	0,075	0,25	0,15
	0	0,3	0,3	0,25	0,15
	0	0,5	0,5	0,25	0,15
	0	0,9	0,9	0,12	0,07
Сравнительный пример 2 Только крахмал (те же данные, что в Таблице 3)	0,5	0	0,5	0,15	0,1
	0,9	0	0,9	0,2	0,05
	1,2	0	1,2	0,25	0,07
	1,8	0	1,8	0,35	0,1
	2,7	0	2,7	0,55	0,25
Сочетание 0,5 г крахмала и разных # МПЭК	0,5	0,15	0,65	0,25	0,2
	0,5	0,3	0,8	0,35	0,2
	0,5	0,5	1	0,35	0,2
	0,5	0,9	1,4	0,4	0,2
Сочетание 0,9 г крахмала и разных # МПЭК	0,9	0,075	0,975	0,5	0,2
	0,9	0,15	1,05	0,55	0,3
	0,9	0,3	1,2	0,4	0,3
Сочетание 1,2 г крахмала и разных # МПЭК	1,2	0,075	1,275	0,6	0,35
	1,2	0,15	1,35	0,5	0,4
	1,2	0,3	1,5	0,4	0,3
Сочетание 1,8 г крахмала и разных # МПЭК	1,8	0,075	1,875	0,8	0,5
	1,8	0,15	1,95	0,7	0,4
	1,8	0,3	2,1	0,45	0,3

Несмотря на то, что заявители привели варианты осуществления изобретения, описанные и проиллюстрированные выше, следует понимать, что в данные варианты могут быть введены различные модификации. Исходя из этого, несмотря на то, что изобретение раскрывается в виде разных форм его реализации, специалисту в данной области очевидно, что могут быть введены многочисленные добавки, изъятия и модификации без отхода от концепции и общей тематики настоящего изобретения, которое не ограничивается ничем иным, кроме как приведенной ниже формулой изобретения.