Éter de Celulose na Indústria de Papel

Este artigo apresenta os tipos, métodos de preparação, características de desempenho e status de aplicação dos éteres de celulose na indústria de fabricação de papel, apresenta algumas novas variedades de éteres de celulose com perspectivas de desenvolvimento e discute sua aplicação e tendência de desenvolvimento na fabricação de papel.

Palavras-chave:éter de celulose; desempenho; indústria de papel

A celulose é um composto polimérico natural, sua estrutura química é uma macromolécula polissacarídica com anidroβ-glicose como anel de base, e cada anel de base possui um grupo hidroxila primário e um grupo hidroxila secundário. Através de sua modificação química pode-se obter uma série de derivados de celulose. O método de preparação do éter de celulose consiste em reagir a celulose com NaOH, depois realizar a reação de eterificação com vários reagentes funcionais, como cloreto de metila, óxido de etileno, óxido de propileno, etc., e depois lavar o subproduto sal e um pouco de sódio de celulose para obter o produto. O éter de celulose é um dos importantes derivados da celulose, que pode ser amplamente utilizado na medicina e higiene, na indústria química diária, na fabricação de papel, na alimentação, na medicina, na construção, nos materiais e em outras indústrias. Nos últimos anos, os países estrangeiros atribuíram grande importância à sua investigação, e muitas conquistas foram alcançadas na investigação básica aplicada, nos efeitos práticos aplicados e na preparação. Nos últimos anos, algumas pessoas na China começaram gradualmente a envolver-se na investigação deste aspecto e, inicialmente, alcançaram alguns resultados na prática de produção. Portanto, o desenvolvimento e utilização do éter de celulose desempenha um papel muito importante na utilização abrangente de recursos biológicos renováveis ​​e na melhoria da qualidade e desempenho do papel. É um novo tipo de aditivo para fabricação de papel que vale a pena desenvolver.

1. Classificação e métodos de preparação de éteres de celulose

A classificação dos éteres de celulose é geralmente dividida em 4 categorias de acordo com a ionicidade.

1.1 Éter de Celulose Não Iônico

O éter de celulose não iônico é principalmente éter alquílico de celulose, e seu método de preparação consiste em reagir a celulose com NaOH e, em seguida, realizar a reação de eterificação com vários monômeros funcionais, como monoclorometano, óxido de etileno, óxido de propileno, etc., e então obtido por lavagem. o subproduto sal e celulose sódica, incluindo principalmente éter de metilcelulose, éter de metil hidroxietil celulose, éter de metil hidroxipropil celulose, éter de hidroxietil celulose, éter de cianoetil celulose e éter de hidroxibutil celulose são amplamente utilizados.

1.2 Éter de celulose aniônico

Os éteres aniônicos de celulose são principalmente carboximetilcelulose sódica e carboximetilhidroxietilcelulose sódica. O método de preparação consiste em reagir a celulose com NaOH e depois realizar o éter com ácido cloroacético, óxido de etileno e óxido de propileno. Reação química, e então obtida pela lavagem do subproduto sal e celulose sódica.

1.3 Éter de Celulose Catiônico

Catiônico éteres de celulose incluem principalmente éter de celulose de cloreto de 3-cloro-2-hidroxipropiltrimetilamônio, que é preparado pela reação de celulose com NaOH e depois reagindo com agente eterificante catiônico 3-cloro-2-hidroxipropil Cloreto de trimetilamônio ou reação de eterificação com óxido de etileno e óxido de propileno, e depois obtido por lavagem do subproduto sal e celulose sódica.

1.4 Éter de Celulose Zwitteriônico

A cadeia molecular do éter de celulose zwitteriônico possui grupos aniônicos e grupos catiônicos. Seu método de preparação consiste em reagir a celulose com NaOH e depois reagir com ácido monocloroacético e agente de eterificação catiônica 3-cloro-2-hidroxipropil O cloreto de trimetilamônio é eterificado e obtido pela lavagem do subproduto sal e celulose sódica.

2. Desempenho e características do éter de celulose

2.1 Formação e adesão de filme

A eterificação do éter de celulose tem grande influência em suas características e propriedades, como solubilidade, capacidade de formação de filme, resistência de ligação e resistência ao sal. O éter de celulose possui alta resistência mecânica, flexibilidade, resistência ao calor e ao frio, e tem boa compatibilidade com diversas resinas e plastificantes, podendo ser usado para fazer plásticos, filmes, vernizes, adesivos, látex e materiais de revestimento de medicamentos, etc.

2.2 Solubilidade

O éter de celulose possui boa solubilidade em água devido à existência de grupos polihidroxila e possui diferentes seletividades de solvente para solventes orgânicos de acordo com diferentes substituintes. A metilcelulose é solúvel em água fria, insolúvel em água quente e também solúvel em alguns solventes; a metil hidroxietil celulose é solúvel em água fria, insolúvel em água quente e solventes orgânicos. Contudo, quando a solução aquosa de metilcelulose e metil-hidroxietilcelulose é aquecida, a metilcelulose e a metil-hidroxietilcelulose precipitarão. A metilcelulose é precipitada a 45-60°C, enquanto a temperatura de precipitação da metil hidroxietil celulose eterificada mista é aumentada para 65-80°C. Quando a temperatura diminui, o precipitado se dissolve novamente. A hidroxietilcelulose e a carboximetilcelulose sódica são solúveis em água a qualquer temperatura e insolúveis em solventes orgânicos (com algumas exceções). Utilizando esta propriedade, vários repelentes de óleo e materiais de filme solúvel podem ser preparados.

2.3 Espessamento

O éter de celulose é dissolvido em água na forma de colóide, sua viscosidade depende do grau de polimerização do éter de celulose e a solução contém macromoléculas hidratadas. Devido ao emaranhado de macromoléculas, o comportamento do fluxo das soluções difere daquele dos fluidos newtonianos, mas apresenta um comportamento que muda com a força de cisalhamento. Devido à estrutura macromolecular do éter de celulose, a viscosidade da solução aumenta rapidamente com o aumento da concentração e diminui rapidamente com o aumento da temperatura. De acordo com suas características, éteres de celulose como carboximetilcelulose e hidroxietilcelulose podem ser utilizados como espessantes para produtos químicos de uso diário, agentes retentores de água para revestimentos de papel e espessantes para revestimentos arquitetônicos.

2.4 Degradabilidade

Quando o éter de celulose é dissolvido na fase aquosa, as bactérias crescerão e o crescimento das bactérias levará à produção de bactérias enzimáticas. A enzima quebra as ligações da unidade de glicose anidra não substituída adjacente ao éter de celulose, reduzindo o peso molecular relativo do polímero. Portanto, se a solução aquosa de éter de celulose for armazenada por um longo período, devem ser adicionados conservantes e certas medidas anti-sépticas devem ser tomadas mesmo para éteres de celulose com propriedades antibacterianas.

3. Aplicação de éter de celulose na indústria de papel

3.1 Agente fortalecedor de papel

Por exemplo, o CMC pode ser usado como dispersante de fibra e agente fortalecedor de papel, que pode ser adicionado à polpa. Como a carboximetilcelulose sódica tem a mesma carga que a polpa e as partículas de enchimento, ela pode aumentar a uniformidade da fibra. O efeito de ligação entre as fibras pode ser melhorado e indicadores físicos como resistência à tração, resistência ao rompimento e uniformidade do papel podem ser melhorados. Por exemplo, Longzhu e outros usam 100% de polpa de madeira de sulfito branqueada, 20% de pó de talco, 1% de cola de colofônia dispersa, ajustam o valor de pH para 4,5 com sulfato de alumínio e usam CMC de maior viscosidade (viscosidade 800 ~ 1200MPA.S) O grau de substituição é 0,6. Pode-se observar que o CMC pode melhorar a resistência a seco do papel e também melhorar seu grau de colagem.

3.2 Agente de dimensionamento de superfície

A carboximetilcelulose de sódio pode ser usada como agente de colagem de superfície de papel para melhorar a resistência superficial do papel. Seu efeito de aplicação pode aumentar a resistência superficial em cerca de 10% em comparação com o uso atual de álcool polivinílico e agente de colagem de amido modificado, e a dosagem pode ser reduzida em cerca de 30%. É um agente de colagem de superfície muito promissor para a fabricação de papel, e esta série de novas variedades deve ser desenvolvida ativamente. O éter de celulose catiônico tem melhor desempenho de colagem superficial do que o amido catiônico. Pode não apenas melhorar a resistência superficial do papel, mas também melhorar o desempenho de absorção de tinta do papel e aumentar o efeito de tingimento. É também um agente de colagem de superfície promissor. Mo Lihuan e outros usaram carboximetilcelulose sódica e amido oxidado para realizar testes de dimensionamento superficial em papel e papelão. Os resultados mostram que o CMC tem um efeito de dimensionamento de superfície ideal.

A metil carboximetil celulose sódica tem um certo desempenho de colagem e a carboximetil celulose sódica pode ser usada como agente de colagem de polpa. Além de seu próprio grau de dimensionamento, o éter de celulose catiônico também pode ser usado como filtro auxiliar de retenção na fabricação de papel, melhora a taxa de retenção de fibras finas e cargas, e também pode ser usado como agente de fortalecimento de papel.

3.3 Estabilizador de emulsão

O éter de celulose é amplamente utilizado na preparação de emulsões devido ao seu bom efeito espessante em solução aquosa, o que pode aumentar a viscosidade do meio de dispersão da emulsão e prevenir a precipitação e estratificação da emulsão. Tais como carboximetilcelulose de sódio, éter de hidroxietilcelulose, éter de hidroxipropilcelulose, etc. podem ser usados ​​​​como estabilizadores e agentes protetores para goma de colofônia dispersa aniônica, éter de celulose catiônico, éter de hidroxietilcelulose, éter de hidroxipropilcelulose, etc. éter, etc. também pode ser usado como agente protetor para goma de colofônia dispersa catiônica, AKD, ASA e outros agentes de colagem. Longzhu et al. utilizou 100% de polpa de madeira sulfito branqueada, 20% de pó de talco, 1% de cola de colofónia dispersa, ajustou o valor de pH para 4,5 com sulfato de alumínio e utilizou CMC de maior viscosidade (viscosidade 800 ~ 12000MPA.S). O grau de substituição é 0,6 e é utilizado para dimensionamento interno. Pode-se observar pelos resultados que o grau de dimensionamento da borracha de colofônia contendo CMC é obviamente melhorado, e a estabilidade da emulsão de colofônia é boa, e a taxa de retenção do material de borracha também é alta.

3.4 Agente de retenção de água de revestimento

É usado para revestir e processar aglutinante de revestimento de papel, cianoetil celulose, hidroxietil celulose, etc. pode substituir a caseína e parte do látex, para que a tinta de impressão possa penetrar facilmente e as bordas fiquem claras. A carboximetilcelulose e o éter de hidroxietilcarboximetilcelulose podem ser usados ​​como dispersante de pigmento, espessante, agente de retenção de água e estabilizador. Por exemplo, a quantidade de carboximetilcelulose utilizada como agente de retenção de água na preparação de revestimentos de papel revestido é de 1-2%.

4. Tendência de desenvolvimento do éter de celulose utilizado na indústria de papel

A utilização de modificação química para obtenção de derivados de celulose com funções especiais é uma forma eficaz de buscar novos usos da maior produção mundial de matéria orgânica natural - a celulose. Existem muitos tipos de derivados de celulose e amplas funções, e os éteres de celulose têm sido aplicados em muitas indústrias devido ao seu excelente desempenho. Para atender às necessidades da indústria papeleira, o desenvolvimento do éter de celulose deve estar atento às seguintes tendências:

(1) Desenvolver vários produtos de especificação de éteres de celulose adequados para aplicações na indústria de papel, como produtos em série com diferentes graus de substituição, diferentes viscosidades e diferentes massas moleculares relativas, para seleção na produção de diferentes variedades de papel.

(2) O desenvolvimento de novas variedades de éteres de celulose deve ser aumentado, como éteres de celulose catiônicos adequados para auxiliares de retenção e drenagem na fabricação de papel, agentes de colagem de superfície e éteres de celulose zwitteriônicos que podem ser usados ​​como agentes de reforço para substituir o látex de revestimento Éter de cianoetil celulose e similares como um fichário.

(3) Fortalecer as pesquisas sobre o processo de preparação do éter de celulose e seu novo método de preparação, principalmente as pesquisas sobre redução de custos e simplificação do processo.

(4) Fortalecer a pesquisa sobre as propriedades dos éteres de celulose, especialmente as propriedades formadoras de filme, propriedades de ligação e propriedades de espessamento de vários éteres de celulose, e fortalecer a pesquisa teórica sobre a aplicação de éteres de celulose na fabricação de papel.