Етар целулозе у папирној индустрији

Овај рад упознаје врсте, методе припреме, карактеристике перформанси и статус примене етра целулозе у индустрији папира, предлаже неке нове варијанте етра целулозе са перспективом развоја и разматра њихову примену и тренд развоја у производњи папира.

Кључне речи:целулозни етар; перформансе; индустрија папира

Целулоза је природно полимерно једињење, њена хемијска структура је полисахаридни макромолекул са анхидрованимβ-глукоза као базни прстен, а сваки базни прстен има примарну хидроксилну групу и секундарну хидроксилну групу. Његовом хемијском модификацијом може се добити низ деривата целулозе. Метода припреме целулозног етра је реаговање целулозе са НаОХ, затим спровођење реакције етерификације са различитим функционалним реактантима као што су метил хлорид, етилен оксид, пропилен оксид, итд., а затим испирање соли нуспроизвода и мало натријума целулозе да се добије производ. Целулозни етар је један од важних деривата целулозе, који се може широко користити у медицини и хигијени, свакодневној хемијској индустрији, производњи папира, храни, медицини, грађевинарству, материјалима и другим индустријама. Последњих година иностране земље придају велики значај његовом истраживању, а постигнута су многа достигнућа у примењеним основним истраживањима, примењеним практичним ефектима и припреми. Последњих година, неки људи у Кини су постепено почели да се укључују у истраживање овог аспекта, и у почетку су постигли неке резултате у производној пракси. Стога, развој и коришћење целулозног етра игра веома важну улогу у свеобухватном коришћењу обновљивих биолошких ресурса и побољшању квалитета и перформанси папира. То је нова врста адитива за производњу папира вредна развоја.

1. Класификација и методе добијања етра целулозе

Класификација етра целулозе је генерално подељена у 4 категорије према јонизацији.

1.1 Нејонски етар целулозе

Нејонски етар целулозе је углавном целулозни алкил етар, а метода његове припреме је да реагује целулозу са НаОХ, а затим изврши реакцију етерификације са различитим функционалним мономерима као што су монохлорометан, етилен оксид, пропилен оксид, итд., а затим добијени испирањем нуспроизводна со и натријум целулозе, углавном укључујући метил целулозни етар, метил хидроксиетил целулозни етар, метил хидроксипропил целулозни етар, хидроксиетил целулозни етар, цијаноетил целулозни етар и етар хидроксибутил целулозе, се широко користе.

1.2 Ањонски етар целулозе

Ањонски етри целулозе су углавном натријум карбоксиметил целулоза и натријум карбоксиметил хидроксиетил целулоза. Метода припреме је реаговање целулозе са НаОХ, а затим извођење етра са хлорсирћетном киселином, етилен оксидом и пропилен оксидом. Хемијска реакција, а затим добијена испирањем нуспроизвода соли и натријум целулозе.

1.3 Катјонски етар целулозе

катионски целулозни етри углавном укључују 3-хлоро-2-хидроксипропилтриметиламонијум хлорид целулозни етар, који се добија реакцијом целулозе са НаОХ, а затим реакцијом са катјонским агенсом за етерификацију 3-хлоро-2-хидроксипропил триметил амонијум хлоридом и реакцијом пропил етилен хлорида са етилен етероксидом а затим добијен испирањем соли нуспроизвода и натријум целулозе.

1.4 Цвитерјонски етар целулозе

Молекуларни ланац цвитерјонског етра целулозе има и ањонске и катјонске групе. Метода његове припреме је да реагује целулоза са НаОХ, а затим реагује са монохлоросирћетном киселином и агенсом за катјонску етерификацију 3-хлоро-2-хидроксипропил Триметиламонијум хлорид се етерификује, а затим се добија испирањем соли нуспроизвода и натријум целулозе.

2. Перформансе и карактеристике целулозног етра

2.1 Формирање филма и адхезија

Етерификација целулозног етра има велики утицај на његове карактеристике и својства, као што су растворљивост, способност стварања филма, чврстоћа везе и отпорност на соли. Целулозни етар има високу механичку чврстоћу, флексибилност, отпорност на топлоту и хладноћу, и има добру компатибилност са разним смолама и пластификаторима, и може се користити за израду пластике, филмова, лакова, лепкова, латекса и материјала за облагање лекова итд.

2.2 Растворљивост

Етар целулозе има добру растворљивост у води због постојања полихидроксилних група, и има различиту селективност растварача за органске раствараче према различитим супституентима. Метилцелулоза је растворљива у хладној води, нерастворљива у врућој води, а такође је растворљива у неким растварачима; метил хидроксиетил целулоза је растворљива у хладној води, нерастворљива у топлој води и органским растварачима. Међутим, када се загреје водени раствор метилцелулозе и метилхидроксиетилцелулозе, метилцелулоза и метилхидроксиетилцелулоза ће се таложити. Метил целулоза се исталожи на 45-60°Ц°Ц, док се температура преципитације мешане етерификоване метил хидроксиетил целулозе повећава на 65-80°Ц.°Ц. Када се температура спусти, талог се поново раствара. Хидроксиетилцелулоза и натријум карбоксиметилцелулоза су растворљиве у води на било којој температури и нерастворљиве у органским растварачима (са неколико изузетака). Користећи ово својство, могу се припремити различити репеленти уља и растворљиви филмски материјали.

2.3 Згушњавање

Етар целулозе је растворен у води у облику колоида, његов вискозитет зависи од степена полимеризације целулозног етра, а раствор садржи хидратизоване макромолекуле. Због преплитања макромолекула, понашање течења раствора се разликује од понашања Њутнових течности, али показује понашање које се мења са силом смицања. Због макромолекуларне структуре целулозног етра, вискозност раствора брзо расте са повећањем концентрације и брзо опада са повећањем температуре. Према својим карактеристикама, етри целулозе као што су карбоксиметил целулоза и хидроксиетил целулоза могу се користити као згушњивачи за дневне хемикалије, средства за задржавање воде за папирне премазе и згушњивачи за архитектонске премазе.

2.4 Разградивост

Када се целулозни етар раствори у воденој фази, бактерије ће расти, а раст бактерија ће довести до производње ензима бактерија. Ензим разбија везе несупституисане анхидроглукозне јединице поред целулозног етра, смањујући релативну молекулску тежину полимера. Због тога, ако се водени раствор целулозног етра треба чувати дуже време, у њега се морају додати конзерванси и предузети одређене антисептичке мере чак и за етре целулозе са антибактеријским својствима.

3. Примена целулозног етра у индустрији папира

3.1 Средство за јачање папира

На пример, ЦМЦ се може користити као дисперзант влакана и средство за јачање папира, које се може додати у пулпу. Пошто натријум карбоксиметил целулоза има исти набој као пулпа и честице пунила, може повећати равномерност влакана. Ефекат везивања између влакана се може побољшати, а физички индикатори као што су затезна чврстоћа, чврстоћа на пуцање и равност папира могу се побољшати. На пример, Лонгзху и други користе 100% бељену сулфитну дрвену пулпу, 20% талк, 1% дисперговани лепак од колофонија, подешавају пХ вредност на 4,5 помоћу алуминијум сулфата и користе ЦМЦ већег вискозитета (вискозитет 800~1200МПА.С) Степен замена је 0,6. Може се видети да ЦМЦ може побољшати чврстоћу папира на суво и такође побољшати степен његове величине.

3.2 Средство за димензионисање површине

Натријум карбоксиметил целулоза се може користити као средство за повећање величине папира за побољшање површинске чврстоће папира. Његов ефекат примене може повећати површинску чврстоћу за око 10% у поређењу са тренутном употребом поливинил алкохола и модификованог агенса за одређивање величине скроба, а доза се може смањити за око 30%. То је врло обећавајуће средство за површинско димензионисање за производњу папира, а ову серију нових сорти треба активно развијати. Катионски етар целулозе има боље перформансе величине површине од катјонског скроба. Не само да може побољшати површинску чврстоћу папира, већ и побољшати перформансе упијања мастила папира и повећати ефекат бојења. Такође је обећавајуће средство за димензионисање површине. Мо Лихуан и други су користили натријум карбоксиметил целулозу и оксидовани скроб да би спровели тестове величине површине на папиру и картону. Резултати показују да ЦМЦ има идеалан ефекат величине површине.

Натријум метил карбоксиметил целулоза има одређене перформансе величине, а натријум карбоксиметил целулоза се може користити као средство за одређивање величине пулпе. Поред сопственог степена димензионисања, катјонски целулозни етар се такође може користити као филтер за задржавање папира, побољшава стопу задржавања финих влакана и пунила, а може се користити и као средство за јачање папира.

3.3 Стабилизатор емулзије

Целулозни етар се широко користи у припреми емулзије због свог доброг ефекта згушњавања у воденом раствору, који може повећати вискозност емулзионог дисперзионог медијума и спречити таложење и стратификацију емулзије. Као што су натријум карбоксиметил целулоза, етар хидроксиетил целулозе, етар хидроксипропил целулозе, итд., могу се користити као стабилизатори и заштитна средства за ањонску дисперговану гуму од колофонија, катјонски етар целулозе, етар хидроксиетил целулозе, етар хидроксипропил целулозе итд. етар, итд. такође се могу користити као заштитна средства за катјонску дисперзну колофонијску гуму, АКД, АСА и друга средства за димензионисање. Лонгзху ет ал. користио је 100% бељену сулфитну дрвну пулпу, 20% талк, 1% лепак за колофонију, подесио пХ вредност на 4,5 са алуминијум сулфатом и користио ЦМЦ већег вискозитета (вискозитет 800~12000МПА.С). Степен замене је 0,6, а користи се за унутрашње димензионисање. Из резултата се може видети да је степен димензионисања колофонијске гуме која садржи ЦМЦ очигледно побољшан, а стабилност емулзије колофонија је добра, а стопа задржавања гуменог материјала је такође висока.

3.4 Средство за задржавање воде за премазивање

Користи се за премазивање и обраду папирног премаза везива, цијаноетил целулоза, хидроксиетил целулоза итд. може заменити казеин и део латекса, тако да штампарско мастило може лако да продре и да су ивице јасне. Карбоксиметил целулоза и етар хидроксиетил карбоксиметил целулозе могу се користити као пигментни дисперзант, згушњивач, средство за задржавање воде и стабилизатор. На пример, количина карбоксиметил целулозе која се користи као средство за задржавање воде у припреми премазаних папирних премаза је 1-2%.

4. Тренд развоја целулозног етра који се користи у папирној индустрији

Употреба хемијске модификације за добијање деривата целулозе са посебним функцијама је ефикасан начин за тражење нових употреба највећег светског приноса природне органске материје – целулозе. Постоји много врста деривата целулозе и широке функције, а целулозни етри су примењени у многим индустријама због својих одличних перформанси. Да би се задовољиле потребе индустрије папира, развој целулозног етра треба обратити пажњу на следеће трендове:

(1) Развити различите спецификације производа целулозних етра погодних за примену у индустрији папира, као што су серијски производи са различитим степеном супституције, различитим вискозитетима и различитим релативним молекулским масама, за селекцију у производњи различитих врста папира.

(2) Треба повећати развој нових врста целулозних етара, као што су катјонски етри целулозе погодни за задржавање папира и помоћна средства за дренажу, агенси за димензионисање површине и цвитерјонски етри целулозе који се могу користити као ојачавајући агенси за замену латекс цијаноетил етра ћелије и слично као везиво.

(3) Ојачати истраживање процеса припреме целулозног етра и његове нове методе припреме, посебно истраживања о смањењу трошкова и поједностављивању процеса.

(4) Ојачати истраживања о својствима етра целулозе, посебно о својствима формирања филма, својствима везивања и својствима згушњавања различитих етара целулозе и оснажити теоријска истраживања о примени етра целулозе у производњи папира.