Cellulose-ether in de papierindustrie

Dit artikel introduceert de typen, bereidingsmethoden, prestatiekenmerken en toepassingsstatus van cellulose-ethers in de papierindustrie, stelt enkele nieuwe variëteiten van cellulose-ethers met ontwikkelingsperspectieven voor, en bespreekt hun toepassing en ontwikkelingstrend in de papierproductie.

Trefwoorden:cellulose-ether; prestatie; papierindustrie

Cellulose is een natuurlijke polymeerverbinding, de chemische structuur is een polysacharide-macromolecuul met watervrijβ-glucose als basisring, en elke basisring heeft een primaire hydroxylgroep en een secundaire hydroxylgroep. Door de chemische modificatie ervan kan een reeks cellulosederivaten worden verkregen. De bereidingsmethode van cellulose-ether is om cellulose te laten reageren met NaOH, vervolgens een veretheringsreactie uit te voeren met verschillende functionele reactanten zoals methylchloride, ethyleenoxide, propyleenoxide, enz., en vervolgens het bijproductzout en wat cellulose-natrium te wassen om te verkrijgen het product. Cellulose-ether is een van de belangrijke derivaten van cellulose, die op grote schaal kan worden gebruikt in de geneeskunde en hygiëne, de dagelijkse chemische industrie, de papierproductie, de voeding, de geneeskunde, de bouw, de materialen en andere industrieën. De afgelopen jaren heeft het buitenland groot belang gehecht aan het onderzoek ervan, en er zijn veel successen geboekt op het gebied van toegepast fundamenteel onderzoek, toegepaste praktische effecten en voorbereiding. De afgelopen jaren zijn sommige mensen in China geleidelijk betrokken geraakt bij het onderzoek naar dit aspect, en hebben aanvankelijk enkele resultaten geboekt in de productiepraktijk. Daarom speelt de ontwikkeling en het gebruik van cellulose-ether een zeer belangrijke rol bij het uitgebreide gebruik van hernieuwbare biologische hulpbronnen en de verbetering van de papierkwaliteit en -prestaties. Het is een nieuw type additieven voor papierproductie die de moeite waard zijn om te ontwikkelen.

1. Classificatie en bereidingsmethoden van cellulose-ethers

De classificatie van cellulose-ethers wordt over het algemeen onderverdeeld in 4 categorieën op basis van ioniciteit.

1.1 Niet-ionische cellulose-ether

Niet-ionische cellulose-ether is voornamelijk cellulose-alkylether, en de bereidingsmethode ervan is om cellulose te laten reageren met NaOH, en vervolgens een veretheringsreactie uit te voeren met verschillende functionele monomeren zoals monochloormethaan, ethyleenoxide, propyleenoxide, enz., en vervolgens verkregen door wassen het bijproductzout en cellulosenatrium, waaronder voornamelijk methylcellulose-ether, methylhydroxyethylcellulose-ether, methylhydroxypropylcellulose-ether, hydroxyethylcellulose-ether, cyaanethylcellulose-ether en hydroxybutylcellulose-ether, worden op grote schaal gebruikt.

1.2 Anionische cellulose-ether

Anionische cellulose-ethers zijn voornamelijk natriumcarboxymethylcellulose en natriumcarboxymethylhydroxyethylcellulose. De bereidingsmethode is om cellulose te laten reageren met NaOH en vervolgens ether uit te voeren met chloorazijnzuur, ethyleenoxide en propyleenoxide. Chemische reactie, en vervolgens verkregen door het bijproduct zout en natriumcellulose te wassen.

1.3 Kationische cellulose-ether

Kationisch Cellulose-ethers omvatten voornamelijk 3-chloor-2-hydroxypropyltrimethylammoniumchloride-cellulose-ether, dat wordt bereid door cellulose te laten reageren met NaOH en vervolgens te reageren met kationisch veretheringsmiddel 3-chloor-2-hydroxypropyltrimethylammoniumchloride of door een veretheringsreactie met ethyleenoxide en propyleenoxide, en vervolgens verkregen door het bijproductzout en natriumcellulose te wassen.

1.4 Zwitterionische cellulose-ether

De moleculaire keten van zwitterionische cellulose-ether heeft zowel anionische groepen als kationische groepen. De bereidingsmethode is om cellulose te laten reageren met NaOH en vervolgens te reageren met monochloorazijnzuur en kationisch veretheringsmiddel. 3-chloor-2-hydroxypropyltrimethylammoniumchloride wordt veretherd en vervolgens verkregen door het bijproductzout en natriumcellulose te wassen.

2. Prestaties en kenmerken van cellulose-ether

2.1 Filmvorming en hechting

De verethering van cellulose-ether heeft een grote invloed op de eigenschappen en eigenschappen ervan, zoals oplosbaarheid, filmvormend vermogen, bindingssterkte en zoutbestendigheid. Cellulose-ether heeft een hoge mechanische sterkte, flexibiliteit, hittebestendigheid en koudebestendigheid, en is goed compatibel met verschillende harsen en weekmakers, en kan worden gebruikt voor het maken van kunststoffen, films, vernissen, lijmen, latex en medicijncoatingmaterialen, enz.

2.2 Oplosbaarheid

Cellulose-ether heeft een goede wateroplosbaarheid vanwege het bestaan ​​van polyhydroxylgroepen, en heeft een verschillende oplosmiddelselectiviteit voor organische oplosmiddelen volgens verschillende substituenten. Methylcellulose is oplosbaar in koud water, onoplosbaar in heet water en ook oplosbaar in sommige oplosmiddelen; methylhydroxyethylcellulose is oplosbaar in koud water, onoplosbaar in heet water en organische oplosmiddelen. Wanneer de waterige oplossing van methylcellulose en methylhydroxyethylcellulose echter wordt verwarmd, zullen methylcellulose en methylhydroxyethylcellulose neerslaan. Methylcellulose wordt bij 45-60°C neergeslagen°C, terwijl de precipitatietemperatuur van gemengde veretherde methylhydroxyethylcellulose wordt verhoogd tot 65-80°C°C. Wanneer de temperatuur wordt verlaagd, lost het neerslag opnieuw op. Hydroxyethylcellulose en natriumcarboxymethylcellulose zijn bij elke temperatuur oplosbaar in water en onoplosbaar in organische oplosmiddelen (op enkele uitzonderingen na). Door gebruik te maken van deze eigenschap kunnen verschillende olieafstotende middelen en oplosbare filmmaterialen worden bereid.

2.3 Verdikking

Cellulose-ether wordt opgelost in water in de vorm van colloïd, de viscositeit hangt af van de polymerisatiegraad van cellulose-ether en de oplossing bevat gehydrateerde macromoleculen. Door de verstrengeling van macromoleculen verschilt het stromingsgedrag van oplossingen van dat van Newtoniaanse vloeistoffen, maar vertoont het een gedrag dat verandert met de schuifkracht. Vanwege de macromoleculaire structuur van cellulose-ether neemt de viscositeit van de oplossing snel toe met de toename van de concentratie en neemt deze snel af met de toename van de temperatuur. Volgens hun kenmerken kunnen cellulose-ethers zoals carboxymethylcellulose en hydroxyethylcellulose worden gebruikt als verdikkingsmiddelen voor dagelijkse chemicaliën, watervasthoudende middelen voor papiercoatings en verdikkingsmiddelen voor architecturale coatings.

2.4 Afbreekbaarheid

Wanneer cellulose-ether wordt opgelost in de waterfase, zullen bacteriën groeien, en de groei van bacteriën zal leiden tot de productie van enzymbacteriën. Het enzym verbreekt de ongesubstitueerde anhydroglucose-eenheidsbindingen grenzend aan de cellulose-ether, waardoor het relatieve molecuulgewicht van het polymeer wordt verlaagd. Als de waterige cellulose-etheroplossing gedurende langere tijd moet worden bewaard, moeten er daarom conserveermiddelen aan worden toegevoegd en moeten bepaalde antiseptische maatregelen worden genomen, zelfs voor cellulose-ethers met antibacteriële eigenschappen.

3. Toepassing van cellulose-ether in de papierindustrie

3.1 Papierversterkingsmiddel

CMC kan bijvoorbeeld worden gebruikt als vezeldispergeermiddel en als papierversterkingsmiddel, dat aan de pulp kan worden toegevoegd. Omdat natriumcarboxymethylcellulose dezelfde lading heeft als de pulp- en vulstofdeeltjes, kan het de gelijkmatigheid van de vezel vergroten. Het bindingseffect tussen vezels kan worden verbeterd en fysieke indicatoren zoals treksterkte, barststerkte en papiervlakheid van papier kunnen worden verbeterd. Longzhu en anderen gebruiken bijvoorbeeld 100% gebleekte sulfiethoutpulp, 20% talkpoeder, 1% gedispergeerde harslijm, passen de pH-waarde aan op 4,5 met aluminiumsulfaat en gebruiken CMC met een hogere viscositeit (viscositeit 800 ~ 1200 MPA.S). van substitutie is 0,6. Het is duidelijk dat CMC de droge sterkte van papier kan verbeteren en ook de lijmgraad ervan kan verbeteren.

3.2 Oppervlaktelijmmiddel

Natriumcarboxymethylcellulose kan worden gebruikt als lijmmiddel voor het papieroppervlak om de oppervlaktesterkte van papier te verbeteren. Het toepassingseffect ervan kan de oppervlaktesterkte met ongeveer 10% verhogen vergeleken met het huidige gebruik van polyvinylalcohol en gemodificeerd zetmeellijmmiddel, en de dosering kan met ongeveer 30% worden verlaagd. Het is een veelbelovend oppervlaktelijmmiddel voor de papierproductie, en deze reeks nieuwe variëteiten moet actief worden ontwikkeld. Kationische cellulose-ether heeft betere prestaties op het gebied van oppervlaktelijming dan kationisch zetmeel. Het kan niet alleen de oppervlaktesterkte van papier verbeteren, maar ook de inktabsorptieprestaties van papier verbeteren en het verfeffect vergroten. Het is ook een veelbelovend oppervlaktelijmmiddel. Mo Lihuan en anderen gebruikten natriumcarboxymethylcellulose en geoxideerd zetmeel om oppervlaktemetingstests op papier en karton uit te voeren. De resultaten laten zien dat CMC een ideaal oppervlakteverlijmingseffect heeft.

Methylcarboxymethylcellulose-natrium heeft een bepaalde lijmprestatie en carboxymethylcellulose-natrium kan worden gebruikt als pulplijmmiddel. Naast zijn eigen lijmingsgraad kan kationische cellulose-ether ook worden gebruikt als retentiehulpmiddel bij het maken van papier, het verbeteren van de retentiesnelheid van fijne vezels en vulstoffen, en kan ook worden gebruikt als papierversterkingsmiddel.

3.3 Emulsiestabilisator

Cellulose-ether wordt veel gebruikt bij de bereiding van emulsies vanwege het goede verdikkende effect in een waterige oplossing, wat de viscositeit van het emulsiedispersiemedium kan verhogen en emulsieprecipitatie en stratificatie kan voorkomen. Zoals natriumcarboxymethylcellulose, hydroxyethylcellulose-ether, hydroxypropylcellulose-ether, enz. Kunnen worden gebruikt als stabilisatoren en beschermende middelen voor anionische gedispergeerde harsgom, kationische cellulose-ether, hydroxyethylcellulose-ether, hydroxypropylcellulose-ether, enz. Basiscellulose-ether, methylcellulose ether, enz. kunnen ook worden gebruikt als beschermende middelen voor kationische disperse harsgom, AKD, ASA en andere lijmmiddelen. Longzhu et al. gebruikte 100% gebleekte sulfiethoutpulp, 20% talkpoeder, 1% gedispergeerde colofoniumlijm, stelde de pH-waarde in op 4,5 met aluminiumsulfaat en gebruikte CMC met hogere viscositeit (viscositeit 800 ~ 12000 MPA.S). De substitutiegraad is 0,6 en wordt gebruikt voor interne dimensionering. Uit de resultaten blijkt dat de mate van lijming van het colofoniumrubber dat CMC bevat duidelijk is verbeterd, en dat de stabiliteit van de colofoniumemulsie goed is, en dat de retentiesnelheid van het rubbermateriaal ook hoog is.

3.4 Coating watervasthoudend middel

Het wordt gebruikt voor het coaten en verwerken van papiercoatingbindmiddel, cyanoethylcellulose, hydroxyethylcellulose enz. Kan caseïne en een deel van latex vervangen, zodat drukinkt gemakkelijk kan doordringen en de randen helder zijn. Carboxymethylcellulose en hydroxyethylcarboxymethylcellulose-ether kunnen worden gebruikt als pigmentdispergeermiddel, verdikkingsmiddel, waterretentiemiddel en stabilisator. De hoeveelheid carboxymethylcellulose die als watervasthoudend middel wordt gebruikt bij de bereiding van gecoate papiercoatings bedraagt ​​bijvoorbeeld 1-2%.

4. Ontwikkelingstrend van cellulose-ether gebruikt in de papierindustrie

Het gebruik van chemische modificatie om cellulosederivaten met speciale functies te verkrijgen is een effectieve manier om nieuwe toepassingen te zoeken voor 's werelds grootste opbrengst aan natuurlijk organisch materiaal: cellulose. Er zijn veel soorten cellulosederivaten en brede functies, en cellulose-ethers zijn in veel industrieën toegepast vanwege hun uitstekende prestaties. Om aan de behoeften van de papierindustrie te voldoen, moet bij de ontwikkeling van cellulose-ether aandacht worden besteed aan de volgende trends:

(1) Het ontwikkelen van verschillende specificatieproducten van cellulose-ethers die geschikt zijn voor toepassingen in de papierindustrie, zoals serieproducten met verschillende substitutiegraden, verschillende viscositeiten en verschillende relatieve molecuulmassa's, voor selectie bij de productie van verschillende papiervariëteiten.

(2) De ontwikkeling van nieuwe soorten cellulose-ethers moet worden opgevoerd, zoals kationische cellulose-ethers die geschikt zijn als hulpmiddelen voor het vasthouden en ontwateren van papier, middelen voor oppervlaktelijming en zwitterionische cellulose-ethers die kunnen worden gebruikt als versterkende middelen ter vervanging van coatinglatex. Cyanoethylcellulose-ether en dergelijke als bindmiddel.

(3) Versterk het onderzoek naar het bereidingsproces van cellulose-ether en de nieuwe bereidingsmethode ervan, vooral het onderzoek naar het verlagen van de kosten en het vereenvoudigen van het proces.

(4) Versterk het onderzoek naar de eigenschappen van cellulose-ethers, vooral de filmvormende eigenschappen, bindingseigenschappen en verdikkingseigenschappen van verschillende cellulose-ethers, en versterk het theoretische onderzoek naar de toepassing van cellulose-ethers bij de papierproductie.