Éter celulózy v papírenském průmyslu

Tento článek představuje typy, způsoby přípravy, výkonnostní charakteristiky a aplikační stav etherů celulózy v papírenském průmyslu, předkládá některé nové varianty etherů celulózy s perspektivou vývoje a diskutuje jejich aplikaci a vývojový trend v papírenském průmyslu.

klíčová slova:ether celulózy; výkon; papírenský průmysl

Celulóza je přírodní polymerní sloučenina, její chemická struktura je polysacharidová makromolekula s bezvodýmβ-glukóza jako základní kruh a každý základní kruh má primární hydroxylovou skupinu a sekundární hydroxylovou skupinu. Jeho chemickou modifikací lze získat řadu derivátů celulózy. Způsob přípravy etheru celulózy spočívá v tom, že se celulóza nechá reagovat s NaOH, poté se provede etherifikační reakce s různými funkčními reaktanty, jako je methylchlorid, ethylenoxid, propylenoxid atd., a poté se promyje sůl vedlejšího produktu a trocha sodné soli celulózy. produkt. Éter celulózy je jedním z důležitých derivátů celulózy, který může být široce používán v lékařství a hygieně, každodenním chemickém průmyslu, papírenském průmyslu, potravinářství, lékařství, stavebnictví, materiálech a dalších průmyslových odvětvích. Zahraničí přikládá v posledních letech jeho výzkumu velký význam a bylo dosaženo mnoha úspěchů v aplikovaném základním výzkumu, aplikovaných praktických účincích a přípravě. V posledních letech se někteří lidé v Číně postupně začali zapojovat do výzkumu tohoto aspektu a zpočátku dosahovali určitých výsledků ve výrobní praxi. Vývoj a využití éteru celulózy proto hraje velmi důležitou roli v komplexním využití obnovitelných biologických zdrojů a zlepšování kvality a výkonu papíru. Je to nový typ papírenských přísad, které stojí za to vyvinout.

1. Klasifikace a způsoby přípravy etherů celulózy

Klasifikace etherů celulózy je obecně rozdělena do 4 kategorií podle ionizace.

1.1 Neiontový ether celulózy

Neiontový ether celulózy je hlavně alkylether celulózy a způsob jeho přípravy spočívá v reakci celulózy s NaOH a poté provedení etherifikační reakce s různými funkčními monomery, jako je monochlormethan, ethylenoxid, propylenoxid atd., a poté získané promytím sůl vedlejšího produktu a sodná sůl celulózy, zejména ether methyl celulózy, ether methyl hydroxyethyl celulózy, ether methyl hydroxypropyl celulózy, ether hydroxyethyl celulózy, ether kyanoethyl celulózy a ether hydroxybutyl celulózy, jsou široce používány.

1.2 Aniontový ether celulózy

Aniontové ethery celulózy jsou hlavně sodná sůl karboxymethylcelulózy a sodná sůl karboxymethylhydroxyethylcelulózy. Způsob přípravy spočívá v reakci celulózy s NaOH a poté provedení etheru s kyselinou chloroctovou, ethylenoxidem a propylenoxidem. Chemická reakce a poté se získá promytím soli vedlejšího produktu a sodné celulózy.

1.3 Kationtový ether celulózy

Kationtové ethery celulózy zahrnují hlavně ether celulózy 3-chlor-2-hydroxypropyltrimethylamoniumchlorid, který se připravuje reakcí celulózy s NaOH a následnou reakcí s kationtovým etherifikačním činidlem 3-chlor-2-hydroxypropyl Trimethylamoniumchloridem nebo etherifikační reakcí s ethylenoxidem a propylenoxidem, a pak se získá promytím soli vedlejšího produktu a sodné celulózy.

1.4 Zwitteriontový ether celulózy

Molekulární řetězec zwitteriontového etheru celulózy má jak aniontové skupiny, tak kationtové skupiny. Způsob jeho přípravy spočívá v reakci celulózy s NaOH a poté v reakci s kyselinou monochloroctovou a kationtovým etherifikačním činidlem 3-chlor-2-hydroxypropyltrimethylamoniumchlorid se etherifikuje a poté se získá promytím soli vedlejšího produktu a sodné soli celulózy.

2. Výkon a vlastnosti éteru celulózy

2.1 Tvorba filmu a adheze

Etherifikace éteru celulózy má velký vliv na jeho vlastnosti a vlastnosti, jako je rozpustnost, filmotvorná schopnost, pevnost vazby a odolnost vůči solím. Éter celulózy má vysokou mechanickou pevnost, pružnost, tepelnou odolnost a odolnost proti chladu a má dobrou kompatibilitu s různými pryskyřicemi a změkčovadly a lze jej použít k výrobě plastů, filmů, laků, lepidel, latexových a léčivých nátěrových materiálů atd.

2.2 Rozpustnost

Ether celulózy má dobrou rozpustnost ve vodě díky existenci polyhydroxylových skupin a má různou selektivitu rozpouštědla pro organická rozpouštědla podle různých substituentů. Methylcelulóza je rozpustná ve studené vodě, nerozpustná v horké vodě a také rozpustná v některých rozpouštědlech; methylhydroxyethylcelulóza je rozpustná ve studené vodě, nerozpustná v horké vodě a organických rozpouštědlech. Když se však vodný roztok methylcelulózy a methylhydroxyethylcelulózy zahřeje, methylcelulóza a methylhydroxyethylcelulóza se vysrážejí. Methylcelulóza se vysráží při 45-60 °C°Teplota srážení směsné etherifikované methylhydroxyethylcelulózy se zvýší na 65-80 °C°C. Když se teplota sníží, sraženina se znovu rozpustí. Hydroxyethylcelulóza a sodná sůl karboxymethylcelulózy jsou rozpustné ve vodě při jakékoli teplotě a nerozpustné v organických rozpouštědlech (až na několik výjimek). S využitím této vlastnosti lze připravit různé olejové repelenty a rozpustné filmové materiály.

2.3 Zahušťování

Éter celulózy je rozpuštěn ve vodě ve formě koloidu, jeho viskozita závisí na stupni polymerace éteru celulózy a roztok obsahuje hydratované makromolekuly. V důsledku propletení makromolekul se chování toku roztoků liší od chování newtonovských tekutin, ale vykazuje chování, které se mění se smykovou silou. Vzhledem k makromolekulární struktuře etheru celulózy viskozita roztoku rychle roste se zvyšováním koncentrace a rychle klesá se zvyšováním teploty. Podle svých vlastností mohou být ethery celulózy, jako je karboxymethylcelulóza a hydroxyethylcelulóza, použity jako zahušťovadla pro každodenní chemikálie, činidla zadržující vodu pro nátěry papíru a zahušťovadla pro nátěry architektury.

2.4 Rozložitelnost

Když se éter celulózy rozpustí ve vodné fázi, bakterie porostou a růst bakterií povede k produkci enzymatických bakterií. Enzym rozbíjí nesubstituované vazby anhydroglukózové jednotky sousedící s etherem celulózy, čímž se snižuje relativní molekulová hmotnost polymeru. Pokud má být tedy vodný roztok éteru celulózy skladován po dlouhou dobu, je nutné do něj přidat konzervační látky a určitá antiseptická opatření je třeba přijmout i pro étery celulózy s antibakteriálními vlastnostmi.

3. Aplikace éteru celulózy v papírenském průmyslu

3.1 Prostředek zpevňující papír

Například CMC lze použít jako dispergátor vláken a zpevňovací činidlo papíru, které lze přidat do buničiny. Protože sodná sůl karboxymethylcelulózy má stejný náboj jako buničina a částice plniva, může zvýšit rovnoměrnost vlákna. Spojovací účinek mezi vlákny lze zlepšit a lze zlepšit fyzikální ukazatele, jako je pevnost v tahu, pevnost v roztržení a rovnoměrnost papíru. Například Longzhu a další používají 100% bělenou sulfitovou buničinu, 20% mastek, 1% disperzní kalafunové lepidlo, upravují hodnotu pH na 4,5 pomocí síranu hlinitého a používají CMC s vyšší viskozitou (viskozita 800~1200MPA.S) Stupeň substituce je 0,6. Je vidět, že CMC může zlepšit pevnost papíru za sucha a také zlepšit jeho klížení.

3.2 Povrchové klížidlo

Sodná sůl karboxymethylcelulózy může být použita jako činidlo pro povrchové klížení papíru pro zlepšení povrchové pevnosti papíru. Jeho aplikační účinek může zvýšit povrchovou pevnost asi o 10 % ve srovnání se současným použitím polyvinylalkoholu a modifikovaného škrobového klížidla a dávkování lze snížit asi o 30 %. Je to velmi slibné činidlo pro povrchové klížení pro výrobu papíru a tato řada nových odrůd by se měla aktivně rozvíjet. Kationtový ether celulózy má lepší povrchové klížení než kationtový škrob. Může nejen zlepšit povrchovou pevnost papíru, ale také zlepšit schopnost papíru absorbovat inkoust a zvýšit účinek barvení. Je také slibným prostředkem pro klížení povrchů. Mo Lihuan a další používali sodnou sůl karboxymethylcelulózy a oxidovaný škrob k provádění testů povrchového klížení papíru a lepenky. Výsledky ukazují, že CMC má ideální efekt klížení povrchu.

Sodná sůl methylkarboxymethylcelulózy má určitý klížící výkon a sodná sůl karboxymethylcelulózy může být použita jako klížidlo buničiny. Kromě vlastního stupně klížení může být kationtový ether celulózy také použit jako retenční pomocný filtr při výrobě papíru, zlepšuje retenci jemných vláken a plniv a může být také použit jako činidlo zpevňující papír.

3.3 Stabilizátor emulze

Celulózový ether je široce používán při přípravě emulzí kvůli jeho dobrému zahušťovacímu účinku ve vodném roztoku, který může zvýšit viskozitu emulzního disperzního média a zabránit vysrážení a stratifikaci emulze. Jako stabilizátory a ochranné prostředky pro aniontovou dispergovanou pryskyřičnou gumu, kationtový éter celulózy, éter hydroxyethylcelulózy, éter hydroxypropylcelulózy atd. lze použít jako stabilizátory a ochranné prostředky například sodnou sůl karboxymethylcelulózy, éter hydroxyethylcelulózy, éter hydroxypropylcelulózy atd. Základní éter celulózy, methylcelulóza ether atd. lze také použít jako ochranná činidla pro kationtovou disperzní pryskyřičnou gumu, AKD, ASA a další klížidla. Longzhu a kol. použil 100% bělenou sulfitovou dřevní buničinu, 20% mastek, 1% disperzní kalafunové lepidlo, upravil hodnotu pH na 4,5 pomocí síranu hlinitého a použil CMC s vyšší viskozitou (viskozita 800~12000MPA.S). Stupeň substituce je 0,6 a používá se pro vnitřní dimenzování. Z výsledků je vidět, že stupeň klížení kalafunové pryže obsahující CMC je zjevně zlepšen a stabilita kalafunové emulze je dobrá a míra retence kaučukového materiálu je také vysoká.

3.4 Nátěrový prostředek zadržující vodu

Používá se k natírání a zpracování papírového nátěrového pojiva, kyanoethylcelulóza, hydroxyethylcelulóza atd. může nahradit kasein a část latexu, takže tiskařská barva může snadno pronikat a okraje jsou čisté. Karboxymethylcelulóza a ether hydroxyethylkarboxymethylcelulózy mohou být použity jako dispergační činidlo pigmentu, zahušťovadlo, činidlo zadržující vodu a stabilizátor. Například množství karboxymethylcelulózy použité jako činidlo zadržující vodu při přípravě potahů potahovaného papíru je 1 až 2 %.

4. Vývojový trend éteru celulózy používaného v papírenském průmyslu

Použití chemické modifikace k získání derivátů celulózy se speciálními funkcemi je efektivní cestou k hledání nových využití největšího světového výtěžku přírodní organické hmoty – celulózy. Existuje mnoho druhů derivátů celulózy a široké funkce a ethery celulózy byly použity v mnoha průmyslových odvětvích díky jejich vynikajícímu výkonu. Aby byly uspokojeny potřeby papírenského průmyslu, vývoj éteru celulózy by měl věnovat pozornost následujícím trendům:

(1) Vyvinout produkty různých specifikací etherů celulózy vhodné pro aplikace v papírenském průmyslu, jako jsou sériové produkty s různým stupněm substituce, různými viskozitami a různými relativními molekulovými hmotnostmi, pro výběr při výrobě různých druhů papíru.

(2) Měl by být posílen vývoj nových druhů etherů celulózy, jako jsou kationtové ethery celulózy vhodné pro retenční a drenážní prostředky při výrobě papíru, povrchová klížidla a ethery celulózy s obojetnými ionty, které lze použít jako ztužující činidla nahrazující potahovací latex ether kyanoethylcelulózy a podobně jako pojivo.

(3) Posílit výzkum procesu přípravy éteru celulózy a jeho nové metody přípravy, zejména výzkum snižování nákladů a zjednodušení procesu.

(4) Posílit výzkum vlastností éterů celulózy, zejména filmotvorných, pojivových a zahušťovacích vlastností různých éterů celulózy, a posílit teoretický výzkum aplikace éterů celulózy při výrobě papíru.