Etere di cellulosa nell'industria della carta

Questo documento presenta i tipi, i metodi di preparazione, le caratteristiche prestazionali e lo stato di applicazione degli eteri di cellulosa nell'industria della produzione della carta, propone alcune nuove varietà di eteri di cellulosa con prospettive di sviluppo e discute la loro applicazione e tendenza di sviluppo nella produzione della carta.

Parole chiave:etere di cellulosa; prestazione; industria della carta

La cellulosa è un composto polimerico naturale, la sua struttura chimica è una macromolecola polisaccaridica anidraβ-glucosio come anello base e ciascun anello base ha un gruppo ossidrile primario e un gruppo ossidrile secondario. Attraverso la sua modificazione chimica si possono ottenere una serie di derivati ​​della cellulosa. Il metodo di preparazione dell'etere di cellulosa consiste nel far reagire la cellulosa con NaOH, quindi eseguire la reazione di eterificazione con vari reagenti funzionali come cloruro di metile, ossido di etilene, ossido di propilene, ecc., quindi lavare il sale del sottoprodotto e un po' di sodio di cellulosa per ottenere il prodotto. L'etere di cellulosa è uno degli importanti derivati ​​della cellulosa, che può essere ampiamente utilizzato in medicina e igiene, nell'industria chimica quotidiana, nella fabbricazione della carta, nell'alimentazione, nella medicina, nell'edilizia, nei materiali e in altre industrie. Negli ultimi anni, i paesi stranieri hanno attribuito grande importanza alla sua ricerca e sono stati ottenuti molti risultati nella ricerca di base applicata, negli effetti pratici applicati e nella preparazione. Negli ultimi anni, alcune persone in Cina hanno iniziato gradualmente a impegnarsi nella ricerca su questo aspetto, ottenendo inizialmente alcuni risultati nella pratica produttiva. Pertanto, lo sviluppo e l'utilizzo dell'etere di cellulosa svolgono un ruolo molto importante nell'utilizzo completo delle risorse biologiche rinnovabili e nel miglioramento della qualità e delle prestazioni della carta. Si tratta di un nuovo tipo di additivi per la fabbricazione della carta che vale la pena sviluppare.

1. Metodi di classificazione e preparazione degli eteri di cellulosa

La classificazione degli eteri di cellulosa è generalmente divisa in 4 categorie in base alla ionicità.

1.1 Etere di cellulosa non ionico

L'etere di cellulosa non ionico è principalmente etere alchilico di cellulosa e il suo metodo di preparazione consiste nel far reagire la cellulosa con NaOH, quindi eseguire la reazione di eterificazione con vari monomeri funzionali come monoclorometano, ossido di etilene, ossido di propilene, ecc., e quindi ottenuto mediante lavaggio sono ampiamente utilizzati il ​​sale sottoprodotto e il sodio della cellulosa, che comprendono principalmente l'etere di metilcellulosa, l'etere di metilidrossietilcellulosa, l'etere di metilidrossipropilcellulosa, l'etere di idrossietilcellulosa, l'etere di cianoetilcellulosa e l'etere di idrossibutilcellulosa.

1.2 Etere di cellulosa anionico

Gli eteri di cellulosa anionici sono principalmente carbossimetilcellulosa di sodio e carbossimetilidrossietilcellulosa di sodio. Il metodo di preparazione consiste nel far reagire la cellulosa con NaOH e quindi effettuare l'etere con acido cloroacetico, ossido di etilene e ossido di propilene. Reazione chimica, quindi ottenuta lavando il sottoprodotto sale e cellulosa sodica.

1.3 Etere di cellulosa cationico

Cationico gli eteri di cellulosa includono principalmente l'etere di cellulosa del 3-cloro-2-idrossipropiltrimetilammonio cloruro, che viene preparato facendo reagire la cellulosa con NaOH e quindi reagendo con l'agente eterificante cationico 3-cloro-2-idrossipropil trimetil ammonio cloruro o reazione di eterificazione con ossido di etilene e ossido di propilene, e poi ottenuto lavando il sottoprodotto sale e cellulosa sodica.

1.4 Etere di cellulosa zwitterionico

La catena molecolare dell'etere di cellulosa zwitterionico ha sia gruppi anionici che gruppi cationici. Il suo metodo di preparazione consiste nel far reagire la cellulosa con NaOH e quindi reagire con l'acido monocloroacetico e l'agente di eterificazione cationico. Il cloruro di trimetilammonio 3-cloro-2-idrossipropil viene eterificato e quindi ottenuto lavando il sale del sottoprodotto e la cellulosa sodica.

2. Prestazioni e caratteristiche dell'etere di cellulosa

2.1 Formazione e adesione del film

L'eterificazione dell'etere di cellulosa ha una grande influenza sulle sue caratteristiche e proprietà, come solubilità, capacità di formare film, forza di legame e resistenza al sale. L'etere di cellulosa ha un'elevata resistenza meccanica, flessibilità, resistenza al calore e al freddo e ha una buona compatibilità con varie resine e plastificanti e può essere utilizzato per produrre plastica, pellicole, vernici, adesivi, lattice e materiali di rivestimento farmaceutici, ecc.

2.2 Solubilità

L'etere di cellulosa ha una buona solubilità in acqua grazie all'esistenza di gruppi poliidrossilici e ha una diversa selettività solvente per solventi organici a seconda dei diversi sostituenti. La metilcellulosa è solubile in acqua fredda, insolubile in acqua calda e anche solubile in alcuni solventi; la metilidrossietilcellulosa è solubile in acqua fredda, insolubile in acqua calda e solventi organici. Tuttavia, quando la soluzione acquosa di metilcellulosa e metilidrossietilcellulosa viene riscaldata, la metilcellulosa e la metilidrossietilcellulosa precipiteranno. La metilcellulosa viene precipitata a 45-60°C, mentre la temperatura di precipitazione della metilidrossietilcellulosa eterificata mista viene aumentata a 65-80°C. Quando la temperatura si abbassa, il precipitato si ridiscioglie. L'idrossietilcellulosa e la sodio carbossimetilcellulosa sono solubili in acqua a qualsiasi temperatura e insolubili nei solventi organici (con poche eccezioni). Utilizzando questa proprietà, è possibile preparare vari repellenti per olio e materiali in pellicola solubile.

2.3 Ispessimento

L'etere di cellulosa viene sciolto in acqua sotto forma di colloide, la sua viscosità dipende dal grado di polimerizzazione dell'etere di cellulosa e la soluzione contiene macromolecole idratate. A causa dell'entanglement delle macromolecole, il comportamento del flusso delle soluzioni differisce da quello dei fluidi newtoniani, ma mostra un comportamento che cambia con la forza di taglio. A causa della struttura macromolecolare dell'etere di cellulosa, la viscosità della soluzione aumenta rapidamente con l'aumento della concentrazione e diminuisce rapidamente con l'aumento della temperatura. In base alle loro caratteristiche, gli eteri di cellulosa come la carbossimetilcellulosa e l'idrossietilcellulosa possono essere utilizzati come addensanti per prodotti chimici quotidiani, agenti di ritenzione idrica per rivestimenti di carta e addensanti per rivestimenti architettonici.

2.4 Degradabilità

Quando l'etere di cellulosa viene sciolto nella fase acquosa, i batteri cresceranno e la crescita dei batteri porterà alla produzione di batteri enzimatici. L'enzima rompe i legami delle unità di anidroglucosio non sostituite adiacenti all'etere di cellulosa, riducendo il peso molecolare relativo del polimero. Pertanto, se la soluzione acquosa di etere di cellulosa deve essere conservata per lungo tempo, è necessario aggiungervi dei conservanti e adottare alcune misure antisettiche anche per gli eteri di cellulosa con proprietà antibatteriche.

3. Applicazione dell'etere di cellulosa nell'industria della carta

3.1 Agente rinforzante della carta

Ad esempio, la CMC può essere utilizzata come disperdente delle fibre e come agente rinforzante della carta, che può essere aggiunto alla pasta. Poiché la carbossimetilcellulosa di sodio ha la stessa carica delle particelle di pasta e riempitivo, può aumentare l'uniformità della fibra. L'effetto di legame tra le fibre può essere migliorato e gli indicatori fisici come la resistenza alla trazione, la resistenza allo scoppio e l'uniformità della carta possono essere migliorati. Ad esempio, Longzhu e altri utilizzano pasta di legno sbiancata al solfito al 100%, polvere di talco al 20%, colla di colofonia dispersa all'1%, regolano il valore del pH a 4,5 con solfato di alluminio e utilizzano CMC a viscosità più elevata (viscosità 800 ~ 1200 MPA.S). di sostituzione è 0,6. Si può vedere che la CMC può migliorare la resistenza a secco della carta e anche migliorarne il grado di collatura.

3.2 Agente collante superficiale

La carbossimetilcellulosa di sodio può essere utilizzata come agente di collatura della superficie della carta per migliorare la resistenza superficiale della carta. Il suo effetto applicativo può aumentare la resistenza superficiale di circa il 10% rispetto all'uso attuale di alcol polivinilico e agente di collatura dell'amido modificato, e il dosaggio può essere ridotto di circa il 30%. È un agente collante superficiale molto promettente per la produzione della carta e questa serie di nuove varietà dovrebbe essere sviluppata attivamente. L'etere di cellulosa cationico ha prestazioni di collatura superficiale migliori rispetto all'amido cationico. Non solo può migliorare la resistenza superficiale della carta, ma anche migliorare le prestazioni di assorbimento dell'inchiostro della carta e aumentare l'effetto di tintura. È anche un promettente agente di collaggio superficiale. Mo Lihuan e altri hanno utilizzato la carbossimetilcellulosa di sodio e l'amido ossidato per condurre test di dimensionamento della superficie su carta e cartone. I risultati mostrano che la CMC ha un effetto di dimensionamento della superficie ideale.

La metilcarbossimetilcellulosa sodica ha una certa prestazione di collatura e la carbossimetilcellulosa sodica può essere utilizzata come agente di collatura della pasta. Oltre al proprio grado di collatura, l'etere di cellulosa cationico può essere utilizzato anche come filtro coadiuvante nella produzione della carta, migliora il tasso di ritenzione delle fibre fini e dei riempitivi e può anche essere utilizzato come agente rinforzante della carta.

3.3 Stabilizzatore di emulsione

L'etere di cellulosa è ampiamente utilizzato nella preparazione dell'emulsione a causa del suo buon effetto addensante in soluzione acquosa, che può aumentare la viscosità del mezzo di dispersione dell'emulsione e prevenire la precipitazione e la stratificazione dell'emulsione. Come la carbossimetilcellulosa di sodio, l'etere di idrossietilcellulosa, l'etere di idrossipropilcellulosa, ecc. Possono essere utilizzati come stabilizzanti e agenti protettivi per gomma di colofonia dispersa anionica, etere di cellulosa cationico, etere di idrossietilcellulosa, etere di idrossipropilcellulosa, ecc. Etere di cellulosa di base, metilcellulosa etere, ecc. possono anche essere utilizzati come agenti protettivi per gomma di colofonia dispersa cationica, AKD, ASA e altri agenti di collatura. Longzhu et al. ha utilizzato pasta di legno sbiancata al solfito al 100%, talco al 20%, colla di colofonia dispersa all'1%, regolato il valore del pH su 4,5 con solfato di alluminio e utilizzato CMC a viscosità più elevata (viscosità 800 ~ 12000 MPA.S). Il grado di sostituzione è 0,6 e viene utilizzato per il dimensionamento interno. Dai risultati si può vedere che il grado di collatura della gomma di colofonia contenente CMC è ovviamente migliorato, la stabilità dell'emulsione di colofonia è buona e anche il tasso di ritenzione del materiale di gomma è elevato.

3.4 Rivestimento con agente di ritenzione idrica

Viene utilizzato per il rivestimento e la lavorazione di leganti di rivestimento della carta, cianoetilcellulosa, idrossietilcellulosa, ecc. Può sostituire la caseina e parte del lattice, in modo che l'inchiostro da stampa possa penetrare facilmente e i bordi siano chiari. La carbossimetilcellulosa e l'etere di idrossietilcarbossimetilcellulosa possono essere utilizzati come disperdente dei pigmenti, addensante, agente di ritenzione idrica e stabilizzante. Ad esempio, la quantità di carbossimetilcellulosa utilizzata come agente di ritenzione dell'acqua nella preparazione dei rivestimenti di carta patinata è dell'1-2%.

4. Tendenza allo sviluppo dell'etere di cellulosa utilizzato nell'industria della carta

L'uso della modificazione chimica per ottenere derivati ​​della cellulosa con funzioni speciali è un modo efficace per cercare nuovi usi della più grande resa mondiale di materia organica naturale: la cellulosa. Esistono molti tipi di derivati ​​della cellulosa e ampie funzioni e gli eteri di cellulosa sono stati applicati in molti settori grazie alle loro eccellenti prestazioni. Per soddisfare le esigenze dell'industria della carta, lo sviluppo dell'etere di cellulosa dovrebbe prestare attenzione alle seguenti tendenze:

(1) Sviluppare vari prodotti specifici di eteri di cellulosa adatti per applicazioni nell'industria della carta, come prodotti di serie con diversi gradi di sostituzione, diverse viscosità e diverse masse molecolari relative, per la selezione nella produzione di diverse varietà di carta.

(2) Dovrebbe essere aumentato lo sviluppo di nuove varietà di eteri di cellulosa, come gli eteri di cellulosa cationici adatti come coadiuvanti di ritenzione e drenaggio nella produzione della carta, agenti di collatura superficiale ed eteri di cellulosa zwitterionici che possono essere utilizzati come agenti rinforzanti per sostituire il lattice di rivestimento Etere di cianoetilcellulosa e simili come legante.

(3) Rafforzare la ricerca sul processo di preparazione dell'etere di cellulosa e il suo nuovo metodo di preparazione, in particolare la ricerca sulla riduzione dei costi e sulla semplificazione del processo.

(4) Rafforzare la ricerca sulle proprietà degli eteri di cellulosa, in particolare le proprietà filmogene, le proprietà leganti e le proprietà addensanti di vari eteri di cellulosa, e rafforzare la ricerca teorica sull'applicazione degli eteri di cellulosa nella produzione della carta.