RU2089577C1

RU2089577C1 - Composition

Info

Publication number: RU2089577C1
Application number: RU94041100A
Authority: RU
Inventors: Г.И. Чебуков; Н.И. Крысин
Original assignee: Научно-исследовательский институт полимерных материалов
Priority date: 1994-11-09
Filing date: 1994-11-09
Publication date: 1997-09-10
Also published as: RU94041100A

Abstract

FIELD: polymeric materials, more particularly lignosulfonates. SUBSTANCE: lignosulfonate composition differs from those known in the art by low toxicity of modifiers that do not pollute environment and low content of modifiers (7-8%) due to using hexamethylene tetramine and urea in the composition. Selected ratios of components make it possible to attain high structure formation level of the composition, improve its rheological and filtration characteristics. Unlike well known lignosulfonate compositions (ocsyl or the like), the claimed composition contains no ballast compounds, such as sodium sulfates, which impair properties of compositions. The claimed composition is intended for use in the same field where lignosulfonates are used. EFFECT: improved properties. 1 tbl

Description

Изобретение относится к полимерным материалам, в частности к лигносульфонатам. Лигносульфонаты получаются в качестве побочных продуктов при переработке древесины на целлюлозу по сульфитному способу. The invention relates to polymeric materials, in particular to lignosulfonates. Lignosulfonates are obtained as by-products in the processing of wood to cellulose by the sulfite method.

Лигносульфонаты (ЛС) представляют собой нелинейные полимеры, макромолекулы которых имеют сплетенную в сетку структуры. Они несут сильнополярные сульфоксиольные группы, способные к диссоациации. В нейтрализованном ЛС сульфогруппа ионизирована и вся молекула несет сильноотрицательный заряд, который уравновешивается облаком положительно заряженных катионов. Lignosulfonates (LS) are nonlinear polymers whose macromolecules have a structure woven into a network. They carry strongly polar sulfoxy groups capable of dissociation. In a neutralized drug, the sulfo group is ionized and the whole molecule carries a strongly negative charge, which is balanced by a cloud of positively charged cations.

Применение ЛС в различных областях народного хозяйства основано на использовании именно их структуры и химических свойств. The use of drugs in various areas of the national economy is based on the use of their structure and chemical properties.

В народном хозяйстве ЛС применяются в качестве связующих веществ в литейном производстве, при изготовлении фанеры и древесных плит; в качестве пластификатора и разжижителя в цементной промышленности; в качестве реагента для бурения нефтяных и газовых скважин и при флотации руд; в качестве пенообразователя и обеспыливающего материала и т.д. [1]
В буровых растворах чаще применяются модифицированные лигносульфонаты: КССБ, ОКЗИЛ, ФХЛС [2]
Реагент ФХЛС является продуктом взаимодействия лигносульфоната с бихроматом натрия и сернокислым железом. Реагент ОКЗИЛ готовят конденсацией 100 мас. ч. лигносульфоната, 9-13 мас.ч. хромпика, 12-18 мас.ч. крепкой серной кислоты с последующей нейтрализацией 6 7 мас.ч. едкого натра. Данные реагенты содержат в своем составе тяжелые ионы хрома и железа, являющиеся загрязнителями окружающей среды.In the national economy, drugs are used as binders in foundry, in the manufacture of plywood and wood-based panels; as a plasticizer and thinner in the cement industry; as a reagent for drilling oil and gas wells and in ore flotation; as a foaming agent and dedusting material, etc. [one]
In drilling fluids, modified lignosulfonates are more often used: KSSB, OKZIL, FHLS [2]
The reagent FHLS is the product of the interaction of lignosulfonate with sodium bichromate and ferrous sulfate. OKZIL reagent is prepared by condensation of 100 wt. hours lignosulfonate, 9-13 parts by weight chrompica, 12-18 parts by weight strong sulfuric acid, followed by neutralization of 6 to 7 wt.h. caustic soda. These reagents contain heavy chromium and iron ions, which are environmental pollutants.

Наиболее близким к изобретению является реагент КССБ, который получают путем смешения и конденсации 30 мас.ч. лигносульфоната, 1-2 мас.ч. фенола и 9 мас.ч. крепкой серной кислоты при 95^oC с последующей нейтрализацией едким натром [3]
Для производства реагента КССБ требуются высокотоксичные и агрессивные вещества в больших количествах формальдегид (до 8% от ЛС), фенол, серная кислота, едкий натр. При нейтрализации серной кислоты в большом количестве образуется балластное вещество сернокислый натрий.Closest to the invention is a KSSB reagent, which is obtained by mixing and condensation of 30 parts by weight lignosulfonate, 1-2 wt.h. phenol and 9 parts by weight strong sulfuric acid at 95 ^o C followed by neutralization with sodium hydroxide [3]
The production of KSSB reagent requires highly toxic and aggressive substances in large quantities of formaldehyde (up to 8% of drugs), phenol, sulfuric acid, sodium hydroxide. When sulfuric acid is neutralized in a large amount, sodium sulfate is a ballast.

Технической задачей изобретения является улучшение свойств лигносульфонатов путем укрупнения их макромолекул за счет модифицирования малотоксичными веществами в возможно меньших количествах. An object of the invention is to improve the properties of lignosulfonates by enlarging their macromolecules by modifying with low toxicity substances in the smallest possible amounts.

Известны два основных способа укрупнения макромолекул ЛС за счет применения трехвалентных катионов Cr⁺³, Fe⁺³ и др. которые связывают сульфоксильные группы ЛС, и за счет сшивания макромолекул ЛС химическими агентами типа формальдегид, аминоформальдегидные смолы и др.Two main methods of enlargement of drug macromolecules are known due to the use of trivalent cations Cr ⁺³ , Fe ⁺³ and others that bind sulfoxyl groups of drugs, and due to the crosslinking of macromolecules of drugs with chemical agents such as formaldehyde, aminoformaldehyde resins, etc.

Для улучшения свойств ЛС авторами выбран второй способ использование сшивающих агентов. To improve the properties of drugs, the authors chose the second method of using crosslinking agents.

Задача изобретения достигается тем, что композиция, включающая технический лигносульфонат и модификатор, содержит в качестве модификатора гексаметиолентетрамин и карбамид при следующем соотношении компонентов (в мас.ч.):
Технический лигносульфонат (на сухое вещество) 100
Гексаметилентетрамин 5,6-6,2
Карбамид 1,35.The objective of the invention is achieved in that a composition comprising a technical lignosulfonate and a modifier contains hexamethiolentetramine and urea as a modifier in the following ratio of components (in parts by weight):
Technical lignosulfonate (dry matter) 100
Hexamethylenetetramine 5.6-6.2
Carbamide 1.35.

В водной среде при высокой температуре гексаметилентетрамин гидролизуется, образуя аминоспирты и амины. В аминоспиртах OH-группа фактически является метилольной группой, и поэтому они являются высокореакционными соединениями. В результате реакций аминоспиртов, аминов и лигносульфоната образуются более крупные олигомеры, содержащие звенья дибензид- и трибензиламинов. In an aqueous medium at high temperature, hexamethylenetetramine hydrolyzes to form amino alcohols and amines. In amino alcohols, the OH group is actually a methylol group, and therefore they are highly reactive compounds. As a result of the reactions of amino alcohols, amines and lignosulfonate, larger oligomers are formed containing dibenzide and tribenzylamine units.

Гексаметилентетрамин выгодно отличается от формальдегида по своей токсичности он является малотоксичным веществом 3-го класса и даже применяется в медицине как внутреннее дезинфицирующее средство. Hexamethylenetetramine compares favorably with formaldehyde in its toxicity; it is a low-toxic substance of the 3rd class and is even used in medicine as an internal disinfectant.

Как известно из химии мочевиноформальдегидных смол, мочевина для альдегидных групп является полифункциональным высокореакционным агентом. В лигносульфонатах α-гидроксильная группа в фенолпропановом звене является в химическом отношении алкилзамещенной метилольной группой. Поэтому эта группа высокореакционноспособна и может вступить в реакции сшивки с метилольными группами и мочевиной, увеличивая размер макромолекул ЛС. В итоге совместное применение в качестве модификатора ЛС гексаметилентетрамида и карбамида позволяет увеличить сшитость ЛС и тем самым значительно уменьшить количество модификаторов. As is known from the chemistry of urea-formaldehyde resins, urea for aldehyde groups is a multifunctional highly reactive agent. In lignosulfonates, the α-hydroxyl group in the phenolpropane unit is chemically an alkyl-substituted methylol group. Therefore, this group is highly reactive and can enter into crosslinking reactions with methylol groups and urea, increasing the size of drug macromolecules. As a result, the combined use of hexamethylenetetramide and urea as a drug modifier allows one to increase the drug cross-linkability and thereby significantly reduce the number of modifiers.

В предлагаемом лигносульфонатном составе при модифицировании не образуются балластные вещества, такие как сернокислый натрий, в КССБ. In the proposed lignosulfonate composition during modification, no ballast substances, such as sodium sulfate, are formed in KSSB.

Примеры предлагаемого лигносульфонатного состава в сравнении с прототипом приведены в таблице. Вязкость 38%-ного раствора ЛС в воде определялась на приборе В3-4. Фильтруемость раствора определялась на приборе типа ВМ-6 [2, стр. 276] Динамическое и статическое напряжение сдвига раствора ЛС определялись на приборах ВСН-3 и СНС-2 [2, стр.214-272]
Кратность повышения вязкости характеризует укрупнение макромолекул ЛС.Examples of the proposed lignosulfonate composition in comparison with the prototype are shown in the table. The viscosity of a 38% drug solution in water was determined on a B3-4 instrument. The filterability of the solution was determined on a device of the VM-6 type [2, p. 276]. The dynamic and static shear stress of the drug solution was determined on the VSN-3 and SNS-2 devices [2, p. 214-272]
The multiplicity of viscosity increase characterizes the enlargement of drug macromolecules.

При использовании лигносульфонатов в цементной промышленности и в буровых растворах, а также в литейном производстве важное значение имеет их разжижающее действие. Как видно из представленных данных, предлагаемые лигносульфонатные составы являются эффективными разжижителями, они уменьшают динамическое напряжение сдвига примерно 5-7 раз, и этот эффект лучше, чем у прототипа КССБ (более 2 раз). Фильтруемость глинистых растворов также уменьшается при использовании предлагаемых лигносульфонатных составов. Особенно это хорошо выражено в безглинистых растворах: в сравнении с прототипом эффект улучшается в несколько раз. When using lignosulfonates in the cement industry and in drilling fluids, as well as in foundry, their diluting effect is important. As can be seen from the data presented, the proposed lignosulfonate compositions are effective thinners, they reduce the dynamic shear stress of about 5-7 times, and this effect is better than the prototype KSSB (more than 2 times). The filterability of clay solutions is also reduced when using the proposed lignosulfonate compositions. This is especially pronounced in clay-free solutions: in comparison with the prototype, the effect improves several times.

Существенность отличий предлагаемого лигносульфонатного состава заключается в использовании в предлагаемом составе гексаметилентетрамина и карбамида; в выбранных пределах вышеуказанных компонентов, обеспечивающих высокий уровень структурообразования составов, что улучшает их реологические и фильтрационные характеристики. The significance of the differences of the proposed lignosulfonate composition is the use of hexamethylenetetramine and carbamide in the proposed composition; within the selected limits of the above components, providing a high level of structure formation of the compositions, which improves their rheological and filtration characteristics.

Предлагаемый лигносульфонатный состав предназначен для применения в тех же областях народного хозяйства, что и лигносульфонаты. The proposed lignosulfonate composition is intended for use in the same areas of the national economy as lignosulfonates.

Claims

A composition comprising a technical lignosulfonate and a modifier, characterized in that it contains hexamethylenetetramine and urea as a modifier in the following ratio, wt.h.

Technical lignosulfonate (dry matter) 100
Hexamethylenetetramine 5.0 6.2
Carbamide 1.35