Eter celuloze u papirnoj industriji

Ovaj rad upoznaje vrste, metode pripreme, karakteristike performansi i status primjene etera celuloze u industriji papira, predlaže neke nove varijante celuloznih etera s perspektivama razvoja i razmatra njihovu primjenu i trend razvoja u proizvodnji papira.

Ključne riječi:celulozni eter; performanse; industrija papira

Celuloza je prirodno polimerno jedinjenje, čija hemijska struktura je polisaharidna makromolekula sa bezvodnimβ-glukoza kao bazni prsten, a svaki bazni prsten ima primarnu hidroksilnu grupu i sekundarnu hidroksilnu grupu. Njegovom hemijskom modifikacijom može se dobiti niz derivata celuloze. Metoda pripreme celuloznog etera je reakcija celuloze sa NaOH, zatim izvođenje reakcije eterifikacije sa različitim funkcionalnim reaktantima kao što su metil hlorid, etilen oksid, propilen oksid, itd., a zatim ispiranje soli nusproizvoda i nešto natrijuma celuloze da se dobije proizvod. Eter celuloze je jedan od važnih derivata celuloze, koji se može široko koristiti u medicini i higijeni, svakodnevnoj hemijskoj industriji, proizvodnji papira, prehrambenoj, medicinskoj, građevinskoj, materijalnoj i drugim industrijama. Poslednjih godina strani zemlje pridaju veliki značaj njegovom istraživanju, a postignuta su mnoga dostignuća u primenjenim osnovnim istraživanjima, primenjenim praktičnim efektima i pripremi. Posljednjih godina, neki ljudi u Kini su se postepeno počeli uključivati ​​u istraživanje ovog aspekta, te su u početku postigli određene rezultate u proizvodnoj praksi. Stoga razvoj i korištenje celuloznog etera igra vrlo važnu ulogu u sveobuhvatnom korištenju obnovljivih bioloških resursa i poboljšanju kvaliteta i performansi papira. To je nova vrsta aditiva za proizvodnju papira vrijedna razvoja.

1. Klasifikacija i metode pripreme celuloznih etera

Klasifikacija etera celuloze općenito je podijeljena u 4 kategorije prema ionnosti.

1.1 Nejonski eter celuloze

Nejonski celulozni eter je uglavnom celulozni alkil eter, a metoda njegove pripreme je reakcija celuloze sa NaOH, a zatim izvođenje reakcije eterifikacije sa različitim funkcionalnim monomerima kao što su monohlorometan, etilen oksid, propilen oksid itd., a zatim dobijeni ispiranjem nusproizvodna sol i natrijeva celuloza, uglavnom uključujući metil celulozni eter, metil hidroksietil celulozni eter, metil hidroksipropil celulozni eter, hidroksietil celulozni eter, cijanoetil celulozni eter i hidroksibutil celulozni eter, su u širokoj upotrebi.

1.2 Anjonski etar celuloze

Anionski eteri celuloze su uglavnom natrijum karboksimetil celuloza i natrijum karboksimetil hidroksietil celuloza. Metoda pripreme je reakcija celuloze sa NaOH, a zatim eter sa hloroctenom kiselinom, etilen oksidom i propilen oksidom. Hemijskom reakcijom, a zatim se dobiva ispiranjem nusproizvoda soli i natrijeve celuloze.

1.3 Kationski etar celuloze

Kationski celulozni eteri uglavnom uključuju 3-hloro-2-hidroksipropiltrimetilamonijum hlorid celulozni eter, koji se priprema reakcijom celuloze sa NaOH, a zatim reakcijom sa kationskim agensom za eterifikaciju 3-kloro-2-hidroksipropil trimetil amonijum hloridom i reakcijom hloroksida etilen etera sa etilen eteroksidom a zatim se dobija ispiranjem soli nusproizvoda i natrijum celuloze.

1.4 Cviterionski eter celuloze

Molekularni lanac cwitterionskog etera celuloze ima i anionske i kationske grupe. Metoda njegove pripreme je reakcija celuloze sa NaOH, a zatim reakcija sa monohlorosirćetnom kiselinom i agensom za kationsku eterifikaciju 3-kloro-2-hidroksipropil trimetilamonijum hlorid se eterifikuje, a zatim se dobija ispiranjem soli nusproizvoda i natrijum celuloze.

2. Performanse i karakteristike celuloznog etra

2.1 Formiranje filma i prianjanje

Eterifikacija celuloznog etera ima veliki uticaj na njegove karakteristike i svojstva, kao što su rastvorljivost, sposobnost stvaranja filma, čvrstoća veze i otpornost na soli. Eter celuloze ima visoku mehaničku čvrstoću, fleksibilnost, otpornost na toplinu i hladnoću, te ima dobru kompatibilnost s raznim smolama i plastifikatorima, te se može koristiti za izradu plastike, filmova, lakova, ljepila, lateksa i materijala za oblaganje lijekova itd.

2.2 Rastvorljivost

Eter celuloze ima dobru rastvorljivost u vodi zbog postojanja polihidroksilnih grupa i ima različitu selektivnost rastvarača za organske rastvarače prema različitim supstituentima. Metilceluloza je rastvorljiva u hladnoj vodi, nerastvorljiva u vrućoj vodi, a takođe je rastvorljiva u nekim rastvaračima; metil hidroksietil celuloza je rastvorljiva u hladnoj vodi, nerastvorljiva u toploj vodi i organskim rastvaračima. Međutim, kada se zagrije vodena otopina metilceluloze i metilhidroksietilceluloze, metilceluloza i metilhidroksietilceluloza će se taložiti. Metil celuloza se istaloži na 45-60°C°C, dok se temperatura precipitacije miješane eterifikovane metil hidroksietil celuloze povećava na 65-80°C. Kada se temperatura spusti, talog se ponovo otapa. Hidroksietilceluloza i natrijum karboksimetilceluloza su rastvorljive u vodi na bilo kojoj temperaturi i nerastvorljive u organskim rastvaračima (s nekoliko izuzetaka). Koristeći ovo svojstvo, mogu se pripremiti različiti repelenti ulja i topljivi filmski materijali.

2.3 Zgušnjavanje

Eter celuloze se rastvara u vodi u obliku koloida, njegov viskozitet zavisi od stepena polimerizacije celuloznog etra, a rastvor sadrži hidratizovane makromolekule. Zbog isprepletenosti makromolekula, ponašanje tečenja rastvora se razlikuje od ponašanja Njutnovskih fluida, ali pokazuje ponašanje koje se menja sa smičnom silom. Zbog makromolekularne strukture celuloznog etera, viskoznost otopine brzo raste s povećanjem koncentracije i brzo opada s porastom temperature. Prema svojim karakteristikama, eteri celuloze kao što su karboksimetil celuloza i hidroksietil celuloza mogu se koristiti kao zgušnjivači za dnevne hemikalije, sredstva za zadržavanje vode za papirne premaze i zgušnjivači za arhitektonske premaze.

2.4 Razgradivost

Kada se celulozni eter otopi u vodenoj fazi, bakterije će rasti, a rast bakterija će dovesti do proizvodnje enzima bakterija. Enzim razbija veze nesupstituisane anhidroglukozne jedinice pored celuloznog etera, smanjujući relativnu molekulsku težinu polimera. Stoga, ako se vodena otopina celuloznog etera treba čuvati duže vrijeme, u nju se moraju dodati konzervansi, te poduzeti određene antiseptičke mjere čak i za celulozne etere s antibakterijskim svojstvima.

3. Primena celuloznog etra u industriji papira

3.1 Sredstvo za jačanje papira

Na primjer, CMC se može koristiti kao disperzant vlakana i sredstvo za jačanje papira, koje se može dodati u pulpu. Budući da natrijum karboksimetil celuloza ima isti naboj kao pulpa i čestice punila, može povećati ravnomjernost vlakana. Efekat vezivanja između vlakana može se poboljšati, a fizički pokazatelji kao što su vlačna čvrstoća, čvrstoća na pucanje i ravnost papira mogu se poboljšati. Na primjer, Longzhu i drugi koriste 100% izbijeljenu sulfitnu drvnu pulpu, 20% talk, 1% raspršeno kolofonijsko ljepilo, podešavaju pH vrijednost na 4,5 pomoću aluminijum sulfata i koriste CMC većeg viskoziteta (viskozitet 800~1200MPA.S) Stepen zamjene je 0,6. Može se vidjeti da CMC može poboljšati čvrstoću papira na suho i također poboljšati njegov stepen dimenzioniranja.

3.2 Sredstvo za dimenzioniranje površine

Natrijum karboksimetil celuloza se može koristiti kao sredstvo za promenu veličine papira za poboljšanje površinske čvrstoće papira. Njegov učinak primjene može povećati površinsku čvrstoću za oko 10% u usporedbi sa trenutnom upotrebom polivinil alkohola i modificiranog sredstva za ljepljenje škroba, a doza se može smanjiti za oko 30%. To je vrlo obećavajuće sredstvo za površinsko dimenzioniranje za proizvodnju papira, a ovu seriju novih sorti treba aktivno razvijati. Kationski eter celuloze ima bolje performanse veličine površine od kationskog škroba. Ne samo da može poboljšati površinsku čvrstoću papira, već i poboljšati performanse upijanja tinte papira i povećati učinak bojenja. Takođe je obećavajuće sredstvo za dimenzionisanje površina. Mo Lihuan i drugi koristili su natrijum karboksimetil celulozu i oksidirani škrob za provođenje testova veličine površine na papiru i kartonu. Rezultati pokazuju da CMC ima idealan učinak veličine površine.

Natrijum metil karboksimetil celuloza ima određene performanse dimenzionisanja, a natrijum karboksimetil celuloza se može koristiti kao agens za dimenzionisanje pulpe. Pored sopstvenog stepena dimenzionisanja, kationski eter celuloze se takođe može koristiti kao filter za zadržavanje papira, poboljšava stopu zadržavanja finih vlakana i punila, a može se koristiti i kao sredstvo za jačanje papira.

3.3 Stabilizator emulzije

Eter celuloze se široko koristi u pripremi emulzija zbog svog dobrog efekta zgušnjavanja u vodenom rastvoru, koji može povećati viskozitet emulzionog disperzionog medija i sprečiti taloženje i stratifikaciju emulzije. Kao što su natrijum karboksimetil celuloza, hidroksietil celulozni eter, hidroksipropil celulozni eter, itd. mogu se koristiti kao stabilizatori i zaštitna sredstva za anjonsku dispergovanu kolofonijsku gumu, kationski eter celuloze, eter hidroksietil celuloze, hidroksipropil celulozni eter, eter hidroksipropil celuloze itd. etar, itd. mogu se koristiti i kao zaštitna sredstva za kationsku disperznu kolofonijsku gumu, AKD, ASA i druga sredstva za dimenzioniranje. Longzhu et al. koristila je 100% izbijeljenu sulfitnu drvnu pulpu, 20% talk, 1% dispergirano kolofonijsko ljepilo, podesila pH vrijednost na 4,5 pomoću aluminijum sulfata i koristila CMC većeg viskoziteta (viskozitet 800~12000MPA.S). Stepen zamjene je 0,6, a koristi se za unutrašnje dimenzioniranje. Iz rezultata se može vidjeti da je stepen dimenzioniranja kolofonijske gume koja sadrži CMC očigledno poboljšan, stabilnost emulzije kolofonija je dobra, a stopa zadržavanja gumenog materijala je također visoka.

3.4 Sredstvo za zadržavanje vode premaza

Koristi se za premazivanje i obradu papirnog premaznog veziva, cijanoetil celuloza, hidroksietil celuloza itd. može zamijeniti kazein i dio lateksa, tako da tiskarska boja lako prodire i ivice su jasne. Karboksimetil celuloza i hidroksietil karboksimetil celulozni eter mogu se koristiti kao pigmentni disperzant, zgušnjivač, sredstvo za zadržavanje vode i stabilizator. Na primjer, količina karboksimetil celuloze koja se koristi kao sredstvo za zadržavanje vode u pripremi premaza premazanog papira je 1-2%.

4. Trend razvoja celuloznog etra koji se koristi u papirnoj industriji

Upotreba hemijske modifikacije za dobijanje derivata celuloze sa posebnim funkcijama je efikasan način za traženje novih upotreba najvećeg svetskog prinosa prirodne organske materije - celuloze. Postoji mnogo vrsta derivata celuloze i široke funkcije, a eteri celuloze su primijenjeni u mnogim industrijama zbog svojih odličnih performansi. Kako bi se zadovoljile potrebe papirne industrije, u razvoju celuloznog etera treba obratiti pažnju na sljedeće trendove:

(1) Razviti različite specifikacije proizvoda celuloznih etera pogodnih za primjenu u industriji papira, kao što su serijski proizvodi sa različitim stupnjevima supstitucije, različitim viskozitetima i različitim relativnim molekularnim masama, za odabir u proizvodnji različitih vrsta papira.

(2) Treba povećati razvoj novih vrsta celuloznih etera, kao što su kationski eteri celuloze pogodni za zadržavanje papira i pomoćna sredstva za drenažu, agensi za dimenzioniranje površine i zwitterionski eteri celuloze koji se mogu koristiti kao pojačavajuća sredstva za zamjenu lateks cijanoetilne ćelije za oblaganje i slično kao vezivo.

(3) Ojačati istraživanja procesa pripreme celuloznog etra i njegove nove metode pripreme, posebno istraživanja smanjenja troškova i pojednostavljenja procesa.

(4) Ojačati istraživanja svojstava etera celuloze, posebno svojstava stvaranja filma, svojstava vezivanja i zgušnjavanja različitih celuloznih etera, te osnažiti teorijska istraživanja o primjeni etera celuloze u proizvodnji papira.