Cellulosater i pappersindustrin

Detta dokument introducerar typerna, beredningsmetoderna, prestandaegenskaperna och appliceringsstatusen för cellulosaetrar i papperstillverkningsindustrin, presenterar några nya varianter av cellulosaetrar med utvecklingsmöjligheter och diskuterar deras tillämpning och utvecklingstrend inom papperstillverkning.

Nyckelord:cellulosaeter; prestanda; pappersindustrin

Cellulosa är en naturlig polymerförening, dess kemiska struktur är en polysackaridmakromolekyl med vattenfriβ-glukos som basringen, och varje basring har en primär hydroxylgrupp och en sekundär hydroxylgrupp. Genom dess kemiska modifiering kan en serie cellulosaderivat erhållas. Framställningsmetoden för cellulosaeter är att reagera cellulosa med NaOH, sedan utföra företringsreaktion med olika funktionella reaktanter såsom metylklorid, etylenoxid, propylenoxid, etc., och sedan tvätta biproduktsaltet och lite cellulosanatrium för att erhålla produkten. Cellulosaeter är ett av de viktiga derivaten av cellulosa, som kan användas i stor utsträckning inom medicin och hygien, daglig kemisk industri, papperstillverkning, livsmedel, medicin, konstruktion, material och andra industrier. Under de senaste åren har främmande länder lagt stor vikt vid dess forskning och många landvinningar har gjorts inom tillämpad grundforskning, tillämpad praktisk effekt och beredning. Under de senaste åren har en del människor i Kina gradvis börjat engagera sig i forskningen kring denna aspekt och har till en början uppnått vissa resultat i produktionspraxis. Därför spelar utvecklingen och användningen av cellulosaeter en mycket viktig roll i det omfattande utnyttjandet av förnybara biologiska resurser och förbättringen av papperskvalitet och prestanda. Det är en ny typ av tillsatser för papperstillverkning som är värda att utveckla.

1. Klassificering och beredningsmetoder för cellulosaetrar

Klassificeringen av cellulosaetrar är generellt indelad i 4 kategorier enligt jonicitet.

1.1 Nonjonisk cellulosater

Nonjonisk cellulosaeter är huvudsakligen cellulosaalkyleter, och dess framställningsmetod är att reagera cellulosa med NaOH och sedan utföra företringsreaktion med olika funktionella monomerer såsom monoklormetan, etylenoxid, propylenoxid, etc., och sedan erhållas genom tvättning biprodukten salt och cellulosaeter, huvudsakligen inklusive metylcellulosaeter, metylhydroxietylcellulosaeter, metylhydroxipropylcellulosaeter, hydroxietylcellulosaeter, cyanoetylcellulosaeter och hydroxibutylcellulosaeter används i stor utsträckning.

1.2 Anjonisk cellulosaeter

Anjoniska cellulosaetrar är huvudsakligen natriumkarboximetylcellulosa och natriumkarboximetylhydroxietylcellulosa. Framställningsmetoden är att reagera cellulosa med NaOH och sedan utföra eter med klorättiksyra, etylenoxid och propylenoxid. Kemisk reaktion, och erhålls sedan genom att tvätta biprodukten salt och natriumcellulosa.

1.3 Katjonisk cellulosater

Katjonisk cellulosaetrar inkluderar huvudsakligen 3-klor-2-hydroxipropyltrimetylammoniumklorid cellulosaeter, som framställs genom att reagera cellulosa med NaOH och sedan reagera med katjoniskt företringsmedel 3-klor-2-hydroxipropyl Trimetylammoniumklorid eller företringsreaktion med etylenoxid och propylenoxid, och erhålls sedan genom tvättning av biproduktsaltet och natriumcellulosa.

1.4 Zwitterjonisk cellulosater

Molekylkedjan av zwitterjonisk cellulosaeter har både anjoniska grupper och katjoniska grupper. Dess framställningsmetod är att reagera cellulosa med NaOH och sedan reagera med monoklorättiksyra och katjoniskt företringsmedel. 3-klor-2-hydroxipropyl Trimetylammoniumklorid företras och erhålls sedan genom att tvätta biproduktsaltet och natriumcellulosa.

2. Prestanda och egenskaper hos cellulosaeter

2.1 Filmbildning och vidhäftning

Företringen av cellulosaeter har stor inverkan på dess egenskaper och egenskaper, såsom löslighet, filmbildande förmåga, bindningsstyrka och saltbeständighet. Cellulosaeter har hög mekanisk styrka, flexibilitet, värmebeständighet och köldbeständighet, och har god kompatibilitet med olika hartser och mjukgörare, och kan användas för att göra plaster, filmer, fernissor, lim, latex och läkemedelsbeläggningsmaterial, etc.

2.2 Löslighet

Cellulosaeter har god vattenlöslighet på grund av förekomsten av polyhydroxylgrupper och har olika lösningsmedelselektivitet för organiska lösningsmedel beroende på olika substituenter. Metylcellulosa är löslig i kallt vatten, olöslig i varmt vatten och även löslig i vissa lösningsmedel; metylhydroxietylcellulosa är löslig i kallt vatten, olöslig i varmt vatten och organiska lösningsmedel. När den vattenhaltiga lösningen av metylcellulosa och metylhydroxietylcellulosa upphettas kommer emellertid metylcellulosa och metylhydroxietylcellulosa att fällas ut. Metylcellulosa fälls ut vid 45-60°C°C, medan utfällningstemperaturen för blandad företrad metylhydroxietylcellulosa höjs till 65-80°C. När temperaturen sänks löses fällningen igen. Hydroxietylcellulosa och natriumkarboximetylcellulosa är lösliga i vatten vid vilken temperatur som helst och olösliga i organiska lösningsmedel (med några få undantag). Genom att använda denna egenskap kan olika oljeavvisande medel och lösliga filmmaterial framställas.

2.3 Förtjockning

Cellulosaeter löses i vatten i form av kolloid, dess viskositet beror på graden av polymerisation av cellulosaeter, och lösningen innehåller hydratiserade makromolekyler. På grund av sammantrassling av makromolekyler skiljer sig flödesbeteendet för lösningar från det för newtonska vätskor, men uppvisar ett beteende som förändras med skjuvkraft. På grund av den makromolekylära strukturen hos cellulosaeter ökar lösningens viskositet snabbt med ökningen av koncentrationen och minskar snabbt med ökningen av temperaturen. Enligt dess egenskaper kan cellulosaetrar såsom karboximetylcellulosa och hydroxietylcellulosa användas som förtjockningsmedel för dagliga kemikalier, vattenkvarhållande medel för pappersbeläggningar och förtjockningsmedel för arkitektoniska beläggningar.

2.4 Nedbrytbarhet

När cellulosaeter löses i vattenfasen kommer bakterier att växa, och tillväxten av bakterier leder till produktion av enzymbakterier. Enzymet bryter de osubstituerade anhydroglukosenhetsbindningarna intill cellulosaetern, vilket minskar polymerens relativa molekylvikt. Om den vattenhaltiga cellulosaeterlösningen ska lagras under lång tid måste därför konserveringsmedel tillsättas och vissa antiseptiska åtgärder bör vidtas även för cellulosaetrar med antibakteriella egenskaper.

3. Applicering av cellulosaeter i pappersindustrin

3.1 Pappersförstärkningsmedel

Till exempel kan CMC användas som ett fiberdispergeringsmedel och ett pappersförstärkningsmedel, som kan tillsättas till massan. Eftersom natriumkarboximetylcellulosa har samma laddning som massa- och fyllmedelspartiklarna kan det öka fiberns jämnhet. Bindningseffekten mellan fibrer kan förbättras och fysiska indikatorer såsom draghållfasthet, spränghållfasthet och pappersjämnhet hos papper kan förbättras. Till exempel använder Longzhu och andra 100 % blekt sulfitmassa, 20 % talk, 1 % dispergerat kolofoniumlim, justerar pH-värdet till 4,5 med aluminiumsulfat och använder högre viskositet CMC (viskositet 800~1200MPA.S) Graden substitution är 0,6. Det kan ses att CMC kan förbättra papperets torrstyrka och även förbättra dess limningsgrad.

3.2 Ytlimningsmedel

Natriumkarboximetylcellulosa kan användas som ett limningsmedel för pappersytor för att förbättra papperets ythållfasthet. Dess appliceringseffekt kan öka ythållfastheten med cirka 10 % jämfört med den nuvarande användningen av polyvinylalkohol och modifierat stärkelselimningsmedel, och doseringen kan minskas med cirka 30 %. Det är ett mycket lovande ytlimningsmedel för papperstillverkning, och denna serie av nya sorter bör aktivt utvecklas. Katjonisk cellulosaeter har bättre ytlimningsprestanda än katjonisk stärkelse. Det kan inte bara förbättra papperets ytstyrka, utan också förbättra papperets bläckabsorptionsprestanda och öka färgningseffekten. Det är också ett lovande ytlimningsmedel. Mo Lihuan och andra använde natriumkarboximetylcellulosa och oxiderad stärkelse för att utföra ytlimningstester på papper och kartong. Resultaten visar att CMC har en idealisk ytlimningseffekt.

Metylkarboximetylcellulosanatrium har en viss limningsprestanda, och karboximetylcellulosanatrium kan användas som massalimningsmedel. Förutom sin egen limningsgrad kan katjonisk cellulosaeter också användas som ett retentionsmedel för papperstillverkning, förbättra retentionshastigheten för fina fibrer och fyllmedel och kan också användas som pappersförstärkningsmedel.

3.3 Emulsionsstabilisator

Cellulosaeter används i stor utsträckning vid emulsionsberedning på grund av dess goda förtjockningseffekt i vattenlösning, vilket kan öka viskositeten hos emulsionsdispersionsmedium och förhindra emulsionsutfällning och skiktning. Såsom natriumkarboximetylcellulosa, hydroxietylcellulosaeter, hydroxipropylcellulosaeter etc. kan användas som stabilisatorer och skyddsmedel för anjoniskt dispergerat kolofoniumgummi, katjonisk cellulosaeter, hydroxietylcellulosaeter, hydroxipropylcellulosaeter, etc. Bascellulosaeter, metylcellulosaeter eter, etc. kan också användas som skyddsmedel för katjoniskt dispers kolofoniumgummi, AKD, ASA och andra limningsmedel. Longzhu et al. använde 100 % blekt sulfitmassa, 20 % talk, 1 % dispergerat kolofoniumlim, justerade pH-värdet till 4,5 med aluminiumsulfat och använde högre viskositet CMC (viskositet 800~12000MPA.S). Substitutionsgraden är 0,6, och den används för intern dimensionering. Det kan ses från resultaten att limningsgraden för det kolofoniumgummi som innehåller CMC uppenbarligen förbättras, och att stabiliteten hos kolofoniumemulsionen är god, och retentionshastigheten för gummimaterialet är också hög.

3.4 Beläggning av vattenhållande medel

Den används för beläggning och bearbetning av pappersbeläggningsbindemedel, cyanoetylcellulosa, hydroxietylcellulosa, etc. kan ersätta kasein och en del av latex, så att tryckfärgen lätt kan tränga in och kanterna är klara. Karboximetylcellulosa och hydroxietylkarboximetylcellulosaeter kan användas som pigmentdispergeringsmedel, förtjockningsmedel, vattenretentionsmedel och stabilisator. Till exempel är mängden karboximetylcellulosa som används som vattenkvarhållande medel vid framställning av bestrukna pappersbeläggningar 1-2%.

4. Utvecklingstrend för cellulosaeter som används i pappersindustrin

Användningen av kemisk modifiering för att erhålla cellulosaderivat med speciella funktioner är ett effektivt sätt att söka nya användningsområden för världens största utbyte av naturligt organiskt material-cellulosa. Det finns många typer av cellulosaderivat och breda funktioner, och cellulosaetrar har använts i många industrier på grund av deras utmärkta prestanda. För att möta pappersindustrins behov bör utvecklingen av cellulosaeter uppmärksamma följande trender:

(1) Utveckla olika specifikationsprodukter av cellulosaetrar som är lämpliga för pappersindustritillämpningar, såsom serieprodukter med olika grader av substitution, olika viskositeter och olika relativa molekylmassar, för urval vid tillverkning av olika pappersvarianter.

(2) Utvecklingen av nya varianter av cellulosaetrar bör ökas, såsom katjoniska cellulosaetrar lämpliga för retentions- och dräneringshjälpmedel för papperstillverkning, ytlimningsmedel och zwitterjoniska cellulosaetrar som kan användas som förstärkningsmedel för att ersätta beläggningslatex Cyanoetylcellulosaeter och liknande som bindemedel.

(3) Stärka forskningen om framställningsprocessen för cellulosaeter och dess nya framställningsmetod, särskilt forskningen om att minska kostnaderna och förenkla processen.

(4) Stärka forskningen om egenskaperna hos cellulosaetrar, särskilt de filmbildande egenskaperna, bindningsegenskaperna och förtjockningsegenskaperna hos olika cellulosaetrar, och stärka den teoretiska forskningen om tillämpningen av cellulosaetrar vid papperstillverkning.