Қағаз өнеркәсібіндегі целлюлоза эфирі

Бұл мақалада целлюлоза эфирлерінің түрлері, дайындау әдістері, өнімділік сипаттамалары және қағаз өндіру өнеркәсібінде қолданылу жағдайы қарастырылған, даму перспективалары бар целлюлоза эфирлерінің кейбір жаңа сорттары ұсынылған және олардың қағаз өндірісінде қолданылуы мен даму тенденциясы талқыланады.

Негізгі сөздер:целлюлоза эфирі; өнімділік; қағаз өнеркәсібі

Целлюлоза табиғи полимерлі қосылыс, оның химиялық құрылымы сусыз полисахаридті макромолекула.β-негіздік сақина ретінде глюкоза, ал әрбір негіздік сақинада біріншілік гидроксил тобы және екіншілік гидроксил тобы болады. Оның химиялық модификациясы арқылы целлюлоза туындыларының сериясын алуға болады. Целлюлоза эфирін дайындау әдісі - целлюлозаны NaOH-пен әрекеттесу, содан кейін метилхлорид, этилен оксиді, пропилен оксиді және т.б. сияқты әртүрлі функционалдық әрекеттесуші заттармен эфирлеу реакциясын жүргізу, содан кейін жанама өнім тұзын және кейбір целлюлоза натрийін алу үшін жуады. өнім. Целлюлоза эфирі – целлюлозаның маңызды туындыларының бірі, оны медицина мен гигиенада, күнделікті химия өнеркәсібінде, қағаз жасауда, тамақ, медицина, құрылыс, материалдар және басқа да салаларда кеңінен қолдануға болады. Соңғы жылдары шет елдерде оның зерттеулеріне үлкен мән беріліп, қолданбалы іргелі зерттеулерде, қолданбалы практикалық әсерлерде, дайындықта көптеген жетістіктерге қол жеткізілді. Соңғы жылдары Қытайдағы кейбір адамдар бұл аспектіні зерттеуге бірте-бірте араласа бастады және бастапқыда өндірістік тәжірибеде біршама нәтижелерге қол жеткізді. Сондықтан целлюлоза эфирін дамыту және пайдалану жаңартылатын биологиялық ресурстарды кешенді пайдалануда және қағаз сапасы мен өнімділігін арттыруда өте маңызды рөл атқарады. Бұл әзірлеуге тұрарлық қағаз жасау қоспаларының жаңа түрі.

1. Целлюлоза эфирлерінің жіктелуі және алыну әдістері

Целлюлоза эфирлерінің классификациясы әдетте иондылығына қарай 4 категорияға бөлінеді.

1.1 иондық емес целлюлоза эфирі

Иондық емес целлюлоза эфирі негізінен целлюлоза алкил эфирі болып табылады және оны дайындау әдісі целлюлозаны NaOH-пен әрекеттесу, содан кейін монохлорметан, этилен оксиді, пропилен оксиді және т.б. сияқты әртүрлі функционалды мономерлермен эфирлеу реакциясын жүргізу, содан кейін жуу арқылы алынады. жанама өнім тұзы және натрий целлюлозасы, оның ішінде негізінен метил целлюлоза эфирі, метил гидроксиэтил целлюлоза эфирі, метил гидроксипропил целлюлоза эфирі, гидроксиэтил целлюлоза эфирі, цианэтил целлюлоза эфирі және гидроксибутил целлюлоза эфирі кеңінен қолданылады.

1.2 Анионды целлюлоза эфирі

Анионды целлюлоза эфирлері негізінен натрий карбоксиметил целлюлозасы және натрий карбоксиметил гидроксиэтил целлюлозасы болып табылады. Дайындау әдісі - целлюлозаны NaOH-пен әрекеттесу, содан кейін эфирді хлорсірке қышқылымен, этилен оксидімен және пропилен оксидімен жүргізу. Химиялық реакция, содан кейін жанама өнім тұзы мен натрий целлюлозасын жуу арқылы алынады.

1.3 Катиондық целлюлоза эфирі

Катиондық целлюлоза эфирлері негізінен 3-хлор-2-гидроксипропилтриметиламмоний хлоридті целлюлоза эфирін қамтиды, ол целлюлозаны NaOH-пен әрекеттестіру арқылы дайындалады, содан кейін катиондық эфирлеуші ​​3-хлор-2-гидроксипропилмен әрекеттеседі, триметил аммоний хлоридті оксидімен немесе ээтилэтероксидтену реакциясы. содан кейін жанама өнім тұзы мен натрий целлюлозасын жуу арқылы алынады.

1.4 Цвиттерионды целлюлоза эфирі

Цвиттерионды целлюлоза эфирінің молекулалық тізбегінде аниондық топтар да, катиондық топтар да болады. Оны дайындау әдісі целлюлозаны NaOH-пен әрекеттесу және одан кейін монохлорсірке қышқылымен және катионды эфирлеуші ​​агентпен әрекеттесу болып табылады 3-хлор-2-гидроксипропил триметиламмоний хлориді эфирленеді, содан кейін қосымша өнім тұзы мен натрий целлюлозасын жуу арқылы алынады.

2. Целлюлоза эфирінің өнімділігі мен сипаттамасы

2.1 Қабықтың түзілуі және адгезиясы

Целлюлоза эфирінің эфирленуі оның ерігіштігі, қабық түзу қабілеті, байланыс беріктігі және тұзға төзімділігі сияқты сипаттамалары мен қасиеттеріне үлкен әсер етеді. Целлюлоза эфирі жоғары механикалық беріктікке, икемділікке, ыстыққа және суыққа төзімділікке ие және әртүрлі шайырлар мен пластификаторлармен жақсы үйлесімділікке ие және пластмассаларды, пленкаларды, лактарды, желімдерді, латексті және дәрілік жабын материалдарын және т.б.

2.2 Ерігіштік

Целлюлоза эфирі полигидроксил топтарының болуына байланысты суда жақсы ерігіштікке ие және әртүрлі алмастырғыштарға сәйкес органикалық еріткіштер үшін әртүрлі еріткіш селективтілігіне ие. Метилцеллюлоза суық суда ериді, ыстық суда ерімейді, сонымен қатар кейбір еріткіштерде ериді; метилгидроксиэтилцеллюлоза суық суда ериді, ыстық суда және органикалық еріткіштерде ерімейді. Бірақ метилцеллюлоза мен метилгидроксиэтилцеллюлозаның сулы ерітіндісін қыздырғанда метилцеллюлоза мен метилгидроксиэтилцеллюлоза тұнбаға түседі. Метилцеллюлоза 45-60 тұнбаға түседі°C, ал аралас эфирленген метилгидроксиэтилцеллюлозаның тұндыру температурасы 65-80 дейін көтеріледі.°C. Температураны төмендеткен кезде тұнба қайта ериді. Гидроксиэтилцеллюлоза және натрий карбоксиметилцеллюлозасы кез келген температурада суда ериді және органикалық еріткіштерде ерімейді (бірнеше ерекшеліктерді қоспағанда). Осы қасиетті пайдалана отырып, әртүрлі майлы репелленттер мен еритін пленкалық материалдарды дайындауға болады.

2.3 Қалыңдау

Целлюлоза эфирі суда коллоид түрінде ериді, оның тұтқырлығы целлюлоза эфирінің полимерлену дәрежесіне байланысты, ал ерітіндіде гидратталған макромолекулалар болады. Макромолекулалардың түйісуіне байланысты ерітінділердің ағынының әрекеті Ньютондық сұйықтықтардан ерекшеленеді, бірақ ығысу күшімен өзгеретін мінез-құлық көрсетеді. Целлюлоза эфирінің макромолекулярлық құрылымына байланысты ерітіндінің тұтқырлығы концентрацияның жоғарылауымен тез артады және температураның жоғарылауымен тез төмендейді. Сипаттамалары бойынша карбоксиметилцеллюлоза және гидроксиэтил целлюлоза сияқты целлюлоза эфирлері күнделікті химиялық заттар үшін қоюландырғыш, қағаз жабындары үшін суды сақтайтын агенттер және архитектуралық жабындар үшін қоюландырғыштар ретінде пайдаланылуы мүмкін.

2.4 Деградация

Целлюлоза эфирі су фазасында еріген кезде бактериялар өсіп, бактериялардың өсуі фермент бактерияларының түзілуіне әкеледі. Фермент полимердің салыстырмалы молекулалық салмағын төмендете отырып, целлюлоза эфиріне жақын орналасқан алмастырылмаған гидроглюкоза бірлік байланыстарын үзеді. Сондықтан целлюлоза эфирінің сулы ерітіндісін ұзақ уақыт сақтау қажет болса, оған консерванттар қосу керек, тіпті бактерияға қарсы қасиеттері бар целлюлоза эфирлері үшін де белгілі бір антисептикалық шараларды қолдану қажет.

3. Целлюлоза эфирін қағаз өнеркәсібінде қолдану

3.1 Қағазды күшейтетін агент

Мысалы, CMC талшықты диспергирлеуші ​​және целлюлозаға қосуға болатын қағазды күшейтетін агент ретінде пайдаланылуы мүмкін. Натрий карбоксиметил целлюлозасы целлюлоза және толтырғыш бөлшектермен бірдей зарядқа ие болғандықтан, ол талшықтың біркелкілігін арттыра алады. Талшықтар арасындағы байланыстыру әсерін жақсартуға болады және қағаздың созылу күші, жарылу күші және қағаз біркелкілігі сияқты физикалық көрсеткіштерді жақсартуға болады. Мысалы, Лонгжу және басқалары 100% ағартылған сульфитті ағаш целлюлозасын, 20% тальк ұнтағын, 1% дисперсті канифоль желімін пайдаланады, алюминий сульфатымен рН мәнін 4,5-ке реттейді және тұтқырлығы жоғары CMC (тұтқырлығы 800~1200MPA.S) дәрежесі ауыстыру 0,6 құрайды. CMC қағаздың құрғақ беріктігін жақсарта алатынын, сонымен қатар оның өлшем дәрежесін жақсарта алатынын көруге болады.

3.2 Беттік мөлшерлеуші ​​агент

Натрий карбоксиметил целлюлозасы қағаздың бетінің беріктігін жақсарту үшін қағаз бетінің өлшемін анықтайтын агент ретінде пайдаланылуы мүмкін. Оның қолдану әсері поливинил спирті мен модификацияланған крахмал мөлшерлегішінің қазіргі қолданылуымен салыстырғанда бетінің беріктігін шамамен 10%-ға арттыруы мүмкін, ал дозасын шамамен 30%-ға азайтуға болады. Бұл қағаз жасау үшін өте перспективалы беттік өлшемді агент болып табылады және жаңа сорттардың осы сериясын белсенді түрде дамыту керек. Катиондық целлюлоза эфирі катиондық крахмалға қарағанда бетті өлшемді жақсырақ көрсетеді. Ол қағаздың бетінің беріктігін жақсартып қана қоймайды, сонымен қатар қағаздың сияны сіңіру өнімділігін жақсартады және бояу әсерін арттырады. Бұл сондай-ақ перспективалы беттік өлшемді агент болып табылады. Мо Лихуан және басқалары қағаз және картон бетінің өлшемдерін анықтау сынақтарын жүргізу үшін натрий карбоксиметил целлюлозасы мен тотыққан крахмалды пайдаланды. Нәтижелер CMC бетінің өлшемін анықтауға тамаша әсер ететінін көрсетеді.

Натрий метилкарбоксиметил целлюлозасы белгілі бір өлшемді өнімділікке ие, ал натрий карбоксиметил целлюлозасы целлюлоза өлшемді агент ретінде пайдаланылуы мүмкін. Өзінің өлшем дәрежесінен басқа, катиондық целлюлоза эфирін қағаз жасауда ұстауға көмектесетін сүзгі ретінде де пайдалануға болады, жұқа талшықтар мен толтырғыштарды ұстау жылдамдығын жақсартады, сондай-ақ қағазды күшейтетін агент ретінде пайдалануға болады.

3.3 Эмульсия тұрақтандырғышы

Целлюлоза эфирі эмульсияны дайындауда кеңінен қолданылады, өйткені оның сулы ерітіндіде жақсы қоюландыратын әсері бар, ол эмульсия дисперсиялық ортаның тұтқырлығын арттырып, эмульсияның тұнбаға түсуін және стратификациясын болдырмайды. Натрий карбоксиметил целлюлозасы, гидроксиэтил целлюлоза эфирі, гидроксипропил целлюлоза эфирі және т.б. анионды дисперсті канифоль сағызы, катиондық целлюлоза эфирі, гидроксиэтил целлюлоза эфирі, гидроксипропил целлюлоза этер целлюлозасы, т.б. үшін тұрақтандырғыштар мен қорғаныс агенттері ретінде пайдаланылуы мүмкін. эфир және т.б., сондай-ақ катионды дисперсті канифоль сағызы, АКД, АСА және басқа өлшемді агенттер үшін қорғаныс агенттері ретінде пайдаланылуы мүмкін. Лонгжу және т.б. 100% ағартылған сульфитті ағаш целлюлозасын, 20% тальк ұнтағын, 1% дисперсті канифоль желімін қолданды, алюминий сульфатымен рН мәнін 4,5-ке реттеді және тұтқырлығы жоғары CMC (тұтқырлығы 800~12000MPA.S) пайдаланды. Ауыстыру дәрежесі - 0,6 және ол ішкі өлшемдер үшін қолданылады. Нәтижелерден CMC бар канифольді резеңкенің мөлшерлеу дәрежесі айқын жақсарғанын және канифоль эмульсиясының тұрақтылығы жақсы және резеңке материалды ұстау жылдамдығы да жоғары екенін көруге болады.

3.4 Қаптама суын ұстайтын агент

Ол қағаз жабын байланыстырғышты жабу және өңдеу үшін қолданылады, цианэтил целлюлоза, гидроксиэтил целлюлоза және т.б. казеин мен латекстің бір бөлігін алмастыра алады, сондықтан басып шығару сиясы оңай еніп, жиектері анық болады. Карбоксиметил целлюлоза және гидроксиэтил карбоксиметил целлюлоза эфирі пигментті диспергирлеуші, қоюлатқыш, суды ұстағыш және тұрақтандырғыш ретінде пайдаланылуы мүмкін. Мысалы, қапталған қағаз жабындарын дайындауда суды ұстағыш ретінде қолданылатын карбоксиметилцеллюлоза мөлшері 1-2% құрайды.

4. Қағаз өнеркәсібінде қолданылатын целлюлоза эфирінің даму тенденциясы

Ерекше функциялары бар целлюлоза туындыларын алу үшін химиялық модификацияны қолдану табиғи органикалық заттардың әлемдегі ең үлкен өнімі - целлюлозаның жаңа пайдалану жолдарын іздеудің тиімді әдісі болып табылады. Целлюлоза туындыларының көптеген түрлері және кең функциялары бар, және целлюлоза эфирлері тамаша өнімділігіне байланысты көптеген салаларда қолданылған. Қағаз өнеркәсібінің қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін целлюлоза эфирінің дамуы келесі тенденцияларға назар аудару керек:

(1) Әртүрлі қағаз сорттарын өндіруде таңдау үшін әртүрлі алмастыру дәрежесі, әртүрлі тұтқырлығы және әртүрлі салыстырмалы молекулалық массасы бар сериялық өнімдер сияқты қағаз өнеркәсібінде қолдануға жарамды целлюлоза эфирлерінің әртүрлі спецификация өнімдерін әзірлеу.

(2) Целлюлоза эфирлерінің жаңа сорттарын, мысалы, қағаз өндірісінде ұстауға және дренажға арналған құралдарға жарамды катиондық целлюлоза эфирлері, бетті мөлшерлеуші ​​агенттер және жабын латексті Цианоэтил целлюлоза эфирін ауыстыру үшін күшейткіш агенттер ретінде пайдаланылуы мүмкін цвиттерионды целлюлоза эфирлері сияқты жаңа сорттардың дамуын арттыру қажет. және т.б. байланыстырғыш ретінде.

(3) Целлюлоза эфирін дайындау процесі және оны дайындаудың жаңа әдісі бойынша зерттеулерді, әсіресе өзіндік құнын төмендету және процесті жеңілдету бойынша зерттеулерді күшейту.

(4) Целлюлоза эфирлерінің қасиеттерін, әсіресе әртүрлі целлюлоза эфирлерінің қабық түзу қасиеттерін, байланыстыру қасиеттерін және қоюландырғыш қасиеттерін зерттеуді күшейту және целлюлоза эфирлерін қағаз өндірісінде қолдану бойынша теориялық зерттеулерді күшейту.