Éter celulózy v papierenskom priemysle

Tento článok predstavuje typy, metódy prípravy, výkonnostné charakteristiky a aplikačný stav éterov celulózy v papierenskom priemysle, predkladá niektoré nové druhy éterov celulózy s perspektívou vývoja a rozoberá ich aplikáciu a vývojový trend v papierenskom priemysle.

kľúčové slová:éter celulózy; výkon; papierenský priemysel

Celulóza je prírodná polymérna zlúčenina, jej chemická štruktúra je polysacharidová makromolekula s bezvodýmβ-glukóza ako základný kruh a každý základný kruh má primárnu hydroxylovú skupinu a sekundárnu hydroxylovú skupinu. Jeho chemickou modifikáciou možno získať rad derivátov celulózy. Spôsob prípravy éteru celulózy je zreagovať celulózu s NaOH, potom vykonať éterifikačnú reakciu s rôznymi funkčnými reaktantmi, ako je metylchlorid, etylénoxid, propylénoxid atď., a potom premyť soľ vedľajšieho produktu a trochu sodnej soli celulózy, čím sa získa výrobok. Éter celulózy je jedným z dôležitých derivátov celulózy, ktorý môže byť široko používaný v medicíne a hygiene, každodennom chemickom priemysle, papierenskom priemysle, potravinárstve, medicíne, stavebníctve, materiáloch a iných priemyselných odvetviach. Zahraničie v posledných rokoch prikladá jeho výskumu veľký význam a v aplikovanom základnom výskume, aplikovaných praktických účinkoch a príprave sa dosiahli mnohé úspechy. V posledných rokoch sa niektorí ľudia v Číne začali postupne zapájať do výskumu tohto aspektu a spočiatku dosahovali určité výsledky vo výrobnej praxi. Vývoj a využitie éteru celulózy preto zohráva veľmi dôležitú úlohu pri komplexnom využívaní obnoviteľných biologických zdrojov a zlepšovaní kvality a výkonu papiera. Je to nový typ papierenských prísad, ktoré stojí za to vyvinúť.

1. Klasifikácia a metódy prípravy éterov celulózy

Klasifikácia éterov celulózy je vo všeobecnosti rozdelená do 4 kategórií podľa ionizácie.

1.1 Neiónový éter celulózy

Neiónový éter celulózy je hlavne alkyléter celulózy a spôsob jeho prípravy spočíva v tom, že sa celulóza nechá reagovať s NaOH a potom sa uskutoční éterifikačná reakcia s rôznymi funkčnými monomérmi, ako je monochlórmetán, etylénoxid, propylénoxid atď., a potom sa získa premytím. soľ vedľajšieho produktu a sodná soľ celulózy, hlavne vrátane éteru metylcelulózy, éteru metylhydroxyetylcelulózy, éteru metylhydroxypropylcelulózy, éteru hydroxyetylcelulózy, éteru kyanoetylcelulózy a éteru hydroxybutylcelulózy.

1.2 Aniónový éter celulózy

Aniónové étery celulózy sú hlavne sodná soľ karboxymetylcelulózy a sodná soľ karboxymetylhydroxyetylcelulózy. Spôsob prípravy spočíva v reakcii celulózy s NaOH a následnom spracovaní éteru s kyselinou chlóroctovou, etylénoxidom a propylénoxidom. Chemická reakcia a potom sa získa premytím soli vedľajšieho produktu a sodnej celulózy.

1.3 Katiónový éter celulózy

Katiónový étery celulózy zahŕňajú najmä éter celulózy 3-chlór-2-hydroxypropyltrimetylamóniumchlorid, ktorý sa pripravuje reakciou celulózy s NaOH a následnou reakciou s katiónovým éterifikačným činidlom 3-chlór-2-hydroxypropyltrimetylamóniumchloridom alebo éterifikačnou reakciou s etylénoxidom a propylénoxidom, a potom sa získa premytím soli vedľajšieho produktu a sodnej celulózy.

1.4 Zwitteriónový éter celulózy

Molekulový reťazec zwitteriónového éteru celulózy má aniónové skupiny aj katiónové skupiny. Spôsob jeho prípravy spočíva v reakcii celulózy s NaOH a potom v reakcii s kyselinou monochlóroctovou a katiónovým eterifikačným činidlom 3-chlór-2-hydroxypropyltrimetylamóniumchlorid sa éterifikuje a potom sa získa premytím soli vedľajšieho produktu a sodnej soli celulózy.

2. Výkon a vlastnosti éteru celulózy

2.1 Tvorba filmu a priľnavosť

Éterifikácia éteru celulózy má veľký vplyv na jeho vlastnosti a vlastnosti, ako je rozpustnosť, filmotvorná schopnosť, pevnosť väzby a odolnosť voči soli. Éter celulózy má vysokú mechanickú pevnosť, pružnosť, tepelnú odolnosť a odolnosť proti chladu a má dobrú kompatibilitu s rôznymi živicami a zmäkčovadlami a môže sa použiť na výrobu plastov, fólií, lakov, lepidiel, latexových a liekových náterových materiálov atď.

2.2 Rozpustnosť

Éter celulózy má dobrú rozpustnosť vo vode vďaka existencii polyhydroxylových skupín a má rôznu selektivitu rozpúšťadiel pre organické rozpúšťadlá podľa rôznych substituentov. Metylcelulóza je rozpustná v studenej vode, nerozpustná v horúcej vode a tiež rozpustná v niektorých rozpúšťadlách; metylhydroxyetylcelulóza je rozpustná v studenej vode, nerozpustná v horúcej vode a organických rozpúšťadlách. Keď sa však vodný roztok metylcelulózy a metylhydroxyetylcelulózy zahrieva, metylcelulóza a metylhydroxyetylcelulóza sa vyzrážajú. Metylcelulóza sa vyzráža pri 45-60 °C°C, zatiaľ čo teplota zrážania zmiešanej éterifikovanej metylhydroxyetylcelulózy sa zvýši na 65-80 °C°C. Keď sa teplota zníži, zrazenina sa znova rozpustí. Hydroxyetylcelulóza a sodná soľ karboxymetylcelulózy sú rozpustné vo vode pri akejkoľvek teplote a nerozpustné v organických rozpúšťadlách (až na niekoľko výnimiek). Využitím tejto vlastnosti je možné pripraviť rôzne repelenty a rozpustné filmové materiály.

2.3 Zahusťovanie

Éter celulózy je rozpustený vo vode vo forme koloidu, jeho viskozita závisí od stupňa polymerizácie éteru celulózy a roztok obsahuje hydratované makromolekuly. V dôsledku prepletenia makromolekúl sa správanie toku roztokov líši od správania newtonovských tekutín, ale vykazuje správanie, ktoré sa mení so šmykovou silou. Vzhľadom na makromolekulárnu štruktúru éteru celulózy sa viskozita roztoku rýchlo zvyšuje so zvyšujúcou sa koncentráciou a rýchlo klesá so zvyšujúcou sa teplotou. Podľa svojich vlastností môžu byť étery celulózy, ako je karboxymetylcelulóza a hydroxyetylcelulóza, použité ako zahusťovadlá pre každodenné chemikálie, činidlá zadržiavajúce vodu pre nátery papiera a zahusťovadlá pre nátery architektúry.

2.4 Odbúrateľnosť

Keď sa éter celulózy rozpustí vo vodnej fáze, baktérie budú rásť a rast baktérií povedie k produkcii enzýmových baktérií. Enzým štiepi nesubstituované väzby anhydroglukózovej jednotky susediace s éterom celulózy, čím sa znižuje relatívna molekulová hmotnosť polyméru. Ak sa teda vodný roztok éteru celulózy má skladovať dlhší čas, musia sa do neho pridať konzervačné látky a aj v prípade éterov celulózy s antibakteriálnymi vlastnosťami by sa mali prijať určité antiseptické opatrenia.

3. Aplikácia éteru celulózy v papierenskom priemysle

3.1 Prostriedok na spevnenie papiera

Napríklad CMC sa môže použiť ako vláknitý dispergátor a činidlo na spevnenie papiera, ktoré sa môže pridať do buničiny. Pretože sodná soľ karboxymetylcelulózy má rovnaký náboj ako buničina a častice plniva, môže zvýšiť rovnomernosť vlákna. Spojovací účinok medzi vláknami sa môže zlepšiť a môžu sa zlepšiť fyzikálne ukazovatele, ako je pevnosť v ťahu, pevnosť v roztrhnutí a rovnomernosť papiera. Napríklad Longzhu a ďalší používajú 100% bielenú sulfitovú drevnú buničinu, 20% mastencový prášok, 1% disperzné kolofónne lepidlo, upravujú hodnotu pH na 4,5 pomocou síranu hlinitého a používajú vyššiu viskozitu CMC (viskozita 800~1200MPA.S) Stupeň substitúcie je 0,6. Je zrejmé, že CMC môže zlepšiť pevnosť papiera za sucha a tiež zlepšiť stupeň jeho glejenia.

3.2 Prostriedok na glejenie povrchu

Sodná soľ karboxymetylcelulózy sa môže použiť ako činidlo na povrchové glejenie papiera na zlepšenie povrchovej pevnosti papiera. Jeho aplikačný účinok môže zvýšiť povrchovú pevnosť asi o 10 % v porovnaní so súčasným používaním polyvinylalkoholu a modifikovaného škrobového glejiva a dávku možno znížiť asi o 30 %. Je to veľmi sľubné činidlo na povrchové glejenie pre výrobu papiera a táto séria nových odrôd by sa mala aktívne rozvíjať. Katiónový éter celulózy má lepšie vlastnosti na úpravu povrchu ako katiónový škrob. Môže nielen zlepšiť povrchovú pevnosť papiera, ale aj zlepšiť absorpčnú schopnosť papiera a zvýšiť efekt farbenia. Je tiež sľubným prostriedkom na úpravu povrchov. Mo Lihuan a ďalší použili sodnú soľ karboxymetylcelulózy a oxidovaný škrob na vykonanie testov povrchovej veľkosti na papieri a lepenke. Výsledky ukazujú, že CMC má ideálny efekt veľkosti povrchu.

Sodná soľ metylkarboxymetylcelulózy má určitú účinnosť glejenia a sodná soľ karboxymetylcelulózy sa môže použiť ako činidlo na glejenie buničiny. Okrem vlastného stupňa glejenia sa katiónový éter celulózy môže použiť aj ako retenčný pomocný filter pri výrobe papiera, zlepšuje rýchlosť zadržania jemných vlákien a plnív a môže sa použiť aj ako činidlo na spevnenie papiera.

3.3 Stabilizátor emulzie

Éter celulózy je široko používaný pri príprave emulzie kvôli svojmu dobrému zahusťovaciemu účinku vo vodnom roztoku, ktorý môže zvýšiť viskozitu emulzného disperzného média a zabrániť zrážaniu a stratifikácii emulzie. Ako stabilizátory a ochranné činidlá pre aniónovú dispergovanú živicovú gumu, katiónový éter celulózy, éter hydroxyetylcelulózy, éter hydroxypropylcelulózy atď. možno použiť ako stabilizátory a ochranné činidlá pre aniónovú dispergovanú živicovú gumu, katiónový éter celulózy, éter hydroxyetylcelulózy, éter hydroxypropylcelulózy atď. éter atď. môžu byť tiež použité ako ochranné činidlá pre katiónovú disperznú živicovú gumu, AKD, ASA a iné šlichtovacie činidlá. Longzhu a kol. použila 100 % bielenú sulfitovú drevnú buničinu, 20 % mastenca, 1 % disperzné kolofónne lepidlo, upravila hodnotu pH na 4,5 síranom hlinitým a použila vyššiu viskozitu CMC (viskozita 800~12000 MPA.S). Stupeň substitúcie je 0,6 a používa sa na vnútorné dimenzovanie. Z výsledkov je možné vidieť, že stupeň glejenia kolofónneho kaučuku obsahujúceho CMC je zjavne zlepšený a stabilita kolofónnej emulzie je dobrá a miera retencie kaučukového materiálu je tiež vysoká.

3.4 Náterový prostriedok zadržiavajúci vodu

Používa sa na natieranie a spracovanie papierového náterového spojiva, kyanoetylcelulóza, hydroxyetylcelulóza atď. môže nahradiť kazeín a časť latexu, takže tlačiarenská farba môže ľahko prenikať a okraje sú čisté. Karboxymetylcelulóza a éter hydroxyetylkarboxymetylcelulózy sa môžu použiť ako disperzant pigmentu, zahusťovadlo, činidlo na zadržiavanie vody a stabilizátor. Napríklad množstvo karboxymetylcelulózy použité ako činidlo zadržiavajúce vodu pri príprave náterov na natieraný papier je 1 až 2 %.

4. Trend vývoja éteru celulózy používaného v papierenskom priemysle

Použitie chemickej modifikácie na získanie derivátov celulózy so špeciálnymi funkciami je efektívny spôsob, ako hľadať nové využitie najväčšieho svetového výťažku prírodnej organickej hmoty – celulózy. Existuje mnoho druhov derivátov celulózy so širokými funkciami a étery celulózy sa vďaka ich vynikajúcemu výkonu používajú v mnohých priemyselných odvetviach. Aby sa uspokojili potreby papierenského priemyslu, vývoj éteru celulózy by mal venovať pozornosť nasledujúcim trendom:

(1) Vyvinúť rôzne špecifikácie produktov éterov celulózy vhodných pre aplikácie v papierenskom priemysle, ako sú sériové produkty s rôznym stupňom substitúcie, rôznymi viskozitami a rôznymi relatívnymi molekulovými hmotnosťami, na výber pri výrobe rôznych druhov papiera.

(2) Mal by sa zintenzívniť vývoj nových druhov éterov celulózy, ako sú katiónové étery celulózy vhodné na retenčné a odvodňovacie prostriedky pri výrobe papiera, činidlá na úpravu povrchov a étery celulózy s obojakými iónmi, ktoré možno použiť ako stužujúce činidlá na nahradenie latexu poťahovania éter kyanoetylcelulózy a podobne ako spojivo.

(3) Posilniť výskum procesu prípravy éteru celulózy a jeho novej metódy prípravy, najmä výskum zníženia nákladov a zjednodušenia procesu.

(4) Posilniť výskum vlastností éterov celulózy, najmä filmotvorných vlastností, vlastností spájania a zahusťovacích vlastností rôznych éterov celulózy, a posilniť teoretický výskum aplikácie éterov celulózy pri výrobe papiera.