Eter celulozy w przemyśle papierniczym

W artykule przedstawiono rodzaje, metody wytwarzania, właściwości użytkowe i stan zastosowań eterów celulozy w przemyśle papierniczym, zaproponowano nowe odmiany eterów celulozy z perspektywami rozwoju oraz omówiono ich zastosowanie i kierunki rozwoju w papiernictwie.

Słowa kluczowe:eter celulozy; wydajność; przemysł papierniczy

Celuloza jest naturalnym związkiem polimerowym, jej struktura chemiczna to makrocząsteczka polisacharydowa z zawartością bezwodnąβ-glukoza jako pierścień podstawowy, a każdy pierścień podstawowy ma pierwszorzędową grupę hydroksylową i drugorzędową grupę hydroksylową. Poprzez jego chemiczną modyfikację można otrzymać szereg pochodnych celulozy. Metoda wytwarzania eteru celulozy polega na reakcji celulozy z NaOH, następnie przeprowadzeniu reakcji eteryfikacji z różnymi reagentami funkcjonalnymi, takimi jak chlorek metylu, tlenek etylenu, tlenek propylenu itp., A następnie przemycie soli będącej produktem ubocznym i pewnej ilości soli sodowej celulozy w celu otrzymania produkt. Eter celulozy jest jedną z ważnych pochodnych celulozy, która może być szeroko stosowana w medycynie i higienie, codziennym przemyśle chemicznym, papiernictwie, żywności, medycynie, budownictwie, materiałach i innych gałęziach przemysłu. W ostatnich latach zagraniczne kraje przywiązały dużą wagę do jego badań i poczyniono wiele osiągnięć w stosowanych badaniach podstawowych, stosowanych efektach praktycznych i przygotowaniu. W ostatnich latach część mieszkańców Chin stopniowo zaczęła angażować się w badania w tym aspekcie i początkowo osiągnęła pewne wyniki w praktyce produkcyjnej. Dlatego rozwój i wykorzystanie eteru celulozy odgrywa bardzo ważną rolę w kompleksowym wykorzystaniu odnawialnych zasobów biologicznych oraz poprawie jakości i wydajności papieru. Jest to nowy rodzaj dodatków papierniczych, który warto rozwijać.

1. Klasyfikacja i metody otrzymywania eterów celulozy

Klasyfikacja eterów celulozy jest ogólnie podzielona na 4 kategorie w zależności od jonowości.

1.1 Niejonowy eter celulozy

Niejonowy eter celulozy to głównie eter alkilowy celulozy, a metoda jego wytwarzania polega na reakcji celulozy z NaOH, a następnie przeprowadzeniu reakcji eteryfikacji z różnymi monomerami funkcyjnymi, takimi jak monochlorometan, tlenek etylenu, tlenek propylenu itp., a następnie otrzymanym przez przemycie Powszechnie stosowane są sól produktu ubocznego i sól sodowa celulozy, w tym głównie eter metylocelulozy, eter metylohydroksyetylocelulozy, eter metylohydroksypropylocelulozy, eter hydroksyetylocelulozy, eter cyjanoetylocelulozy i eter hydroksybutylocelulozy.

1.2 Anionowy eter celulozy

Anionowe etery celulozy to głównie karboksymetyloceluloza sodowa i karboksymetylohydroksyetyloceluloza sodowa. Metoda wytwarzania polega na reakcji celulozy z NaOH, a następnie reakcji eteru z kwasem chlorooctowym, tlenkiem etylenu i tlenkiem propylenu. Reakcja chemiczna, a następnie otrzymywana przez przemywanie produktu ubocznego w postaci soli i celulozy sodowej.

1.3 Kationowy eter celulozy

Kationowy do eterów celulozy zalicza się głównie chlorek 3-chloro-2-hydroksypropylotrimetyloamoniowy, eter celulozowy, który wytwarza się w reakcji celulozy z NaOH, a następnie reakcji z kationowym środkiem eteryfikującym, chlorkiem 3-chloro-2-hydroksypropylotrimetyloamoniowym lub reakcji eteryfikacji z tlenkiem etylenu i tlenkiem propylenu, a następnie otrzymywany przez przemywanie soli będącej produktem ubocznym i celulozy sodowej.

1,4 obojniaczojonowy eter celulozy

Łańcuch molekularny obojniaczojonowego eteru celulozy ma zarówno grupy anionowe, jak i grupy kationowe. Metoda jego wytwarzania polega na reakcji celulozy z NaOH, a następnie reakcji z kwasem monochlorooctowym i kationowym środkiem eteryfikacji. Chlorek 3-chloro-2-hydroksypropylotrimetyloamoniowy poddaje się eteryfikacji, a następnie otrzymuje przez przemycie powstałej soli i celulozy sodowej.

2. Działanie i charakterystyka eteru celulozy

2.1 Tworzenie filmu i przyczepność

Eteryfikowanie eteru celulozy ma ogromny wpływ na jego charakterystykę i właściwości, takie jak rozpuszczalność, zdolność tworzenia filmu, siłę wiązania i odporność na sól. Eter celulozy ma wysoką wytrzymałość mechaniczną, elastyczność, odporność na ciepło i odporność na zimno oraz ma dobrą kompatybilność z różnymi żywicami i plastyfikatorami i może być stosowany do wytwarzania tworzyw sztucznych, folii, lakierów, klejów, lateksu i materiałów do powlekania leków itp.

2.2 Rozpuszczalność

Eter celulozy ma dobrą rozpuszczalność w wodzie ze względu na obecność grup polihydroksylowych i ma różną selektywność rozpuszczalnika w stosunku do rozpuszczalników organicznych w zależności od różnych podstawników. Metyloceluloza jest rozpuszczalna w zimnej wodzie, nierozpuszczalna w gorącej wodzie, a także rozpuszczalna w niektórych rozpuszczalnikach; metylohydroksyetyloceluloza jest rozpuszczalna w zimnej wodzie, nierozpuszczalna w gorącej wodzie i rozpuszczalnikach organicznych. Jednakże, gdy wodny roztwór metylocelulozy i metylohydroksyetylocelulozy zostanie ogrzany, metyloceluloza i metylohydroksyetyloceluloza wytrącą się. Metylocelulozę wytrąca się w temperaturze 45-60°C, natomiast temperaturę wytrącania mieszanej eteryfikowanej metylohydroksyetylocelulozy zwiększa się do 65-80°C. Gdy temperatura zostanie obniżona, osad ponownie się rozpuści. Hydroksyetyloceluloza i karboksymetyloceluloza sodowa są rozpuszczalne w wodzie w dowolnej temperaturze i nierozpuszczalne w rozpuszczalnikach organicznych (z kilkoma wyjątkami). Wykorzystując tę ​​właściwość, można przygotować różne środki odstraszające olej i rozpuszczalne materiały filmowe.

2.3 Zagęszczanie

Eter celulozy rozpuszcza się w wodzie w postaci koloidu, jego lepkość zależy od stopnia polimeryzacji eteru celulozy, a roztwór zawiera uwodnione makrocząsteczki. Ze względu na splątanie makrocząsteczek zachowanie przepływu roztworów różni się od płynów newtonowskich, ale wykazuje zachowanie zmieniające się wraz z siłą ścinającą. Ze względu na makrocząsteczkową budowę eteru celulozy lepkość roztworu szybko rośnie wraz ze wzrostem stężenia i szybko maleje wraz ze wzrostem temperatury. Ze względu na swoje właściwości etery celulozy, takie jak karboksymetyloceluloza i hydroksyetyloceluloza, mogą być stosowane jako zagęszczacze do codziennych chemikaliów, środki zatrzymujące wodę w powłokach papierowych i zagęszczacze w powłokach architektonicznych.

2.4 Degradowalność

Kiedy eter celulozy zostanie rozpuszczony w fazie wodnej, bakterie będą rosły, a wzrost bakterii doprowadzi do produkcji bakterii enzymatycznych. Enzym rozrywa niepodstawione wiązania jednostek anhydroglukozy sąsiadujące z eterem celulozy, zmniejszając względną masę cząsteczkową polimeru. Dlatego też, jeśli wodny roztwór eteru celulozy ma być przechowywany przez dłuższy czas, należy dodać do niego środki konserwujące i zastosować pewne środki antyseptyczne, nawet w przypadku eterów celulozy o właściwościach antybakteryjnych.

3. Zastosowanie eteru celulozy w przemyśle papierniczym

3.1 Środek wzmacniający papier

Na przykład CMC można stosować jako dyspergator włókien i środek wzmacniający papier, który można dodać do masy celulozowej. Ponieważ karboksymetyloceluloza sodowa ma taki sam ładunek jak cząstki masy celulozowej i wypełniacza, może zwiększyć równość włókna. Można poprawić efekt wiązania między włóknami i poprawić wskaźniki fizyczne, takie jak wytrzymałość na rozciąganie, wytrzymałość na rozerwanie i równość papieru. Na przykład Longzhu i inni używają 100% bielonej pulpy drzewnej siarczynowej, 20% talku, 1% rozproszonego kleju kalafoniowego, dostosowują wartość pH do 4,5 za pomocą siarczanu glinu i stosują CMC o wyższej lepkości (lepkość 800 ~ 1200MPA.S). Stopień podstawienia wynosi 0,6. Można zauważyć, że CMC może poprawić wytrzymałość papieru na sucho, a także poprawić jego stopień zaklejania.

3.2 Środek do zaklejania powierzchni

Karboksymetylocelulozę sodową można stosować jako środek zaklejający powierzchnię papieru w celu poprawy wytrzymałości powierzchniowej papieru. Efekt jego zastosowania może zwiększyć wytrzymałość powierzchniową o około 10% w porównaniu z obecnym stosowaniem alkoholu poliwinylowego i środka zaklejającego modyfikowaną skrobię, a dawkę można zmniejszyć o około 30%. Jest to bardzo obiecujący środek do zaklejania powierzchniowego w papiernictwie i należy aktywnie rozwijać tę serię nowych odmian. Kationowy eter celulozy ma lepszą zdolność zaklejania powierzchni niż skrobia kationowa. Może nie tylko poprawić wytrzymałość powierzchni papieru, ale także poprawić zdolność pochłaniania atramentu przez papier i zwiększyć efekt barwienia. Jest to również obiecujący środek do zaklejania powierzchni. Mo Lihuan i inni wykorzystali karboksymetylocelulozę sodową i utlenioną skrobię do przeprowadzenia testów zaklejania powierzchni na papierze i tekturze. Wyniki pokazują, że CMC ma idealny efekt zaklejania powierzchni.

Sól sodowa metylokarboksymetylocelulozy ma pewną skuteczność zaklejania, a sól sodową karboksymetylocelulozy można stosować jako środek zaklejający masę celulozową. Oprócz własnego stopnia zaklejania, kationowy eter celulozy może być również stosowany jako filtr wspomagający retencję w papiernictwie, poprawiający stopień retencji drobnych włókien i wypełniaczy, a także może być stosowany jako środek wzmacniający papier.

3.3 Stabilizator emulsji

Eter celulozy jest szeroko stosowany w przygotowaniu emulsji ze względu na jego dobre działanie zagęszczające w roztworze wodnym, co może zwiększać lepkość ośrodka dyspersyjnego emulsji i zapobiegać wytrącaniu się i rozwarstwianiu emulsji. Takie jak karboksymetyloceluloza sodowa, eter hydroksyetylocelulozy, eter hydroksypropylocelulozy itp. mogą być stosowane jako stabilizatory i środki ochronne dla zdyspergowanej anionowej żywicy kalafonii, kationowego eteru celulozy, eteru hydroksyetylocelulozy, eteru hydroksypropylocelulozy itp. Podstawowy eter celulozy, metyloceluloza eter itp. można również stosować jako środki ochronne dla kationowej dyspersji żywicy kalafonii, AKD, ASA i innych środków zaklejających. Longzhu i in. użyto 100% bielonej masy celulozowej z drewna siarczynowego, 20% talku w proszku, 1% rozproszonego kleju kalafoniowego, doprowadzono wartość pH do 4,5 za pomocą siarczanu glinu i zastosowano CMC o wyższej lepkości (lepkość 800 ~ 12000MPA.S). Stopień podstawienia wynosi 0,6 i jest używany do wymiarowania wewnętrznego. Z wyników można zauważyć, że stopień zaklejenia kalafonii zawierającej CMC jest wyraźnie lepszy, stabilność emulsji kalafonii jest dobra, a stopień retencji materiału kauczukowego jest również wysoki.

3.4 Środek zatrzymujący wodę w powłokach

Służy do powlekania i przetwarzania papieru, spoiwa powlekającego, cyjanoetylocelulozy, hydroksyetylocelulozy itp. Może zastąpić kazeinę i część lateksu, dzięki czemu farba drukarska może łatwo przenikać, a krawędzie są wyraźne. Karboksymetyloceluloza i eter hydroksyetylokarboksymetylocelulozy można stosować jako dyspergator pigmentu, zagęszczacz, środek zatrzymujący wodę i stabilizator. Na przykład ilość karboksymetylocelulozy stosowanej jako środek zatrzymujący wodę przy wytwarzaniu powłok z papieru powlekanego wynosi 1-2%.

4. Trend rozwojowy eteru celulozy stosowanego w przemyśle papierniczym

Stosowanie modyfikacji chemicznych w celu otrzymania pochodnych celulozy o specjalnych funkcjach jest efektywną drogą do poszukiwania nowych zastosowań największego na świecie plonu naturalnej materii organicznej – celulozy. Istnieje wiele rodzajów pochodnych celulozy i szerokich funkcji, a etery celulozy znalazły zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu ze względu na ich doskonałe działanie. Aby sprostać potrzebom przemysłu papierniczego, w rozwoju eteru celulozy należy zwrócić uwagę na następujące trendy:

(1) Opracować produkty o różnych specyfikacjach z eterów celulozy, odpowiednie do zastosowań w przemyśle papierniczym, takie jak produkty seryjne o różnym stopniu podstawienia, różnych lepkościach i różnych względnych masach cząsteczkowych, do selekcji w produkcji różnych odmian papieru.

(2) Należy zwiększyć rozwój nowych odmian eterów celulozy, takich jak kationowe etery celulozy odpowiednie do retencji i środków odwadniających w papiernictwie, środki zaklejające powierzchniowo i obojniaczojonowe etery celulozy, które można stosować jako środki wzmacniające zastępujące lateks powłokowy. Eter cyjanoetylocelulozowy i tym podobne jako spoiwo.

(3) Wzmocnienie badań nad procesem wytwarzania eteru celulozy i nową metodą jego wytwarzania, zwłaszcza badań nad obniżeniem kosztów i uproszczeniem procesu.

(4) Wzmocnienie badań nad właściwościami eterów celulozy, zwłaszcza właściwościami błonotwórczymi, właściwościami wiążącymi i właściwościami zagęszczającymi różnych eterów celulozy oraz wzmocnienie badań teoretycznych nad zastosowaniem eterów celulozy w papiernictwie.