Eter de celuloză în industria hârtiei

Această lucrare prezintă tipurile, metodele de preparare, caracteristicile de performanță și starea de aplicare a eterului de celuloză în industria hârtiei, prezintă câteva noi soiuri de eteri de celuloză cu perspective de dezvoltare și discută tendința de aplicare și dezvoltare a acestora în fabricarea hârtiei.

Cuvinte cheie:eter de celuloză; performanţă; industria hârtiei

Celuloza este un compus polimer natural, structura sa chimică este o macromoleculă polizaharidă cu anhidru.β-glucoza ca ciclu de bază, iar fiecare inel de bază are o grupare hidroxil primară și o grupare hidroxil secundară. Prin modificarea sa chimică se pot obține o serie de derivați de celuloză. Metoda de preparare a eterului de celuloză este de a reacționa celuloza cu NaOH, apoi de a efectua reacția de eterificare cu diverși reactanți funcționali, cum ar fi clorură de metil, oxid de etilenă, oxid de propilenă etc., apoi spălați sarea produsului secundar și puțină celuloză de sodiu pentru a obține produsul. Eterul de celuloză este unul dintre derivații importanți ai celulozei, care poate fi utilizat pe scară largă în medicină și igienă, industria chimică zilnică, fabricarea hârtiei, alimentație, medicină, construcții, materiale și alte industrii. În ultimii ani, țările străine au acordat o mare importanță cercetării sale și s-au realizat multe realizări în cercetarea de bază aplicată, efecte practice aplicate și pregătire. În ultimii ani, unii oameni din China au început treptat să se implice în cercetarea acestui aspect și au obținut inițial unele rezultate în practica de producție. Prin urmare, dezvoltarea și utilizarea eterului de celuloză joacă un rol foarte important în utilizarea cuprinzătoare a resurselor biologice regenerabile și îmbunătățirea calității și performanței hârtiei. Este un nou tip de aditivi pentru fabricarea hârtiei care merită dezvoltate.

1. Metode de clasificare și preparare a eterilor de celuloză

Clasificarea eterilor de celuloză este în general împărțită în 4 categorii în funcție de ionicitate.

1.1 Eter de celuloză neionic

Eterul de celuloză neionic este în principal eterul alchil de celuloză, iar metoda sa de preparare este de a reacționa celuloza cu NaOH și apoi de a realiza reacția de eterificare cu diverși monomeri funcționali, cum ar fi monoclormetan, oxid de etilenă, oxid de propilen etc., și apoi obținut prin spălare. sarea de produs secundar și celuloza de sodiu, incluzând în principal eterul de metil celuloză, eterul de metil hidroxietil celuloză, eterul de metil hidroxipropil celuloză, eterul de hidroxietil celuloză, eterul de cianoetil celuloză și eterul de hidroxibutil celuloză sunt utilizate pe scară largă.

1.2 Eter anionic de celuloză

Eteri anionici de celuloză sunt în principal carboximetil celuloză de sodiu și carboximetil hidroxietil celuloză de sodiu. Metoda de preparare este de a reacționa celuloza cu NaOH și apoi de a efectua eter cu acid cloracetic, oxid de etilenă și oxid de propilenă. Reacție chimică și apoi obținută prin spălarea sării subprodusului și a celulozei de sodiu.

1.3 Eter de celuloză cationic

Cationic Eteri de celuloză includ în principal eterul de celuloză de clorură de 3-clor-2-hidroxipropiltrimetilamoniu, care este preparat prin reacția celulozei cu NaOH și apoi reacția cu agentul de eterificare cationic 3-clor-2-hidroxipropil Clorura de trimetil amoniu sau reacția de eterificare cu oxid de etilen și propilen oxid. și apoi obținut prin spălarea sării subprodusului și a celulozei de sodiu.

1.4 Eter de celuloză Zwitterionic

Lanțul molecular al eterului de celuloză zwitterionic are atât grupări anionice, cât și grupări cationice. Metoda sa de preparare este de a reacționa celuloza cu NaOH și apoi de a reacționa cu acidul monocloroacetic și agentul de eterificare cationic Clorura de 3-clor-2-hidroxipropil trimetilamoniu este eterificată și apoi obținută prin spălarea sării subprodusului și a celulozei de sodiu.

2. Performanța și caracteristicile eterului de celuloză

2.1 Formarea și aderența peliculei

Eterificarea eterului de celuloză are o mare influență asupra caracteristicilor și proprietăților sale, cum ar fi solubilitatea, capacitatea de formare a peliculei, puterea de legare și rezistența la sare. Eterul de celuloză are rezistență mecanică ridicată, flexibilitate, rezistență la căldură și rezistență la frig și are o compatibilitate bună cu diverse rășini și plastifianți și poate fi utilizat pentru a face materiale plastice, filme, lacuri, adezivi, latex și materiale de acoperire cu medicamente etc.

2.2 Solubilitate

Eterul de celuloză are o solubilitate bună în apă datorită existenței grupărilor polihidroxil și are selectivitate diferită pentru solvenți organici în funcție de diferiți substituenți. Metilceluloza este solubilă în apă rece, insolubilă în apă fierbinte și, de asemenea, solubilă în unii solvenți; metil hidroxietil celuloza este solubilă în apă rece, insolubilă în apă fierbinte și solvenți organici. Cu toate acestea, atunci când soluția apoasă de metilceluloză și metilhidroxietilceluloză este încălzită, metilceluloza și metilhidroxietilceluloza vor precipita. Metilceluloza este precipitată la 45-60°C°C, în timp ce temperatura de precipitare a metil hidroxietil celulozei mixte eterificate este crescută la 65-80°C. Când temperatura scade, precipitatul se redizolvă. Hidroxietilceluloza și carboximetilceluloza de sodiu sunt solubile în apă la orice temperatură și insolubile în solvenți organici (cu câteva excepții). Folosind această proprietate, pot fi preparate diverși agenți de respingere a uleiului și materiale de film solubile.

2.3 Îngroșare

Eterul de celuloză este dizolvat în apă sub formă de coloid, vâscozitatea acestuia depinde de gradul de polimerizare a eterului de celuloză, iar soluția conține macromolecule hidratate. Datorită încâlcirii macromoleculelor, comportamentul de curgere al soluțiilor diferă de cel al fluidelor newtoniene, dar prezintă un comportament care se modifică cu forța de forfecare. Datorită structurii macromoleculare a eterului de celuloză, vâscozitatea soluției crește rapid odată cu creșterea concentrației și scade rapid odată cu creșterea temperaturii. Conform caracteristicilor sale, eterii de celuloză precum carboximetil celuloza și hidroxietil celuloza pot fi utilizați ca agenți de îngroșare pentru substanțele chimice zilnice, agenți de reținere a apei pentru acoperirile de hârtie și agenți de îngroșare pentru acoperirile arhitecturale.

2.4 Degradabilitate

Când eterul de celuloză este dizolvat în faza apoasă, bacteriile vor crește, iar creșterea bacteriilor va duce la producerea de bacterii enzimatice. Enzima rupe legăturile unitare de anhidroglucoză nesubstituită adiacente eterului de celuloză, reducând greutatea moleculară relativă a polimerului. Prin urmare, dacă soluția apoasă de eter de celuloză urmează să fie păstrată pentru o perioadă lungă de timp, trebuie adăugați conservanți la ea și trebuie luate anumite măsuri antiseptice chiar și pentru eterii de celuloză cu proprietăți antibacteriene.

3. Aplicarea eterului de celuloză în industria hârtiei

3.1 Agent de întărire a hârtiei

De exemplu, CMC poate fi utilizat ca dispersant de fibre și agent de întărire a hârtiei, care poate fi adăugat la pastă. Deoarece carboximetil celuloza de sodiu are aceeași sarcină ca și particulele de pulpă și de umplutură, poate crește uniformitatea fibrei. Efectul de legătură între fibre poate fi îmbunătățit, iar indicatorii fizici precum rezistența la tracțiune, rezistența la rupere și uniformitatea hârtiei pot fi îmbunătățiți. De exemplu, Longzhu și alții folosesc 100% pastă de lemn sulfit albit, 20% pulbere de talc, 1% clei de colofoniu dispersat, ajustează valoarea pH-ului la 4,5 cu sulfat de aluminiu și utilizează CMC cu vâscozitate mai mare (vâscozitate 800 ~ 1200MPA.S) Gradul de substituție este 0,6. Se poate observa că CMC poate îmbunătăți rezistența la uscat a hârtiei și, de asemenea, poate îmbunătăți gradul de dimensionare a acesteia.

3.2 Agent de dimensionare a suprafeței

Carboximetil celuloza de sodiu poate fi utilizată ca agent de dimensionare a suprafeței hârtiei pentru a îmbunătăți rezistența suprafeței hârtiei. Efectul său de aplicare poate crește rezistența suprafeței cu aproximativ 10% în comparație cu utilizarea curentă a alcoolului polivinilic și a agentului de mărire a amidonului modificat, iar doza poate fi redusă cu aproximativ 30%. Este un agent de dimensionare a suprafeței foarte promițător pentru fabricarea hârtiei, iar această serie de noi soiuri ar trebui dezvoltată în mod activ. Eterul de celuloză cationic are o performanță mai bună de dimensionare a suprafeței decât amidonul cationic. Nu numai că poate îmbunătăți rezistența suprafeței hârtiei, dar poate îmbunătăți și performanța de absorbție a cernelii a hârtiei și crește efectul de vopsire. Este, de asemenea, un agent promițător de dimensionare a suprafeței. Mo Lihuan și alții au folosit carboximetil celuloză de sodiu și amidon oxidat pentru a efectua teste de dimensionare a suprafeței pe hârtie și carton. Rezultatele arată că CMC are un efect ideal de dimensionare a suprafeței.

Metil carboximetil celuloza de sodiu are o anumită performanță de dimensionare, iar carboximetil celuloza de sodiu poate fi utilizată ca agent de dimensionare a pulpei. În plus față de propriul său grad de dimensionare, eterul de celuloză cationic poate fi folosit și ca filtru auxiliar de reținere pentru fabricarea hârtiei, îmbunătățește rata de reținere a fibrelor fine și a materialelor de umplutură și poate fi folosit și ca agent de întărire a hârtiei.

3.3 Stabilizator de emulsie

Eterul de celuloză este utilizat pe scară largă în prepararea emulsiei datorită efectului său bun de îngroșare în soluție apoasă, care poate crește vâscozitatea mediului de dispersie a emulsiei și poate preveni precipitarea și stratificarea emulsiei. Cum ar fi carboximetil celuloza de sodiu, eterul de hidroxietil celuloză, eterul de hidroxipropil celuloză etc. pot fi utilizați ca stabilizatori și agenți de protecție pentru guma de colofoniu anionic dispersat, eterul de celuloză cationic, eterul de hidroxietil celuloză, eterul de hidroxipropil celuloză etc. Eterul de celuloză de bază, metil celuloză eterul, etc. pot fi, de asemenea, utilizați ca agenți de protecție pentru guma de colofoniu dispersată cationică, AKD, ASA și alți agenți de dimensionare. Longzhu și colab. a folosit 100% pastă de lemn sulfit albit, 20% pudră de talc, 1% clei de colofoniu dispersat, a ajustat valoarea pH-ului la 4,5 cu sulfat de aluminiu și a folosit CMC cu vâscozitate mai mare (vâscozitate 800 ~ 12000MPA.S). Gradul de substituție este de 0,6 și este utilizat pentru dimensionarea internă. Se poate observa din rezultate că gradul de dimensionare al cauciucului de colofoniu care conține CMC este în mod evident îmbunătățit, iar stabilitatea emulsiei de colofoniu este bună, iar rata de retenție a materialului cauciuc este, de asemenea, ridicată.

3.4 Agent de reținere a apei de acoperire

Este folosit pentru acoperirea și prelucrarea liantului de acoperire a hârtiei, cianoetil celuloza, hidroxietil celuloza etc. pot înlocui cazeina și o parte din latex, astfel încât cerneala de imprimare să poată pătrunde cu ușurință și marginile să fie clare. Carboximetil celuloza și eterul hidroxietil carboximetil celuloză pot fi utilizate ca dispersant de pigment, agent de îngroșare, agent de reținere a apei și stabilizator. De exemplu, cantitatea de carboximetil celuloză utilizată ca agent de reținere a apei în prepararea straturilor de hârtie acoperită este de 1-2%.

4. Tendința de dezvoltare a eterului de celuloză utilizat în industria hârtiei

Utilizarea modificărilor chimice pentru a obține derivați de celuloză cu funcții speciale este o modalitate eficientă de a căuta noi utilizări ale celui mai mare randament mondial de materie organică naturală - celuloză. Există multe tipuri de derivați de celuloză și funcții largi, iar eterii de celuloză au fost aplicați în multe industrii datorită performanței lor excelente. Pentru a satisface nevoile industriei hârtiei, dezvoltarea eterului de celuloză ar trebui să acorde atenție următoarelor tendințe:

(1) Dezvoltați diverse specificații de eteri de celuloză potrivite pentru aplicații în industria hârtiei, cum ar fi produse în serie cu diferite grade de substituție, diferite vâscozități și diferite mase moleculare relative, pentru selecția în producția de diferite soiuri de hârtie.

(2) Dezvoltarea de noi varietăți de eteri de celuloză ar trebui să fie sporită, cum ar fi eterii de celuloză cationici adecvați pentru reținerea hârtiei și ajutoare de drenaj, agenți de dimensionare a suprafeței și eterii de celuloză zwitterionici care pot fi utilizați ca agenți de întărire pentru a înlocui latexul de acoperire Eterul de cianoetil celuloză și altele asemenea ca liant.

(3) Consolidarea cercetărilor privind procesul de preparare a eterului de celuloză și noua sa metodă de preparare, în special cercetările privind reducerea costurilor și simplificarea procesului.

(4) Consolidarea cercetărilor privind proprietățile eterului de celuloză, în special proprietățile de formare a peliculei, proprietățile de legare și proprietățile de îngroșare ale diverșilor eteri de celuloză și consolidarea cercetărilor teoretice privind aplicarea eterului de celuloză în fabricarea hârtiei.