166287 (Получение, свойства и применение амидо-аммониевой соли малеопимаровой кислоты на основе малеинизированной канифоли)

Учреждение образования «Белорусский государственный технологический университет»

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему “ Получение, свойства и применение амидо-аммониевой соли малеопимаровой кислоты на основе малеинизированной канифоли ”

Автор: Степанова И.А.,

выпускн. БГТУ, 2009 год.

Научный руководитель: Ламоткин А.И.,

к.х.н., доцент кафедры ХПД,

Чернышева Т.В.,

науч.сотрудник кафедры ХПД

Минск, 2009

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1 Литературный обзор

1.1 Канифоль: состав и свойства различных ее видов

1.2 Модифицированная канифоль

1.2.1 Гидрирование канифоли

1.2.2 Диспропорционирование канифоли

1.2.3 Полимеризация канифоли

1.2.4 Этерификация канифоли

1.2.5 Модификация канифоли непредельными соединениями

1.2.6 Амиды смоляных кислот канифоли

1.3 Проклеивающие материалы на канифольной основе

1.3.1 Клей канифольный модифицированный марки ЖМ

1.3.2 Клей канифольный модифицированный марки ТМ

1.3.3 Клеевая канифольная композиция ТМВС-2Н

1.3.4 Клеевая канифольная композиции ТМАС-3Н

1.3.5 Клеевая эмульсия Sacocell-309

2 Постановка проблемы исследований и вытекающие из нее задачи

3 Характеристика объектов и методов исследования

3.1 Исходные вещества и материалы

3.2 Методы исследований и анализа

4 Результаты исследования, их анализ и обсуждение

4.1 Получение и исследование физико-химических свойств синтезированных образцов солей

4.2 Получение и изучение свойств полученных образцов бумаги

4.3 Оптимизация процесса получения амидо-аммониевой соли малеопимаровой кислоты на основе малеинизированной канифоли

Научные и практические выводы

Список использованных литературных источников

Приложение 1: Акт внедрения результатов НИР в учебный процесс

Приложение 2: Список научных публикаций

Приложение 3: Отзыв научного руководителя

Приложение 4: Выписка из протокола заседания Совета факультета ТОВ

Приложение 5: Сведения об авторе и научных руководителях СНР

ВВЕДЕНИЕ

Республика Беларусь располагает обширной сырьевой базой для развития лесохимической промышленности. Одним из видов такого сырья является канифоль, которую получают из живицы путем отгонки скипидара.

Канифоль в настоящее время находит широкое применение, ее используют около 70 отраслей промышленности: целлюлозно-бумажная промышленность, производство синтетического каучука, моющих средств, в лакокрасочной и полиграфической промышленности, модифицирующие добавки в производстве полимерных композиционных материалов и т.д.

Однако для ряда потребителей совершенно неприемлемыми являются такие свойства канифоли, как сравнительно низкая температура размягчения, высокое кислотное число, недостаточная влагоустойчивость, хрупкость, склонность к кристаллизации, способность легко окисляться кислородом воздуха и др. Поэтому канифоль у большинства потребителей используется в виде ее производных, таких как эфиры, амиды, резинаты (соли смоляных кислот канифоли) и др., которые в основном используются в качестве модифицирующих добавок.

Из литературных источников известно, что из канифоли, особенно из различных модифицированных канифолей и из индивидуальных смоляных кислот, можно готовить весьма ценные продукты, например, инсектициды, фунгициды, альгициды, флотореагенты и даже аналоги стероидов и другие, физиологически активные вещества. В настоящее время многие зарубежные фирмы, такие как, Геркулес, Дьюпон, Хест, Хенсель и др. получают более 500 видов производных канифоли и скипидара, которые широко используются в производстве биологически активных веществ, пластификаторов, адгезивов, стабилизаторов и др.

Необходимо отметить, что канифоль и продукты ее модификации являются главным проклеивающим материалом, который находит широкое применение в целлюлозно-бумажном производстве и занимает первое место по потреблению канифоли в промышленности.

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Канифоль: состав и свойства различных ее видов

Канифоль является незаменимым компонентом при производстве проклеивающих материалов, используемых для проклейки бумаги и картона в кислой и нейтральной средах /1/. В зависимости от вида сырьевых источников на лесохимических предприятиях получают живичную, талловую и экстракционную канифоли. В их состав входят смоляные и жирные кислоты, нейтральные и окисленные вещества (таблица 1.1).

Таблица 1.1 - Состав различных видов канифоли

Живичную канифоль получают из живицы, являющейся продуктом подсочного производства /2/. Живица представляет собой вязкую бесцветную жидкость, содержащую 75-82% смоляных кислот и 18-25% летучих терпеновых углеводородов (скипидара). Поэтому живица служит сырьем для получения живичной канифоли и скипидара. Существующие способы переработки живицы позволяют, получают живичную канифоль в виде аморфной смеси смоляных кислот. Живичная канифоль имеет температуру размягчения 66-70˚С, кислотное число 165-175 мг КОН/г и цвет по шкале цветности X-G.

Производство живичной канифоли занимает одно из ведущих мест в лесохимической промышленности. Область применения ее достаточно широка. Однако производства этого вида канифоли отстает от постоянно возрастающей потребности в ней /2/.

Талловая канифоль является побочным продуктом сульфат - целлюлозного производства. Ее извлекают из сырого сульфатного мыла, отделяемого от черного щелока при сульфатной варке целлюлозы из хвойных пород древесины (сосны, ели, пихты, лиственницы). Смоляные кислоты во время сульфатной варки нейтрализуются и переходят в черный щелок в виде растворимых натриевых солей. Часть смоляных кислот во время варки окисляется. Жирные кислоты (преимущественно олеиновая, линолевая, линоленовая и пальмитиновая), их эфиры, а также продукты их окисления в процессе варки целлюлозы сначала гидролизуются, а затем нейтрализуются и переходят в черный щелок в виде натриевых солей жирных кислот.

Химический состав талловой канифоли отличается от состава живичной канифоли. Талловая канифоль содержит в 1,5-2,0 раза меньше левопимаровой и палюстровой, почти в 5 раз меньше неоабиетиновой и дигидроабиетиновой кислот и отличается повышенным содержанием дегидроабиетиновой (в 2,0-3,5 раза) и изопимаровой (в 1,5-2,0 раза), а также жирных кислот. В талловой канифоли, как и в живичной, содержится сопоставимое количество абиетиновой, пимаровой и сандаракопимаровой кислот. Содержание нейтральных веществ в талловой канифоли достигает 7,0-16,0 %, в то время как в живичной сосновой канифоли на долю этих соединений приходится не более 2,0-4,0%. Талловая канифоль имеет температуру размягчения 60-70˚С и кислотное число 160 - 170 мг КОН/г /3/.

Экстракционная канифоль является одним из наиболее дешевых видов канифольных продуктов. Эта канифоль отличается от живичной и талловой своими физико-химическими свойствами, Сырьем для канифольно-экстракционного производства является сосновый пневый осмол (ядровая часть пней и корней сосны) /4/.

Сосновая экстракционная канифоль отличается от живичной повышенным содержанием жирных (в 13-17 раз), дегидроабиетиновой ( в 2 раза) и абиетиновой (на 15-18%) кислот и пониженным содержанием ( в 10-20 раз) дигидроабиетиновой кислоты. По сравнению с талловой канифолью она содержит в 2 раза больше нейтральных веществ и на 7-9 % меньше смоляных кислот.

Экстракционная канифоль имеет кислотное число 150-155 мг КОН/г, температуру размягчения 48-57 ˚С и цвет по шкале цветности F,E,D. По своим физико-химическим свойствам она значительно уступает живичной канифоли.

1.2 Модификация канифоли

1.2.1 Гидрирование канифоли

Модификацию канифоли методом гидрирования проводят с целью присоединения одной или двух молекул водорода по месту двойных связей /5/. Необходимым условием процесса гидрирования является присутствие катализатора. На практике для гидрирования канифоли обычно применяют такие катализаторы, как водород, никель, палладий, платина.

По своим физико-химическим свойствам гидрированная канифоль почти не отличается от обычной живичной сосновой канифоли, но она имеет другой состав смоляных кислот, которые не окисляются на воздухе. Гидрированная канифоль на 2-4 марки светлее исходной канифоли, менее хрупкая и более светоустойчивая. Она имеет следующие свойства: кислотное число 169 мг КОН/г, содержание неомыляемых веществ и окисленных веществ 6,5 и 3,9% соответственно, йодное число 79 и температура размягчения 68˚С. Неокисляемость гидрированной канифоли объясняется уменьшением количества двойных связей в молекулах ее смоляных кислот по сравнению с обычной канифолью и, следовательно, уменьшением количества центров окисления /6/.

1.2.2 Диспропорционирование канифоли

Этот процесс основан на межмолекулярном перераспределении водорода в молекулах смоляных кислот.

Смоляные кислоты в определенных условиях могут дегидрироваться и гидрироваться одновременно без притока водорода извне. Это осуществляется за счет отщепления молекул водорода от одних молекул смоляных кислот и присоединение к другим. В результате реакции диспропорционирования образуются де-, ди- и тетрагидроабиетиновые кислоты. Обязательными условиями при проведении процесса диспропорционирования канифоли являются высокая температура (180-300˚С) и присутствие различных катализаторов.

Для диспропорционированной канифоли характерны следующие физико-химические свойства: кислотное число и число омыления находятся в пределах 153-164 и 148-161 мг КОН/г соответственно, температура размягчения 68-83˚С, содержание неомыляемых веществ составляет 9,4-11,3%. Окисленные вещества отсутствуют. Такая канифоль имеет марки N,W,W-X /7, 8, 9/.

1.2.3 Полимеризация канифоли

Одним из способов повышения стабильности канифоли является сокращение в молекулах смоляных кислот числа двойных связей за счет реакции каталитической полимеризации. Фактически происходит не полимеризация кислот, а образование димерных соединений /10/.

Полимеризацию канифоли проводят в растворах бензина и бензола в присутствии таких катализаторов, как серная, ледяная уксусная и фосфорная кислота. Полимеризованная канифоль имеет следующие физико-химические свойства: кислотное число в пределах 145-158 мг КОН/г, температуру размягчения 92-99˚С, йодное число 89-98, шкала цветности J или K.

Полимеризованная канифоль обладает улучшенными физико-химическими свойствами по сравнению с исходной канифоль /11/.

1.2.4 Этерификация канифоли

Канифоль, потребляемая в лакокрасочной промышленности, преимущественно используется после этерификации ее одно- и многоатомными спиртами /12, 13/. Эфиры одноатомных спиртов и канифоли – вязкие жидкости с температурой кипения 210-300˚С; эфиры канифоли с этиленгликолем, диэтиленгликолем, глицерином, пентаэритритом – твердые смолы.

Эфиры канифоли получают прямой ее этерификацией в присутствии катализаторов или без них, причем этерификация канифоли с многоатомными спиртами проходит легче, чем с одноатомными.

Глицериновый эфир канифоли имеет цвет по йодометрической шкале не темнее 60 единиц для высшего и 80 – для первого сорта, кислотное число 11-12, температура размягчения не ниже 77-75˚С, массовая доля золы не более 0,1-0,15%.

Пентаэритритовый эфир канифоли по сравнению с глицериновым имеет более высокую температуру размягчения 90-130˚С, кислотное число 10-12 мг КОН/г.

1.2.5 Модификация канифоли непредельными соединениями

В промышленном масштабе модификацию канифоли непредельными соединениями осуществляют тремя способами, основанными на реакции конденсации.

К ним относятся:

1. диеновый синтез по Дильсу – Альдеру путем взаимодействия веществ, имеющих сопряженную двойную связь, с α-, β-ненасыщенными карбоновыми кислотами или их ангидридами;