ცელულოზის ეთერი ქაღალდის მრეწველობაში

ეს ნაშრომი წარმოგიდგენთ ცელულოზის ეთერების ტიპებს, მომზადების მეთოდებს, შესრულების მახასიათებლებს და გამოყენების სტატუსს ქაღალდის დამზადების ინდუსტრიაში, წარმოაჩენს ცელულოზის ეთერების რამდენიმე ახალ სახეობას განვითარების პერსპექტივით და განიხილავს მათ გამოყენებას და განვითარების ტენდენციას ქაღალდის წარმოებაში.

საკვანძო სიტყვები:ცელულოზის ეთერი; შესრულება; ქაღალდის ინდუსტრია

ცელულოზა არის ბუნებრივი პოლიმერული ნაერთი, მისი ქიმიური სტრუქტურა არის პოლისაქარიდის მაკრომოლეკულა უწყლოβ- გლუკოზა, როგორც საბაზისო რგოლი, და თითოეულ საბაზისო რგოლს აქვს პირველადი ჰიდროქსილის ჯგუფი და მეორადი ჰიდროქსილის ჯგუფი. მისი ქიმიური მოდიფიკაციის საშუალებით, ცელულოზის წარმოებულების სერია შეიძლება მიღებულ იქნეს. ცელულოზის ეთერის მომზადების მეთოდია ცელულოზის რეაქცია NaOH-თან, შემდეგ ეთერიფიკაციის რეაქცია სხვადასხვა ფუნქციური რეაქტანტებით, როგორიცაა მეთილის ქლორიდი, ეთილენის ოქსიდი, პროპილენოქსიდი და ა.შ. პროდუქტი. ცელულოზის ეთერი არის ცელულოზის ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი წარმოებული, რომელიც შეიძლება ფართოდ იქნას გამოყენებული მედიცინასა და ჰიგიენაში, ყოველდღიურ ქიმიურ მრეწველობაში, ქაღალდის წარმოებაში, კვების, მედიცინის, სამშენებლო, მასალების და სხვა ინდუსტრიებში. ბოლო წლებში მის კვლევას უცხო ქვეყნები დიდ მნიშვნელობას ანიჭებენ და მრავალი მიღწევა იქნა მიღწეული გამოყენებითი საბაზისო კვლევების, გამოყენებითი პრაქტიკული ეფექტებისა და მომზადებაში. ბოლო წლებში ჩინეთში ზოგიერთმა ადამიანმა თანდათან დაიწყო ჩართვა ამ ასპექტის კვლევაში და თავდაპირველად მიაღწია გარკვეულ შედეგებს საწარმოო პრაქტიკაში. ამრიგად, ცელულოზის ეთერის განვითარება და გამოყენება ძალიან მნიშვნელოვან როლს ასრულებს განახლებადი ბიოლოგიური რესურსების ყოვლისმომცველ გამოყენებაში და ქაღალდის ხარისხისა და მუშაობის გაუმჯობესებაში. ეს არის ახალი ტიპის ქაღალდის დამზადების დანამატები, რომლებიც უნდა განვითარდეს.

1. ცელულოზის ეთერების კლასიფიკაცია და მომზადების მეთოდები

ცელულოზის ეთერების კლასიფიკაცია ზოგადად იყოფა 4 კატეგორიად იონურობის მიხედვით.

1.1 არაიონური ცელულოზის ეთერი

არაიონური ცელულოზის ეთერი ძირითადად ცელულოზის ალკილის ეთერია და მისი მომზადების მეთოდია ცელულოზის რეაქცია NaOH-თან, შემდეგ კი ეთერიფიკაციის რეაქცია სხვადასხვა ფუნქციური მონომერებით, როგორიცაა მონოქლორმეთანი, ეთილენის ოქსიდი, პროპილენოქსიდი და ა.შ. და შემდეგ მიიღება გარეცხვით. ფართოდ გამოიყენება ქვეპროდუქტი მარილი და ცელულოზა ნატრიუმი, ძირითადად მეთილცელულოზის ეთერის, მეთილის ჰიდროქსიეთილცელულოზის ეთერის, მეთილის ჰიდროქსიპროპილცელულოზის ეთერის, ჰიდროქსიეთილცელულოზის ეთერის, ციანოეთილცელულოზის ეთერის და ჰიდროქსიბუტილცელულოზის ეთერის ჩათვლით.

1.2 ანიონური ცელულოზის ეთერი

ანიონური ცელულოზის ეთერები ძირითადად ნატრიუმის კარბოქსიმეთილცელულოზა და ნატრიუმის კარბოქსიმეთილ ჰიდროქსიეთილის ცელულოზაა. მომზადების მეთოდია ცელულოზის რეაქცია NaOH-თან და შემდეგ ეთერი ქლოროძმარმჟავით, ეთილენოქსიდით და პროპილენოქსიდით. ქიმიური რეაქცია და შემდეგ მიღებული სუბპროდუქტის მარილისა და ნატრიუმის ცელულოზის გარეცხვით.

1.3 კათიონური ცელულოზის ეთერი

კატიონური ცელულოზის ეთერები ძირითადად მოიცავს 3-ქლორო-2-ჰიდროქსიპროპილტრიმეთილამონიუმის ქლორიდს ცელულოზის ეთერს, რომელიც მზადდება ცელულოზის რეაქციით NaOH-თან და შემდეგ რეაქციაში კატიონურ ეთერიფიკატორთან 3-ქლორო-2-ჰიდროქსიპროპილ ტრიმეთილამონიუმის ქლორიდთან და ეთილენთან რეაქციით. შემდეგ კი მიიღება ქვეპროდუქტის მარილისა და ნატრიუმის ცელულოზის გარეცხვით.

1.4 ცვიტერიონული ცელულოზის ეთერი

ცვიტერიონული ცელულოზის ეთერის მოლეკულურ ჯაჭვს აქვს როგორც ანიონური, ასევე კათიონური ჯგუფები. მისი მომზადების მეთოდია ცელულოზის რეაქცია NaOH-თან და შემდეგ რეაქცია მონოქლორძმარმჟავასთან და კათიონური ეთერიფიკაციის აგენტთან.

2. ცელულოზის ეთერის მოქმედება და მახასიათებლები

2.1 ფირის ფორმირება და გადაბმა

ცელულოზის ეთერის ეთერიფიკაცია დიდ გავლენას ახდენს მის მახასიათებლებზე და თვისებებზე, როგორიცაა ხსნადობა, ფირის წარმოქმნის უნარი, კავშირის სიმტკიცე და მარილის წინააღმდეგობა. ცელულოზის ეთერს აქვს მაღალი მექანიკური სიმტკიცე, მოქნილობა, სითბოს წინააღმდეგობა და სიცივის წინააღმდეგობა და აქვს კარგი თავსებადობა სხვადასხვა ფისებთან და პლასტიზატორებით და შეიძლება გამოყენებულ იქნას პლასტმასის, ფილმების, ლაქების, ადჰეზივების, ლატექსის და წამლების საფარის მასალების დასამზადებლად და ა.შ.

2.2 ხსნადობა

ცელულოზის ეთერს აქვს კარგი წყალში ხსნადობა პოლიჰიდროქსილის ჯგუფების არსებობის გამო და აქვს გამხსნელის განსხვავებული სელექციურობა ორგანული გამხსნელებისთვის სხვადასხვა შემცვლელების მიხედვით. მეთილცელულოზა ხსნადია ცივ წყალში, უხსნადი ცხელ წყალში და ასევე იხსნება ზოგიერთ გამხსნელში; მეთილის ჰიდროქსიეთილის ცელულოზა ხსნადია ცივ წყალში, უხსნადი ცხელ წყალში და ორგანულ გამხსნელებში. თუმცა, როდესაც მეთილცელულოზის და მეთილჰიდროქსიეთილცელულოზის წყალხსნარი გაცხელდება, მეთილცელულოზა და მეთილჰიდროქსიეთილცელულოზა დალექდება. მეთილის ცელულოზა დალექილია 45-60-ზე°C, ხოლო შერეული ეთერიფიცირებული მეთილჰიდროქსიეთილის ცელულოზის ნალექების ტემპერატურა 65-80-მდე გაიზარდა.°C. როდესაც ტემპერატურა იკლებს, ნალექი ხელახლა იშლება. ჰიდროქსიეთილცელულოზა და ნატრიუმის კარბოქსიმეთილცელულოზა წყალში ხსნადია ნებისმიერ ტემპერატურაზე და უხსნადი ორგანულ გამხსნელებში (რამდენიმე გამონაკლისის გარდა). ამ თვისების გამოყენებით შეიძლება მომზადდეს სხვადასხვა ზეთის საწინააღმდეგო საშუალებები და ხსნადი ფირის მასალები.

2.3 გასქელება

ცელულოზის ეთერი წყალში იხსნება კოლოიდის სახით, მისი სიბლანტე დამოკიდებულია ცელულოზის ეთერის პოლიმერიზაციის ხარისხზე, ხოლო ხსნარი შეიცავს ჰიდრატირებულ მაკრომოლეკულებს. მაკრომოლეკულების ჩახლართულობის გამო, ხსნარების ნაკადის ქცევა განსხვავდება ნიუტონის სითხეებისგან, მაგრამ ავლენს ქცევას, რომელიც იცვლება ათვლის ძალით. ცელულოზის ეთერის მაკრომოლეკულური სტრუქტურის გამო, ხსნარის სიბლანტე სწრაფად იზრდება კონცენტრაციის მატებასთან ერთად და სწრაფად მცირდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად. მისი მახასიათებლების მიხედვით, ცელულოზის ეთერები, როგორიცაა კარბოქსიმეთილცელულოზა და ჰიდროქსიეთილის ცელულოზა, შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც გასქელება ყოველდღიური ქიმიკატებისთვის, წყლის შემაკავებელი აგენტები ქაღალდის საფარისთვის და გასქელება არქიტექტურული საფარისთვის.

2.4 დეგრადაცია

როდესაც ცელულოზის ეთერი იხსნება წყლის ფაზაში, ბაქტერიები გაიზრდება და ბაქტერიების ზრდა გამოიწვევს ფერმენტული ბაქტერიების წარმოქმნას. ფერმენტი არღვევს შეუცვლელ ანჰიდროგლუკოზის ერთეულ ობლიგაციებს ცელულოზის ეთერის მიმდებარედ, რაც ამცირებს პოლიმერის ფარდობით მოლეკულურ წონას. ამიტომ, თუ ცელულოზის ეთერის წყალხსნარი დიდხანს უნდა ინახებოდეს, მას კონსერვანტები უნდა დაემატოს და ანტიბაქტერიული თვისებების მქონე ცელულოზის ეთერებისთვისაც კი გარკვეული ანტისეპტიკური ღონისძიებების გატარება.

3. ცელულოზის ეთერის გამოყენება ქაღალდის მრეწველობაში

3.1 ქაღალდის გამაძლიერებელი საშუალება

მაგალითად, CMC შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც ბოჭკოვანი დისპერსანტი და ქაღალდის გამაძლიერებელი აგენტი, რომელიც შეიძლება დაემატოს რბილობს. ვინაიდან ნატრიუმის კარბოქსიმეთილ ცელულოზას აქვს იგივე მუხტი, როგორც რბილობი და შემავსებლის ნაწილაკები, მას შეუძლია გაზარდოს ბოჭკოს თანაბრობა. ბოჭკოებს შორის შემაკავშირებელი ეფექტი შეიძლება გაუმჯობესდეს და ფიზიკური ინდიკატორები, როგორიცაა ჭიმვის სიმტკიცე, აფეთქების ძალა და ქაღალდის თანასწორობა შეიძლება გაუმჯობესდეს. მაგალითად, Longzhu და სხვები იყენებენ 100% გათეთრებულ სულფიტის ხის მერქანს, 20% ტალკის ფხვნილს, 1% დისპერსიულ როზინის წებოს, არეგულირებენ pH-ს 4.5-ზე ალუმინის სულფატით და იყენებენ უფრო მაღალი სიბლანტის CMC (სიბლანტე 800~1200MPA.S) გრადუსი. ჩანაცვლება არის 0.6. ჩანს, რომ CMC-ს შეუძლია გააუმჯობესოს ქაღალდის სიმშრალე და ასევე გააუმჯობესოს მისი ზომის ხარისხი.

3.2 ზედაპირის ზომის აგენტი

ნატრიუმის კარბოქსიმეთილ ცელულოზა შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც ქაღალდის ზედაპირის ზომის აგენტი ქაღალდის ზედაპირის სიძლიერის გასაუმჯობესებლად. მისი გამოყენების ეფექტი შეიძლება გაზარდოს ზედაპირის სიმტკიცე დაახლოებით 10% -ით პოლივინილის სპირტის და მოდიფიცირებული სახამებლის ზომის აგენტთან შედარებით, ხოლო დოზა შეიძლება შემცირდეს დაახლოებით 30% -ით. ეს არის ძალიან პერსპექტიული ზედაპირის ზომის აგენტი ქაღალდის დასამზადებლად და ახალი ჯიშების ეს სერია აქტიურად უნდა განვითარდეს. კათიონურ ცელულოზის ეთერს აქვს ზედაპირის ზომის უკეთესი მოქმედება, ვიდრე კათიონურ სახამებელს. მას შეუძლია არა მხოლოდ გააუმჯობესოს ქაღალდის ზედაპირის სიმტკიცე, არამედ გააუმჯობესოს ქაღალდის მელნის შთანთქმის მოქმედება და გაზარდოს შეღებვის ეფექტი. ის ასევე პერსპექტიული ზედაპირის ზომის აგენტია. მო ლიჰუანმა და სხვებმა გამოიყენეს ნატრიუმის კარბოქსიმეთილცელულოზა და დაჟანგული სახამებელი ქაღალდზე და მუყაოზე ზედაპირის ზომის ტესტების ჩასატარებლად. შედეგები აჩვენებს, რომ CMC-ს აქვს ზედაპირის ზომის იდეალური ეფექტი.

მეთილის კარბოქსიმეთილ ცელულოზა ნატრიუმს აქვს გარკვეული გაზომვის უნარი და კარბოქსიმეთილცელულოზა ნატრიუმი შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც რბილობი. გარდა საკუთარი ზომის ხარისხისა, კათიონური ცელულოზის ეთერი ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც ქაღალდის დამზადების შენარჩუნების დამხმარე ფილტრი, გააუმჯობესოს წვრილი ბოჭკოების და შემავსებლების შეკავების სიჩქარე და ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც ქაღალდის გამაძლიერებელი აგენტი.

3.3 ემულსიის სტაბილიზატორი

ცელულოზის ეთერი ფართოდ გამოიყენება ემულსიის მომზადებაში, წყალხსნარში მისი კარგი გასქელება ეფექტის გამო, რომელსაც შეუძლია გაზარდოს ემულსიის დისპერსიული საშუალების სიბლანტე და თავიდან აიცილოს ემულსიის ნალექი და სტრატიფიკაცია. როგორიცაა ნატრიუმის კარბოქსიმეთილცელულოზა, ჰიდროქსიეთილცელულოზის ეთერი, ჰიდროქსიპროპილცელულოზის ეთერი და ა.შ. შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც სტაბილიზატორები და დამცავი აგენტები ანიონური დისპერსიული როზინის რეზინისთვის, კათიონური ცელულოზის ეთერი, ჰიდროქსიეთილცელულოზის ეთერი, ჰიდროქსიპროპილ ცელულოზის ეთერცელულოზის ეთერი და ა.შ. ეთერი და ა.შ. ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას, როგორც დამცავი აგენტი კათიონური დისპერსიის კალოფის რეზინის, AKD, ASA და სხვა გამადიდებელი აგენტებისთვის. ლონგჟუ და სხვ. გამოიყენა 100% გათეთრებული სულფიტის ხის რბილობი, 20% ტალკი, 1% დისპერსიული როზინის წებო, დაარეგულირა pH მნიშვნელობა 4.5-მდე ალუმინის სულფატით და გამოიყენა უფრო მაღალი სიბლანტის CMC (სიბლანტე 800~12000MPA.S). ჩანაცვლების ხარისხი არის 0,6 და გამოიყენება შიდა ზომისთვის. შედეგებიდან ჩანს, რომ CMC-ის შემცველი როზინის რეზინის გადიდების ხარისხი აშკარად გაუმჯობესებულია და როზინის ემულსიის სტაბილურობა კარგია, ასევე მაღალია რეზინის მასალის შეკავების მაჩვენებელი.

3.4 საფარი წყლის შემაკავებელი აგენტი

იგი გამოიყენება ქაღალდის საფარის შემკვრელის დასაფარად და დასამუშავებლად, ციანოეთილის ცელულოზას, ჰიდროქსიეთილის ცელულოზას და ა.შ. შეუძლია შეცვალოს კაზეინი და ლატექსის ნაწილი, ისე რომ საბეჭდი მელანი ადვილად შეაღწიოს და კიდეები გამჭვირვალე იყოს. კარბოქსიმეთილცელულოზა და ჰიდროქსიეთილ კარბოქსიმეთილცელულოზის ეთერი შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც პიგმენტის დისპერსანტი, გასქელება, წყლის შემაკავებელი საშუალება და სტაბილიზატორი. მაგალითად, კარბოქსიმეთილ ცელულოზის რაოდენობა, რომელიც გამოიყენება როგორც წყლის შემანარჩუნებელი საშუალება, დაფარული ქაღალდის საფარის მომზადებისას არის 1-2%.

4. ქაღალდის მრეწველობაში გამოყენებული ცელულოზის ეთერის განვითარების ტენდენცია

ქიმიური მოდიფიკაციის გამოყენება სპეციალური ფუნქციების მქონე ცელულოზის წარმოებულების მოსაპოვებლად ეფექტური გზაა ბუნებრივი ორგანული ნივთიერებების - ცელულოზის მსოფლიოში ყველაზე დიდი მოსავლიანობის ახალი გამოყენების მოსაძიებლად. არსებობს მრავალი სახის ცელულოზის წარმოებულები და ფართო ფუნქციები, და ცელულოზის ეთერები გამოიყენება მრავალ ინდუსტრიაში მათი შესანიშნავი შესრულების გამო. ქაღალდის მრეწველობის მოთხოვნილებების დასაკმაყოფილებლად, ცელულოზის ეთერის განვითარებამ ყურადღება უნდა მიაქციოს შემდეგ ტენდენციებს:

(1) შეიმუშავეთ ცელულოზის ეთერების სხვადასხვა სპეციფიკაციების პროდუქტები, რომლებიც შესაფერისია ქაღალდის ინდუსტრიისთვის, როგორიცაა სერიული პროდუქტები ჩანაცვლების სხვადასხვა ხარისხით, განსხვავებული სიბლანტეებით და სხვადასხვა ფარდობითი მოლეკულური მასით, სხვადასხვა ჯიშის ქაღალდის წარმოებაში შერჩევისთვის.

(2) უნდა გაიზარდოს ცელულოზის ეთერების ახალი სახეობების განვითარება, როგორიცაა კათიონური ცელულოზის ეთერები, რომლებიც შესაფერისია ქაღალდის წარმოებისთვის შესანარჩუნებლად და დრენაჟისთვის, ზედაპირის ზომის აგენტები და ცვიტერიონული ცელულოზის ეთერები, რომლებიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც გამაძლიერებელი აგენტები ლატექსის ციანოეთილის ცელულოზის ეთერისთვის. და მსგავსი როგორც შემკვრელი.

(3) ცელულოზის ეთერის მომზადების პროცესისა და მისი მომზადების ახალი მეთოდის შესახებ კვლევების გაძლიერება, განსაკუთრებით ღირებულების შემცირებისა და პროცესის გამარტივების შესახებ.

(4) გააძლიეროს კვლევა ცელულოზის ეთერების თვისებებზე, განსაკუთრებით ფირის წარმომქმნელ თვისებებზე, სხვადასხვა ცელულოზის ეთერების შემაკავშირებელ თვისებებზე და გასქელებაზე და გააძლიეროს თეორიული კვლევა ცელულოზის ეთერების გამოყენების შესახებ ქაღალდის წარმოებაში.