Ефір целюлози в паперовій промисловості

У цьому документі описано типи, методи приготування, робочі характеристики та статус застосування простих ефірів целюлози в паперовій промисловості, запропоновано деякі нові різновиди простих ефірів целюлози з перспективами розвитку та обговорено їх застосування та тенденцію розвитку у виробництві паперу.

Ключові слова:ефір целюлози; продуктивність; паперова промисловість

Целюлоза — природна полімерна сполука, за хімічною структурою — макромолекула полісахариду з безводнимβ-глюкоза як кільце основи, і кожне кільце основи має первинну гідроксильну групу та вторинну гідроксильну групу. Шляхом її хімічної модифікації можна отримати ряд похідних целюлози. Спосіб отримання ефіру целюлози полягає у взаємодії целюлози з NaOH, потім проведенні реакції етерифікації різними функціональними реагентами, такими як метилхлорид, етиленоксид, пропіленоксид тощо, а потім промивання солі побічного продукту та деякої кількості натрію целюлози для отримання продукт. Ефір целюлози є одним із важливих похідних целюлози, який може широко використовуватися в медицині та гігієні, щоденній хімічній промисловості, виробництві паперу, їжі, медицині, будівництві, матеріалах та інших галузях промисловості. В останні роки зарубіжні країни надають великого значення його дослідженням, і багато досягнень було досягнуто в прикладних фундаментальних дослідженнях, прикладних практичних ефектах і підготовці. В останні роки деякі люди в Китаї поступово почали залучатися до досліджень цього аспекту і спочатку досягли певних результатів у виробничій практиці. Тому розробка та використання ефіру целюлози відіграє дуже важливу роль у комплексному використанні відновлюваних біологічних ресурсів і покращенні якості та продуктивності паперу. Це новий тип добавок для виготовлення паперу, який варто розвивати.

1. Класифікація та способи одержання ефірів целюлози

Класифікація ефірів целюлози зазвичай поділяється на 4 категорії відповідно до іонності.

1.1 Неіонний ефір целюлози

Неіонний ефір целюлози - це в основному алкіловий ефір целюлози, і його метод приготування полягає у взаємодії целюлози з NaOH, а потім у проведенні реакції етерифікації різними функціональними мономерами, такими як монохлорметан, етиленоксид, пропіленоксид тощо, а потім отриманий шляхом промивання. широко використовуються сіль побічного продукту та натрій целюлози, головним чином ефір метилцелюлози, метилгідроксіетилцелюлозний ефір, метилгідроксипропілцелюлозний ефір, гідроксіетилцелюлозний ефір, ціаноетилцелюлозний ефір та гідроксибутилцелюлозний ефір.

1.2 Аніонний ефір целюлози

Аніонні ефіри целюлози - це в основному натрій карбоксиметилцелюлоза та натрій карбоксиметил гідроксіетилцелюлоза. Спосіб приготування полягає у взаємодії целюлози з NaOH і потім проведенні ефіру з хлороцтовою кислотою, етиленоксидом і пропіленоксидом. Хімічна реакція, а потім отриманий шляхом промивання побічний продукт сіль і натрієва целюлоза.

1.3 Катіонний ефір целюлози

Катіонний прості ефіри целюлози в основному включають ефір целюлози 3-хлор-2-гідроксипропілтриметиламоній хлориду, який отримують реакцією целюлози з NaOH і потім реакцією з катіонним етерифікуючим агентом 3-хлор-2-гідроксипропіл триметиламоній хлоридом або реакцією етерифікації з етиленоксидом і пропіленоксидом, і потім отримують промиванням побічного продукту сіллю і натрійцелюлозою.

1.4 Цвіттеріонний ефір целюлози

Молекулярний ланцюг цвіттеріонного ефіру целюлози містить як аніонні, так і катіонні групи. Метод його приготування полягає у взаємодії целюлози з NaOH, а потім реакції з монохлороцтовою кислотою та катіонним агентом етерифікації. 3-хлор-2-гідроксипропілтриметиламоній хлорид етерифікують, а потім отримують шляхом промивання побічної солі та целюлози натрію.

2. Продуктивність і характеристики ефіру целюлози

2.1 Утворення та адгезія плівки

Етерифікація ефіру целюлози має великий вплив на його характеристики та властивості, такі як розчинність, здатність до плівкоутворення, міцність зв’язку та стійкість до солі. Ефір целюлози має високу механічну міцність, гнучкість, термостійкість і холодостійкість, а також має хорошу сумісність з різними смолами та пластифікаторами, і може бути використаний для виготовлення пластмас, плівок, лаків, клеїв, латексу та лікарських покриттів тощо.

2.2 Розчинність

Ефір целюлози має хорошу розчинність у воді завдяки наявності полігідроксильних груп і має різну селективність розчинника для органічних розчинників відповідно до різних заступників. Метилцелюлоза розчинна в холодній воді, нерозчинна в гарячій воді, а також розчинна в деяких розчинниках; Метилгідроксіетилцелюлоза розчинна в холодній воді, нерозчинна в гарячій воді та органічних розчинниках. Однак при нагріванні водного розчину метилцелюлози та метилгідроксіетилцелюлози метилцелюлоза та метилгідроксіетилцелюлоза випадуть в осад. Метилцелюлозу осаджують при 45-60°С, при цьому температуру осадження змішаної етерифікованої метилгідроксіетилцелюлози підвищують до 65-80°С. При зниженні температури осад знову розчиняється. Гідроксіетилцелюлоза та натрійкарбоксиметилцелюлоза розчинні у воді при будь-якій температурі та нерозчинні в органічних розчинниках (за деякими винятками). Використовуючи цю властивість, можна приготувати різні масляні репеленти та розчинні плівкові матеріали.

2.3 Згущення

Ефір целюлози розчинений у воді у вигляді колоїду, його в'язкість залежить від ступеня полімеризації ефіру целюлози, а розчин містить гідратовані макромолекули. Через заплутаність макромолекул поведінка потоку розчинів відрізняється від поведінки ньютонівських рідин, але демонструє поведінку, яка змінюється зі зсувною силою. Завдяки макромолекулярній структурі ефіру целюлози в’язкість розчину швидко зростає зі збільшенням концентрації і швидко зменшується з підвищенням температури. Відповідно до своїх характеристик ефіри целюлози, такі як карбоксиметилцелюлоза та гідроксиетилцелюлоза, можуть використовуватися як загусники для щоденних хімікатів, водоутримуючі агенти для паперових покриттів та загусники для архітектурних покриттів.

2.4 Розкладаність

Коли ефір целюлози розчиняється у водній фазі, бактерії будуть рости, а ріст бактерій призведе до виробництва бактерій-ферментів. Фермент розриває зв’язки незаміщеної ангідроглюкозної одиниці, що прилягають до ефіру целюлози, зменшуючи відносну молекулярну масу полімеру. Тому при тривалому зберіганні водного розчину ефіру целюлози необхідно додати до нього консерванти, а також провести певні антисептичні заходи навіть щодо ефірів целюлози з антибактеріальними властивостями.

3. Застосування ефіру целюлози в паперовій промисловості

3.1 Зміцнювач паперу

Наприклад, КМЦ можна використовувати як диспергатор волокон і зміцнювач паперу, який можна додавати до целюлози. Оскільки натрієва карбоксиметилцелюлоза має такий самий заряд, як целюлоза та частинки наповнювача, вона може підвищити однорідність волокна. Ефект з’єднання між волокнами можна покращити, а також покращити такі фізичні показники, як міцність на розрив, міцність на розрив і однорідність паперу. Наприклад, Longzhu та інші використовують 100% вибілену сульфітну деревну целюлозу, 20% тальку, 1% дисперсного каніфольного клею, регулюють значення рН до 4,5 за допомогою сульфату алюмінію та використовують CMC з більшою в’язкістю (в’язкість 800~1200MPA.S). заміщення становить 0,6. Можна побачити, що CMC може покращити міцність паперу в сухому стані, а також покращити ступінь його проклеювання.

3.2 Реагент для проклеювання поверхні

Натрій-карбоксиметилцелюлозу можна використовувати як проклеювальний агент для поверхні паперу для підвищення міцності поверхні паперу. Його ефект застосування може збільшити міцність поверхні приблизно на 10% порівняно з поточним використанням полівінілового спирту та модифікованого крохмального проклеювача, а дозування можна зменшити приблизно на 30%. Це дуже перспективний засіб для проклеювання поверхні для виготовлення паперу, і цю серію нових сортів слід активно розвивати. Катіонний ефір целюлози має кращі характеристики проклеювання поверхні, ніж катіонний крохмаль. Це може не тільки покращити поверхневу міцність паперу, але й покращити вбирання чорнила папером і збільшити ефект фарбування. Це також перспективний агент для проклеювання поверхні. Мо Ліхуан та інші використовували натрій-карбоксиметилцелюлозу та окислений крохмаль для проведення тестів на розмір поверхні паперу та картону. Результати показують, що CMC має ідеальний ефект розміру поверхні.

Метилкарбоксиметилцелюлоза натрію має певну ефективність проклеювання, і карбоксиметилцелюлоза натрію може бути використана як целюлоза проклейка. На додаток до власного ступеня проклейки, катіонний ефір целюлози також можна використовувати як фільтр, що сприяє утриманню паперу, покращує швидкість утримання тонких волокон і наповнювачів, а також може використовуватися як агент для зміцнення паперу.

3.3 Стабілізатор емульсії

Ефір целюлози широко використовується для приготування емульсій через його гарний ефект загущення у водному розчині, що може збільшити в'язкість дисперсійного середовища емульсії та запобігти осадженню емульсії та розшарування. Такі як карбоксиметилцелюлоза натрію, ефір гідроксиетилцелюлози, ефір гідроксипропілцелюлози тощо можна використовувати як стабілізатори та захисні агенти для аніонної диспергованої каніфольної камеді, катіонного ефіру целюлози, ефіру гідроксиетилцелюлози, ефіру гідроксипропілцелюлози тощо. Базовий ефір целюлози, метилцелюлоза ефір тощо також можна використовувати як захисні агенти для катіонної дисперсної каніфолі, AKD, ASA та інших проклеювальних речовин. Longzhu та ін. використовували 100% вибілену сульфітну деревну целюлозу, 20% тальку, 1% диспергований каніфольний клей, доводили значення рН до 4,5 за допомогою сульфату алюмінію та використовували КМЦ з більшою в’язкістю (в’язкість 800~12000 МПа.С). Ступінь заміщення становить 0,6 і використовується для внутрішнього калібрування. З результатів видно, що ступінь проклеювання каніфольної гуми, що містить КМЦ, очевидно покращився, і стабільність каніфольної емульсії є хорошою, і швидкість утримання гумового матеріалу також висока.

3.4 Водозатримуючий засіб для покриття

Він використовується для покриття та обробки зв’язуючого для покриття паперу, ціаноетилцелюлоза, гідроксиетилцелюлоза тощо можуть замінити казеїн і частину латексу, щоб друкарська фарба могла легко проникати, а краї були чіткими. Карбоксиметилцелюлоза та гідроксиетилкарбоксиметилцелюлозний ефір можуть бути використані як диспергатор пігменту, загусник, агент утримання води та стабілізатор. Наприклад, кількість карбоксиметилцелюлози, яка використовується як водоутримувальний агент при виготовленні крейдованого паперового покриття, становить 1-2%.

4. Тенденції розвитку ефіру целюлози, що використовується в паперовій промисловості

Використання хімічної модифікації для отримання похідних целюлози зі спеціальними функціями є ефективним способом пошуку нових способів використання найбільшого у світі виходу природної органічної речовини – целюлози. Існує багато видів похідних целюлози та широких функцій, а ефіри целюлози застосовуються в багатьох галузях промисловості завдяки їхнім чудовим характеристикам. Щоб задовольнити потреби паперової промисловості, розробка ефіру целюлози повинна звернути увагу на такі тенденції:

(1) Розробка різноманітних специфікацій ефірів целюлози, придатних для застосування в паперовій промисловості, таких як серійні продукти з різним ступенем заміщення, різною в’язкістю та різною відносною молекулярною масою, для вибору у виробництві різних сортів паперу.

(2) Необхідно збільшити розробку нових різновидів простих ефірів целюлози, таких як катіонні ефіри целюлози, придатні для утримування паперу та дренажу, агенти для проклеювання поверхні та цвіттеріонні ефіри целюлози, які можна використовувати як зміцнюючі агенти для заміни латексного покриття, ефір ціаноетилцелюлози. і тому подібне в якості сполучного.

(3) Посилити дослідження процесу приготування ефіру целюлози та його нового методу приготування, особливо дослідження щодо зниження вартості та спрощення процесу.

(4) Посилити дослідження властивостей ефірів целюлози, особливо плівкоутворюючих властивостей, властивостей зв’язування та властивостей загущення різних ефірів целюлози, а також посилити теоретичні дослідження щодо застосування ефірів целюлози у виробництві паперу.