Èter de cel·lulosa a la indústria paperera

Aquest article presenta els tipus, mètodes de preparació, característiques de rendiment i estat d'aplicació dels èters de cel·lulosa a la indústria paperera, presenta algunes noves varietats d'èters de cel·lulosa amb perspectives de desenvolupament i discuteix la seva aplicació i tendència de desenvolupament en la fabricació de paper.

Paraules clau:èter de cel·lulosa; rendiment; indústria paperera

La cel·lulosa és un compost de polímer natural, la seva estructura química és una macromolècula de polisacàrid amb anhidreβ-glucosa com a anell base, i cada anell base té un grup hidroxil primari i un grup hidroxil secundari. Mitjançant la seva modificació química es poden obtenir una sèrie de derivats de la cel·lulosa. El mètode de preparació de l'èter de cel·lulosa és reaccionar la cel·lulosa amb NaOH, després dur a terme la reacció d'eterificació amb diversos reactius funcionals com ara clorur de metil, òxid d'etilè, òxid de propilè, etc., i després rentar la sal del subproducte i una mica de sodi de cel·lulosa per obtenir el producte. L'èter de cel·lulosa és un dels derivats importants de la cel·lulosa, que es pot utilitzar àmpliament en medicina i higiene, indústria química diària, fabricació de paper, alimentació, medicina, construcció, materials i altres indústries. En els darrers anys, els països estrangers han donat una gran importància a la seva investigació i s'han aconseguit molts èxits en recerca bàsica aplicada, efectes pràctics aplicats i preparació. En els darrers anys, algunes persones a la Xina han començat a implicar-se gradualment en la investigació d'aquest aspecte, i inicialment han aconseguit alguns resultats en la pràctica de producció. Per tant, el desenvolupament i la utilització de l'èter de cel·lulosa té un paper molt important en la utilització integral dels recursos biològics renovables i la millora de la qualitat i el rendiment del paper. És un nou tipus d'additius per a la fabricació de paper que val la pena desenvolupar.

1. Classificació i mètodes de preparació dels èters de cel·lulosa

La classificació dels èters de cel·lulosa es divideix generalment en 4 categories segons la ionitat.

1.1 Èter de cel·lulosa no iònic

L'èter de cel·lulosa no iònic és principalment alquil èter de cel·lulosa, i el seu mètode de preparació consisteix a reaccionar la cel·lulosa amb NaOH i, a continuació, dur a terme una reacció d'eterificació amb diversos monòmers funcionals com ara monoclorometà, òxid d'etilè, òxid de propilè, etc., i després obtingut per rentat. La sal subproducte i la cel·lulosa sòdica, incloent principalment èter de metil cel·lulosa, èter de metil hidroxietil cel·lulosa, èter de metil hidroxipropil cel·lulosa, èter d'hidroxietil cel·lulosa, èter de cianoetil cel·lulosa i èter d'hidroxibutil cel·lulosa.

1.2 Èter aniònic de cel·lulosa

Els èters aniònics de cel·lulosa són principalment carboximetil cel·lulosa sòdica i carboximetil hidroxietil cel·lulosa sòdica. El mètode de preparació consisteix a reaccionar la cel·lulosa amb NaOH i després dur a terme èter amb àcid cloroacètic, òxid d'etilè i òxid de propilè. Reacció química, i després obtinguda mitjançant el rentat del subproducte sal i cel·lulosa sòdica.

1.3 Èter de cel·lulosa catiònic

Catiònic Els èters de cel·lulosa inclouen principalment èter de cel·lulosa de clorur de 3-cloro-2-hidroxipropiltrimetilamoni, que es prepara fent reaccionar cel·lulosa amb NaOH i després reaccionant amb un agent eterificant catiònic 3-cloro-2-hidroxipropil Clorur de trimetilamoni o reacció d'eterificació amb òxid d'etilè i òxid d'etilè i després s'obté rentant el subproducte sal i cel·lulosa sòdica.

1.4 Èter de cel·lulosa Zwitteriònic

La cadena molecular de l'èter de cel·lulosa zwitteriònic té tant grups aniònics com grups catiònics. El seu mètode de preparació consisteix a reaccionar la cel·lulosa amb NaOH i després reaccionar amb l'àcid monocloroacètic i l'agent d'eterificació catiònic El clorur de 3-cloro-2-hidroxipropil trimetilamoni s'eterifica, i després s'obté rentant la sal subproducte i la cel·lulosa sòdica.

2. Rendiment i característiques de l'èter de cel·lulosa

2.1 Formació i adhesió de pel·lícules

L'eterificació de l'èter de cel·lulosa té una gran influència en les seves característiques i propietats, com ara la solubilitat, la capacitat de formació de pel·lícules, la força d'enllaç i la resistència a la sal. L'èter de cel·lulosa té una alta resistència mecànica, flexibilitat, resistència a la calor i al fred, i té una bona compatibilitat amb diverses resines i plastificants, i es pot utilitzar per fabricar plàstics, pel·lícules, vernissos, adhesius, làtex i materials de recobriment de fàrmacs, etc.

2.2 Solubilitat

L'èter de cel·lulosa té una bona solubilitat en aigua a causa de l'existència de grups polihidroxil i té una selectivitat de dissolvent diferent per als dissolvents orgànics segons els diferents substituents. La metilcel·lulosa és soluble en aigua freda, insoluble en aigua calenta i també soluble en alguns dissolvents; La metil hidroxietil cel·lulosa és soluble en aigua freda, insoluble en aigua calenta i dissolvents orgànics. Tanmateix, quan la solució aquosa de metilcel·lulosa i metilhidroxietilcel·lulosa s'escalfa, la metilcel·lulosa i la metilhidroxietilcel·lulosa precipitaran. La metil cel·lulosa es precipita a 45-60ºC°C, mentre que la temperatura de precipitació de la metil hidroxietilcel·lulosa mixta eterificada augmenta a 65-80°C. Quan la temperatura baixa, el precipitat es torna a dissoldre. La hidroxietilcel·lulosa i la carboximetilcel·lulosa sòdica són solubles en aigua a qualsevol temperatura i insolubles en dissolvents orgànics (amb algunes excepcions). Utilitzant aquesta propietat, es poden preparar diversos repel·lents d'oli i materials de pel·lícula solubles.

2.3 Engrossiment

L'èter de cel·lulosa es dissol en aigua en forma de col·loide, la seva viscositat depèn del grau de polimerització de l'èter de cel·lulosa i la solució conté macromolècules hidratades. A causa de l'entrellat de macromolècules, el comportament del flux de les solucions difereix del dels fluids newtonians, però presenta un comportament que canvia amb la força de tall. A causa de l'estructura macromolecular de l'èter de cel·lulosa, la viscositat de la solució augmenta ràpidament amb l'augment de la concentració i disminueix ràpidament amb l'augment de la temperatura. Segons les seves característiques, els èters de cel·lulosa com la carboximetil cel·lulosa i la hidroxietil cel·lulosa es poden utilitzar com a espessidors per a productes químics diaris, agents de retenció d'aigua per a recobriments de paper i espessidors per a recobriments arquitectònics.

2.4 Degradabilitat

Quan l'èter de cel·lulosa es dissol a la fase aquosa, els bacteris creixeran i el creixement de bacteris donarà lloc a la producció de bacteris enzimàtics. L'enzim trenca els enllaços unitaris d'anhidroglucosa no substituïts adjacents a l'èter de cel·lulosa, reduint el pes molecular relatiu del polímer. Per tant, si la solució aquosa d'èter de cel·lulosa s'ha d'emmagatzemar durant molt de temps, cal afegir-hi conservants i s'han de prendre certes mesures antisèptiques fins i tot per als èters de cel·lulosa amb propietats antibacterianes.

3. Aplicació de l'èter de cel·lulosa a la indústria paperera

3.1 Agent de reforç del paper

Per exemple, el CMC es pot utilitzar com a dispersant de fibra i un agent de reforç del paper, que es pot afegir a la pasta. Com que la carboximetil cel·lulosa sòdica té la mateixa càrrega que la polpa i les partícules de farciment, pot augmentar la uniformitat de la fibra. Es pot millorar l'efecte d'unió entre les fibres i es poden millorar indicadors físics com la resistència a la tracció, la resistència a l'esclat i la uniformitat del paper del paper. Per exemple, Longzhu i altres utilitzen polpa de fusta de sulfit blanquejat al 100%, pols de talc al 20%, cola de resina dispersa a l'1%, ajusten el valor del pH a 4,5 amb sulfat d'alumini i utilitzen CMC de viscositat més alta (viscositat 800 ~ 1200MPA.S) El grau de substitució és 0,6. Es pot veure que CMC pot millorar la resistència en sec del paper i també millorar el seu grau de mida.

3.2 Agent de dimensionament superficial

La carboximetil cel·lulosa de sodi es pot utilitzar com a agent de dimensionament de la superfície del paper per millorar la resistència superficial del paper. El seu efecte d'aplicació pot augmentar la resistència de la superfície al voltant d'un 10% en comparació amb l'ús actual d'alcohol polivinílic i agent de mida de midó modificat, i la dosi es pot reduir al voltant d'un 30%. És un agent de mida superficial molt prometedor per a la fabricació de paper, i aquesta sèrie de noves varietats s'hauria de desenvolupar activament. L'èter de cel·lulosa catiònic té un millor rendiment de mida superficial que el midó catiònic. No només pot millorar la resistència superficial del paper, sinó que també pot millorar el rendiment d'absorció de tinta del paper i augmentar l'efecte de tenyit. També és un agent de dimensionament de superfícies prometedor. Mo Lihuan i altres van utilitzar carboximetil cel·lulosa sòdica i midó oxidat per dur a terme proves de mida superficial en paper i cartró. Els resultats mostren que CMC té un efecte de mida de superfície ideal.

La metil carboximetil cel·lulosa sòdica té un cert rendiment de dimensionament i la carboximetil cel·lulosa sòdica es pot utilitzar com a agent de dimensionament de polpa. A més del seu propi grau de mida, l'èter de cel·lulosa catiònic també es pot utilitzar com a filtre auxiliar de retenció de paper, millora la taxa de retenció de fibres fines i farcits i també es pot utilitzar com a agent de reforç del paper.

3.3 Estabilitzador d'emulsió

L'èter de cel·lulosa s'utilitza àmpliament en la preparació d'emulsions a causa del seu bon efecte espessidor en solució aquosa, que pot augmentar la viscositat del medi de dispersió d'emulsió i evitar la precipitació i l'estratificació de l'emulsió. Com a carboximetil cel·lulosa sòdica, hidroxietilcel·lulosa èter, hidroxipropilcel·lulosa èter, etc. es poden utilitzar com a estabilitzadors i agents protectors per a goma de colofonia dispersa aniònica, èter de cel·lulosa catiònic, hidroxietilcel·lulosa èter, hidroxipropilcel·lulosa èter, etc. Base de cel·lulosa èter, metilcel·lulosa. L'èter, etc. també es pot utilitzar com a agents protectors per a goma de colofonia dispersa catiònica, AKD, ASA i altres agents d'encolat. Longzhu et al. va utilitzar polpa de fusta de sulfit blanquejat al 100%, pols de talc al 20%, cola de resina dispersa a l'1%, va ajustar el valor de pH a 4,5 amb sulfat d'alumini i va utilitzar CMC de major viscositat (viscositat 800 ~ 12000MPA.S). El grau de substitució és de 0,6 i s'utilitza per a la mida interna. Es pot veure dels resultats que el grau de dimensionament de la goma de colofonia que conté CMC s'ha millorat, òbviament, i l'estabilitat de l'emulsió de colofonia és bona i la taxa de retenció del material de cautxú també és alta.

3.4 Agent de retenció d'aigua de recobriment

S'utilitza per revestir i processar l'aglutinant de recobriment de paper, la cianoetil cel·lulosa, la hidroxietilcel·lulosa, etc. poden substituir la caseïna i part del làtex, de manera que la tinta d'impressió pugui penetrar fàcilment i les vores siguin clares. La carboximetil cel·lulosa i l'èter hidroxietil carboximetil cel·lulosa es poden utilitzar com a dispersant de pigments, espessidor, agent de retenció d'aigua i estabilitzador. Per exemple, la quantitat de carboximetil cel·lulosa utilitzada com a agent de retenció d'aigua en la preparació de recobriments de paper recobert és de l'1-2%.

4. Tendència de desenvolupament de l'èter de cel·lulosa utilitzat a la indústria paperera

L'ús de la modificació química per obtenir derivats de la cel·lulosa amb funcions especials és una manera eficaç de buscar nous usos del major rendiment mundial de matèria orgànica natural: cel·lulosa. Hi ha molts tipus de derivats de cel·lulosa i funcions àmplies, i els èters de cel·lulosa s'han aplicat en moltes indústries a causa del seu excel·lent rendiment. Per tal de satisfer les necessitats de la indústria paperera, el desenvolupament de l'èter de cel·lulosa ha de prestar atenció a les tendències següents:

(1) Desenvolupar diversos productes d'especificació d'èters de cel·lulosa adequats per a aplicacions de la indústria paperera, com ara productes en sèrie amb diferents graus de substitució, diferents viscositats i diferents masses moleculars relatives, per a la selecció en la producció de diferents varietats de paper.

(2) S'hauria d'augmentar el desenvolupament de noves varietats d'èters de cel·lulosa, com els èters catiònics de cel·lulosa adequats per a la retenció i el drenatge de la fabricació de paper, els agents de col·locació de superfícies i els èters de cel·lulosa zwitteriònic que es poden utilitzar com a agents de reforç per substituir el làtex de recobriment Èter de cianoetil cel·lulosa i similars com a aglutinant.

(3) Reforçar la investigació sobre el procés de preparació de l'èter de cel·lulosa i el seu nou mètode de preparació, especialment la recerca sobre la reducció del cost i la simplificació del procés.

(4) Reforçar la investigació sobre les propietats dels èters de cel·lulosa, especialment les propietats de formació de pel·lícules, les propietats d'enllaç i les propietats espessidores de diversos èters de cel·lulosa, i reforçar la investigació teòrica sobre l'aplicació d'èters de cel·lulosa en la fabricació de paper.