Éther de cellulose dans l'industrie du papier

Cet article présente les types, les méthodes de préparation, les caractéristiques de performance et le statut d'application des éthers de cellulose dans l'industrie papetière, propose de nouvelles variétés d'éthers de cellulose avec des perspectives de développement et discute de leur application et de leur tendance de développement dans la fabrication du papier.

Mots clés :éther de cellulose; performance; industrie du papier

La cellulose est un composé polymère naturel, sa structure chimique est une macromolécule polysaccharide avec anhydreβ-glucose comme cycle de base, et chaque cycle de base possède un groupe hydroxyle primaire et un groupe hydroxyle secondaire. Grâce à sa modification chimique, une série de dérivés de cellulose peut être obtenue. La méthode de préparation de l'éther de cellulose consiste à faire réagir la cellulose avec NaOH, puis à effectuer une réaction d'éthérification avec divers réactifs fonctionnels tels que le chlorure de méthyle, l'oxyde d'éthylène, l'oxyde de propylène, etc., puis à laver le sel du sous-produit et un peu de sodium de cellulose pour obtenir le produit. L'éther de cellulose est l'un des dérivés importants de la cellulose, qui peut être largement utilisé dans la médecine et l'hygiène, l'industrie chimique quotidienne, la fabrication du papier, l'alimentation, la médecine, la construction, les matériaux et d'autres industries. Ces dernières années, les pays étrangers ont attaché une grande importance à ses recherches et de nombreux progrès ont été réalisés dans les domaines de la recherche fondamentale appliquée, des effets pratiques appliqués et de la préparation. Ces dernières années, certaines personnes en Chine ont progressivement commencé à s'impliquer dans la recherche sur cet aspect et ont d'abord obtenu des résultats dans la pratique de la production. Par conséquent, le développement et l’utilisation de l’éther de cellulose jouent un rôle très important dans l’utilisation globale des ressources biologiques renouvelables et dans l’amélioration de la qualité et des performances du papier. Il s’agit d’un nouveau type d’additifs pour la fabrication du papier qui mérite d’être développé.

1. Classification et méthodes de préparation des éthers de cellulose

La classification des éthers de cellulose est généralement divisée en 4 catégories selon leur ionicité.

1.1 Éther de cellulose non ionique

L'éther de cellulose non ionique est principalement de l'éther alkylique de cellulose, et sa méthode de préparation consiste à faire réagir la cellulose avec NaOH, puis à effectuer une réaction d'éthérification avec divers monomères fonctionnels tels que le monochlorométhane, l'oxyde d'éthylène, l'oxyde de propylène, etc., puis obtenu par lavage le sel de sous-produit et la cellulose sodique, comprenant principalement l'éther de méthylcellulose, l'éther de méthylhydroxyéthylcellulose, l'éther de méthylhydroxypropylcellulose, l'éther d'hydroxyéthylcellulose, l'éther de cyanoéthylcellulose et l'éther d'hydroxybutylcellulose, sont largement utilisés.

1.2 Éther de cellulose anionique

Les éthers anioniques de cellulose sont principalement la carboxyméthylcellulose sodique et la carboxyméthylhydroxyéthylcellulose sodique. La méthode de préparation consiste à faire réagir la cellulose avec NaOH, puis à réaliser de l'éther avec de l'acide chloroacétique, de l'oxyde d'éthylène et de l'oxyde de propylène. Réaction chimique, puis obtenue par lavage du sel sous-produit et de la cellulose de sodium.

1.3 Éther de cellulose cationique

Cationique les éthers de cellulose comprennent principalement l'éther de cellulose du chlorure de 3-chloro-2-hydroxypropyltriméthylammonium, qui est préparé en faisant réagir la cellulose avec NaOH puis en réagissant avec l'agent éthérifiant cationique 3-chloro-2-hydroxypropyl chlorure de triméthylammonium ou en réaction d'éthérification avec l'oxyde d'éthylène et l'oxyde de propylène, puis obtenu par lavage du sel sous-produit et de la cellulose de sodium.

1.4 Éther de cellulose zwittérionique

La chaîne moléculaire de l'éther de cellulose zwitterionique comporte à la fois des groupes anioniques et des groupes cationiques. Sa méthode de préparation consiste à faire réagir la cellulose avec NaOH, puis à réagir avec l'acide monochloroacétique et l'agent d'éthérification cationique. Le chlorure de 3-chloro-2-hydroxypropyl triméthylammonium est éthérifié, puis obtenu en lavant le sel sous-produit et la cellulose de sodium.

2. Performances et caractéristiques de l'éther de cellulose

2.1 Formation du film et adhésion

L'éthérification de l'éther de cellulose a une grande influence sur ses caractéristiques et propriétés, telles que la solubilité, la capacité filmogène, la force de liaison et la résistance au sel. L'éther de cellulose a une résistance mécanique, une flexibilité, une résistance à la chaleur et une résistance au froid élevées, et a une bonne compatibilité avec diverses résines et plastifiants, et peut être utilisé pour fabriquer des plastiques, des films, des vernis, des adhésifs, du latex et des matériaux de revêtement de médicaments, etc.

2.2 Solubilité

L'éther de cellulose a une bonne solubilité dans l'eau en raison de l'existence de groupes polyhydroxyle et a une sélectivité de solvant différente pour les solvants organiques en fonction des différents substituants. La méthylcellulose est soluble dans l'eau froide, insoluble dans l'eau chaude et également soluble dans certains solvants ; la méthylhydroxyéthylcellulose est soluble dans l'eau froide, insoluble dans l'eau chaude et les solvants organiques. Cependant, lorsque la solution aqueuse de méthylcellulose et de méthylhydroxyéthylcellulose est chauffée, la méthylcellulose et la méthylhydroxyéthylcellulose précipiteront. La méthylcellulose est précipitée à 45-60°C, tandis que la température de précipitation de la méthylhydroxyéthylcellulose mixte éthérifiée est augmentée à 65-80°Lorsque la température baisse, le précipité se redissout. L'hydroxyéthylcellulose et la carboxyméthylcellulose de sodium sont solubles dans l'eau à n'importe quelle température et insolubles dans les solvants organiques (à quelques exceptions près). En utilisant cette propriété, divers oléofuges et matériaux de film solubles peuvent être préparés.

2.3 Épaississement

L'éther de cellulose est dissous dans l'eau sous forme de colloïde, sa viscosité dépend du degré de polymérisation de l'éther de cellulose et la solution contient des macromolécules hydratées. En raison de l'enchevêtrement des macromolécules, le comportement d'écoulement des solutions diffère de celui des fluides newtoniens, mais présente un comportement qui change avec la force de cisaillement. En raison de la structure macromoléculaire de l’éther de cellulose, la viscosité de la solution augmente rapidement avec l’augmentation de la concentration et diminue rapidement avec l’augmentation de la température. Selon leurs caractéristiques, les éthers de cellulose tels que la carboxyméthylcellulose et l'hydroxyéthylcellulose peuvent être utilisés comme épaississants pour les produits chimiques quotidiens, agents de rétention d'eau pour les revêtements de papier et épaississants pour les revêtements architecturaux.

2.4 Dégradabilité

Lorsque l'éther de cellulose est dissous dans la phase aqueuse, les bactéries se développent et la croissance des bactéries conduit à la production de bactéries enzymatiques. L'enzyme rompt les liaisons d'unités anhydroglucose non substituées adjacentes à l'éther de cellulose, réduisant ainsi le poids moléculaire relatif du polymère. Par conséquent, si la solution aqueuse d'éther de cellulose doit être conservée pendant une longue période, des conservateurs doivent y être ajoutés et certaines mesures antiseptiques doivent être prises même pour les éthers de cellulose ayant des propriétés antibactériennes.

3. Application de l'éther de cellulose dans l'industrie du papier

3.1 Agent de renforcement du papier

Par exemple, la CMC peut être utilisée comme dispersant de fibres et comme agent de renforcement du papier, qui peut être ajouté à la pâte. Étant donné que la carboxyméthylcellulose sodique a la même charge que les particules de pâte et de charge, elle peut augmenter l’uniformité de la fibre. L'effet de liaison entre les fibres peut être amélioré, et des indicateurs physiques tels que la résistance à la traction, la résistance à l'éclatement et la régularité du papier peuvent être améliorés. Par exemple, Longzhu et d'autres utilisent 100 % de pâte de bois au sulfite blanchie, 20 % de talc, 1 % de colle de colophane dispersée, ajustent la valeur du pH à 4,5 avec du sulfate d'aluminium et utilisent du CMC à viscosité plus élevée (viscosité 800 ~ 1200 MPA.S). de substitution est de 0,6. On peut constater que le CMC peut améliorer la résistance à sec du papier ainsi que son degré d'encollage.

3.2 Agent d'encollage de surface

La carboxyméthylcellulose de sodium peut être utilisée comme agent d'encollage de la surface du papier pour améliorer la résistance de la surface du papier. Son effet d'application peut augmenter la résistance de surface d'environ 10 % par rapport à l'utilisation actuelle d'alcool polyvinylique et d'agent d'encollage à base d'amidon modifié, et le dosage peut être réduit d'environ 30 %. Il s’agit d’un agent d’encollage de surface très prometteur pour la fabrication du papier, et cette série de nouvelles variétés devrait être activement développée. L'éther de cellulose cationique a de meilleures performances d'encollage de surface que l'amidon cationique. Il peut non seulement améliorer la résistance de la surface du papier, mais également améliorer les performances d'absorption de l'encre du papier et augmenter l'effet de teinture. C’est également un agent d’encollage de surface prometteur. Mo Lihuan et d'autres ont utilisé de la carboxyméthylcellulose sodique et de l'amidon oxydé pour effectuer des tests de dimensionnement de surface sur du papier et du carton. Les résultats montrent que le CMC a un effet d’encollage de surface idéal.

Le méthylcarboxyméthylcellulose sodique a une certaine performance de calibrage et le carboxyméthylcellulose sodique peut être utilisé comme agent d'encollage de la pâte. En plus de son propre degré d'encollage, l'éther de cellulose cationique peut également être utilisé comme filtre d'aide à la rétention dans la fabrication du papier, améliorer le taux de rétention des fibres fines et des charges, et peut également être utilisé comme agent de renforcement du papier.

3.3 Stabilisateur d'émulsion

L'éther de cellulose est largement utilisé dans la préparation d'émulsion en raison de son bon effet épaississant en solution aqueuse, ce qui peut augmenter la viscosité du milieu de dispersion de l'émulsion et empêcher la précipitation et la stratification de l'émulsion. Tels que la carboxyméthylcellulose de sodium, l'éther d'hydroxyéthylcellulose, l'éther d'hydroxypropylcellulose, etc. peuvent être utilisés comme stabilisants et agents protecteurs pour la gomme de colophane anionique dispersée, l'éther de cellulose cationique, l'éther d'hydroxyéthylcellulose, l'éther d'hydroxypropylcellulose, etc. Éther de cellulose de base, méthylcellulose l'éther, etc. peuvent également être utilisés comme agents protecteurs pour la gomme de colophane dispersée cationique, l'AKD, l'ASA et d'autres agents d'encollage. Longzhu et coll. utilisé 100 % de pâte de bois au sulfite blanchie, 20 % de talc, 1 % de colle de colophane dispersée, ajusté la valeur du pH à 4,5 avec du sulfate d'aluminium et utilisé du CMC de viscosité plus élevée (viscosité 800 ~ 12 000 MPA.S). Le degré de substitution est de 0,6 et est utilisé pour le dimensionnement interne. Il ressort des résultats que le degré d'encollage du caoutchouc de colophane contenant du CMC est évidemment amélioré, que la stabilité de l'émulsion de colophane est bonne et que le taux de rétention du matériau en caoutchouc est également élevé.

3.4 Agent rétenteur d'eau de revêtement

Il est utilisé pour le revêtement et le traitement du liant de couchage du papier, de la cyanoéthylcellulose, de l'hydroxyéthylcellulose, etc. peut remplacer la caséine et une partie du latex, de sorte que l'encre d'imprimerie puisse facilement pénétrer et que les bords soient clairs. La carboxyméthylcellulose et l'éther d'hydroxyéthylcarboxyméthylcellulose peuvent être utilisées comme dispersant de pigment, épaississant, agent de rétention d'eau et stabilisant. Par exemple, la quantité de carboxyméthylcellulose utilisée comme agent de rétention d'eau dans la préparation de revêtements de papier couché est de 1 à 2 %.

4. Tendance de développement de l’éther de cellulose utilisé dans l’industrie du papier

Le recours à la modification chimique pour obtenir des dérivés de cellulose dotés de fonctions spéciales constitue un moyen efficace de rechercher de nouvelles utilisations de la plus grande production mondiale de matière organique naturelle, la cellulose. Il existe de nombreux types de dérivés de cellulose et de fonctions étendues, et les éthers de cellulose ont été utilisés dans de nombreuses industries en raison de leurs excellentes performances. Afin de répondre aux besoins de l'industrie papetière, le développement de l'éther de cellulose doit prêter attention aux tendances suivantes :

(1) Développer divers produits de spécification d'éthers de cellulose adaptés aux applications de l'industrie papetière, tels que des produits en série avec différents degrés de substitution, différentes viscosités et différentes masses moléculaires relatives, pour la sélection dans la production de différentes variétés de papier.

(2) Le développement de nouvelles variétés d'éthers de cellulose devrait être accru, tels que les éthers de cellulose cationiques adaptés aux aides à la rétention et au drainage dans la fabrication du papier, les agents d'encollage de surface et les éthers de cellulose zwitterioniques qui peuvent être utilisés comme agents de renforcement pour remplacer le latex d'enrobage. Éther de cyanoéthylcellulose et similaires comme liant.

(3) Renforcer la recherche sur le processus de préparation de l'éther de cellulose et sa nouvelle méthode de préparation, en particulier la recherche sur la réduction des coûts et la simplification du processus.

(4) Renforcer la recherche sur les propriétés des éthers de cellulose, en particulier les propriétés filmogènes, les propriétés de liaison et les propriétés épaississantes de divers éthers de cellulose, et renforcer la recherche théorique sur l'application des éthers de cellulose dans la fabrication du papier.