製紙業界におけるセルロースエーテル

本稿では,製紙業界におけるセルロースエーテルの種類,調製方法,性能特性および応用状況を紹介し,開発の見通しを持つセルロースエーテルのいくつかの新品種を提案し,製紙におけるそれらの応用と開発傾向について議論する。

キーワード:セルロースエーテル；パフォーマンス;製紙産業

セルロースは天然の高分子化合物であり、その化学構造は無水多糖類の高分子です。β-グルコースを基本環として使用し、各基本環には一級ヒドロキシル基と二級ヒドロキシル基があります。化学修飾により、一連のセルロース誘導体を得ることができます。セルロースエーテルの調製方法は、セルロースをNaOHと反応させ、次に塩化メチル、エチレンオキシド、プロピレンオキシドなどのさまざまな機能性反応物とエーテル化反応を実行し、その後副生成物の塩と一部のセルロースナトリウムを洗浄して得ます。製品。セルロースエーテルはセルロースの重要な誘導体の1つであり、医療、衛生、日常化学工業、製紙、食品、医薬品、建設、材料およびその他の産業で広く使用できます。近年、諸外国でもその研究が重視されており、応用基礎研究、応用実用効果、製剤化において多くの成果があげられています。近年、中国の一部の人々が徐々にこの側面の研究に参加し始め、当初は生産実践である程度の成果を上げています。したがって、セルロースエーテルの開発と利用は、再生可能な生物資源の総合的利用と紙の品質と性能の向上において非常に重要な役割を果たしています。開発する価値のある新しいタイプの製紙添加剤です。

1. セルロースエーテルの分類と調製方法

セルロースエーテルの分類は、イオン性の違いにより一般に4つに分類されます。

1.1 ノニオン性セルロースエーテル

非イオン性セルロースエーテルは、主にセルロースアルキルエーテルであり、その製造方法は、セルロースとNaOHを反応させた後、モノクロロメタン、エチレンオキシド、プロピレンオキシドなどのさまざまな官能性モノマーとエーテル化反応を行い、その後洗浄することによって得られます。副生塩とセルロースナトリウムは主にメチルセルロースエーテル、メチルヒドロキシエチルセルロースエーテル、メチルヒドロキシプロピルセルロースエーテル、ヒドロキシエチルセルロースエーテル、シアノエチルセルロースエーテル、ヒドロキシブチルセルロースエーテルなどが広く使用されています。

1.2 アニオン性セルロースエーテル

アニオン性セルロースエーテルは、主にカルボキシメチルセルロースナトリウムとカルボキシメチルヒドロキシエチルセルロースナトリウムです。調製方法は、セルロースとNaOHを反応させた後、クロロ酢酸、エチレンオキシド、プロピレンオキシドでエーテル反応させることです。化学反応を起こし、副生した塩とセルロースナトリウムを洗浄して得られます。

1.3 カチオン性セルロースエーテル

カチオン性 セルロースエーテルとしては、主に、セルロースとＮａＯＨとを反応させた後、カチオン性エーテル化剤である３－クロロ－２－ヒドロキシプロピルトリメチルアンモニウムクロリドとの反応、またはエチレンオキシドおよびプロピレンオキシドとのエーテル化反応により製造される３－クロロ－２－ヒドロキシプロピルトリメチルアンモニウムクロリドセルロースエーテルが挙げられ、副生塩とセルロースナトリウムを洗浄することにより得られる。

1.4 両性イオンセルロースエーテル

両性イオン性セルロースエーテルの分子鎖にはアニオン基とカチオン基の両方があります。その製造方法は、セルロースとNaOHを反応させた後、モノクロロ酢酸とカチオン性エーテル化剤とを反応させ、3-クロロ-2-ヒドロキシプロピルトリメチルアンモニウムクロリドをエーテル化し、副生塩とセルロースナトリウムを洗浄することにより得られる。

2. セルロースエーテルの性能と特徴

2.1 皮膜形成と密着性

セルロースエーテルのエーテル化は、溶解性、成膜性、結合強度、耐塩性などの特性や特性に大きな影響を与えます。セルロースエーテルは、機械的強度、柔軟性、耐熱性、耐寒性が高く、各種樹脂や可塑剤との相溶性が良好で、プラスチック、フィルム、ワニス、接着剤、ラテックス、薬物コーティング材などの製造に使用できます。

2.2 溶解性

セルロースエーテルは多水酸基の存在により良好な水溶性を有し、置換基の違いにより有機溶媒に対する溶媒選択性が異なります。メチルセルロースは冷水に可溶、熱水に不溶、さらに一部の溶媒にも可溶です。メチルヒドロキシエチルセルロースは冷水に溶けますが、熱水や有機溶媒には溶けません。しかし、メチルセルロースとメチルヒドロキシエチルセルロースの水溶液を加熱すると、メチルセルロースとメチルヒドロキシエチルセルロースが析出する。メチルセルロースは45～60℃で沈殿します。°混合エーテル化メチルヒドロキシエチルセルロースの沈殿温度は65〜80℃に上昇します。°温度が下がると、沈殿物は再溶解します。ヒドロキシエチルセルロースとカルボキシメチルセルロースナトリウムは、どの温度でも水に可溶ですが、有機溶媒には不溶です（いくつかの例外を除きます）。この性質を利用して、さまざまな撥油剤や可溶性フィルム材料を調製することができます。

2.3 増粘

セルロースエーテルはコロイドの形で水に溶解しており、その粘度はセルロースエーテルの重合度に依存し、溶液には水和した高分子が含まれています。高分子の絡み合いにより、溶液の流れ挙動はニュートン流体とは異なりますが、せん断力によって変化する挙動を示します。セルロースエーテルの高分子構造により、溶液の粘度は濃度の増加とともに急速に増加し、温度の上昇とともに急速に減少します。カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロースなどのセルロースエーテルは、その特性を活かし、日用薬品の増粘剤、紙コーティング用の保水剤、建築用コーティング用の増粘剤として使用されます。

2.4 分解性

セルロースエーテルが水相に溶解すると細菌が増殖し、細菌の増殖により酵素細菌が生成されます。この酵素は、セルロースエーテルに隣接する非置換のアンヒドログルコース単位の結合を切断し、ポリマーの相対分子量を減少させます。したがって、セルロースエーテル水溶液を長期保存する場合には、抗菌性を有するセルロースエーテルであっても、防腐剤の添加や防腐措置を講じる必要がある。

3. 製紙業界におけるセルロースエーテルの応用

3.1 紙力増強剤

たとえば、CMC は繊維分散剤および紙強化剤として使用でき、パルプに添加できます。カルボキシメチルセルロースナトリウムはパルプやフィラー粒子と同じ電荷を持っているため、繊維の均一性を高めることができます。繊維間の結合効果を向上させることができ、紙の引張強度、破裂強度、紙均一性などの物理指標を向上させることができます。例えば、Longzhuらは、100％漂白亜硫酸木材パルプ、20％タルカムパウダー、1％分散ロジン接着剤を使用し、硫酸アルミニウムでpH値を4.5に調整し、より高粘度のCMC（粘度800〜1200MPA.S）を使用します。置換の値は 0.6 です。 CMC により紙の乾燥強度が向上し、サイズ度も向上することがわかります。

3.2 表面サイズ剤

カルボキシメチルセルロースナトリウムは、紙の表面強度を向上させるための紙表面サイズ剤として使用できます。その塗布効果により、現在ポリビニルアルコールや加工デンプン系サイズ剤を使用している場合に比べて表面強度が約10％向上し、使用量も約30％削減できます。製紙用表面サイズ剤として非常に有望であり、この一連の新品種の開発が積極的に進められるべきである。カチオン性セルロースエーテルは、カチオン性デンプンよりも優れた表面サイジング性能を備えています。紙の表面強度を向上させるだけでなく、紙のインク吸収性能を向上させ、染色効果を高めることができます。表面サイズ剤としても期待されています。 Mo Lihuanらは、カルボキシメチルセルロースナトリウムと酸化デンプンを使用して、紙とボール紙の表面サイジングテストを実施しました。結果は、CMC が理想的な表面サイジング効果を持っていることを示しています。

メチルカルボキシメチルセルロースナトリウムは一定のサイズ性能を有しており、パルプサイズ剤として使用することができる。カチオン性セルロースエーテルは、それ自身のサイズ度に加えて、製紙歩留まり向上剤フィルターとしても使用でき、微細繊維や充填剤の歩留まり率を向上させ、紙強化剤としても使用できます。

3.3 乳化安定剤

セルロースエーテルは、水溶液中での優れた増粘効果により、エマルジョン分散媒体の粘度を高め、エマルジョンの沈殿や層化を防ぐことができるため、エマルジョンの調製に広く使用されています。カルボキシメチルセルロースナトリウム、ヒドロキシエチルセルロースエーテル、ヒドロキシプロピルセルロースエーテルなどは、アニオン分散ロジンガム、カチオンセルロースエーテル、ヒドロキシエチルセルロースエーテル、ヒドロキシプロピルセルロースエーテルなどの安定剤および保護剤として使用できます。 ベースセルロースエーテル、メチルセルロースエーテル等はカチオン分散ロジンガム、AKD、ASA等のサイズ剤の保護剤としても使用できます。 Longzhuら。 100％漂白亜硫酸木材パルプ、20％タルカムパウダー、1％分散ロジン接着剤を使用し、硫酸アルミニウムでpH値を4.5に調整し、より高粘度のCMC（粘度800〜12000MPA.S）を使用しました。置換度は 0.6 で、内部サイジングに使用されます。この結果から、ＣＭＣを含有するロジンゴムのサイジング度は明らかに向上しており、ロジンエマルションの安定性も良好であり、ゴム材料の保持率も高いことが分かる。

3.4 コーティング保水剤

紙のコーティングバインダーのコーティングや加工に使用され、シアノエチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロースなどがカゼインやラテックスの一部を置き換えることができるため、印刷インクが浸透しやすく、エッジが鮮明になります。カルボキシメチルセルロースおよびヒドロキシエチルカルボキシメチルセルロースエーテルは、顔料分散剤、増粘剤、保水剤、安定剤として使用できます。例えば、塗工紙コーティングの調製において保水剤として使用されるカルボキシメチルセルロースの量は１〜２％である。

4. 製紙業界で使用されるセルロースエーテルの開発動向

世界最大の天然有機物であるセルロースの新たな用途を模索するには、化学修飾を利用して特殊な機能を持ったセルロース誘導体を得ることが有効です。セルロース誘導体には多くの種類と幅広い機能があり、セルロースエーテルはその優れた性能から多くの産業で応用されています。製紙業界のニーズを満たすために、セルロースエーテルの開発では次の傾向に注意を払う必要があります。

(1) 製紙用途に適したセルロースエーテルの様々な仕様の製品を開発し、紙品種の製造における選択のために、置換度、粘度、相対分子量の異なるシリーズ製品を開発します。

(2) 製紙歩留まりや水切り助剤、表面サイズ剤に適したカチオン性セルロースエーテル、コーティングラテックスシアノエチルセルロースエーテルに代わる補強剤として使用できる両性イオン性セルロースエーテルなど、新しい種類のセルロースエーテルの開発を増やすべきである。バインダーとしてなど。

(3) セルロースエーテルの製造プロセスとその新しい製造方法に関する研究、特にコストの削減とプロセスの簡素化に関する研究を強化する。

(4) セルロースエーテルの特性、特に各種セルロースエーテルの製膜特性、結合特性、増粘特性に関する研究を強化し、セルロースエーテルの製紙への応用に関する理論研究を強化する。