Αιθέρας κυτταρίνης στη βιομηχανία χαρτιού

Αυτή η εργασία εισάγει τους τύπους, τις μεθόδους παρασκευής, τα χαρακτηριστικά απόδοσης και την κατάσταση εφαρμογής των αιθέρων κυτταρίνης στη βιομηχανία χαρτοποιίας, παρουσιάζει μερικές νέες ποικιλίες αιθέρων κυτταρίνης με προοπτικές ανάπτυξης και συζητά την εφαρμογή και την εξέλιξη τους στην παραγωγή χαρτιού.

Λέξεις κλειδιά:αιθέρας κυτταρίνης; εκτέλεση; βιομηχανία χαρτιού

Η κυτταρίνη είναι μια φυσική πολυμερής ένωση, η χημική της δομή είναι ένα μακρομόριο πολυσακχαρίτη με άνυδροβ-γλυκόζη ως δακτύλιος βάσης, και κάθε δακτύλιος βάσης έχει μια πρωτοταγή υδροξυλομάδα και μια δευτεροταγή ομάδα υδροξυλίου. Μέσω της χημικής του τροποποίησης, μπορεί να ληφθεί μια σειρά από παράγωγα κυτταρίνης. Η μέθοδος παρασκευής του αιθέρα κυτταρίνης είναι η αντίδραση κυτταρίνης με NaOH, στη συνέχεια η αντίδραση αιθεροποίησης με διάφορα λειτουργικά αντιδραστήρια όπως μεθυλοχλωρίδιο, αιθυλενοξείδιο, προπυλενοξείδιο κ.λπ. το προϊόν. Ο αιθέρας κυτταρίνης είναι ένα από τα σημαντικά παράγωγα της κυτταρίνης, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ευρέως στην ιατρική και την υγιεινή, την καθημερινή χημική βιομηχανία, την χαρτοποιία, τα τρόφιμα, τα φάρμακα, τις κατασκευές, τα υλικά και άλλες βιομηχανίες. Τα τελευταία χρόνια, οι ξένες χώρες έχουν αποδώσει μεγάλη σημασία στην έρευνά της και έχουν σημειωθεί πολλά επιτεύγματα στην εφαρμοσμένη βασική έρευνα, τα εφαρμοσμένα πρακτικά αποτελέσματα και την προετοιμασία. Τα τελευταία χρόνια, ορισμένοι άνθρωποι στην Κίνα άρχισαν σταδιακά να εμπλέκονται στην έρευνα αυτής της πτυχής και αρχικά πέτυχαν κάποια αποτελέσματα στην παραγωγική πρακτική. Ως εκ τούτου, η ανάπτυξη και η χρήση του αιθέρα κυτταρίνης παίζει πολύ σημαντικό ρόλο στην ολοκληρωμένη αξιοποίηση των ανανεώσιμων βιολογικών πόρων και στη βελτίωση της ποιότητας και της απόδοσης του χαρτιού. Είναι ένας νέος τύπος πρόσθετων χαρτοποιίας που αξίζει να αναπτυχθεί.

1. Μέθοδοι ταξινόμησης και παρασκευής αιθέρων κυτταρίνης

Η ταξινόμηση των αιθέρων κυτταρίνης χωρίζεται γενικά σε 4 κατηγορίες ανάλογα με την ιονικότητα.

1.1 Μη ιονικός αιθέρας κυτταρίνης

Ο μη ιονικός αιθέρας κυτταρίνης είναι κυρίως αλκυλαιθέρας κυτταρίνης και η μέθοδος παρασκευής του είναι η αντίδραση κυτταρίνης με NaOH και στη συνέχεια η αντίδραση αιθεροποίησης με διάφορα λειτουργικά μονομερή όπως μονοχλωρομεθάνιο, οξείδιο αιθυλενίου, οξείδιο προπυλενίου κ.λπ., και στη συνέχεια λαμβάνεται με πλύση Το παραπροϊόν άλας και η νατριούχος κυτταρίνη, που περιλαμβάνουν κυρίως αιθέρα μεθυλοκυτταρίνης, μεθυλ-υδροξυαιθυλοκυτταρινικό αιθέρα, μεθυλ-υδροξυπροπυλαιθέρα κυτταρίνης, αιθέρα υδροξυαιθυλο κυτταρίνης, αιθέρα κυανοαιθυλοκυτταρίνης και αιθέρα υδροξυβουτυλ κυτταρίνης χρησιμοποιούνται ευρέως.

1.2 Ανιονικός αιθέρας κυτταρίνης

Οι ανιονικοί αιθέρες κυτταρίνης είναι κυρίως νατριούχο καρβοξυμεθυλοκυτταρίνη και νατριούχο καρβοξυμεθυλο υδροξυαιθυλο κυτταρίνη. Η μέθοδος παρασκευής είναι η αντίδραση της κυτταρίνης με το NaOH και στη συνέχεια η διεξαγωγή αιθέρα με χλωροοξικό οξύ, αιθυλενοξείδιο και οξείδιο προπυλενίου. Χημική αντίδραση, και στη συνέχεια λαμβάνεται με πλύση του παραπροϊόντος άλατος και νατριούχου κυτταρίνης.

1.3 Κατιονικός αιθέρας κυτταρίνης

Κατιονικό Οι αιθέρες κυτταρίνης περιλαμβάνουν κυρίως 3-χλωρο-2-υδροξυπροπυλοτριμεθυλαμμώνιο χλωριούχο αιθέρα κυτταρίνης, ο οποίος παρασκευάζεται με αντίδραση κυτταρίνης με NaOH και στη συνέχεια με αντίδραση με κατιονικό αιθεροποιητικό παράγοντα 3-χλωρο-2-υδροξυπροπυλ τριμεθυλοξείδιο του αμμωνίου και χλωριούχο προπυλένιο, προπυλένιο ή αιθέρα και στη συνέχεια λαμβάνεται με πλύσιμο του παραπροϊόντος άλατος και νατριούχου κυτταρίνης.

1.4 Αιθέρας Ζβιτεριονικής Κυτταρίνης

Η μοριακή αλυσίδα του αιθέρα αμφιτεριονικής κυτταρίνης έχει τόσο ανιονικές όσο και κατιονικές ομάδες. Η μέθοδος παρασκευής του είναι να αντιδράσει κυτταρίνη με NaOH και στη συνέχεια να αντιδράσει με μονοχλωροξικό οξύ και κατιονικό παράγοντα αιθεροποίησης.

2. Απόδοση και χαρακτηριστικά αιθέρα κυτταρίνης

2.1 Σχηματισμός μεμβράνης και πρόσφυση

Η αιθεροποίηση του αιθέρα κυτταρίνης έχει μεγάλη επίδραση στα χαρακτηριστικά και τις ιδιότητές του, όπως η διαλυτότητα, η ικανότητα σχηματισμού φιλμ, η αντοχή του δεσμού και η αντίσταση στα άλατα. Ο αιθέρας κυτταρίνης έχει υψηλή μηχανική αντοχή, ευελιξία, αντοχή στη θερμότητα και στο κρύο και έχει καλή συμβατότητα με διάφορες ρητίνες και πλαστικοποιητές και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή πλαστικών, μεμβρανών, βερνικιών, κόλλων, υλικών επικάλυψης λατέξ και φαρμάκων κ.λπ.

2.2 Διαλυτότητα

Ο αιθέρας κυτταρίνης έχει καλή υδατοδιαλυτότητα λόγω της ύπαρξης πολυυδροξυλικών ομάδων και έχει διαφορετική εκλεκτικότητα διαλύτη για οργανικούς διαλύτες ανάλογα με διαφορετικούς υποκαταστάτες. Η μεθυλοκυτταρίνη είναι διαλυτή σε κρύο νερό, αδιάλυτη σε ζεστό νερό και επίσης διαλυτή σε ορισμένους διαλύτες. Η μεθυλ υδροξυαιθυλο κυτταρίνη είναι διαλυτή σε κρύο νερό, αδιάλυτη σε ζεστό νερό και οργανικούς διαλύτες. Ωστόσο, όταν το υδατικό διάλυμα μεθυλκυτταρίνης και μεθυλυδροξυαιθυλοκυτταρίνης θερμαίνεται, η μεθυλκυτταρίνη και η μεθυλυδροξυαιθυλοκυτταρίνη θα καταβυθιστούν. Η μεθυλοκυτταρίνη καταβυθίζεται στους 45-60°C°C, ενώ η θερμοκρασία καθίζησης της μικτής αιθεροποιημένης μεθυλυδροξυαιθυλοκυτταρίνης αυξάνεται στους 65-80°Γ. Όταν η θερμοκρασία πέσει, το ίζημα επαναδιαλύεται. Η υδροξυαιθυλοκυτταρίνη και το νάτριο καρβοξυμεθυλοκυτταρίνη είναι διαλυτά στο νερό σε οποιαδήποτε θερμοκρασία και αδιάλυτα σε οργανικούς διαλύτες (με λίγες εξαιρέσεις). Χρησιμοποιώντας αυτή την ιδιότητα, μπορούν να παρασκευαστούν διάφορα ελαιοαπωθητικά και διαλυτά υλικά φιλμ.

2.3 Πύκνωση

Ο αιθέρας της κυτταρίνης διαλύεται στο νερό με τη μορφή κολλοειδούς, το ιξώδες του εξαρτάται από τον βαθμό πολυμερισμού του αιθέρα κυτταρίνης και το διάλυμα περιέχει ενυδατωμένα μακρομόρια. Λόγω της εμπλοκής των μακρομορίων, η συμπεριφορά ροής των διαλυμάτων διαφέρει από αυτή των νευτώνειων ρευστών, αλλά παρουσιάζει συμπεριφορά που αλλάζει με τη δύναμη διάτμησης. Λόγω της μακρομοριακής δομής του αιθέρα κυτταρίνης, το ιξώδες του διαλύματος αυξάνεται γρήγορα με την αύξηση της συγκέντρωσης και μειώνεται γρήγορα με την αύξηση της θερμοκρασίας. Σύμφωνα με τα χαρακτηριστικά του, αιθέρες κυτταρίνης όπως η καρβοξυμεθυλοκυτταρίνη και η υδροξυαιθυλοκυτταρίνη μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως πυκνωτικά για καθημερινές χημικές ουσίες, παράγοντες συγκράτησης νερού για επικαλύψεις χαρτιού και πυκνωτικά για αρχιτεκτονικές επικαλύψεις.

2.4 Δυνατότητα αποικοδόμησης

Όταν ο αιθέρας κυτταρίνης διαλύεται στην υδατική φάση, τα βακτήρια θα αναπτυχθούν και η ανάπτυξη των βακτηρίων θα οδηγήσει στην παραγωγή ενζυμικών βακτηρίων. Το ένζυμο σπάει τους μη υποκατεστημένους δεσμούς μονάδας ανυδρογλυκόζης δίπλα στον αιθέρα κυτταρίνης, μειώνοντας το σχετικό μοριακό βάρος του πολυμερούς. Επομένως, εάν το υδατικό διάλυμα αιθέρα κυτταρίνης πρόκειται να αποθηκευτεί για μεγάλο χρονικό διάστημα, πρέπει να προστεθούν συντηρητικά σε αυτό και να ληφθούν ορισμένα αντισηπτικά μέτρα ακόμη και για αιθέρες κυτταρίνης με αντιβακτηριακές ιδιότητες.

3. Εφαρμογή αιθέρα κυτταρίνης στη βιομηχανία χαρτιού

3.1 Ενισχυτικό χαρτί

Για παράδειγμα, το CMC μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως μέσο διασποράς ινών και ως ενισχυτικό χαρτιού, το οποίο μπορεί να προστεθεί στον πολτό. Δεδομένου ότι η καρβοξυμεθυλοκυτταρίνη νατρίου έχει το ίδιο φορτίο με τον πολτό και τα σωματίδια πλήρωσης, μπορεί να αυξήσει την ομαλότητα της ίνας. Το αποτέλεσμα συγκόλλησης μεταξύ των ινών μπορεί να βελτιωθεί και μπορούν να βελτιωθούν φυσικοί δείκτες όπως η αντοχή σε εφελκυσμό, η αντοχή σε διάρρηξη και η ομοιομορφία του χαρτιού. Για παράδειγμα, ο Longzhu και άλλοι χρησιμοποιούν 100% λευκασμένο θειώδες πολτό ξύλου, 20% σκόνη ταλκ, 1% διασκορπισμένη κόλλα κολοφωνίου, προσαρμόζουν την τιμή pH στο 4,5 με θειικό αλουμίνιο και χρησιμοποιούν υψηλότερο ιξώδες CMC (ιξώδες 800~1200MPA.S βαθμός) της αντικατάστασης είναι 0,6. Μπορεί να φανεί ότι το CMC μπορεί να βελτιώσει την αντοχή του χαρτιού στο στεγνό και επίσης να βελτιώσει τον βαθμό μεγέθους του.

3.2 Μέγεθος επιφάνειας

Η καρβοξυμεθυλοκυτταρίνη νατρίου μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως παράγοντας κολλαρίσματος της επιφάνειας του χαρτιού για τη βελτίωση της επιφανειακής αντοχής του χαρτιού. Το αποτέλεσμα εφαρμογής του μπορεί να αυξήσει την επιφανειακή αντοχή κατά περίπου 10% σε σύγκριση με την τρέχουσα χρήση πολυβινυλικής αλκοόλης και τροποποιημένου παράγοντα κολλαρίσματος αμύλου και η δόση μπορεί να μειωθεί κατά περίπου 30%. Είναι ένας πολλά υποσχόμενος παράγοντας μεγεθών επιφανειών για την παραγωγή χαρτιού και αυτή η σειρά νέων ποικιλιών θα πρέπει να αναπτυχθεί ενεργά. Ο κατιονικός αιθέρας κυτταρίνης έχει καλύτερη απόδοση στο μέγεθος της επιφάνειας από το κατιονικό άμυλο. Μπορεί όχι μόνο να βελτιώσει την επιφανειακή αντοχή του χαρτιού, αλλά και να βελτιώσει την απόδοση απορρόφησης μελανιού του χαρτιού και να αυξήσει το αποτέλεσμα βαφής. Είναι επίσης ένας πολλά υποσχόμενος παράγοντας για το μέγεθος της επιφάνειας. Ο Mo Lihuan και άλλοι χρησιμοποίησαν νάτριο καρβοξυμεθυλοκυτταρίνη και οξειδωμένο άμυλο για να πραγματοποιήσουν δοκιμές μεγέθους επιφάνειας σε χαρτί και χαρτόνι. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι το CMC έχει ιδανικό αποτέλεσμα μεγέθους επιφάνειας.

Το νάτριο μεθυλοκαρβοξυμεθυλοκυτταρίνη έχει μια ορισμένη απόδοση κολλαρίσματος και το νάτριο καρβοξυμεθυλοκυτταρίνη μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως παράγοντας προσδιορισμού του μεγέθους του πολτού. Εκτός από τον δικό του βαθμό μεγέθους, ο κατιονικός αιθέρας κυτταρίνης μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως βοηθητικό φίλτρο συγκράτησης στην παραγωγή χαρτιού, να βελτιώσει τον ρυθμό συγκράτησης των λεπτών ινών και πληρωτικών και μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως ενισχυτικό χαρτιού.

3.3 Σταθεροποιητής γαλακτώματος

Ο αιθέρας κυτταρίνης χρησιμοποιείται ευρέως στην παρασκευή γαλακτώματος λόγω της καλής παχυντικής του δράσης σε υδατικό διάλυμα, το οποίο μπορεί να αυξήσει το ιξώδες του μέσου διασποράς γαλακτώματος και να αποτρέψει την καθίζηση και τη στρωματοποίηση του γαλακτώματος. Όπως καρβοξυμεθυλοκυτταρίνη νατρίου, αιθέρας υδροξυαιθυλοκυτταρίνης, αιθέρας υδροξυπροπυλοκυτταρίνης, κ.λπ. μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως σταθεροποιητές και προστατευτικοί παράγοντες για ανιονικό διασπαρμένο κόμμι κολοφωνίου, αιθέρας κατιονικής κυτταρίνης, αιθέρας υδροξυαιθυλοκυτταρίνης, αιθέρας υδροξυπροπυλική αιθέρα κυτταρίνης, μεθυλαιθέρα κυτταρίνης κ.λπ. αιθέρας, κ.λπ. μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν ως προστατευτικοί παράγοντες για κατιονικό κόμμι διασποράς κολοφωνίου, AKD, ASA και άλλους παράγοντες κολλαρίσματος. Longzhu et al. χρησιμοποίησε 100% λευκασμένο θειώδες πολτό ξύλου, 20% σκόνη ταλκ, 1% διασκορπισμένη κόλλα κολοφωνίου, ρύθμισε την τιμή pH στο 4,5 με θειικό αλουμίνιο και χρησιμοποίησε υψηλότερο ιξώδες CMC (ιξώδες 800~12000MPA.S). Ο βαθμός αντικατάστασης είναι 0,6 και χρησιμοποιείται για εσωτερικό μέγεθος. Μπορεί να φανεί από τα αποτελέσματα ότι ο βαθμός μεγέθους του καουτσούκ κολοφωνίου που περιέχει CMC είναι προφανώς βελτιωμένος και η σταθερότητα του γαλακτώματος κολοφωνίου είναι καλή και ο ρυθμός συγκράτησης του ελαστικού υλικού είναι επίσης υψηλός.

3.4 Επιχριστικό παράγοντα συγκράτησης νερού

Χρησιμοποιείται για την επίστρωση και την επεξεργασία συνδετικού επίστρωσης χαρτιού, η κυανοαιθυλοκυτταρίνη, η υδροξυαιθυλοκυτταρίνη κ.λπ. μπορεί να αντικαταστήσει την καζεΐνη και μέρος του λατέξ, έτσι ώστε το μελάνι εκτύπωσης να μπορεί να διεισδύσει εύκολα και οι άκρες να είναι καθαρές. Η καρβοξυμεθυλοκυτταρίνη και ο αιθέρας της υδροξυαιθυλο καρβοξυμεθυλοκυτταρίνης μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως διασκορπιστής χρωστικών, πυκνωτικό, παράγοντας κατακράτησης νερού και σταθεροποιητής. Για παράδειγμα, η ποσότητα καρβοξυμεθυλοκυτταρίνης που χρησιμοποιείται ως παράγοντας συγκράτησης νερού στην παρασκευή επικαλυμμένων επικαλύψεων χαρτιού είναι 1-2%.

4. Τάση ανάπτυξης του αιθέρα κυτταρίνης που χρησιμοποιείται στη βιομηχανία χαρτιού

Η χρήση χημικής τροποποίησης για τη λήψη παραγώγων κυτταρίνης με ειδικές λειτουργίες είναι ένας αποτελεσματικός τρόπος αναζήτησης νέων χρήσεων της μεγαλύτερης στον κόσμο απόδοσης φυσικής οργανικής ύλης-κυτταρίνης. Υπάρχουν πολλά είδη παραγώγων κυτταρίνης και ευρείες λειτουργίες, και οι αιθέρες κυτταρίνης έχουν εφαρμοστεί σε πολλές βιομηχανίες λόγω της εξαιρετικής τους απόδοσης. Προκειμένου να ικανοποιηθούν οι ανάγκες της βιομηχανίας χαρτιού, η ανάπτυξη αιθέρα κυτταρίνης θα πρέπει να δώσει προσοχή στις ακόλουθες τάσεις:

(1) Αναπτύξτε διάφορα προϊόντα προδιαγραφών αιθέρων κυτταρίνης κατάλληλα για εφαρμογές στη βιομηχανία χαρτιού, όπως προϊόντα σειράς με διαφορετικούς βαθμούς υποκατάστασης, διαφορετικά ιξώδη και διαφορετικές σχετικές μοριακές μάζες, για επιλογή στην παραγωγή διαφορετικών ποικιλιών χαρτιού.

(2) Η ανάπτυξη νέων ποικιλιών αιθέρων κυτταρίνης θα πρέπει να αυξηθεί, όπως οι αιθέρες κατιονικής κυτταρίνης που είναι κατάλληλοι για βοηθήματα συγκράτησης και αποστράγγισης χαρτοποιίας, παράγοντες κολλαρίσματος επιφανειών και αιθέρες αμφιτεριονικής κυτταρίνης που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως ενισχυτικοί παράγοντες για την αντικατάσταση της επικάλυψης λατέξ κυανοαιθυλοκυτταρίνης και τα παρόμοια ως συνδετικό.

(3) Ενίσχυση της έρευνας σχετικά με τη διαδικασία παρασκευής αιθέρα κυτταρίνης και τη νέα μέθοδο παρασκευής του, ιδιαίτερα την έρευνα για τη μείωση του κόστους και την απλοποίηση της διαδικασίας.

(4) Ενίσχυση της έρευνας σχετικά με τις ιδιότητες των αιθέρων κυτταρίνης, ιδίως τις ιδιότητες σχηματισμού φιλμ, τις ιδιότητες σύνδεσης και τις ιδιότητες πάχυνσης διαφόρων αιθέρων κυτταρίνης και ενίσχυση της θεωρητικής έρευνας σχετικά με την εφαρμογή αιθέρων κυτταρίνης στην παραγωγή χαρτιού.