الأثير السليلوز في صناعة الورق

تقدم هذه الورقة الأنواع وطرق التحضير وخصائص الأداء وحالة تطبيق إثيرات السليلوز في صناعة الورق، وتطرح بعض الأصناف الجديدة من إثيرات السليلوز مع آفاق التطوير، وتناقش تطبيقها واتجاه تطورها في صناعة الورق.

الكلمات الرئيسية:الأثير السليلوز. أداء؛ صناعة الورق

السليلوز هو مركب بوليمر طبيعي، تركيبه الكيميائي عبارة عن جزيء كبير من عديد السكاريد مع لا مائيβ- الجلوكوز كحلقة أساسية، وكل حلقة قاعدية تحتوي على مجموعة هيدروكسيل أولية ومجموعة هيدروكسيل ثانوية. ومن خلال تعديله الكيميائي يمكن الحصول على سلسلة من مشتقات السليلوز. تتمثل طريقة تحضير إيثر السليلوز في تفاعل السليلوز مع NaOH، ثم إجراء تفاعل الأثير مع مختلف المواد المتفاعلة الوظيفية مثل كلوريد الميثيل، وأكسيد الإيثيلين، وأكسيد البروبيلين، وما إلى ذلك، ثم غسل ملح المنتج الثانوي وبعض صوديوم السليلوز للحصول على المنتج. يعد إيثر السليلوز أحد المشتقات المهمة للسليلوز، والذي يمكن استخدامه على نطاق واسع في الطب والنظافة والصناعات الكيماوية اليومية وصناعة الورق والغذاء والدواء والبناء والمواد وغيرها من الصناعات. وفي السنوات الأخيرة، أولت الدول الأجنبية أهمية كبيرة لأبحاثها، وتحققت العديد من الإنجازات في البحوث الأساسية التطبيقية، والآثار العملية التطبيقية، والإعداد. في السنوات الأخيرة، بدأ بعض الأشخاص في الصين في المشاركة تدريجياً في البحث في هذا الجانب، وحققوا في البداية بعض النتائج في ممارسة الإنتاج. ولذلك، فإن تطوير واستخدام إيثر السليلوز يلعب دورًا مهمًا للغاية في الاستخدام الشامل للموارد البيولوجية المتجددة وتحسين جودة الورق وأدائه. إنه نوع جديد من إضافات صناعة الورق يستحق التطوير.

1. تصنيف وطرق تحضير إثيرات السليولوز

ينقسم تصنيف إثيرات السليلوز بشكل عام إلى 4 فئات حسب الأيونية.

1.1 الأثير السليلوز غير الأيوني

إيثر السليلوز غير الأيوني هو بشكل أساسي إيثر ألكيل السليلوز، وطريقة تحضيره هي تفاعل السليلوز مع هيدروكسيد الصوديوم، ثم إجراء تفاعل الأثير مع مونومرات وظيفية مختلفة مثل أحادي كلورو ميثان، وأكسيد الإيثيلين، وأكسيد البروبيلين، وما إلى ذلك، ثم يتم الحصول عليه عن طريق الغسيل. يتم استخدام ملح المنتج الثانوي وصوديوم السليلوز، بما في ذلك إيثر ميثيل السليلوز، إيثر هيدروكسي إيثيل السليلوز ميثيل، إيثر هيدروكسي بروبيل السليلوز ميثيل، إيثر هيدروكسي إيثيل السليلوز، إيثر سيانو إيثيل السليلوز وإيثر هيدروكسي بوتيل السليلوز على نطاق واسع.

1.2 إيثر السليلوز الأنيوني

إثيرات السليلوز الأنيونية هي بشكل رئيسي كربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم وكربوكسي ميثيل هيدروكسي إيثيل السليلوز الصوديوم. طريقة التحضير هي تفاعل السليلوز مع NaOH ثم إجراء الأثير مع حمض الكلوروسيتيك وأكسيد الإيثيلين وأكسيد البروبيلين. تفاعل كيميائي، ويتم الحصول عليه بعد ذلك عن طريق غسل المنتجات الثانوية من الملح وسليلوز الصوديوم.

1.3 الأثير السليلوز الكاتيوني

كاتيوني تشتمل إثيرات السليلوز بشكل رئيسي على 3-كلورو-2-هيدروكسي بروبيل تريميثيل الأمونيوم كلوريد السليلوز الأثير، والذي يتم تحضيره عن طريق تفاعل السليلوز مع هيدروكسيد الصوديوم ومن ثم التفاعل مع عامل الأثير الكاتيوني 3-كلورو-2-هيدروكسي بروبيل ثلاثي ميثيل كلوريد الأمونيوم أو تفاعل الأثير مع أكسيد الإيثيلين وأكسيد البروبيلين، ثم يتم الحصول عليها عن طريق غسل الملح الناتج وسليلوز الصوديوم.

1.4 الأثير السليلوز الزويتريوني

تحتوي السلسلة الجزيئية لإيثر السليلوز الزويتيريوني على مجموعات أنيونية ومجموعات كاتيونية. طريقة تحضيره هي تفاعل السليلوز مع NaOH ومن ثم التفاعل مع حمض أحادي كلورو أسيتيك وعامل الأثير الكاتيوني 3-كلورو-2-هيدروكسي بروبيل كلوريد ثلاثي ميثيل الأمونيوم، ويتم أثيره، ومن ثم يتم الحصول عليه عن طريق غسل ملح المنتج الثانوي وسليلوز الصوديوم.

2. أداء وخصائص الأثير السليلوز

2.1 تشكيل الفيلم والالتصاق

إن أثير إيثر السليلوز له تأثير كبير على خصائصه وخصائصه، مثل قابلية الذوبان والقدرة على تشكيل الفيلم وقوة الروابط ومقاومة الملح. يتمتع إيثر السليلوز بقوة ميكانيكية عالية ومرونة ومقاومة للحرارة ومقاومة للبرد، وله توافق جيد مع مختلف الراتنجات والملدنات، ويمكن استخدامه في صناعة البلاستيك والأفلام والورنيش والمواد اللاصقة واللاتكس ومواد طلاء الأدوية، إلخ.

2.2 الذوبان

يتمتع إيثر السليلوز بقابلية جيدة للذوبان في الماء بسبب وجود مجموعات بولي هيدروكسيل، وله انتقائية مختلفة للمذيبات العضوية وفقًا للبدائل المختلفة. ميثيل السليلوز قابل للذوبان في الماء البارد، غير قابل للذوبان في الماء الساخن، وأيضا قابل للذوبان في بعض المذيبات؛ ميثيل هيدروكسي إيثيل السليلوز قابل للذوبان في الماء البارد، غير قابل للذوبان في الماء الساخن والمذيبات العضوية. ومع ذلك، عندما يتم تسخين المحلول المائي من ميثيل السليلوز وميثيل هيدروكسي إيثيل السليلوز، سوف يترسب ميثيل السليلوز وميثيل هيدروكسي إيثيل السليلوز. يترسب ميثيل السليلوز عند 45-60°C، في حين يتم زيادة درجة حرارة هطول الأمطار المختلط ميثيل هيدروكسي إيثيل السليلوز إلى 65-80°ج. عندما تنخفض درجة الحرارة، يذوب الراسب من جديد. هيدروكسي إيثيل سلولوز وكربوكسي ميثيل سلولوز الصوديوم قابلان للذوبان في الماء عند أي درجة حرارة وغير قابلين للذوبان في المذيبات العضوية (مع استثناءات قليلة). باستخدام هذه الخاصية، يمكن تحضير العديد من المواد الطاردة للزيوت والمواد الغشائية القابلة للذوبان.

2.3 سماكة

يذوب إيثر السليلوز في الماء على شكل مادة غروانية، وتعتمد لزوجته على درجة بلمرة إيثر السليلوز، ويحتوي المحلول على جزيئات كبيرة رطبة. بسبب تشابك الجزيئات الكبيرة، يختلف سلوك تدفق المحاليل عن سلوك السوائل النيوتونية، ولكنه يظهر سلوكًا يتغير مع قوة القص. بسبب التركيب الجزيئي لإيثر السليلوز، تزداد لزوجة المحلول بسرعة مع زيادة التركيز وتنخفض بسرعة مع زيادة درجة الحرارة. وفقًا لخصائصها، يمكن استخدام إثيرات السليلوز مثل كربوكسي ميثيل السليلوز وهيدروكسي إيثيل السليلوز كمكثفات للمواد الكيميائية اليومية، وعوامل الاحتفاظ بالمياه للطلاءات الورقية، ومكثفات للطلاءات المعمارية.

2.4 التحلل

عندما يذوب إيثر السليلوز في الطور المائي، ستنمو البكتيريا، وسيؤدي نمو البكتيريا إلى إنتاج البكتيريا الإنزيمية. يكسر الإنزيم روابط وحدة الأنهيدروجلوكوز غير المستبدلة المجاورة لإيثر السليلوز، مما يقلل الوزن الجزيئي النسبي للبوليمر. لذلك، إذا تم تخزين المحلول المائي لإيثر السليلوز لفترة طويلة، فيجب إضافة المواد الحافظة إليه، ويجب اتخاذ بعض التدابير المطهرة حتى بالنسبة لإثيرات السليلوز ذات الخصائص المضادة للبكتيريا.

3. تطبيق إيثر السليلوز في صناعة الورق

3.1 عامل تقوية الورق

على سبيل المثال، يمكن استخدام CMC كمشتت للألياف وعامل تقوية للورق، والذي يمكن إضافته إلى اللب. نظرًا لأن كربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم له نفس شحنة جزيئات اللب والحشو، فإنه يمكن أن يزيد من تكافؤ الألياف. يمكن تحسين تأثير الترابط بين الألياف، ويمكن تحسين المؤشرات الفيزيائية مثل قوة الشد، وقوة الانفجار، وتساوي الورق. على سبيل المثال، يستخدم Longzhu وآخرون لب الخشب الكبريتي المبيض بنسبة 100%، ومسحوق التلك 20%، وغراء الصنوبري المشتت 1%، ويضبطون قيمة الرقم الهيدروجيني إلى 4.5 باستخدام كبريتات الألومنيوم، ويستخدمون لزوجة أعلى CMC (اللزوجة 800 ~ 1200MPA.S) الدرجة الاستبدال هو 0.6. يمكن ملاحظة أن CMC يمكنه تحسين قوة الورق الجافة وكذلك تحسين درجة تحجيمه.

3.2 عامل تحجيم السطح

يمكن استخدام كربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم كعامل تحجيم لسطح الورق لتحسين قوة سطح الورق. تأثير تطبيقه يمكن أن يزيد من قوة السطح بحوالي 10٪ مقارنة بالاستخدام الحالي لكحول البولي فينيل وعامل تحجيم النشا المعدل، ويمكن تقليل الجرعة بحوالي 30٪. إنه عامل تحجيم سطحي واعد جدًا لصناعة الورق، ويجب تطوير هذه السلسلة من الأصناف الجديدة بشكل نشط. يتمتع إيثر السليلوز الكاتيوني بأداء أفضل لتحجيم السطح من النشا الكاتيوني. لا يمكنها تحسين قوة سطح الورق فحسب، بل يمكنها أيضًا تحسين أداء امتصاص الحبر للورق وزيادة تأثير الصباغة. وهو أيضًا عامل تحجيم سطحي واعد. استخدم مو ليهوان وآخرون كربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم والنشا المؤكسد لإجراء اختبارات تحجيم السطح على الورق والكرتون. أظهرت النتائج أن CMC له تأثير مثالي لتحجيم السطح.

يتمتع ميثيل كربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم بأداء تحجيم معين، ويمكن استخدام كربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم كعامل تحجيم اللب. بالإضافة إلى درجة التحجيم الخاصة به، يمكن أيضًا استخدام إيثر السليلوز الكاتيوني كمرشح مساعد للاحتفاظ في صناعة الورق، وتحسين معدل الاحتفاظ بالألياف الدقيقة والحشو، ويمكن استخدامه أيضًا كعامل تقوية للورق.

3.3 مثبت المستحلب

يستخدم إيثر السليلوز على نطاق واسع في تحضير المستحلب بسبب تأثيره الجيد في التثخين في المحلول المائي، والذي يمكن أن يزيد من لزوجة وسط تشتت المستحلب ويمنع ترسيب المستحلب وتقسيمه إلى طبقات. مثل كربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم، إيثر هيدروكسي إيثيل السليلوز، إيثر هيدروكسي بروبيل السليلوز، وما إلى ذلك يمكن استخدامها كمثبتات وعوامل وقائية لصمغ الصنوبري المشتت الأنيوني، إيثر السليلوز الكاتيوني، إيثر هيدروكسي إيثيل السليلوز، إيثر السليلوز هيدروكسي بروبيل، إلخ. إيثر السليلوز الأساسي، السليلوز الميثيل يمكن أيضًا استخدام الأثير وما إلى ذلك كعوامل وقائية لصمغ الصنوبري المشتت الكاتيوني وAKD وASA وعوامل التحجيم الأخرى. لونجتشو وآخرون. استخدم لب خشب الكبريتيت المبيض بنسبة 100%، وبودرة التلك 20%، وغراء الصنوبري المشتت 1%، وضبط قيمة الرقم الهيدروجيني إلى 4.5 باستخدام كبريتات الألومنيوم، واستخدم لزوجة أعلى CMC (اللزوجة 800 ~ 12000MPA.S). درجة الاستبدال هي 0.6، ويتم استخدامها للتحجيم الداخلي. يمكن أن نرى من النتائج أن درجة تحجيم مطاط الصنوبري المحتوي على CMC قد تحسنت بشكل واضح، وأن ثبات مستحلب الصنوبري جيد، كما أن معدل الاحتفاظ بالمواد المطاطية مرتفع أيضًا.

3.4 عامل الاحتفاظ بالمياه الطلاء

يتم استخدامه لطلاء ومعالجة غلاف طلاء الورق، سيانو إيثيل السليلوز، هيدروكسي إيثيل السليلوز، وما إلى ذلك يمكن أن يحل محل الكازين وجزء من اللاتكس، بحيث يمكن أن يخترق حبر الطباعة بسهولة وتكون الحواف واضحة. يمكن استخدام كربوكسي ميثيل السليلوز وإيثر هيدروكسي إيثيل كربوكسي ميثيل السليلوز كمشتت للأصباغ ومكثف وعامل احتباس الماء ومثبت. على سبيل المثال، تبلغ كمية كربوكسي ميثيل السليلوز المستخدمة كعامل الاحتفاظ بالمياه في تحضير الطلاءات الورقية المطلية 1-2%.

4. اتجاه تطور أثير السليلوز المستخدم في صناعة الورق

يعد استخدام التعديل الكيميائي للحصول على مشتقات السليلوز ذات الوظائف الخاصة وسيلة فعالة للبحث عن استخدامات جديدة لأكبر إنتاج في العالم من المادة العضوية الطبيعية - السليلوز. هناك أنواع عديدة من مشتقات السليلوز ووظائف واسعة، وقد تم تطبيق إثيرات السليلوز في العديد من الصناعات بسبب أدائها الممتاز. من أجل تلبية احتياجات صناعة الورق، ينبغي لتطوير الأثير السليلوز الاهتمام بالاتجاهات التالية:

(1) تطوير منتجات مواصفات مختلفة من إيثرات السليلوز المناسبة لتطبيقات صناعة الورق، مثل المنتجات المتسلسلة بدرجات مختلفة من الاستبدال، واللزوجة المختلفة، والكتل الجزيئية النسبية المختلفة، للاختيار في إنتاج أنواع مختلفة من الورق.

(2) ينبغي زيادة تطوير أنواع جديدة من إثيرات السليلوز، مثل إثيرات السليلوز الكاتيونية المناسبة لصناعة الورق ومساعدات الصرف، وعوامل تحجيم السطح، وإثيرات السليلوز الزويتيريونية التي يمكن استخدامها كعوامل تقوية لتحل محل طلاء إيثر سيانو إيثيل السليلوز اللاتكس. وما شابه ذلك باعتباره الموثق.

(3) تعزيز الأبحاث حول عملية تحضير إيثر السليولوز وطريقة تحضيره الجديدة، وخاصة الأبحاث المتعلقة بتقليل التكلفة وتبسيط العملية.

(4) تعزيز البحث حول خصائص إثيرات السليلوز، وخاصة خصائص تشكيل الفيلم، وخصائص الترابط وخصائص سماكة إثيرات السليلوز المختلفة، وتعزيز البحث النظري حول تطبيق إثيرات السليلوز في صناعة الورق.