Celluloseether in der Papierindustrie

In diesem Artikel werden die Arten, Herstellungsmethoden, Leistungsmerkmale und der Anwendungsstatus von Celluloseethern in der Papierherstellungsindustrie vorgestellt, einige neue Sorten von Celluloseethern mit Entwicklungsperspektiven vorgestellt und ihre Anwendung und Entwicklungstrends in der Papierherstellung erörtert.

Schlüsselwörter:Celluloseether; Leistung; Papierindustrie

Cellulose ist eine natürliche Polymerverbindung, ihre chemische Struktur ist ein wasserfreies Polysaccharid-Makromolekülβ-Glucose als Basisring, und jeder Basisring hat eine primäre Hydroxylgruppe und eine sekundäre Hydroxylgruppe. Durch seine chemische Modifikation kann eine Reihe von Cellulosederivaten gewonnen werden. Die Herstellungsmethode von Celluloseether besteht darin, Cellulose mit NaOH umzusetzen, dann eine Veretherungsreaktion mit verschiedenen funktionellen Reaktanten wie Methylchlorid, Ethylenoxid, Propylenoxid usw. durchzuführen und dann das Nebenproduktsalz und etwas Cellulosenatrium zu waschen, um es zu erhalten das Produkt. Celluloseether ist eines der wichtigen Derivate der Cellulose, das in der Medizin und Hygiene, in der täglichen chemischen Industrie, in der Papierherstellung, in der Lebensmittel-, Medizin-, Bau-, Material- und anderen Industriezweigen weit verbreitet ist. In den letzten Jahren hat das Ausland großen Wert auf seine Forschung gelegt und es wurden viele Erfolge in der angewandten Grundlagenforschung, der angewandten praktischen Wirkung und der Vorbereitung erzielt. In den letzten Jahren haben einige Menschen in China nach und nach damit begonnen, sich mit der Erforschung dieses Aspekts zu befassen und zunächst einige Ergebnisse in der Produktionspraxis zu erzielen. Daher spielt die Entwicklung und Nutzung von Celluloseether eine sehr wichtige Rolle bei der umfassenden Nutzung erneuerbarer biologischer Ressourcen und der Verbesserung der Papierqualität und -leistung. Es handelt sich um eine neue Art von Zusatzstoffen für die Papierherstellung, die es wert ist, entwickelt zu werden.

1. Klassifizierungs- und Herstellungsmethoden von Celluloseethern

Die Klassifizierung von Celluloseethern wird im Allgemeinen nach ihrer Ionizität in 4 Kategorien unterteilt.

1.1 Nichtionischer Celluloseether

Nichtionischer Celluloseether ist hauptsächlich Cellulosealkylether. Seine Herstellungsmethode besteht darin, Cellulose mit NaOH zu reagieren und dann eine Veretherungsreaktion mit verschiedenen funktionellen Monomeren wie Monochlormethan, Ethylenoxid, Propylenoxid usw. durchzuführen und dann durch Waschen zu erhalten Das Nebenprodukt Salz und Cellulosenatrium, hauptsächlich einschließlich Methylcelluloseether, Methylhydroxyethylcelluloseether, Methylhydroxypropylcelluloseether, Hydroxyethylcelluloseether, Cyanoethylcelluloseether und Hydroxybutylcelluloseether, werden häufig verwendet.

1.2 Anionischer Celluloseether

Anionische Celluloseether sind hauptsächlich Natriumcarboxymethylcellulose und Natriumcarboxymethylhydroxyethylcellulose. Die Herstellungsmethode besteht darin, Cellulose mit NaOH zu reagieren und dann Ether mit Chloressigsäure, Ethylenoxid und Propylenoxid durchzuführen. Chemische Reaktion und dann durch Waschen das Nebenprodukt Salz und Natriumcellulose erhalten.

1.3 Kationischer Celluloseether

Kationisch Celluloseether umfassen hauptsächlich 3-Chlor-2-hydroxypropyltrimethylammoniumchlorid-Celluloseether, der durch Reaktion von Cellulose mit NaOH und anschließende Reaktion mit dem kationischen Veretherungsmittel 3-Chlor-2-hydroxypropyltrimethylammoniumchlorid oder durch Veretherungsreaktion mit Ethylenoxid und Propylenoxid hergestellt wird. und dann durch Waschen des Nebenprodukts Salz und Natriumcellulose gewonnen.

1.4 Zwitterionischer Celluloseether

Die Molekülkette des zwitterionischen Celluloseethers weist sowohl anionische als auch kationische Gruppen auf. Seine Herstellungsmethode besteht darin, Cellulose mit NaOH zu reagieren und dann mit Monochloressigsäure und kationischem Veretherungsmittel zu reagieren. 3-Chlor-2-hydroxypropyltrimethylammoniumchlorid wird verethert und dann durch Waschen des Nebenproduktsalzes und der Natriumcellulose gewonnen.

2. Leistung und Eigenschaften von Celluloseether

2.1 Filmbildung und Haftung

Die Veretherung von Celluloseether hat großen Einfluss auf dessen Eigenschaften und Eigenschaften, wie Löslichkeit, Filmbildungsfähigkeit, Bindungsfestigkeit und Salzbeständigkeit. Celluloseether weist eine hohe mechanische Festigkeit, Flexibilität, Wärmebeständigkeit und Kältebeständigkeit auf, ist gut mit verschiedenen Harzen und Weichmachern verträglich und kann zur Herstellung von Kunststoffen, Filmen, Lacken, Klebstoffen, Latex- und Arzneimittelbeschichtungsmaterialien usw. verwendet werden.

2.2 Löslichkeit

Celluloseether weist aufgrund der Existenz von Polyhydroxylgruppen eine gute Wasserlöslichkeit auf und weist je nach Substituenten eine unterschiedliche Lösungsmittelselektivität für organische Lösungsmittel auf. Methylcellulose ist in kaltem Wasser löslich, in heißem Wasser unlöslich und auch in einigen Lösungsmitteln löslich; Methylhydroxyethylcellulose ist in kaltem Wasser löslich, in heißem Wasser und organischen Lösungsmitteln unlöslich. Wenn jedoch die wässrige Lösung von Methylcellulose und Methylhydroxyethylcellulose erhitzt wird, fallen Methylcellulose und Methylhydroxyethylcellulose aus. Methylcellulose wird bei 45–60°C ausgefällt°C, während die Fällungstemperatur der gemischt veretherten Methylhydroxyethylcellulose auf 65–80 erhöht wird°Bei sinkender Temperatur löst sich der Niederschlag wieder auf. Hydroxyethylcellulose und Natriumcarboxymethylcellulose sind bei jeder Temperatur in Wasser löslich und in organischen Lösungsmitteln (mit wenigen Ausnahmen) unlöslich. Unter Ausnutzung dieser Eigenschaft können verschiedene ölabweisende Mittel und lösliche Filmmaterialien hergestellt werden.

2.3 Verdickung

Celluloseether wird in Form eines Kolloids in Wasser gelöst, seine Viskosität hängt vom Polymerisationsgrad des Celluloseethers ab und die Lösung enthält hydratisierte Makromoleküle. Aufgrund der Verschränkung von Makromolekülen unterscheidet sich das Fließverhalten von Lösungen von dem von Newtonschen Flüssigkeiten, zeigt jedoch ein sich mit der Scherkraft änderndes Verhalten. Aufgrund der makromolekularen Struktur von Celluloseether steigt die Viskosität der Lösung mit steigender Konzentration schnell an und nimmt mit steigender Temperatur schnell ab. Aufgrund ihrer Eigenschaften können Celluloseether wie Carboxymethylcellulose und Hydroxyethylcellulose als Verdickungsmittel für Alltagschemikalien, Wasserrückhaltemittel für Papierbeschichtungen und Verdickungsmittel für Architekturbeschichtungen verwendet werden.

2.4 Abbaubarkeit

Wenn Celluloseether in der Wasserphase gelöst wird, wachsen Bakterien, und das Bakterienwachstum führt zur Produktion von Enzymbakterien. Das Enzym bricht die Bindungen der unsubstituierten Anhydroglucose-Einheiten neben dem Celluloseether auf und verringert so das relative Molekulargewicht des Polymers. Wenn die wässrige Celluloseetherlösung daher über einen längeren Zeitraum gelagert werden soll, müssen ihr Konservierungsmittel zugesetzt werden, und auch bei Celluloseethern mit antibakteriellen Eigenschaften sollten bestimmte antiseptische Maßnahmen ergriffen werden.

3. Anwendung von Celluloseether in der Papierindustrie

3.1 Papierverstärkungsmittel

Beispielsweise kann CMC als Faserdispergiermittel und Papierverfestigungsmittel verwendet werden, das dem Zellstoff zugesetzt werden kann. Da Natriumcarboxymethylcellulose die gleiche Ladung wie die Zellstoff- und Füllstoffpartikel aufweist, kann sie die Gleichmäßigkeit der Faser erhöhen. Der Bindungseffekt zwischen Fasern kann verbessert werden und physikalische Indikatoren wie Zugfestigkeit, Berstfestigkeit und Papierebenheit des Papiers können verbessert werden. Longzhu und andere verwenden beispielsweise 100 % gebleichten Sulfitzellstoff, 20 % Talkumpuder, 1 % dispergierten Kolophoniumkleber, stellen den pH-Wert mit Aluminiumsulfat auf 4,5 ein und verwenden CMC mit höherer Viskosität (Viskosität 800–1200 MPA.S). Der Grad der Substitution beträgt 0,6. Es ist ersichtlich, dass CMC die Trockenfestigkeit von Papier verbessern und auch seinen Leimungsgrad verbessern kann.

3.2 Oberflächenleimungsmittel

Natriumcarboxymethylcellulose kann als Leimungsmittel für die Papieroberfläche verwendet werden, um die Oberflächenfestigkeit von Papier zu verbessern. Durch seinen Anwendungseffekt kann die Oberflächenfestigkeit im Vergleich zur derzeitigen Verwendung von Polyvinylalkohol und modifiziertem Stärkeleimungsmittel um etwa 10 % erhöht und die Dosierung um etwa 30 % reduziert werden. Es handelt sich um ein vielversprechendes Oberflächenleimungsmittel für die Papierherstellung, und diese Reihe neuer Sorten sollte aktiv weiterentwickelt werden. Kationischer Celluloseether hat eine bessere Oberflächenleimungsleistung als kationische Stärke. Es kann nicht nur die Oberflächenfestigkeit von Papier verbessern, sondern auch die Tintenabsorptionsleistung von Papier verbessern und den Färbeeffekt erhöhen. Es ist auch ein vielversprechendes Oberflächenleimungsmittel. Mo Lihuan und andere verwendeten Natriumcarboxymethylcellulose und oxidierte Stärke, um Oberflächenleimungstests auf Papier und Pappe durchzuführen. Die Ergebnisse zeigen, dass CMC eine ideale Oberflächenleimungswirkung hat.

Methylcarboxymethylcellulose-Natrium hat eine bestimmte Leimungsleistung, und Carboxymethylcellulose-Natrium kann als Zellstoffleimungsmittel verwendet werden. Zusätzlich zu seinem eigenen Leimungsgrad kann kationischer Celluloseether auch als Filter zur Retentionshilfe bei der Papierherstellung verwendet werden, die Retentionsrate feiner Fasern und Füllstoffe verbessern und auch als Papierverstärkungsmittel verwendet werden.

3.3 Emulsionsstabilisator

Celluloseether wird aufgrund seiner guten Verdickungswirkung in wässriger Lösung häufig bei der Herstellung von Emulsionen verwendet, wodurch die Viskosität des Emulsionsdispersionsmediums erhöht und die Ausfällung und Schichtung der Emulsion verhindert werden kann. Wie Natriumcarboxymethylcellulose, Hydroxyethylcelluloseether, Hydroxypropylcelluloseether usw. können als Stabilisatoren und Schutzmittel für anionisch dispergiertes Kolophoniumgummi, kationischer Celluloseether, Hydroxyethylcelluloseether, Hydroxypropylcelluloseether usw. verwendet werden. Basis-Celluloseether, Methylcellulose Ether usw. können auch als Schutzmittel für kationisches disperses Kolophoniumgummi, AKD, ASA und andere Leimungsmittel verwendet werden. Longzhu et al. verwendete 100 % gebleichten Sulfitholzzellstoff, 20 % Talkumpuder, 1 % dispergierten Kolophoniumkleber, stellte den pH-Wert mit Aluminiumsulfat auf 4,5 ein und verwendete CMC mit höherer Viskosität (Viskosität 800–12000 MPA.S). Der Substitutionsgrad beträgt 0,6 und wird zur internen Dimensionierung verwendet. Aus den Ergebnissen ist ersichtlich, dass der Leimungsgrad des CMC enthaltenden Kolophoniumkautschuks offensichtlich verbessert ist, die Stabilität der Kolophoniumemulsion gut ist und die Retentionsrate des Kautschukmaterials ebenfalls hoch ist.

3.4 Beschichtungswasserrückhaltemittel

Es wird zum Beschichten und Verarbeiten von Papierbeschichtungsbindemitteln, Cyanoethylcellulose, Hydroxyethylcellulose usw. verwendet. Es kann Kasein und einen Teil des Latex ersetzen, sodass Druckfarbe leicht eindringen kann und die Kanten klar sind. Carboxymethylcellulose und Hydroxyethylcarboxymethylcelluloseether können als Pigmentdispergiermittel, Verdickungsmittel, Wasserretentionsmittel und Stabilisator verwendet werden. Beispielsweise beträgt die Menge an Carboxymethylcellulose, die als Wasserrückhaltemittel bei der Herstellung beschichteter Papierbeschichtungen verwendet wird, 1–2 %.

4. Entwicklungstrend des in der Papierindustrie verwendeten Celluloseethers

Der Einsatz chemischer Modifizierung zur Gewinnung von Cellulosederivaten mit besonderen Funktionen ist eine wirksame Möglichkeit, neue Verwendungsmöglichkeiten für die weltweit größte Ausbeute an natürlicher organischer Substanz – Cellulose – zu finden. Es gibt viele Arten von Cellulosederivaten und vielfältige Funktionen, und Celluloseether werden aufgrund ihrer hervorragenden Leistung in vielen Branchen eingesetzt. Um den Bedürfnissen der Papierindustrie gerecht zu werden, sollte bei der Entwicklung von Celluloseether die folgenden Trends berücksichtigt werden:

(1) Entwicklung verschiedener Spezifikationsprodukte von Celluloseethern, die für Anwendungen in der Papierindustrie geeignet sind, wie z. B. Serienprodukte mit unterschiedlichen Substitutionsgraden, unterschiedlichen Viskositäten und unterschiedlichen relativen Molekularmassen, zur Auswahl bei der Herstellung verschiedener Papiersorten.

(2) Die Entwicklung neuer Arten von Celluloseethern sollte verstärkt werden, wie z. B. kationische Celluloseether, die als Retentions- und Entwässerungshilfen bei der Papierherstellung geeignet sind, Oberflächenleimungsmittel und zwitterionische Celluloseether, die als Verstärkungsmittel zum Ersetzen von Beschichtungslatex-Cyanoethylcelluloseether verwendet werden können und dergleichen als Bindemittel.

(3) Stärkung der Forschung zum Herstellungsprozess von Celluloseether und seiner neuen Herstellungsmethode, insbesondere der Forschung zur Kostensenkung und Vereinfachung des Prozesses.

(4) Stärkung der Forschung zu den Eigenschaften von Celluloseethern, insbesondere der filmbildenden Eigenschaften, Bindungseigenschaften und Verdickungseigenschaften verschiedener Celluloseether, und Stärkung der theoretischen Forschung zur Anwendung von Celluloseethern bei der Papierherstellung.