Celulozni eter u industriji papira

Ovaj rad predstavlja tipove, metode pripreme, radne značajke i status primjene celuloznih etera u industriji papira, predlaže neke nove vrste celuloznih etera s perspektivom razvoja i raspravlja o njihovoj primjeni i trendu razvoja u proizvodnji papira.

Ključne riječi:celulozni eter; performanse; industrija papira

Celuloza je prirodni polimerni spoj, čija je kemijska struktura polisaharidna makromolekula s bezvodnimβ-glukoza kao bazni prsten, a svaki bazni prsten ima primarnu hidroksilnu skupinu i sekundarnu hidroksilnu skupinu. Njegovom kemijskom modifikacijom može se dobiti niz derivata celuloze. Metoda pripreme celuloznog etera je reakcija celuloze s NaOH, zatim izvođenje reakcije eterifikacije s različitim funkcionalnim reaktantima kao što su metil klorid, etilen oksid, propilen oksid itd., a zatim ispiranje soli nusproizvoda i nešto natrijeve celuloze da se dobije proizvod. Celulozni eter je jedan od važnih derivata celuloze, koji se može široko koristiti u medicini i higijeni, svakodnevnoj kemijskoj industriji, proizvodnji papira, hrani, medicini, građevinarstvu, industriji materijala i drugim industrijama. Posljednjih godina strane zemlje pridaju veliku važnost njezinim istraživanjima, a postignuta su mnoga postignuća u primijenjenim temeljnim istraživanjima, primijenjenim praktičnim učincima i pripremi. Posljednjih su se godina neki ljudi u Kini postupno počeli uključivati ​​u istraživanje ovog aspekta, te su u početku postigli neke rezultate u proizvodnoj praksi. Stoga razvoj i korištenje celuloznog etera igra vrlo važnu ulogu u sveobuhvatnom korištenju obnovljivih bioloških resursa i poboljšanju kvalitete i performansi papira. To je nova vrsta aditiva za izradu papira koju vrijedi razvijati.

1. Klasifikacija i metode dobivanja celuloznih etera

Klasifikacija celuloznih etera općenito se dijeli u 4 kategorije prema ionizmu.

1.1 Neionski celulozni eter

Neionski celulozni eter je uglavnom celulozni alkil eter, a njegova metoda pripreme je reakcija celuloze s NaOH, a zatim izvođenje reakcije eterifikacije s različitim funkcionalnim monomerima kao što su monoklorometan, etilen oksid, propilen oksid itd., a zatim se dobiva pranjem sol nusproizvoda i natrij celuloze, uglavnom uključujući metil celulozni eter, metil hidroksietil celulozni eter, metil hidroksipropil celulozni eter, hidroksietil celulozni eter, cijanoetil celulozni eter i hidroksibutil celulozni eter naširoko se koriste.

1.2 Anionski celulozni eter

Anionski celulozni eteri uglavnom su natrijeva karboksimetil celuloza i natrijeva karboksimetil hidroksietil celuloza. Metoda pripreme je reakcija celuloze s NaOH i zatim izvođenje etera s klorooctenom kiselinom, etilen oksidom i propilen oksidom. Kemijska reakcija, a zatim se dobiva ispiranjem nusprodukta soli i natrijeve celuloze.

1.3 Kationski celulozni eter

Kationski celulozni eteri uglavnom uključuju 3-kloro-2-hidroksipropiltrimetilamonijev klorid celulozni eter, koji se priprema reakcijom celuloze s NaOH i zatim reakcijom s kationskim sredstvom za eterifikaciju 3-kloro-2-hidroksipropil trimetil amonijev klorid ili reakcijom eterifikacije s etilen oksidom i propilen oksidom, a zatim se dobiva ispiranjem nusprodukta soli i natrijeve celuloze.

1.4 Zwitterionski celulozni eter

Molekularni lanac zwitterionskog celuloznog etera ima i anionske skupine i kationske skupine. Metoda njegove pripreme je reakcija celuloze s NaOH, a zatim reakcija s monokloroctenom kiselinom i kationskim sredstvom za eterifikaciju. 3-kloro-2-hidroksipropil trimetilamonijev klorid se eterificira, a zatim dobiva ispiranjem nusproizvoda soli i natrijeve celuloze.

2. Djelovanje i karakteristike celuloznog etera

2.1 Stvaranje filma i prianjanje

Eterifikacija celuloznog etera ima velik utjecaj na njegove karakteristike i svojstva, kao što su topljivost, sposobnost stvaranja filma, čvrstoća veze i otpornost na sol. Celulozni eter ima visoku mehaničku čvrstoću, fleksibilnost, otpornost na toplinu i hladnoću i ima dobru kompatibilnost s raznim smolama i plastifikatorima, te se može koristiti za izradu plastike, filmova, lakova, ljepila, lateksa i materijala za premazivanje lijekova itd.

2.2 Topivost

Celulozni eter ima dobru topljivost u vodi zbog postojanja polihidroksilnih skupina i ima različitu selektivnost otapala za organska otapala prema različitim supstituentima. Metilceluloza je topiva u hladnoj vodi, netopljiva u vrućoj vodi, a također topiva u nekim otapalima; metil hidroksietil celuloza je topiva u hladnoj vodi, netopljiva u vrućoj vodi i organskim otapalima. Međutim, kada se vodena otopina metilceluloze i metilhidroksietilceluloze zagrijava, metilceluloza i metilhidroksietilceluloza će se istaložiti. Metil celuloza se taloži na 45-60°C, dok se temperatura taloženja miješane eterificirane metil hidroksietil celuloze povećava na 65-80°C. Kad se temperatura snizi, talog se ponovno otapa. Hidroksietilceluloza i natrijeva karboksimetilceluloza topive su u vodi na bilo kojoj temperaturi i netopljive u organskim otapalima (uz nekoliko iznimaka). Koristeći ovo svojstvo, mogu se pripremiti različiti uljni repelenti i topljivi filmski materijali.

2.3 Zgušnjavanje

Celulozni eter je otopljen u vodi u obliku koloida, njegova viskoznost ovisi o stupnju polimerizacije celuloznog etera, a otopina sadrži hidratizirane makromolekule. Zbog isprepletenosti makromolekula, ponašanje protoka otopina razlikuje se od ponašanja Newtonovih tekućina, ali pokazuje ponašanje koje se mijenja sa silom smicanja. Zbog makromolekularne strukture celuloznog etera, viskoznost otopine brzo raste s porastom koncentracije i brzo opada s porastom temperature. Prema svojim karakteristikama, eteri celuloze kao što su karboksimetil celuloza i hidroksietil celuloza mogu se koristiti kao zgušnjivači za dnevne kemikalije, sredstva za zadržavanje vode za premaze papira i zgušnjivači za arhitektonske premaze.

2.4 Razgradivost

Kada se celulozni eter otopi u vodenoj fazi, bakterije će rasti, a rast bakterija će dovesti do proizvodnje enzimskih bakterija. Enzim razbija nesupstituirane veze anhidroglukozne jedinice uz celulozni eter, smanjujući relativnu molekulsku masu polimera. Stoga, ako se vodena otopina celuloznog etera želi skladištiti dulje vrijeme, u nju se moraju dodati konzervansi, a potrebno je poduzeti određene antiseptičke mjere čak i za celulozne etere s antibakterijskim svojstvima.

3. Primjena celuloznog etera u industriji papira

3.1 Sredstvo za ojačavanje papira

Na primjer, CMC se može koristiti kao sredstvo za dispergiranje vlakana i sredstvo za ojačavanje papira, koje se može dodati pulpi. Budući da natrijeva karboksimetil celuloza ima isti naboj kao čestice pulpe i punila, može povećati ravnomjernost vlakna. Učinak povezivanja između vlakana može se poboljšati, a mogu se poboljšati i fizički pokazatelji kao što su vlačna čvrstoća, čvrstoća pucanja i ravnomjernost papira. Na primjer, Longzhu i drugi koriste 100% izbijeljenu sulfitnu drvenu pulpu, 20% talka, 1% dispergiranog kolofonijevog ljepila, podešavaju pH vrijednost na 4,5 aluminijevim sulfatom i koriste CMC višeg viskoziteta (viskoznost 800~1200MPA.S) Stupanj supstitucije je 0,6. Može se vidjeti da CMC može poboljšati suhu čvrstoću papira i također poboljšati njegov stupanj veličine.

3.2 Sredstvo za klejenje površine

Natrijeva karboksimetil celuloza može se koristiti kao sredstvo za povećanje veličine površine papira za poboljšanje čvrstoće površine papira. Učinak njegove primjene može povećati površinsku čvrstoću za oko 10% u usporedbi s trenutnom upotrebom polivinil alkohola i modificiranog škrobnog sredstva za klejenje, a doza se može smanjiti za oko 30%. To je vrlo obećavajuće sredstvo za površinsko povećanje veličine za proizvodnju papira, a ovu seriju novih sorti treba aktivno razvijati. Kationski celulozni eter ima bolju izvedbu dimenzioniranja površine od kationskog škroba. Ne samo da može poboljšati čvrstoću površine papira, već i poboljšati performanse upijanja tinte papira i povećati učinak bojenja. Također je obećavajuće sredstvo za povećanje veličine površine. Mo Lihuan i drugi koristili su natrijevu karboksimetil celulozu i oksidirani škrob za provođenje testova veličine površine na papiru i kartonu. Rezultati pokazuju da CMC ima idealan učinak dimenzioniranja površine.

Natrijeva metil-karboksimetilceluloza ima određene performanse veličanja, a natrijeva karboksimetilceluloza može se koristiti kao sredstvo za veličanje pulpe. Osim vlastitog stupnja dimenzioniranja, kationski celulozni eter također se može koristiti kao pomoćni filtar za zadržavanje papira, poboljšava stopu zadržavanja finih vlakana i punila, a također se može koristiti kao sredstvo za ojačavanje papira.

3.3 Stabilizator emulzije

Celulozni eter naširoko se koristi u pripremi emulzija zbog dobrog učinka zgušnjavanja u vodenoj otopini, što može povećati viskoznost disperzijskog medija emulzije i spriječiti taloženje i stratifikaciju emulzije. Kao što je natrijeva karboksimetil celuloza, hidroksietil celulozni eter, hidroksipropil celulozni eter, itd. mogu se koristiti kao stabilizatori i zaštitni agensi za anionsku dispergiranu kolofonijsku gumu, kationski celulozni eter, hidroksietil celulozni eter, hidroksipropil celulozni eter itd. Bazni celulozni eter, metil celuloza eter, itd. također se mogu koristiti kao zaštitna sredstva za kationsku disperznu kolofonijsku gumu, AKD, ASA i druga sredstva za oblikovanje veličine. Longzhu i sur. korištena je 100% izbijeljena sulfitna drvna pulpa, 20% prah talka, 1% dispergirano kolofonij ljepilo, podešena pH vrijednost na 4,5 s aluminijevim sulfatom i korišten CMC većeg viskoziteta (viskoznost 800~12000MPA.S). Stupanj supstitucije je 0,6, a koristi se za unutarnje dimenzioniranje. Iz rezultata se može vidjeti da je stupanj dimenzioniranja kolofonijske gume koja sadrži CMC očito poboljšan, a stabilnost emulzije kolofonija je dobra, a stopa zadržavanja gumenog materijala također je visoka.

3.4 Sredstvo za zadržavanje vode u premazu

Koristi se za premazivanje i obradu veziva za premazivanje papira, cijanoetil celuloza, hidroksietil celuloza itd. može zamijeniti kazein i dio lateksa, tako da tiskarska boja može lako prodrijeti i rubovi su jasni. Karboksimetil celuloza i hidroksietil karboksimetil celulozni eter mogu se koristiti kao sredstvo za dispergiranje pigmenta, zgušnjivač, sredstvo za zadržavanje vode i stabilizator. Na primjer, količina karboksimetil celuloze koja se koristi kao sredstvo za zadržavanje vode u pripremi presvučenih papirnih premaza je 1-2%.

4. Trend razvoja celuloznog etera koji se koristi u industriji papira

Korištenje kemijske modifikacije za dobivanje derivata celuloze s posebnim funkcijama učinkovit je način traženja novih upotreba najvećeg svjetskog prinosa prirodne organske tvari-celuloze. Postoje mnoge vrste celuloznih derivata i širokih funkcija, a celulozni eteri se primjenjuju u mnogim industrijama zbog svojih izvrsnih performansi. Kako bi se zadovoljile potrebe industrije papira, razvoj celuloznog etera treba obratiti pozornost na sljedeće trendove:

(1) Razviti različite specifikacijske proizvode celuloznih etera prikladne za primjenu u industriji papira, kao što su serijski proizvodi s različitim stupnjevima supstitucije, različitim viskozitetima i različitim relativnim molekulskim masama, za odabir u proizvodnji različitih sorti papira.

(2) Trebalo bi povećati razvoj novih vrsta celuloznih etera, kao što su kationski celulozni eteri prikladni za pomoć pri zadržavanju i drenaži u proizvodnji papira, sredstva za povećanje veličine površine i cwitterionski celulozni eteri koji se mogu koristiti kao sredstva za pojačavanje za zamjenu lateks cijanoetil celuloznog etera i slično kao vezivo.

(3) Ojačati istraživanje procesa pripreme celuloznog etera i njegove nove metode pripreme, posebno istraživanje o smanjenju troškova i pojednostavljenju procesa.

(4) Ojačati istraživanje svojstava celuloznih etera, posebno svojstava stvaranja filma, svojstava vezivanja i svojstava zgušnjavanja raznih celuloznih etera, te ojačati teorijska istraživanja o primjeni celuloznih etera u proizvodnji papira.