Éter de celulosa en la industria del papel

Este artículo presenta los tipos, métodos de preparación, características de rendimiento y estado de aplicación de los éteres de celulosa en la industria papelera, propone algunas variedades nuevas de éteres de celulosa con perspectivas de desarrollo y analiza su aplicación y tendencia de desarrollo en la fabricación de papel.

Palabras clave:éter de celulosa; actuación; industria del papel

La celulosa es un compuesto polimérico natural, su estructura química es una macromolécula de polisacárido con anhidro.β-glucosa como anillo base, y cada anillo base tiene un grupo hidroxilo primario y un grupo hidroxilo secundario. Mediante su modificación química se pueden obtener una serie de derivados de la celulosa. El método de preparación del éter de celulosa consiste en hacer reaccionar la celulosa con NaOH, luego llevar a cabo una reacción de eterificación con diversos reactivos funcionales como cloruro de metilo, óxido de etileno, óxido de propileno, etc., y luego lavar la sal subproducto y algo de celulosa sódica para obtener el producto. El éter de celulosa es uno de los derivados importantes de la celulosa, que puede usarse ampliamente en medicina e higiene, industria química diaria, fabricación de papel, alimentos, medicina, construcción, materiales y otras industrias. En los últimos años, los países extranjeros han otorgado gran importancia a su investigación y se han logrado muchos logros en la investigación básica aplicada, los efectos prácticos aplicados y la preparación. En los últimos años, algunas personas en China han comenzado gradualmente a involucrarse en la investigación de este aspecto e inicialmente han logrado algunos resultados en la práctica de producción. Por lo tanto, el desarrollo y utilización del éter de celulosa juega un papel muy importante en la utilización integral de recursos biológicos renovables y la mejora de la calidad y el rendimiento del papel. Es un nuevo tipo de aditivos para la fabricación de papel que vale la pena desarrollar.

1. Métodos de clasificación y preparación de éteres de celulosa.

La clasificación de los éteres de celulosa se divide generalmente en 4 categorías según su ionicidad.

1.1 Éter de celulosa no iónico

El éter de celulosa no iónico es principalmente éter alquílico de celulosa, y su método de preparación consiste en hacer reaccionar la celulosa con NaOH y luego llevar a cabo una reacción de eterificación con varios monómeros funcionales como monoclorometano, óxido de etileno, óxido de propileno, etc., y luego se obtiene mediante lavado. el subproducto sal y celulosa sódica, que incluye principalmente éter de metilcelulosa, éter de metilhidroxietilcelulosa, éter de metilhidroxipropilcelulosa, éter de hidroxietilcelulosa, éter de cianoetilcelulosa y éter de hidroxibutilcelulosa, se utilizan ampliamente.

1.2 Éter de celulosa aniónico

Los éteres de celulosa aniónicos son principalmente carboximetilcelulosa sódica y carboximetilhidroxietilcelulosa sódica. El método de preparación consiste en hacer reaccionar celulosa con NaOH y luego realizar éter con ácido cloroacético, óxido de etileno y óxido de propileno. Reacción química, y luego se obtiene lavando la sal subproducto y la celulosa sódica.

1.3 Éter de celulosa catiónico

catiónico Los éteres de celulosa incluyen principalmente éter de celulosa de cloruro de 3-cloro-2-hidroxipropiltrimetilamonio, que se prepara haciendo reaccionar celulosa con NaOH y luego reaccionando con el agente eterificante catiónico cloruro de 3-cloro-2-hidroxipropiltrimetilamonio o reacción de eterificación con óxido de etileno y óxido de propileno. y luego se obtiene lavando el subproducto sal y celulosa sódica.

1.4 Éter de celulosa zwitteriónica

La cadena molecular del éter zwitteriónico de celulosa tiene tanto grupos aniónicos como catiónicos. Su método de preparación consiste en hacer reaccionar la celulosa con NaOH y luego reaccionar con ácido monocloroacético y un agente de eterificación catiónico. Se eterifica el cloruro de 3-cloro-2-hidroxipropiltrimetilamonio y luego se obtiene lavando la sal subproducto y la celulosa sódica.

2. Rendimiento y características del éter de celulosa.

2.1 Formación y adhesión de películas.

La eterificación del éter de celulosa tiene una gran influencia en sus características y propiedades, como la solubilidad, la capacidad de formación de película, la fuerza de unión y la resistencia a las sales. El éter de celulosa tiene alta resistencia mecánica, flexibilidad, resistencia al calor y al frío, y tiene buena compatibilidad con diversas resinas y plastificantes, y puede usarse para fabricar plásticos, películas, barnices, adhesivos, látex y materiales de recubrimiento de medicamentos, etc.

2.2 Solubilidad

El éter de celulosa tiene buena solubilidad en agua debido a la existencia de grupos polihidroxilo y tiene diferente selectividad de solvente para solventes orgánicos según los diferentes sustituyentes. La metilcelulosa es soluble en agua fría, insoluble en agua caliente y también soluble en algunos disolventes; La metil hidroxietilcelulosa es soluble en agua fría, insoluble en agua caliente y disolventes orgánicos. Sin embargo, cuando se calienta la solución acuosa de metilcelulosa y metilhidroxietilcelulosa, la metilcelulosa y la metilhidroxietilcelulosa precipitarán. La metilcelulosa se precipita a 45-60°C, mientras que la temperatura de precipitación de metilhidroxietilcelulosa eterificada mixta se aumenta a 65-80°C. Cuando se baja la temperatura, el precipitado se vuelve a disolver. La hidroxietilcelulosa y la carboximetilcelulosa de sodio son solubles en agua a cualquier temperatura e insolubles en disolventes orgánicos (con algunas excepciones). Utilizando esta propiedad, se pueden preparar diversos repelentes de aceite y materiales de película solubles.

2.3 Engrosamiento

El éter de celulosa se disuelve en agua en forma de coloide, su viscosidad depende del grado de polimerización del éter de celulosa y la solución contiene macromoléculas hidratadas. Debido al entrelazamiento de las macromoléculas, el comportamiento de flujo de las soluciones difiere del de los fluidos newtonianos, pero exhibe un comportamiento que cambia con la fuerza de corte. Debido a la estructura macromolecular del éter de celulosa, la viscosidad de la solución aumenta rápidamente con el aumento de la concentración y disminuye rápidamente con el aumento de la temperatura. Según sus características, los éteres de celulosa como la carboximetilcelulosa y la hidroxietilcelulosa se pueden utilizar como espesantes para productos químicos diarios, agentes retenedores de agua para revestimientos de papel y espesantes para revestimientos arquitectónicos.

2.4 Degradabilidad

Cuando el éter de celulosa se disuelve en la fase acuosa, las bacterias crecerán y el crecimiento de bacterias conducirá a la producción de bacterias enzimáticas. La enzima rompe los enlaces unitarios de anhidroglucosa no sustituidos adyacentes al éter de celulosa, reduciendo el peso molecular relativo del polímero. Por lo tanto, si la solución acuosa de éter de celulosa se va a almacenar durante un tiempo prolongado, se le deben agregar conservantes y se deben tomar ciertas medidas antisépticas incluso para los éteres de celulosa con propiedades antibacterianas.

3. Aplicación del éter de celulosa en la industria papelera.

3.1 Agente fortalecedor del papel

Por ejemplo, se puede usar CMC como dispersante de fibras y agente fortalecedor del papel, que se puede agregar a la pulpa. Dado que la carboximetilcelulosa de sodio tiene la misma carga que la pulpa y las partículas de relleno, puede aumentar la uniformidad de la fibra. Se puede mejorar el efecto de unión entre fibras y se pueden mejorar indicadores físicos como la resistencia a la tracción, la resistencia al estallido y la uniformidad del papel. Por ejemplo, Longzhu y otros usan 100% pulpa de madera de sulfito blanqueada, 20% de talco en polvo, 1% de pegamento de colofonia dispersa, ajustan el valor del pH a 4,5 con sulfato de aluminio y usan CMC de mayor viscosidad (viscosidad 800~1200MPA.S). de sustitución es 0,6. Se puede observar que la CMC puede mejorar la resistencia en seco del papel y también mejorar su grado de encolado.

3.2 Agente de apresto superficial

La carboximetilcelulosa de sodio se puede utilizar como agente de apresto de la superficie del papel para mejorar la resistencia de la superficie del papel. Su efecto de aplicación puede aumentar la resistencia superficial en aproximadamente un 10 % en comparación con el uso actual de alcohol polivinílico y agente de apresto de almidón modificado, y la dosis se puede reducir en aproximadamente un 30 %. Es un agente de encolado superficial muy prometedor para la fabricación de papel y esta serie de nuevas variedades debería desarrollarse activamente. El éter de celulosa catiónico tiene un mejor rendimiento de apresto superficial que el almidón catiónico. No solo puede mejorar la resistencia de la superficie del papel, sino también mejorar el rendimiento de absorción de tinta del papel y aumentar el efecto de teñido. También es un prometedor agente de encolado de superficies. Mo Lihuan y otros utilizaron carboximetilcelulosa de sodio y almidón oxidado para realizar pruebas de tamaño de superficies en papel y cartón. Los resultados muestran que CMC tiene un efecto de encolado superficial ideal.

La metil carboximetilcelulosa sódica tiene un cierto rendimiento de apresto y la carboximetilcelulosa sódica se puede utilizar como agente apresto de pulpa. Además de su propio grado de apresto, el éter de celulosa catiónico también se puede utilizar como filtro auxiliar de retención en la fabricación de papel, mejorar la tasa de retención de fibras finas y rellenos, y también se puede utilizar como agente fortalecedor del papel.

3.3 Estabilizador de emulsión

El éter de celulosa se usa ampliamente en la preparación de emulsiones debido a su buen efecto espesante en solución acuosa, que puede aumentar la viscosidad del medio de dispersión de la emulsión y prevenir la precipitación y estratificación de la emulsión. Como carboximetilcelulosa sódica, éter de hidroxietilcelulosa, éter de hidroxipropilcelulosa, etc., se pueden utilizar como estabilizadores y agentes protectores para goma de colofonia dispersa aniónica, éter de celulosa catiónico, éter de hidroxietilcelulosa, éter de hidroxipropilcelulosa, etc. Éter de celulosa base, metilcelulosa El éter, etc. también se pueden utilizar como agentes protectores para goma de colofonia catiónica dispersa, AKD, ASA y otros agentes de apresto. Longzhu et al. Se utilizó pulpa de madera al sulfito 100% blanqueada, 20% talco en polvo, 1% de cola de colofonia dispersa, se ajustó el valor del pH a 4,5 con sulfato de aluminio y se utilizó CMC de mayor viscosidad (viscosidad 800~12000MPA.S). El grado de sustitución es 0,6 y se utiliza para el dimensionamiento interno. Se puede ver a partir de los resultados que el grado de apresto del caucho de colofonia que contiene CMC mejora obviamente, la estabilidad de la emulsión de colofonia es buena y la tasa de retención del material de caucho también es alta.

3.4 Agente retenedor de agua del revestimiento

Se utiliza para recubrir y procesar papel aglutinante, cianoetilcelulosa, hidroxietilcelulosa, etc. Puede reemplazar la caseína y parte del látex, de modo que la tinta de impresión pueda penetrar fácilmente y los bordes sean claros. La carboximetilcelulosa y el éter de hidroxietilcarboximetilcelulosa se pueden utilizar como dispersantes de pigmentos, espesantes, agentes de retención de agua y estabilizadores. Por ejemplo, la cantidad de carboximetilcelulosa utilizada como agente de retención de agua en la preparación de revestimientos de papel revestido es del 1 al 2%.

4. Tendencia de desarrollo del éter de celulosa utilizado en la industria del papel

El uso de modificaciones químicas para obtener derivados de celulosa con funciones especiales es una forma eficaz de buscar nuevos usos para la mayor producción mundial de materia orgánica natural: la celulosa. Hay muchos tipos de derivados de celulosa y funciones amplias, y los éteres de celulosa se han aplicado en muchas industrias debido a su excelente desempeño. Para satisfacer las necesidades de la industria papelera, el desarrollo del éter de celulosa debe prestar atención a las siguientes tendencias:

(1) Desarrollar diversos productos de especificaciones de éteres de celulosa adecuados para aplicaciones de la industria papelera, como productos en serie con diferentes grados de sustitución, diferentes viscosidades y diferentes masas moleculares relativas, para su selección en la producción de diferentes variedades de papel.

(2) Debe incrementarse el desarrollo de nuevas variedades de éteres de celulosa, como los éteres de celulosa catiónicos adecuados para la retención y el drenaje de la fabricación de papel, agentes de encolado de superficies y éteres de celulosa zwitteriónicos que pueden usarse como agentes de refuerzo para reemplazar el látex de revestimiento. Éter de cianoetilcelulosa. y similares como aglutinante.

(3) Fortalecer la investigación sobre el proceso de preparación del éter de celulosa y su nuevo método de preparación, especialmente la investigación para reducir el costo y simplificar el proceso.

(4) Fortalecer la investigación sobre las propiedades de los éteres de celulosa, especialmente las propiedades filmógenas, de unión y espesantes de diversos éteres de celulosa, y fortalecer la investigación teórica sobre la aplicación de los éteres de celulosa en la fabricación de papel.