Ether Cellulose trong ngành giấy

Bài viết này giới thiệu các loại, phương pháp điều chế, đặc tính hoạt động và tình trạng ứng dụng của ete xenlulo trong ngành sản xuất giấy, đề xuất một số loại ete xenlulo mới có triển vọng phát triển và thảo luận về ứng dụng và xu hướng phát triển của chúng trong sản xuất giấy.

Từ khóa:ete xenlulo; hiệu suất; ngành công nghiệp giấy

Cellulose là một hợp chất polymer tự nhiên, cấu trúc hóa học của nó là một đại phân tử polysaccharide có tính khanβ-glucose làm vòng bazơ và mỗi vòng bazơ có một nhóm hydroxyl bậc một và một nhóm hydroxyl bậc hai. Thông qua biến đổi hóa học, có thể thu được một loạt các dẫn xuất cellulose. Phương pháp điều chế ete xenlulo là cho xenlulo phản ứng với NaOH, sau đó thực hiện phản ứng ete hóa với các chất phản ứng chức năng khác nhau như metyl clorua, ethylene oxit, propylene oxit, v.v., sau đó rửa muối sản phẩm phụ và một ít natri cellulose để thu được sản phẩm. Cellulose ether là một trong những dẫn xuất quan trọng của cellulose, có thể được sử dụng rộng rãi trong y học và vệ sinh, công nghiệp hóa chất hàng ngày, sản xuất giấy, thực phẩm, y học, xây dựng, vật liệu và các ngành công nghiệp khác. Trong những năm gần đây, nước ngoài rất coi trọng công tác nghiên cứu, đạt được nhiều thành tựu trong nghiên cứu cơ bản ứng dụng, ứng dụng hiệu quả thực tiễn và chuẩn bị. Trong những năm gần đây, một số người ở Trung Quốc đã dần bắt đầu tham gia nghiên cứu về khía cạnh này và bước đầu đã đạt được một số kết quả trong thực tiễn sản xuất. Do đó, việc phát triển và sử dụng ete cellulose đóng một vai trò rất quan trọng trong việc sử dụng toàn diện các nguồn tài nguyên sinh học tái tạo và cải thiện chất lượng và hiệu suất của giấy. Nó là một loại phụ gia làm giấy mới đáng được phát triển.

1. Phân loại và phương pháp điều chế ete xenlulo

Việc phân loại ete cellulose thường được chia thành 4 loại theo độ ion.

1.1 Ether Cellulose không ion

Ether cellulose không ion chủ yếu là cellulose alkyl ether, và phương pháp điều chế của nó là phản ứng cellulose với NaOH, sau đó thực hiện phản ứng ether hóa với các monome chức năng khác nhau như monochloromethane, ethylene oxit, propylene oxit, v.v., sau đó thu được bằng cách rửa muối sản phẩm phụ và natri cellulose, chủ yếu bao gồm methyl cellulose ether, methyl hydroxyethyl cellulose ether, methyl hydroxypropyl cellulose ether, hydroxyethyl cellulose ether, cyanoethyl Cellulose ether và hydroxybutyl cellulose ether được sử dụng rộng rãi.

1.2 Ete xenlulo anion

Ete cellulose anion chủ yếu là natri carboxymethyl cellulose và natri carboxymethyl hydroxyethyl cellulose. Phương pháp điều chế là cho xenlulo phản ứng với NaOH và sau đó thực hiện ete với axit cloaxetic, etylen oxit và propylen oxit. Phản ứng hóa học, sau đó thu được bằng cách rửa muối và natri cellulose sản phẩm phụ.

1.3 Ether Cellulose cation

Cation Ete cellulose chủ yếu bao gồm ete cellulose 3-chloro-2-hydroxypropyltrimethylammonium clorua, được điều chế bằng cách cho cellulose phản ứng với NaOH và sau đó phản ứng với chất ether hóa cation 3-chloro-2-hydroxypropyl Trimethyl amoni clorua hoặc phản ứng ether hóa với ethylene oxit và propylene oxit, và sau đó thu được bằng cách rửa muối và natri xenluloza của sản phẩm phụ.

1.4 Ether Cellulose Zwitterionic

Chuỗi phân tử của ete cellulose zwitterionic có cả nhóm anion và nhóm cation. Phương pháp điều chế của nó là phản ứng cellulose với NaOH, sau đó phản ứng với axit monochloroacetic và chất ether hóa cation 3-chloro-2-hydroxypropyl Trimethylammonium clorua được ether hóa, sau đó thu được bằng cách rửa muối sản phẩm phụ và natri cellulose.

2. Hiệu suất và đặc tính của ete xenlulo

2.1 Sự hình thành và bám dính của màng

Quá trình ether hóa ete cellulose có ảnh hưởng lớn đến đặc tính và tính chất của nó, chẳng hạn như độ hòa tan, khả năng tạo màng, độ bền liên kết và khả năng kháng muối. Cellulose ether có độ bền cơ học cao, tính linh hoạt, khả năng chịu nhiệt và chịu lạnh, đồng thời có khả năng tương thích tốt với các loại nhựa và chất làm dẻo khác nhau, có thể được sử dụng để sản xuất nhựa, màng, vecni, chất kết dính, mủ cao su và vật liệu phủ thuốc, v.v.

2.2 Độ hòa tan

Cellulose ether có khả năng hòa tan trong nước tốt do sự tồn tại của các nhóm polyhydroxyl và có độ chọn lọc dung môi khác nhau đối với dung môi hữu cơ theo các nhóm thế khác nhau. Methylcellulose hòa tan trong nước lạnh, không hòa tan trong nước nóng và cũng hòa tan trong một số dung môi; methyl hydroxyethyl cellulose hòa tan trong nước lạnh, không hòa tan trong nước nóng và dung môi hữu cơ. Tuy nhiên, khi đun nóng dung dịch methylcellulose và methylhydroxyethylcellulose, methylcellulose và methylhydroxyethylcellulose sẽ kết tủa. Metyl xenluloza kết tủa ở 45-60°C, trong khi nhiệt độ kết tủa của hỗn hợp methyl hydroxyethyl cellulose đã ether hóa tăng lên 65-80°C. Khi nhiệt độ giảm thì kết tủa lại tan. Hydroxyethylcellulose và natri carboxymethylcellulose hòa tan trong nước ở mọi nhiệt độ và không hòa tan trong dung môi hữu cơ (với một vài ngoại lệ). Bằng cách sử dụng đặc tính này, có thể tạo ra nhiều chất chống thấm dầu và vật liệu màng hòa tan khác nhau.

2.3 Làm dày

Cellulose ether hòa tan trong nước ở dạng keo, độ nhớt của nó phụ thuộc vào mức độ trùng hợp của ether cellulose và dung dịch chứa các đại phân tử hydrat hóa. Do sự vướng víu của các đại phân tử, đặc tính dòng chảy của dung dịch khác với đặc tính của chất lỏng Newton, nhưng thể hiện đặc tính thay đổi theo lực cắt. Do cấu trúc cao phân tử của ete xenlulo, độ nhớt của dung dịch tăng nhanh khi tăng nồng độ và giảm nhanh khi tăng nhiệt độ. Theo đặc điểm của nó, ete cellulose như carboxymethyl cellulose và hydroxyethyl cellulose có thể được sử dụng làm chất làm đặc cho hóa chất hàng ngày, chất giữ nước cho lớp phủ giấy và chất làm đặc cho lớp phủ kiến ​​trúc.

2.4 Khả năng phân hủy

Khi ete cellulose hòa tan trong pha nước, vi khuẩn sẽ phát triển, sự phát triển của vi khuẩn sẽ dẫn đến việc sản sinh ra vi khuẩn enzyme. Enzim này phá vỡ các liên kết đơn vị anhydroglucose không được thay thế liền kề với ete xenlulo, làm giảm trọng lượng phân tử tương đối của polyme. Do đó, nếu muốn bảo quản dung dịch nước ete xenlulo trong thời gian dài thì phải thêm chất bảo quản vào đó và phải thực hiện một số biện pháp sát trùng ngay cả đối với ete xenlulo có đặc tính kháng khuẩn.

3. Ứng dụng ete xenlulo trong ngành giấy

3.1 Chất tăng cường giấy

Ví dụ, CMC có thể được sử dụng làm chất phân tán sợi và chất tăng cường giấy, có thể được thêm vào bột giấy. Vì natri carboxymethyl cellulose có cùng điện tích với bột giấy và các hạt độn nên nó có thể làm tăng độ đồng đều của sợi. Hiệu ứng liên kết giữa các sợi có thể được cải thiện và các chỉ số vật lý như độ bền kéo, độ bền nổ và độ đều của giấy có thể được cải thiện. Ví dụ, Longzhu và những người khác sử dụng bột gỗ sulfite đã tẩy trắng 100%, bột talc 20%, keo nhựa thông phân tán 1%, điều chỉnh giá trị pH thành 4,5 bằng nhôm sunfat và sử dụng CMC có độ nhớt cao hơn (độ nhớt 800 ~ 1200MPA.S) thay thế là 0,6. Có thể thấy rằng CMC có thể cải thiện độ bền khô của giấy và cũng cải thiện mức độ định cỡ của nó.

3.2 Chất hồ bề mặt

Natri carboxymethyl cellulose có thể được sử dụng làm chất định cỡ bề mặt giấy để cải thiện độ bền bề mặt của giấy. Tác dụng ứng dụng của nó có thể làm tăng độ bền bề mặt khoảng 10% so với việc sử dụng rượu polyvinyl và chất hồ tinh bột biến tính hiện nay, và liều lượng có thể giảm khoảng 30%. Nó là một chất định cỡ bề mặt rất hứa hẹn cho sản xuất giấy và loạt giống mới này cần được tích cực phát triển. Ether cellulose cation có hiệu suất xử lý bề mặt tốt hơn tinh bột cation. Nó không chỉ có thể cải thiện độ bền bề mặt của giấy mà còn cải thiện hiệu suất hấp thụ mực của giấy và tăng hiệu ứng nhuộm. Nó cũng là một tác nhân định cỡ bề mặt đầy hứa hẹn. Mo Lihuan và những người khác đã sử dụng natri carboxymethyl cellulose và tinh bột oxy hóa để tiến hành kiểm tra kích thước bề mặt trên giấy và bìa cứng. Kết quả cho thấy CMC có tác dụng định cỡ bề mặt lý tưởng.

Natri carboxymethyl cellulose có hiệu suất định cỡ nhất định và natri carboxymethyl cellulose có thể được sử dụng làm chất định cỡ bột giấy. Ngoài mức độ định cỡ của riêng mình, ete cellulose cation còn có thể được sử dụng làm chất hỗ trợ lưu giữ trong sản xuất giấy, cải thiện tỷ lệ lưu giữ của sợi mịn và chất độn, đồng thời cũng có thể được sử dụng làm chất tăng cường giấy.

3.3 Chất ổn định nhũ tương

Cellulose ether được sử dụng rộng rãi trong điều chế nhũ tương vì tác dụng làm đặc tốt trong dung dịch nước, có thể làm tăng độ nhớt của môi trường phân tán nhũ tương và ngăn chặn sự kết tủa và phân tầng nhũ tương. Chẳng hạn như natri carboxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose ether, hydroxypropyl cellulose ether, v.v., có thể được sử dụng làm chất ổn định và chất bảo vệ cho kẹo cao su nhựa thông phân tán anion, ete cellulose cation, ete hydroxyethyl cellulose, ete hydroxypropyl cellulose, v.v. ether, v.v. cũng có thể được sử dụng làm chất bảo vệ cho kẹo cao su nhựa thông phân tán cation, AKD, ASA và các chất hồ khác. Longzhu và cộng sự. đã sử dụng 100% bột gỗ sulfite đã tẩy trắng, 20% bột talc, 1% keo nhựa thông phân tán, điều chỉnh giá trị pH thành 4,5 bằng nhôm sunfat và sử dụng CMC có độ nhớt cao hơn (độ nhớt 800 ~ 12000MPA.S). Mức độ thay thế là 0,6 và được sử dụng để định cỡ bên trong. Kết quả có thể thấy rằng mức độ định cỡ của cao su nhựa thông chứa CMC rõ ràng đã được cải thiện, độ ổn định của nhũ tương nhựa thông tốt và tỷ lệ lưu giữ của vật liệu cao su cũng cao.

3.4 Chất giữ nước lớp phủ

Nó được sử dụng để phủ và xử lý chất kết dính phủ giấy, cyanoethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, v.v., có thể thay thế casein và một phần latex, do đó mực in có thể dễ dàng thấm và các cạnh rõ ràng. Carboxymethyl cellulose và hydroxyethyl carboxymethyl cellulose ether có thể được sử dụng làm chất phân tán sắc tố, chất làm đặc, chất giữ nước và chất ổn định. Ví dụ, lượng carboxymethyl cellulose được sử dụng làm chất giữ nước trong quá trình chuẩn bị lớp phủ giấy tráng là 1-2%.

4. Xu hướng phát triển của Ether Cellulose được sử dụng trong ngành giấy

Việc sử dụng biến đổi hóa học để thu được các dẫn xuất cellulose có chức năng đặc biệt là một cách hiệu quả để tìm kiếm những ứng dụng mới cho sản lượng chất hữu cơ tự nhiên-cellulose lớn nhất thế giới. Có nhiều loại dẫn xuất cellulose và chức năng rộng, và ete cellulose đã được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp do hiệu suất tuyệt vời của chúng. Để đáp ứng nhu cầu của ngành giấy, việc phát triển ete xenlulo cần chú ý các xu hướng sau:

(1) Phát triển các sản phẩm đặc tính khác nhau của ete xenlulo phù hợp cho các ứng dụng của ngành giấy, chẳng hạn như các sản phẩm hàng loạt có mức độ thay thế khác nhau, độ nhớt khác nhau và khối lượng phân tử tương đối khác nhau, để lựa chọn trong sản xuất các loại giấy khác nhau.

(2) Cần tăng cường phát triển các loại ete cellulose mới, chẳng hạn như ete cellulose cation thích hợp cho chất hỗ trợ lưu giữ và thoát nước trong sản xuất giấy, chất hồ bề mặt và ete cellulose zwitterionic có thể được sử dụng làm chất gia cố để thay thế lớp phủ latex Cyanoethyl cellulose ether và những thứ tương tự như chất kết dính.

(3) Tăng cường nghiên cứu quy trình điều chế ete cellulose và phương pháp điều chế mới, đặc biệt là nghiên cứu giảm giá thành và đơn giản hóa quy trình.

(4) Tăng cường nghiên cứu tính chất của ete xenlulo, đặc biệt là tính chất tạo màng, tính chất liên kết và tính chất làm đặc của các ete xenlulo khác nhau, đồng thời tăng cường nghiên cứu lý thuyết về ứng dụng ete xenlulo trong sản xuất giấy.