vestichИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия химических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Chemical Series1561-83312524-2342The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8331-2022-58-3-302-316vestich-741Research ArticleТЕХНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯTECHNICAL CHEMISTRY AND CHEMICAL ENGINEERINGОсобенности коагулирующего и пептизирующего действия слабо- и сильноосновных катионных полиэлектролитов на канифольные эмульсииFeatures of the coagulating and peptizing action of weakly basic and strongly basic cationic polyelectrolytes on rosin emulsionsЧернаяН. В.ChornayaN. V.

Черная Наталья Викторовна – доктор технических наук, профессор.

Ул. Свердлова, 13 а, 220006, Минск

Chornaya Nataliya V. – D. Sc (Engineering), Professor.

13 a, Sverdlov str., 220006, Minsk

chornaya@belstu.byМисюровО. А.MisyurovO. A.

Мисюров Олег Александрович – аспирант.

Ул. Свердлова, 13 а, 220006, Минск

Misyurov Oleg A. – Ph. D. student.

13 a, Sverdlov str., 220006, Minsk

omisurov@mail.ruДашкевичС. А.DashkevichS. A.

Дашкевич Светлана Аркадиевна – младший научный сотрудник.

Ул. Свердлова, 13 а, 220006, Минск

Dashkevich Svetlana A. – Junior Researcher.

13 a, Sverdlov str., 220006, Minsk

s.dawkevi4@gmail.comБелорусский государственный технологический университетBelarusian State Technological University202207092022583302316Copyright © Черная Н.В., Мисюров О.А., Дашкевич С.А., 20222022Черная Н.В., Мисюров О.А., Дашкевич С.А.Chornaya N.V., Misyurov O.A., Dashkevich S.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestichem.belnauka.by/jour/article/view/741

Впервые показано, что катионные полиэлектролиты (слабоосновной (полиамидполиаминэпихлоргидриновая смола (ППЭС)) и сильноосновные (полидиметилдиаллиламмоний хлорид (ПДМДААХ) и сополимер акриламида с метиленхлоридом диметиламинопропилакриламида (СА МХ ДМАПА)), широко используемые в технологии бумаги и картона в качестве флокулянтов (существующая технология), дополнительно участвуют в процессах коагуляции и пептизации (предлагаемая технология). Установлено, что коагулирующая способность полиэлектролитов уменьшается в ряду СА МХ ДМАПА > ПДМДААХ > ППЭС, а пептизирующая способность, наоборот, увеличивается. Пептизирующиеся коагуляты, размер и ξ-потенциал которых не превышает 5200 нм и +15 мВ соответственно, образуются в присутствии ППЭС, когда его содержание в дисперсной системе не превышает 0,15 мас. ч./мас. ч. дисперсной фазы канифольной эмульсии (КЭ). Пептизирующиеся коагуляты образуются в обнаруженной нами первой области электролитной коагуляции КЭ (предлагаемая технология), когда соотношение КЭ : электролит находится в диапазоне от 1 : 0,3 до 1 : 0,6, в то время как при повышенном содержании электролита в дисперсной системе (существующая технология), находящемся в диапазоне 1: 2,4 до 1 : 3,0, коагуляционный процесс протекает во второй области (образовавшиеся коагуляты являются электронейтральными и крупнодисперсными (размер превышает 5200 нм) и не способны пептизироваться). Процесс пептизации протекает в дисперсной системе «КЭ (1,0 мас. ч.) – ППЭС (0,04 мас. ч.) – электролит (0,6 мас. ч.)». Присутствие ППЭС способствует повышению ξ-потенциала пептизированных частиц от +35 до +50 мВ. В отличие от коагулятов такие частицы обеспечивают смещение процесса проклейки из традиционного режима гомокоагуляции в более эффективный режим гетероадагуляции. Следствием этого является повышение гидрофобности и прочности бумаги (картона) на 29–36 и 28–38 % соответственно, а также улучшение печатных свойств мелованной продукции на 12–15 %.

It has been shown for the first time that cationic polyelectrolytes (weakly basic (polyamide-polyamine-epichlorohydrin resin (PPER)) and strongly basic (polydimethyldiallylammonium chloride (PDMDAAC) and copolymer of acrylamide with methylene chloride dimethylamminopropylacrylamide (CA MC DMAPA)), widely used in paper and cardboard technology as flocculants (existing technology), additionally participate in the processes of coagulation and peptization (proposed technology). It has been established that the coagulating ability of polyelectrolytes decreases in the series CA MC DMAPA > PDMDAAC > PPER, while the peptizing ability, on the contrary, increases. Peptizable coagulants with the size and ξ-potential that do not exceed 5200 nm and +15 mV, respectively, are formed in the presence of PPER, when its content in the dispersed system does not exceed 0.15 parts by weight / parts by weight of the dispersed phase of the rosin emulsion (RE). The first region of electrolytic coagulation RE (proposed technology) corresponds to the ratio of RE : electrolyte in the range from 1: 0.3 to 1: 0.6, while with an increased content of electrolyte in the dispersed system (existing technology), which is in the range of 1: 2.4 to 1: 3.0 , the coagulation process proceeds in the second region (the resulting coagulates are electrically neutral and coarse (size exceeds 5200 nm) and are not able to peptize). The peptization process proceeds in the dispersed system “RE (1.0 wt. parts) – PPER (0.04 wt. parts) – electrolyte (0.6 wt. parts)”. The presence of PPER promotes an increase in the ξ-potential of peptized particles from +35 to +50 mV. Unlike coagulates, such particles provide a shift in the sizing process from the traditional mode of homocoagulation to a more efficient mode of heteroadagulation. This results in an increase in the hydrophobicity and strength of paper (cardboard) by 29–36 and 28–38 %, respectively, as well as in an improvement in the printing properties of coated products by 12–15 %.

коагуляцияпептизациягетероадагуляциягомокоагуляциябумагакартонгидрофобностьпрочностьпечатные свойстваcoagulationpeptizationheteroadagulationhomocoagulationpapercardboardhydro- phobicitystrengthprinting propertiesReferencesТехнология целлюлозно-бумажного производства: в 3 т. – СПб.: Политехника, 2006. – Т. II. Производство бумаги и картона. Ч. 2. Основные виды и свойства бумаги, картона, фибры и древесных плит. – 499 с.Technology of pulp and paper production. Vol. II. Production of paper and cardboard. Part 2. The main types and properties of paper, cardboard, fiber and wood boards. St. Petersburg, Polytechnic Publ., 2006. 499 p. (in Russian).Черная, Н. В. Теория и технология клееных видов бумаги и картона / Н. В. Черная. – Минск: БГТУ, 2009. – 394 с.Chernaya N. V. Theory and technology of glued types of paper and cardboard (monograph.). Minsk, Belarusian State Technological University Publ., 2009. 394 p. (in Russian).Chernaya, N. V. The creation and implementation of the resource-conserving technology of paper and paperboard sizing with hydro-dispersions of modified rosin in the mode of heteroadagulation of peptized particles / N. V. Chernaya, V. L. Fleisher, N. V. Zholnerovich // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Прикладная экология. Урбанистика. – 2017. – Vol. 2, N 2. – P. 87–101. https://doi.org/10.15593/2409-5125/2017.02.08Chernaya N. V., Fleisher V. L., Zholnerovich N. V. The creation and implementation of the resource-conserving technology of paper and paperboard sizing with hydro-dispersions of modified rosin in mode of hetero-adagulation of peptized particles. Vestnik Permskogo natsional’nogo issledovatel’skogo politekhnicheskogo universiteta. Prikladnaya ekologiya. Urbanistika = Bulletin of the Perm National Research Polytechnic University. Applied Ecology. Urban development, 2017, no. 2, pp. 87–101. https://doi.org/10.15593/2409-5125/2017.02.08.Хованский, В. В. Применение химических вспомогательных веществ в производстве бумаги и картона: учеб. пособие / В. В. Хованский, В. К. Дубовый, П. М. Кейзер. – СПб.: СПбГТУРП, 2013. – 151 с.Khovanskiy V. V., Dubovyi V. K., Kayzer P. M. The use of chemical auxiliaries in the production of paper and paperboard: a tutorial. Saint-Petersburg, Saint Petersburg State Technological University of Plant Polymers Publ., 2013. 153 p. (in Russian).Кожевников, С. Ю. Упрочнение бумаги синтетической катионно-анионной полиакриламидной смолой / С. Ю. Кожевников, С. Л. Андреева // Химия растительного сырья. – 2011. – № 2. – С. 177–182.Kozhevnikov S. Ju., Andreeva S. L. Paper strengthening with cation-anionic polyacrylamide resin. Khimiya rastitel’nogo syr’ya = Chemistry of plant raw materials, 2011, no. 2, pp. 177–182 (in Russian).Теоретические основы технологии повышения прочности картона из макулатуры полимерами / С. Л. Андреева [и др.] // Химия растительного сырья. – 2011. – № 1. – С. 179–181.Andreeva S. L., Kozhevnikov S. Ju., Dul’kin D. A., Dubovyi V. K. Theoretical foundations of technology for increasing the strength of cardboard from recycled polymers. Khimiya rastitel’nogo syr’ya = Chemistry of plant raw material, 2011, no. 1, pp. 179–181 (in Russian).Специализированные виды катионного крахмала для бумажного производства / В. В. Лапин [и др.] // Целлюлоза. Бумага. Картон. – 2000. – № 11–12. – С. 23–25.Lapin V. V. Specialized types of cationic starch for paper production. Tsellyuloza. Bumaga. Karton [Cellulose. Paper. Cardboard], 2000, no. 11–12, pp. 23–25 (in Russian).Осипов, П. В. Эффекты синергизма между синтетическими полимерами и катионным крахмалом в макулатурных композициях / П. В. Осипов // Целлюлоза. Бумага. Картон. – 2011. – № 3. – С. 74–77.Osipov P. V. Synergistic effects between synthetic polymers and cationic starch in waste paper compositions. Tsellyuloza. Bumaga. Karton [Cellulose. Paper. Cardboard], 2011, no. 3, pp. 74–77 (in Russian).Повышение качества бумаги из макулатуры химическими функциональными веществами / А. А. Остапенко [и др.] // Химия растительного сырья. – 2012. – № 1. – С. 187–190.Ostapenko A. A., Moroz V. N., Barbash V. A., Kozhevnikov S. Yu., Dubovyy V. K., Koverninskiy I. N. Improving the quality of paper from waste paper with chemical functional substances. Khimiya rastitel’nogo syr’ya = Chemistry of plant raw material, 2012, no. 1, pp. 187–190 (in Russian).Черная, Н. В. Проклейка бумаги и картона в кислой и нейтральной средах / Н. В. Черная, А. И. Ламоткин. – Минск: БГТУ, 2003. – 345 с.Chernaya N. V., Lamotkin A. I. Sizing paper and cardboard in acidic and neutral environments. Minsk, Belarussian State Technological University, 2003. 345 p. (in Russian).Блинушова, О. И. Развитие теории механизма проклейки тест-лайнера димерами алкилкетена / О. И. Блинушова, Д. А. Дулькин, И. Н. Ковернинский // Химия растительного сырья. – 2008. – № 1. – С. 131–138.Blinushova O. I., Dul’kin D. A., Kozhevnikov S. Yu. Development of the theory of the mechanism of test-liner sizing by alkyl ketene dimers. Khimiya rastitel’nogo syr’ya = Chemistry of plant raw material, 2008, no. 1, pp. 131–138 (in Russian).Мишурина, О. А. Способы гидрофобизации и упрочнения композиционных целлюлозных материалов из вторичного сырья / О. А. Мишурина, О. А. Ершова // Междунар. журн. прикл. и фундамент. исследований. – 2016. – № 10. – С. 363–366.Mishurina O. A., Ershova O. A. Methods of hydrophobization and hardening of the composite cellulose materials from recycled materials. Mezhdunarodnyi zhurnal prikladnykh i fundamental’nykh issledovanii = International Journal of Applied and Fundamental Research, 2016, no. 10, pp. 363–366 (in Russian).Повышение прочности тароупаковочной бумаги с использованием азотсодержащих соединений / С. А. Гордейко [и др.] // Труды БГТУ. Химия, технология органических веществ и биотехнология. – 2013. – № 3. – С. 165–168.Gordeiko S. A., Zholnerovich N. V., Chernaya N. V., Fleisher V. L., Drapesa A. F., Andrukhova M. V., Makarova D. S. Increasing the strength of packaging paper using nitrogen-containing compounds. Trudy BGTU. Khimiya, tekhnologiya organicheskikh veshchestvv i biotekhnologiya [Proceedings of BSTU. Series IV, Chemistry, technology of organic substances and biotechnology], 2013, no. 3, pp. 165–168 (in Russian).Синтез новых полимеров на основе амидов смоляных кислот для упрочнения макулатурных видов бумаги / В. Л. Флейшер [и др.] // Труды БГТУ. Химия, технология органических веществ и биотехнология. – 2014. – № 4. – С. 134–136.Fleisher V. L., Chernaya N. V., Makarova D. S., Gordeyko S. A., Germas’ A. V. Synthesis of new polymers based on resin acid amides for strengthening recycled paper types. Trudy BGTU. Khimiya, tekhnologiya organicheskikh veshchestvv i biotekhnologiya [Proceedings of BSTU. Series IV, Chemistry, technology of organic substances and biotechnology], 2014, no. 4, pp. 134–136 (in Russian).Особенности применения в технологии бумаги продуктов поликонденсации адипиновой кислоты с диэтилентриамином и смоляными кислотами / С. А. Гордейко [и др.] // Труды БГТУ. Химия, технология органических веществ и биотехнология. – 2014. – № 4. – С. 130–133.Gordejko S. A., Chernaya N. V., Zholnerovich N. V., Fleisher V. L., Makarova D. S. Peculiarities of application in paper technology of polycondensation products of adipic acid with diethylenetriamine and resin acids. Trudy BGTU. Khimiya, tekhnologiya organicheskikh veshchestvv i biotekhnologiya [Proceedings of BSTU. Series IV, Chemistry, technology of organic substances and biotechnology], 2014, no. 4, pp. 130–133 (in Russian).Лирова, Б. И. Анализ полимерных композиционных материалов: учеб. пособие / Б. И. Лирова, Е. В. Русинова. – Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2008. – 187 с.Lirova B. I., Rusinova E. V. Analysis of polymer composite materials. Ekaterinburg, Ural University Publ., 2008. 187 p. (in Russian).Запольский, А. К. Коагулянты и флокулянты / А. К. Запольский, А. А. Баран. – Л.: Химия, 1987. – 204 с.Zapol’skiy A. K. Baran A. A. Coagulants and flocculants. Leningrad, Khimiya Publ., 1987. 204 p. (in Russian).Лапин, В. В. Исследование влияния молекулярного веса катионных полимеров на фильтрацию целлюлозных волокнистых суспензий / В. В. Лапин, Е. Ф. Штрейс, Ю. А. Эльтенков // Изв. ВУЗов. Лесной журн. – 1974. – № 3. – С. 124–126.Lapin V. V., Shtreis E. F., El’tenkov Yu. A. Study of the influence of the molecular weight of cationic polymers on the filtration of cellulosic fibrous suspensions. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Lesnoy zhurnal = Lesnoy Zhurnal (Russian Forestry Journal), 1974, no. 3, pp. 124–126 (in Russian).Берлин, А. А. Математическое моделирование флокуляции суспензий полиэлектролитами / А. А. Берлин, В. Н. Кисленко, И. М. Соломенцева // Коллоид. журн. – 1998. – Т. 60, № 5. – С. 592–597.Berlin A. A., Kislenko V. N., Solomentseva I. M. Mathematical modeling of flocculation of suspensions by polyelectrolytes. Kolloidnyi zhurnal = Colloid Journal, 1998, vol. 60, no. 5, pp. 592–597 (in Russian).Kallmes, O. Monitoring floculation on the paper machine / O. Kallmes, P. Kallmes, B. Bishop // TAPPI. – 1994. – Vol. 77, N 7. – Р. 194–198.Kallmes O., Kallmes P., Bishop B. Monitoring floculation on the paper machine. Tappi Journal, 1994, vol. 77, no. 7, pp. 194–198.Лапин, В. В. О быстром взаимодействии в системе волокнистая дисперсия – разбавленный раствор катионного полиэлектролита / В. В. Лапин // Исследования в области химии бумаги: сб. тр. ЦНИИБ. – М., 1976. – № 12. – С. 55–63.Lapin, V. V. On the fast interaction in the system fibrous dispersion – dilute solution of cationic polyelectrolyte. Issledovaniya v oblasti khimii bumagi: sb. tr. TsNIIB [Paper Chemistry Research. Proc. of the CRIP]. Moscow, 1976, no. 12, pp. 55–63 (in Russian).Некоторые особенности использования синтетических флокулянтов / В. В. Тесленко [и др.] // Бумажная промышленность. – 1989. – № 9. – С. 13–14.Teslenko V. V., Danilova D. A., Fedyukin A. V., Nekhaichuk O. G. Some features of the use of synthetic flocculants. Bumazhnaya promyshlennost’ [Paper industry], 1989, no. 9, pp. 13–14 (in Russian).Пузырев, С. А. Применение катионных флокулянтов в производстве бумаги / С. А. Пузырев, О. В. Воробьев, Е. В. Седова // Новые технические виды бумаги и картона: сб. науч. тр. – Л., 1987. – С. 22–27.Puzyrev S. A., Vorob’ev O. V., Sedova E. V. Application of cationic flocculants in paper production. Novye tekhnicheskie vidy bumagi i kartona. Sb. nauch. tr. [New technical paper and board types. Collection of scientific papers. Leningrad, 1987, pp. 22–27. (in Russian).Тесленко, В. В. Некоторые особенности использования синтетических флокулянтов в производстве бумаги / В. В. Тесленко, Д. А. Данилова, А. В. Федюкин // Бумажная промышленность. – 1989. – № 9. – С. 13–14.Teslenko V. V., Danilova D. A., Fedyukin A. V. Some features of the use of synthetic flocculants in paper production. Bumazhnaya promyshlennost’ [Paper industry], 1989, no. 9, pp. 13–14 (in Russian).Linolstrom, T. The effect of filler particle size on the olry-strenghtening effect of cationic starch wet- and adulation / Т. Linolstrom, Т. Flonen // Nord. Pulp and Paper Res. J. – 1987. – Vol. 2, N 4. – Р. 142–151. https://doi.org/10.3183/npprj-1987-02-04-p142-145Linolstrom T., Flonen Т. The effect of filler particle size on the olry-strenghtening effect of cationic starch wetand adulation. Nordic Pulp and Paper Research Journal, 1987, vol. 2, no. 4, pp. 142–151. https://doi.org/10.3183/npprj-1987-02-04-p142-145Черная, Н. В. Концептуальное развитие теории и технологии проклейки бумаги и картона гидродисперсиями модифицированной канифоли в режиме гетероадагуляции пептизированных частиц / Н. В. Черная // Полимерные материалы и технологии. – 2015. – Т. 1, № 1. – С. 76–90. https://doi.org/10.32864/polymmattech-2015-1-1-76-90Chernaya N. V. Conceptual Development of the Theory and Technology of Sizing Paper and Cardboard With Hydrodispersions of Modified Rosin in the Mode of Heteroadagulation of Peptized Particles. Polimernye materialy i tekhnologii = Polymer Materials and Technologies, 2015, vol. 1, no. 1, pp. 76–90 (in Russian). https://doi.org/10.32864/polymmattech2015-1-1-76-90Копылович, М. Н. Распределение различных форм алюминия (III) и меди (II) в растворах и схема процесса гетероядерного гидроксокомплексообразования / М. Н. Копылович, Е. В. Радион, А. К. Баев // Координационная химия. – 1995. – Т. 21, № 1 – С. 66–71.Kopylovich M. N., Radion E. V., Baev A. K. Distribution of different forms of aluminum (III) and copper (II) in solutions and the process scheme of heteronuclearhydroxocomplex formation. Koordinatsionnaya khimiya = Russian journal of Coordination Chemistry, 1995, vol. 21, no. 1, рр. 66–71 (in Russian).Фролов, Ю. Г. Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии / Ю. Г. Фролов, А. С. Гродский. – М.: Химия, 1986. – 186 с.Frolov Yu. G., Grodsky A. S. Laboratory work and tasks in colloid chemistry. Moscow, Khimiya Publ., 1986. 186 p. (in Russian).Цюрупа, Н. Н. Практикум по коллоидной химии / Н. Н. Цюрупа. – М.: Высш. шк., 1963. – 163 с.Tsyurupa N. N. Workshop on colloid chemistry. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 1963. 163 p. (in Russian).Примаков, С. Ф. Лабораторный практикум по целлюлозно-бумажному производству / С. Ф. Примаков, В. П. Миловзоров, М. С. Кухникова. – М.: Лесная пром-сть, 1980. – 168 с.Primakov S. F., Milovzorov V. P., Kuhnikova M. S. Laboratory workshop on pulp and paper production. Moscow, Lesnaya promyshlennost’ Publ., 1980. 168 p. (in Russian).Бондарев, А. И. Производство бумаги и картона с покрытием / А. И. Бондарев. – М.: Лесная пром-сть, 1985. – 192 с.Bondarev A. I. Production of coated paper and cardboard. Moscow, Lesnaya promyshlennost’ Publ., 1985. 192 p. (in Russian).Карпова, С. В. Изучение свойств мелованной бумаги при замене природного связующего на новое синтетическое / С. В. Карпова, Н. В. Черная // Химия и химическая технология переработки растительного сырья: материалы Междунар. науч.-техн. конф., Минск, 10–12 окт. 2018 г. – Минск: БГТУ, 2018. – С. 187–191.Karpova S. V., Chernaya N. V. Studying the properties of coated paper when replacing a natural binder with a new synthetic one. Khimiya i khimicheskaya tekhnologiya pererabotki rastitel’nogo syr’ya. Materialy dokladov Mezhdunarodnoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii [Chemistry and chemical technology of processing of plant raw materials. Materials of the reports of the Intern. scientific and technical conf.]. Minsk, 2018, pp. 187–191 (in Russian).Фролов, Ю. Г. Курс коллоидной химии (Поверхностные явления и дисперсные системы) / Ю. Г. Фролов. – М.: Химия, 1982. – 400 с.Frolov Yu. G. Course of colloid chemistry (Surface phenomena and disperse systems). Moscow, Khimiya Publ., 1982. 400 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.