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 depois 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 podem ser usados ​​como agentes protetores para goma de colofônia dispersa catiônica, AKD, ASA e outros agentes de colagem. Longzhu et al. usou 100% de polpa de madeira de sulfito branqueada, 20% de pó de talco, 1% de cola de colofônia dispersa, ajustou o valor de pH para 4,5 com sulfato de alumínio e usou 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.