Целулозен етер в хартиената промишленост

Тази статия въвежда видовете, методите за приготвяне, характеристиките на ефективността и статуса на приложение на целулозните етери в хартиената промишленост, предлага някои нови разновидности на целулозни етери с перспективи за развитие и обсъжда тяхното приложение и тенденция на развитие в производството на хартия.

Ключови думи:целулозен етер; изпълнение; хартиена индустрия

Целулозата е естествено полимерно съединение, нейната химична структура е полизахаридна макромолекула с безводенβ-глюкоза като основен пръстен и всеки основен пръстен има първична хидроксилна група и вторична хидроксилна група. Чрез химическата му модификация могат да се получат редица производни на целулозата. Методът за получаване на целулозен етер е целулозата да реагира с NaOH, след това да се извърши реакция на етерификация с различни функционални реагенти като метил хлорид, етилен оксид, пропилей оксид и др., и след това да се измие солта на страничния продукт и малко натриева целулоза, за да се получи продукта. Целулозният етер е едно от важните производни на целулозата, което може да се използва широко в медицината и хигиената, ежедневната химическа промишленост, производството на хартия, храната, медицината, строителството, материалите и други индустрии. През последните години чуждите страни придават голямо значение на неговите изследвания и са постигнати много постижения в приложните фундаментални изследвания, приложните практически ефекти и подготовката. През последните години някои хора в Китай постепенно започнаха да се включват в изследването на този аспект и първоначално постигнаха някои резултати в производствената практика. Следователно разработването и използването на целулозен етер играе много важна роля в цялостното използване на възобновяеми биологични ресурси и подобряването на качеството и производителността на хартията. Това е нов тип добавки за производство на хартия, които си струва да бъдат разработени.

1. Класификация и методи за получаване на целулозни етери

Класификацията на целулозните етери обикновено се разделя на 4 категории според йонността.

1.1 Нейонен целулозен етер

Нейонният целулозен етер е главно целулозен алкилов етер и методът му за получаване е да реагира целулоза с NaOH и след това да извърши реакция на етерификация с различни функционални мономери като монохлорометан, етилен оксид, пропилей оксид и др., и след това да се получи чрез промиване солта на страничния продукт и целулозата натрий, главно включително метил целулозен етер, метил хидроксиетил целулозен етер, метил хидроксипропил целулозен етер, хидроксиетил целулозен етер, цианоетил целулозен етер и хидроксибутил целулозен етер се използват широко.

1.2 Анионен целулозен етер

Анионните целулозни етери са главно натриева карбоксиметил целулоза и натриева карбоксиметил хидроксиетил целулоза. Методът на получаване е да реагира целулоза с NaOH и след това да се пренесе етер с хлороцетна киселина, етилен оксид и пропилен оксид. Химическа реакция и след това се получава чрез промиване на страничния продукт сол и натриева целулоза.

1.3 Катионен целулозен етер

Катионен целулозните етери включват главно 3-хлоро-2-хидроксипропилтриметиламониев хлорид целулозен етер, който се получава чрез взаимодействие на целулоза с NaOH и след това взаимодействие с катионен етеризиращ агент 3-хлоро-2-хидроксипропил триметил амониев хлорид или реакция на етерификация с етилен оксид и пропилен оксид, и след това се получава чрез промиване на страничния продукт сол и натриева целулоза.

1.4 Цвитерионен целулозен етер

Молекулната верига на цвитерионен целулозен етер има както анионни групи, така и катионни групи. Неговият метод за получаване е да реагира целулоза с NaOH и след това да реагира с монохлорооцетна киселина и катионен етерифициращ агент 3-хлоро-2-хидроксипропил триметиламониев хлорид се етеризира и след това се получава чрез промиване на страничния продукт сол и натриева целулоза.

2. Ефективност и характеристики на целулозен етер

2.1 Образуване на филм и адхезия

Етерификацията на целулозен етер има голямо влияние върху неговите характеристики и свойства, като разтворимост, филмообразуваща способност, сила на свързване и устойчивост на сол. Целулозният етер има висока механична якост, гъвкавост, устойчивост на топлина и студ и има добра съвместимост с различни смоли и пластификатори и може да се използва за производство на пластмаси, филми, лакове, лепила, латекс и материали за лекарствени покрития и др.

2.2 Разтворимост

Целулозният етер има добра разтворимост във вода поради наличието на полихидроксилни групи и има различна селективност на разтворителя за органични разтворители според различните заместители. Метилцелулозата е разтворима в студена вода, неразтворима в гореща вода и също така разтворима в някои разтворители; метил хидроксиетил целулозата е разтворима в студена вода, неразтворима в гореща вода и органични разтворители. Въпреки това, когато водният разтвор на метилцелулоза и метилхидроксиетилцелулоза се нагрее, метилцелулозата и метилхидроксиетилцелулозата ще се утаят. Метилцелулозата се утаява при 45-60°С°C, докато температурата на утаяване на смесена етерифицирана метил хидроксиетил целулоза се повишава до 65-80°С. Когато температурата се понижи, утайката се разтваря отново. Хидроксиетилцелулозата и натриевата карбоксиметилцелулоза са разтворими във вода при всяка температура и неразтворими в органични разтворители (с няколко изключения). Използвайки това свойство, могат да бъдат получени различни маслени репеленти и разтворими филмови материали.

2.3 Удебеляване

Целулозният етер се разтваря във вода под формата на колоид, неговият вискозитет зависи от степента на полимеризация на целулозния етер, а разтворът съдържа хидратирани макромолекули. Поради заплитането на макромолекулите поведението на потока на разтворите се различава от това на нютоновите течности, но проявява поведение, което се променя със силата на срязване. Поради макромолекулната структура на целулозния етер, вискозитетът на разтвора нараства бързо с повишаване на концентрацията и бързо намалява с повишаване на температурата. Според характеристиките си целулозните етери като карбоксиметил целулоза и хидроксиетил целулоза могат да се използват като сгъстители за ежедневни химикали, водозадържащи агенти за хартиени покрития и сгъстители за архитектурни покрития.

2.4 Разградимост

Когато целулозен етер се разтвори във водната фаза, бактериите ще растат, а растежът на бактериите ще доведе до производството на ензимни бактерии. Ензимът разрушава връзките на незаместени анхидроглюкозни единици, съседни на целулозния етер, намалявайки относителното молекулно тегло на полимера. Следователно, ако водният разтвор на целулозния етер трябва да се съхранява дълго време, към него трябва да се добавят консерванти и да се предприемат определени антисептични мерки дори за целулозни етери с антибактериални свойства.

3. Приложение на целулозния етер в хартиената промишленост

3.1 Укрепител на хартията

Например CMC може да се използва като диспергатор на влакна и агент за укрепване на хартията, който може да се добави към целулозата. Тъй като натриевата карбоксиметил целулоза има същия заряд като целулозата и частиците на пълнителя, тя може да увеличи равномерността на влакното. Свързващият ефект между влакната може да бъде подобрен и физически показатели като якост на опън, якост на спукване и равномерност на хартията могат да бъдат подобрени. Например, Longzhu и други използват 100% избелена сулфитна дървесна маса, 20% талк на прах, 1% диспергирано колофоново лепило, коригират стойността на pH до 4,5 с алуминиев сулфат и използват CMC с по-висок вискозитет (вискозитет 800~1200MPA.S) Степента на заместване е 0,6. Може да се види, че CMC може да подобри устойчивостта на суха хартия и също така да подобри нейната степен на оразмеряване.

3.2 Повърхностен оразмерител

Натриевата карбоксиметил целулоза може да се използва като агент за оразмеряване на повърхността на хартията за подобряване на повърхностната якост на хартията. Неговият ефект на приложение може да увеличи якостта на повърхността с около 10% в сравнение с текущата употреба на поливинилалкохол и модифициран оразмеряващ агент за нишесте, а дозата може да бъде намалена с около 30%. Това е много обещаващ повърхностен оразмеряващ агент за производство на хартия и тази серия от нови разновидности трябва да бъде активно разработена. Катионният целулозен етер има по-добри показатели за оразмеряване на повърхността от катионното нишесте. Той може не само да подобри здравината на повърхността на хартията, но и да подобри ефективността на абсорбиране на мастило от хартията и да увеличи ефекта на боядисване. Също така е обещаващ повърхностен оразмеряващ агент. Mo Lihuan и други използваха натриева карбоксиметил целулоза и окислено нишесте, за да проведат тестове за повърхностно оразмеряване на хартия и картон. Резултатите показват, че CMC има идеален ефект на оразмеряване на повърхността.

Натриевата метил карбоксиметил целулоза има определени характеристики на оразмеряване и натриевата карбоксиметил целулоза може да се използва като агент за оразмеряване на целулоза. В допълнение към собствената си степен на оразмеряване, катионният целулозен етер може също да се използва като филтър за подпомагане на задържането на хартията, да подобри степента на задържане на фини влакна и пълнители и може също да се използва като агент за укрепване на хартията.

3.3 Стабилизатор на емулсия

Целулозният етер се използва широко в приготвянето на емулсии поради добрия си сгъстяващ ефект във воден разтвор, който може да увеличи вискозитета на емулсионната дисперсионна среда и да предотврати утаяването и стратификацията на емулсията. Такива като натриева карбоксиметил целулоза, хидроксиетил целулозен етер, хидроксипропил целулозен етер и др. могат да се използват като стабилизатори и защитни агенти за анионна диспергирана колофонна гума, катионен целулозен етер, хидроксиетил целулозен етер, хидроксипропил целулозен етер и др. Основен целулозен етер, метил целулоза етер и др. могат също да се използват като защитни агенти за катионна дисперсна колофонова гума, AKD, ASA и други оразмеряващи агенти. Longzhu и др. използва 100% избелена сулфитна дървесна маса, 20% талк на прах, 1% диспергирано колофоново лепило, коригира стойността на pH до 4,5 с алуминиев сулфат и използва CMC с по-висок вискозитет (вискозитет 800~12000MPA.S). Степента на заместване е 0,6 и се използва за вътрешно оразмеряване. От резултатите може да се види, че степента на оразмеряване на колофоновия каучук, съдържащ CMC, е очевидно подобрена и стабилността на колофоновата емулсия е добра, а степента на задържане на гумения материал също е висока.

3.4 Водозадържащ агент за покритие

Използва се за покриване и обработка на свързващо вещество за покритие на хартия, цианоетил целулоза, хидроксиетил целулоза и др. Може да замени казеина и част от латекса, така че печатарското мастило да може лесно да проникне и ръбовете да са ясни. Карбоксиметил целулоза и хидроксиетил карбоксиметил целулозен етер могат да се използват като пигментен дисперсант, сгъстител, агент за задържане на вода и стабилизатор. Например, количеството карбоксиметилцелулоза, използвано като водозадържащ агент при получаването на покрития за хартия с покритие, е 1-2%.

4. Тенденция на развитие на целулозния етер, използван в хартиената промишленост

Използването на химическа модификация за получаване на целулозни производни със специални функции е ефективен начин за търсене на нови приложения на най-големия в света добив на естествена органична материя – целулоза. Има много видове целулозни производни и широки функции, а целулозните етери се прилагат в много индустрии поради отличното им представяне. За да отговори на нуждите на хартиената промишленост, развитието на целулозния етер трябва да обърне внимание на следните тенденции:

(1) Разработване на различни спецификационни продукти от целулозни етери, подходящи за приложения в хартиената промишленост, като серийни продукти с различни степени на заместване, различен вискозитет и различни относителни молекулни маси, за селекция при производството на различни сортове хартия.

(2) Следва да се увеличи разработването на нови разновидности на целулозни етери, като например катионни целулозни етери, подходящи за задържане и дренаж при производството на хартия, агенти за оразмеряване на повърхността и цвитерионни целулозни етери, които могат да се използват като усилващи агенти за заместване на покриващия латекс Цианоетил целулозен етер и други подобни като свързващо вещество.

(3) Засилване на изследванията върху процеса на получаване на целулозен етер и неговия нов метод за получаване, особено изследванията за намаляване на разходите и опростяване на процеса.

(4) Засилване на изследванията върху свойствата на целулозните етери, особено филмообразуващите свойства, свойствата на свързване и свойствата на сгъстяване на различни целулозни етери, и укрепване на теоретичните изследвания върху приложението на целулозни етери в производството на хартия.