Эфир целлюлозы в бумажной промышленности

В этой статье представлены типы, методы получения, эксплуатационные характеристики и статус применения эфиров целлюлозы в бумажной промышленности, предложены некоторые новые разновидности эфиров целлюлозы с перспективами развития, а также обсуждаются их применение и тенденции развития в производстве бумаги.

Ключевые слова:эфир целлюлозы; производительность; бумажная промышленность

Целлюлоза – природное полимерное соединение, по химической структуре представляет собой полисахаридную макромолекулу с безводнымβ-глюкоза в качестве основного кольца, и каждое основное кольцо имеет первичную гидроксильную группу и вторичную гидроксильную группу. Путем его химической модификации можно получить ряд производных целлюлозы. Метод получения эфира целлюлозы заключается в реакции целлюлозы с NaOH, затем проведении реакции этерификации с различными функциональными реагентами, такими как метилхлорид, оксид этилена, оксид пропилена и т. д., а затем промывкой соли побочного продукта и некоторого количества натрия целлюлозы для получения продукт. Эфир целлюлозы является одним из важных производных целлюлозы, который может широко использоваться в медицине и гигиене, повседневной химической промышленности, производстве бумаги, пищевой, медицинской, строительной, материальной и других отраслях промышленности. В последние годы зарубежные страны придают большое значение его исследованиям, достигнуты большие успехи в области прикладных фундаментальных исследований, прикладных практических эффектов и подготовки. В последние годы некоторые люди в Китае постепенно начали участвовать в исследованиях этого аспекта и поначалу достигли некоторых результатов в производственной практике. Поэтому разработка и использование эфира целлюлозы играет очень важную роль в комплексном использовании возобновляемых биологических ресурсов и улучшении качества и производительности бумаги. Это новый тип добавок для производства бумаги, который стоит разработать.

1. Классификация и методы получения эфиров целлюлозы.

Классификация эфиров целлюлозы обычно делится на 4 категории в зависимости от ионности.

1.1 Неионогенный эфир целлюлозы

Неионный эфир целлюлозы представляет собой в основном алкиловый эфир целлюлозы, и метод его получения заключается в взаимодействии целлюлозы с NaOH, а затем в проведении реакции этерификации с различными функциональными мономерами, такими как монохлорметан, оксид этилена, оксид пропилена и т. д., а затем получается путем промывания. широко используются соль побочного продукта и натрий целлюлозы, в основном включая эфир метилцеллюлозы, эфир метилгидроксиэтилцеллюлозы, эфир метилгидроксипропилцеллюлозы, эфир гидроксиэтилцеллюлозы, эфир цианоэтилцеллюлозы и эфир гидроксибутилцеллюлозы.

1.2 Анионный эфир целлюлозы

Анионные эфиры целлюлозы представляют собой в основном карбоксиметилцеллюлозу натрия и карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлозу натрия. Метод приготовления заключается во взаимодействии целлюлозы с NaOH, а затем в реакции эфира с хлоруксусной кислотой, оксидом этилена и оксидом пропилена. Химическая реакция, а затем полученная промывкой побочного продукта соли и натриевой целлюлозы.

1.3 Катионный эфир целлюлозы

катионный эфиры целлюлозы в основном включают хлорид 3-хлор-2-гидроксипропилтриметиламмония, эфир целлюлозы, который получают путем взаимодействия целлюлозы с NaOH и затем взаимодействия с катионным этерифицирующим агентом 3-хлор-2-гидроксипропилтриметиламмонийхлоридом или реакции этерификации с оксидом этилена и оксидом пропилена, и затем получен промывкой побочного продукта соли и натриевой целлюлозы.

1.4 Цвиттерионный эфир целлюлозы

Молекулярная цепь цвиттер-ионного эфира целлюлозы имеет как анионные, так и катионные группы. Метод его получения заключается в реакции целлюлозы с NaOH, а затем в реакции с монохлоруксусной кислотой и катионным этерифицирующим агентом. Хлорид 3-хлор-2-гидроксипропилтриметиламмония этерифицируется, а затем получается путем промывки соли побочного продукта и натриевой целлюлозы.

2. Производительность и характеристики эфира целлюлозы

2.1 Образование и адгезия пленки

Этерификация эфира целлюлозы оказывает большое влияние на его характеристики и свойства, такие как растворимость, пленкообразующая способность, прочность связи и солеустойчивость. Эфир целлюлозы обладает высокой механической прочностью, гибкостью, термостойкостью и морозостойкостью, имеет хорошую совместимость с различными смолами и пластификаторами и может использоваться для изготовления пластмасс, пленок, лаков, клеев, латексных и лекарственных материалов и т. д.

2.2 Растворимость

Эфир целлюлозы обладает хорошей растворимостью в воде благодаря наличию полигидроксильных групп и обладает различной селективностью к органическим растворителям в зависимости от разных заместителей. Метилцеллюлоза растворима в холодной воде, нерастворима в горячей воде, а также растворима в некоторых растворителях; Метилгидроксиэтилцеллюлоза растворима в холодной воде, нерастворима в горячей воде и органических растворителях. Однако при нагревании водного раствора метилцеллюлозы и метилгидроксиэтилцеллюлозы метилцеллюлоза и метилгидроксиэтилцеллюлоза выпадают в осадок. Метилцеллюлоза осаждается при 45-60°С.°С, при этом температуру осаждения смешанной этерифицированной метилгидроксиэтилцеллюлозы повышают до 65-80°С.°С. При понижении температуры осадок вновь растворяется. Гидроксиэтилцеллюлоза и карбоксиметилцеллюлоза натрия растворимы в воде при любой температуре и нерастворимы в органических растворителях (за некоторыми исключениями). Используя это свойство, можно получить различные маслоотталкивающие вещества и растворимые пленочные материалы.

2.3 Утолщение

Эфир целлюлозы растворяется в воде в виде коллоида, вязкость его зависит от степени полимеризации эфира целлюлозы, раствор содержит гидратированные макромолекулы. Из-за перепутывания макромолекул поведение растворов отличается от поведения ньютоновских жидкостей, но демонстрирует поведение, которое меняется с изменением силы сдвига. Благодаря макромолекулярному строению эфира целлюлозы вязкость раствора быстро увеличивается с увеличением концентрации и быстро снижается с повышением температуры. По своим характеристикам эфиры целлюлозы, такие как карбоксиметилцеллюлоза и гидроксиэтилцеллюлоза, могут использоваться в качестве загустителей для бытовых химикатов, водоудерживающих агентов для бумажных покрытий и загустителей для архитектурных покрытий.

2.4 Разлагаемость

Когда эфир целлюлозы растворяется в водной фазе, бактерии будут расти, и рост бактерий приведет к выработке ферментных бактерий. Фермент разрывает связи незамещенных ангидроглюкозных звеньев, прилегающих к эфиру целлюлозы, уменьшая относительную молекулярную массу полимера. Поэтому, если водный раствор эфира целлюлозы предполагается хранить в течение длительного времени, в него необходимо добавлять консерванты, а также принимать определенные антисептические меры даже для эфиров целлюлозы, обладающих антибактериальными свойствами.

3. Применение эфира целлюлозы в бумажной промышленности.

3.1 Укрепитель бумаги

Например, КМЦ можно использовать в качестве диспергатора волокон и упрочнителя бумаги, который можно добавлять в целлюлозу. Поскольку натрий-карбоксиметилцеллюлоза имеет тот же заряд, что и частицы пульпы и наполнителя, она может повысить однородность волокна. Можно улучшить эффект сцепления между волокнами и улучшить физические показатели, такие как прочность на разрыв, прочность на разрыв и ровность бумаги. Например, Лунчжу и другие используют 100% отбеленную сульфитную древесную массу, 20% тальк, 1% дисперсный канифольный клей, доводят значение pH до 4,5 с помощью сульфата алюминия и используют КМЦ более высокой вязкости (вязкость 800 ~ 1200 МПа.С). Степень замещения составляет 0,6. Можно видеть, что КМЦ может повысить прочность бумаги в сухом состоянии, а также улучшить степень ее проклейки.

3.2 Средство для проклейки поверхности

Карбоксиметилцеллюлоза натрия может использоваться в качестве проклеивающего вещества для поверхности бумаги для улучшения поверхностной прочности бумаги. Эффект от его применения может увеличить поверхностную прочность примерно на 10% по сравнению с текущим использованием поливинилового спирта и проклеивающего агента из модифицированного крахмала, а дозировку можно уменьшить примерно на 30%. Это очень перспективный проклеивающий агент для производства бумаги, и эту серию новых сортов следует активно разрабатывать. Катионный эфир целлюлозы имеет лучшие характеристики проклеивания поверхности, чем катионный крахмал. Это может не только улучшить поверхностную прочность бумаги, но также улучшить характеристики поглощения чернил бумагой и увеличить эффект окрашивания. Это также многообещающий агент для поверхностной проклейки. Мо Лихуань и другие использовали натрий-карбоксиметилцеллюлозу и окисленный крахмал для проведения испытаний на проклейку поверхности бумаги и картона. Результаты показывают, что КМЦ оказывает идеальный эффект проклеивания поверхности.

Натрий-метилкарбоксиметилцеллюлоза обладает определенными проклеивающими свойствами, а натрий-карбоксиметилцеллюлоза может использоваться в качестве проклеивающего вещества для целлюлозы. В дополнение к своей собственной степени проклеивания, катионный эфир целлюлозы также может использоваться в качестве фильтра, способствующего удерживанию бумаги, улучшая степень удержания тонких волокон и наполнителей, а также может использоваться в качестве упрочнителя бумаги.

3.3 Стабилизатор эмульсии

Эфир целлюлозы широко используется при приготовлении эмульсий из-за его хорошего загущающего эффекта в водном растворе, который может увеличить вязкость эмульсионной дисперсионной среды и предотвратить осаждение и расслоение эмульсии. Такие как натрийкарбоксиметилцеллюлоза, эфир гидроксиэтилцеллюлозы, эфир гидроксипропилцеллюлозы и т. д. могут использоваться в качестве стабилизаторов и защитных агентов для анионной дисперсной канифольной камеди, катионного эфира целлюлозы, эфира гидроксиэтилцеллюлозы, эфира гидроксипропилцеллюлозы и т. д. Базовый эфир целлюлозы, метилцеллюлоза эфир и т. д. также могут быть использованы в качестве защитных средств для катионной дисперсной канифоли, АКД, АСК и других проклеивающих средств. Лунчжу и др. использовали 100% беленую сульфитную древесную массу, 20% талька, 1% дисперсного канифольного клея, доводили значение pH до 4,5 с помощью сульфата алюминия и использовали КМЦ более высокой вязкости (вязкость 800~12000 МПа·с). Степень замещения равна 0,6 и используется для внутреннего калибрования. Из результатов видно, что степень проклеивания канифольного каучука, содержащего КМЦ, явно улучшается, стабильность канифольной эмульсии хорошая, а степень удерживания резинового материала также высока.

3.4 Водоудерживающий агент покрытия

Он используется для покрытия и обработки бумаги. Связующее покрытие, цианоэтилцеллюлоза, гидроксиэтилцеллюлоза и т. д. могут заменить казеин и часть латекса, так что печатная краска легко проникает, а края становятся четкими. Карбоксиметилцеллюлоза и эфир гидроксиэтилкарбоксиметилцеллюлозы могут использоваться в качестве диспергатора пигмента, загустителя, водоудерживающего агента и стабилизатора. Например, количество карбоксиметилцеллюлозы, используемой в качестве водоудерживающего агента при приготовлении мелованных бумажных покрытий, составляет 1-2%.

4. Тенденции развития эфира целлюлозы, используемого в бумажной промышленности.

Использование химической модификации для получения производных целлюлозы со специальными функциями является эффективным способом поиска новых способов использования крупнейшего в мире природного органического вещества - целлюлозы. Существует множество видов производных целлюлозы с широким спектром функций, а эфиры целлюлозы применяются во многих отраслях промышленности благодаря своим превосходным характеристикам. Для удовлетворения потребностей бумажной промышленности при разработке эфира целлюлозы следует обратить внимание на следующие тенденции:

(1) Разработка различных продуктов со спецификациями эфиров целлюлозы, подходящих для применения в бумажной промышленности, таких как серийные продукты с разной степенью замещения, разной вязкостью и разной относительной молекулярной массой, для выбора при производстве различных сортов бумаги.

(2) Следует активизировать разработку новых разновидностей эфиров целлюлозы, таких как катионные эфиры целлюлозы, подходящие для удержания и дренажа бумаги, средства для поверхностной проклейки и цвиттер-ионные эфиры целлюлозы, которые можно использовать в качестве армирующих агентов для замены латексного покрытия. Эфир цианоэтилцеллюлозы. и тому подобное в качестве связующего.

(3) Усилить исследования процесса получения эфира целлюлозы и нового метода его получения, особенно исследования по снижению стоимости и упрощению процесса.

(4) Усилить исследования свойств эфиров целлюлозы, особенно пленкообразующих свойств, связующих свойств и загущающих свойств различных эфиров целлюлозы, а также усилить теоретические исследования по применению эфиров целлюлозы в производстве бумаги.