Эфір цэлюлозы ў папяровай прамысловасці

У гэтым дакуменце апісваюцца тыпы, метады падрыхтоўкі, характарыстыкі прадукцыйнасці і статус прымянення простых эфіраў цэлюлозы ў папяровай прамысловасці, вылучаюцца некаторыя новыя разнавіднасці простых эфіраў цэлюлозы з перспектывамі развіцця і абмяркоўваюцца іх прымяненне і тэндэнцыі развіцця ў вытворчасці паперы.

Ключавыя словы:эфір цэлюлозы; прадукцыйнасць; папяровая прамысловасць

Цэлюлоза - прыроднае палімернае злучэнне, па хімічнай структуры - макрамалекула поліцукрыду з бязводнымβ-глюкоза ў якасці асноўнага кольцы, і кожнае асноўнае кольцы мае першасную гідраксільную групу і другасную гідраксільную групу. Дзякуючы яе хімічнай мадыфікацыі можна атрымаць шэраг вытворных цэлюлозы. Спосаб атрымання эфіру цэлюлозы заключаецца ва ўзаемадзеянні цэлюлозы з NaOH, затым у рэакцыі этэрыфікацыі з рознымі функцыянальнымі рэагентамі, такімі як хларыд метыла, аксід этылену, аксід прапілену і г.д., а затым прамыванне солі пабочнага прадукту і невялікай колькасці натрыю цэлюлозы, каб атрымаць прадукт. Эфір цэлюлозы з'яўляецца адным з важных вытворных цэлюлозы, які можа быць шырока выкарыстаны ў медыцыне і гігіене, штодзённай хімічнай прамысловасці, папяровай, харчовай, медыцынскай, будаўнічай, матэрыялаў і іншых галінах прамысловасці. У апошнія гады замежныя краіны надаюць вялікае значэнне яе даследаванням, і шмат дасягненняў было дасягнута ў прыкладных фундаментальных даследаваннях, прыкладных практычных эфектах і падрыхтоўцы. У апошнія гады некаторыя людзі ў Кітаі паступова пачалі далучацца да даследаванняў гэтага аспекту і першапачаткова дасягнулі пэўных вынікаў у вытворчай практыцы. Такім чынам, распрацоўка і выкарыстанне эфіру цэлюлозы адыгрывае вельмі важную ролю ў комплексным выкарыстанні аднаўляльных біялагічных рэсурсаў і паляпшэнні якасці і прадукцыйнасці паперы. Варта распрацаваць новы тып дабавак для вытворчасці паперы.

1. Класіфікацыя і спосабы атрымання эфіраў цэлюлозы

Класіфікацыя простых эфіраў цэлюлозы звычайна дзеліцца на 4 катэгорыі ў залежнасці ад іённасці.

1.1 Неіённы эфір цэлюлозы

Неіённы эфір цэлюлозы - гэта ў асноўным алкилэфір цэлюлозы, метад яго атрымання заключаецца ў рэакцыі цэлюлозы з NaOH, а затым у рэакцыі этэрыфікацыі з рознымі функцыянальнымі мономерами, такімі як монохлорметан, аксід этылену, аксід прапілену і г.д., а затым атрыманы шляхам прамывання. Шырока выкарыстоўваюцца соль пабочнага прадукту і натрый цэлюлозы, у асноўным у тым ліку эфір метилцеллюлозы, эфір метилгидроксиэтилцеллюлозы, эфір метилгидроксипропилцеллюлозы, эфір гидроксиэтилцеллюлозы, эфір цианоэтилцеллюлозы і эфір гидроксибутилцеллюлозы.

1.2 Аніённы эфір цэлюлозы

Аніённыя эфіры цэлюлозы - гэта ў асноўным натрыевая соль карбоксиметилцеллюлозы і натрыевая соль карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлозы. Спосаб падрыхтоўкі заключаецца ў рэакцыі цэлюлозы з NaOH, а затым ажыццяўленні эфіру з хлоруксусной кіслатой, аксідам этылену і аксідам прапілену. Хімічная рэакцыя, а затым атрыманы шляхам прамывання пабочнага прадукту солі і натрыю цэлюлозы.

1.3 Катыённы эфір цэлюлозы

Катыённы простыя эфіры цэлюлозы ў асноўным уключаюць 3-хлор-2-гідраксіпрапілтрыметиламмоній хларыд эфір цэлюлозы, які атрымліваецца шляхам узаемадзеяння цэлюлозы з NaOH, а затым узаемадзеяння з катыённым этэрыфікуючым агентам 3-хлор-2-гідраксіпрапілтрыметыламоній хларыду або рэакцыі этэрыфікацыі з аксідам этылену і аксідам прапілену, а затым атрыманы шляхам прамывання пабочнага прадукту соль і натрыевая цэлюлоза.

1.4 Цвітэрыённы эфір цэлюлозы

Малекулярны ланцужок цвітэрыённага эфіру цэлюлозы мае як аніёны, так і катыёны. Метад яго атрымання заключаецца ў рэакцыі цэлюлозы з NaOH, а затым у рэакцыі з монохлоруксусной кіслатой і катыённым этэрыфікатарам. Хларыд 3-хлор-2-гідраксіпрапілтрыметиламмония этэрыфікуюць, а затым атрымліваюць шляхам прамывання пабочнага прадукту солі і натрыевай цэлюлозы.

2. Прадукцыйнасць і характарыстыкі эфіру цэлюлозы

2.1 Адукацыя плёнкі і адгезія

Этэрыфікацыя эфіру цэлюлозы мае вялікі ўплыў на яго характарыстыкі і ўласцівасці, такія як растваральнасць, пленкаўтваральная здольнасць, трываласць сувязі і ўстойлівасць да соляў. Эфір цэлюлозы валодае высокай механічнай трываласцю, гнуткасцю, тэрмаўстойлівасцю і марозаўстойлівасцю, мае добрую сумяшчальнасць з рознымі смоламі і пластыфікатарамі і можа быць выкарыстаны для вырабу пластмас, плёнак, лакаў, клеяў, латекса і лекавых пакрыццяў і г.д.

2.2 Растваральнасць

Эфір цэлюлозы мае добрую растваральнасць у вадзе з-за існавання полигидроксильных груп і мае розную селектыўнасць растваральніка для арганічных растваральнікаў у залежнасці ад розных намеснікаў. Метылцэлюлоза раствараецца ў халоднай вадзе, не раствараецца ў гарачай вадзе, а таксама раствараецца ў некаторых растваральніках; метилгидроксиэтилцеллюлоза раствараецца ў халоднай вадзе, не раствараецца ў гарачай вадзе і арганічных растваральніках. Аднак пры награванні воднага раствора метилцеллюлозы і метилгидроксиэтилцеллюлозы метилцеллюлоза і метилгидроксиэтилцеллюлоза выпадаюць у асадак. Метилцеллюлоза асаджваецца пры 45-60°С, пры гэтым тэмпература асаджэння змешанай этерифицированной метилгидроксиэтилцеллюлозы павышаецца да 65-80°С. Пры паніжэнні тэмпературы асадак зноў раствараецца. Гідраксіэтылцэлюлоза і натрыевая соль карбоксиметилцеллюлозы растваральныя ў вадзе пры любой тэмпературы і нерастваральныя ў арганічных растваральніках (за некаторымі выключэннямі). Выкарыстоўваючы гэта ўласцівасць, можна прыгатаваць розныя масляныя рэпеленты і растваральныя плёнкавыя матэрыялы.

2.3 Згушчэнне

Эфір цэлюлозы раствораны ў вадзе ў выглядзе коллоида, яго глейкасць залежыць ад ступені полімерызацыі эфіру цэлюлозы, а раствор змяшчае гидратированные макрамалекулы. З-за заблытанасці макрамалекул паводзіны плыні раствораў адрозніваюцца ад паводзін ньютанаўскіх вадкасцей, але дэманструюць паводзіны, якія змяняюцца з сілай зруху. З-за макрамалекулярнай структуры эфіру цэлюлозы глейкасць раствора хутка ўзрастае з павелічэннем канцэнтрацыі і хутка зніжаецца з павышэннем тэмпературы. У адпаведнасці са сваімі характарыстыкамі простыя эфіры цэлюлозы, такія як карбоксиметилцеллюлоза і гидроксиэтилцеллюлоза, могуць быць выкарыстаны ў якасці загушчальнікаў для штодзённых хімічных рэчываў, водаўтрымліваючых агентаў для папяровых пакрыццяў і загушчальнікаў для архітэктурных пакрыццяў.

2.4 Раскладальнасць

Калі эфір цэлюлозы раствараецца ў воднай фазе, бактэрыі будуць расці, і рост бактэрый прывядзе да вытворчасці ферментных бактэрый. Фермент разрывае сувязі незамешчаных ангідраглюкозных адзінак, прылеглых да эфіру цэлюлозы, памяншаючы адносную малекулярную масу палімера. Таму пры працяглым захоўванні воднага раствора эфіру цэлюлозы ў яго неабходна дадаваць кансерванты, а нават для эфіраў цэлюлозы, якія валодаюць антыбактэрыйнымі ўласцівасцямі, неабходна правесці пэўныя антысептычныя мерапрыемствы.

3. Прымяненне эфіру цэлюлозы ў папяровай прамысловасці

3.1 Умацавальнік паперы

Напрыклад, КМЦ можна выкарыстоўваць у якасці дыспергатара валокнаў і ўмацавальніка паперы, які можна дадаваць у цэлюлозу. Паколькі натрыевая соль карбоксиметилцеллюлозы мае той жа зарад, што і часціцы мякаці і напаўняльніка, яна можа павялічыць аднастайнасць валакна. Эфект злучэння паміж валокнамі можа быць палепшаны, а таксама фізічныя паказчыкі, такія як трываласць на разрыў, трываласць на разрыў і аднастайнасць паперы. Напрыклад, Longzhu і іншыя выкарыстоўваюць 100% адбеленую сульфітную драўняную цэлюлозу, 20% тальку, 1% дысперснага каніфольнага клею, даводзяць значэнне pH да 4,5 з дапамогай сульфату алюмінію і выкарыстоўваюць КМЦ з больш высокай глейкасцю (вязкасць 800~1200 МПа.С). замены складае 0,6. Можна заўважыць, што КМЦ можа палепшыць трываласць паперы ў сухім стане, а таксама палепшыць яе ступень праклейвання.

3.2 Сродак для праклейвання паверхні

Натрыевая соль карбаксіметылцэлюлозы можа быць выкарыстана ў якасці агента для праклейвання паверхні паперы для павышэння трываласці паверхні паперы. Яго эфект прымянення можа павялічыць трываласць паверхні прыкладна на 10% у параўнанні з сучасным выкарыстаннем полівінілавага спірту і мадыфікаванага крухмалу, які праклейвае, а дазоўку можна паменшыць прыкладна на 30%. Гэта вельмі перспектыўны агент для праклейвання паверхні для вытворчасці паперы, і гэтую серыю новых гатункаў трэба актыўна распрацоўваць. Катыённы эфір цэлюлозы мае лепшыя характарыстыкі праклейвання паверхні, чым катыённы крухмал. Гэта можа не толькі палепшыць трываласць паверхні паперы, але і палепшыць паглынанне чарнілаў паперай і павялічыць эфект фарбавання. Гэта таксама перспектыўны сродак для праклейвання паверхні. Мо Ліхуань і іншыя выкарыстоўвалі натрыевую карбоксиметилцеллюлозу і акіслены крухмал для правядзення тэстаў на памер паверхні на паперы і кардоне. Вынікі паказваюць, што CMC мае ідэальны эфект памеру паверхні.

Метылкарбаксіметылцэлюлоза натрыю мае пэўную праклейку, а натрыевая карбоксиметилцеллюлоза можа быць выкарыстана ў якасці праклейвальніка цэлюлозы. У дадатак да ўласнай ступені праклейвання, катыённы эфір цэлюлозы можа таксама выкарыстоўвацца ў якасці дапаможнага фільтра для вытворчасці паперы, паляпшае хуткасць утрымання тонкіх валокнаў і напаўняльнікаў, а таксама можа выкарыстоўвацца ў якасці ўмацоўваючага агента для паперы.

3.3 Стабілізатар эмульсіі

Эфір цэлюлозы шырока выкарыстоўваецца ў падрыхтоўцы эмульсій з-за яго добрага эфекту згушчэння ў водным растворы, які можа павялічыць глейкасць дысперсійнай асяроддзя эмульсіі і прадухіліць выпадзенне і расслаенне эмульсіі. Такія, як натрыевая соль карбоксиметилцеллюлозы, гидроксиэтилцеллюлозного эфіру, гидроксипропилцеллюлозного эфіру і г.д. могуць быць выкарыстаны ў якасці стабілізатараў і ахоўных сродкаў для аніённай дысперснай каніфолі, катыённага эфіру цэлюлозы, гидроксиэтилцеллюлозного эфіру, гидроксипропилцеллюлозного эфіру і г.д. Базавы эфір цэлюлозы, метылавая цэлюлоза эфір і г.д. таксама могуць быць выкарыстаны ў якасці ахоўных сродкаў для катыённай дысперснай каніфолі, AKD, ASA і іншых праклейвальных рэчываў. Лунчжу і інш. выкарыстоўвалі 100% адбеленую сульфітную драўняную цэлюлозу, 20% тальку, 1% дысперсную каніфольны клей, давялі значэнне рн да 4,5 з дапамогай сульфату алюмінія і выкарыстоўвалі КМЦ з больш высокай глейкасцю (вязкасць 800~12000 МПа.С). Ступень замяшчэння 0,6, і яна выкарыстоўваецца для ўнутранага памеру. З вынікаў відаць, што ступень праклейвання каніфольнай гумы, якая змяшчае КМЦ, відавочна, палепшылася, стабільнасць каніфольнай эмульсіі добрая, і каэфіцыент утрымання гумовага матэрыялу таксама высокі.

3.4 Водаўтрымліваючы агент для пакрыцця

Ён выкарыстоўваецца для пакрыцця і апрацоўкі звязальнага рэчыва для пакрыцця паперы, цыянаэтылцэлюлоза, гідраксіэтылцэлюлоза і г.д. могуць замяніць казеін і частку латекса, каб друкарская фарба магла лёгка пранікаць і краю былі выразнымі. Карбоксиметилцеллюлоза і гидроксиэтилкарбоксиметилцеллюлозный эфір могуць быць выкарыстаны ў якасці диспергатора пігмента, загушчальніка, агента ўтрымання вады і стабілізатара. Напрыклад, колькасць карбоксиметилцеллюлозы, якая выкарыстоўваецца ў якасці водаўтрымліваючага агента пры падрыхтоўцы пакрыццяў для мелаванай паперы, складае 1-2%.

4. Тэндэнцыя развіцця эфіру цэлюлозы, які выкарыстоўваецца ў папяровай прамысловасці

Выкарыстанне хімічнай мадыфікацыі для атрымання вытворных цэлюлозы са спецыяльнымі функцыямі з'яўляецца эфектыўным спосабам пошуку новых варыянтаў выкарыстання самага вялікага ў свеце выхаду прыроднага арганічнага рэчыва - цэлюлозы. Існуе шмат відаў вытворных цэлюлозы і шырокі спектр функцый, і простыя эфіры цэлюлозы прымяняюцца ў многіх галінах прамысловасці дзякуючы іх выдатным характарыстыкам. Для таго, каб задаволіць патрэбы папяровай прамысловасці, развіццё эфіру цэлюлозы варта звярнуць увагу на наступныя тэндэнцыі:

(1) Распрацоўка розных спецыфікацый простых эфіраў цэлюлозы, прыдатных для прымянення ў папяровай прамысловасці, такіх як серыйныя прадукты з рознай ступенню замяшчэння, рознай глейкасцю і рознай адноснай малекулярнай масай, для выбару пры вытворчасці розных гатункаў паперы.

(2) Варта павялічыць распрацоўку новых разнавіднасцей простых эфіраў цэлюлозы, такіх як катыённыя эфіры цэлюлозы, прыдатныя для ўтрымлівання і дрэнажу пры вырабе паперы, агентаў для праклейвання паверхні і цвітэрыённых эфіраў цэлюлозы, якія можна выкарыстоўваць у якасці ўзмацняльнікаў для замены латекснага пакрыцця, эфіру цыянаэтылцэлюлозы і таму падобнае ў якасці злучнага рэчыва.

(3) Узмацніць даследаванні працэсу падрыхтоўкі эфіру цэлюлозы і яго новага метаду падрыхтоўкі, асабліва даследаванні па зніжэнні кошту і спрашчэнні працэсу.

(4) Узмацніць даследаванні ўласцівасцей простых эфіраў цэлюлозы, асабліва ўласцівасцей плёнкаўтварэння, уласцівасцей злучэння і згушчэння розных эфіраў цэлюлозы, а таксама ўзмацніць тэарэтычныя даследаванні прымянення эфіраў цэлюлозы ў вытворчасці паперы.