Свойства эфира целлюлозы и его применение в бумажной промышленности

Резюме: В этой статье представлены типы, методы получения, рабочие характеристики и статус применения эфиров целлюлозы в бумажной промышленности, предлагаются некоторые новые разновидности эфиров целлюлозы с перспективами развития, а также обсуждаются их применение и тенденции развития в производстве бумаги.

Ключевые слова: эфир целлюлозы; производительность; бумажная промышленность

Целлюлоза представляет собой природное полимерное соединение, ее химическая структура представляет собой макромолекулу полисахарида с безводной β-глюкозой в качестве основного кольца, и каждое основное кольцо имеет первичную гидроксильную группу и вторичную гидроксильную группу. Путем его химической модификации можно получить ряд производных целлюлозы. Метод получения эфира целлюлозы заключается во взаимодействии целлюлозы с NaOH, затем в проведении реакции этерификации с различными функциональными реагентами, такими как метилхлорид, этиленоксид, пропиленоксид и т. д., а затем в промывке побочного продукта соли и некоторого количества натрия целлюлозы для получения продукт. Эфир целлюлозы является одним из важных производных целлюлозы, которое может найти широкое применение в медицине и гигиене, бытовой химии, производстве бумаги, пищевой, медицинской, строительной, сырьевой и других отраслях промышленности. Зарубежные страны в последние годы придают большое значение его исследованиям, достигнуты большие успехи в прикладных фундаментальных исследованиях, прикладных практических воздействиях и подготовке. В последние годы некоторые люди в Китае постепенно начали заниматься исследованиями этого аспекта и поначалу добились определенных результатов в производственной практике. Таким образом, разработка и использование эфира целлюлозы играет очень важную роль в комплексном использовании возобновляемых биологических ресурсов и улучшении качества и производительности бумаги. Это новый тип добавок для производства бумаги, который стоит разработать.

1. Классификация и способы получения эфиров целлюлозы

Классификация эфиров целлюлозы обычно делится на 4 категории в зависимости от ионности.

1.1 Неионогенный эфир целлюлозы

Неионный эфир целлюлозы в основном представляет собой алкиловый эфир целлюлозы, и способ его получения заключается во взаимодействии целлюлозы с NaOH, а затем в проведении реакции этерификации с различными функциональными мономерами, такими как монохлорметан, оксид этилена, оксид пропилена и т. д., а затем полученный промывкой. широко используются соль побочного продукта и натрий целлюлозы, в основном включая эфир метилцеллюлозы, эфир метилгидроксиэтилцеллюлозы, эфир метилгидроксипропилцеллюлозы, эфир гидроксиэтилцеллюлозы, эфир цианоэтилцеллюлозы и эфир гидроксибутилцеллюлозы.

1.2 Анионный эфир целлюлозы

Анионные эфиры целлюлозы представляют собой в основном натрийкарбоксиметилцеллюлозу и натрийкарбоксиметилгидроксиэтилцеллюлозу. Метод приготовления заключается в реакции целлюлозы с NaOH и последующем проведении реакции эфира с хлоруксусной кислотой, оксидом этилена и оксидом пропилена. Химическая реакция, а затем полученная промывкой соли побочного продукта и целлюлозы натрия.

1.3 Катионный эфир целлюлозы

Катионные эфиры целлюлозы в основном включают 3-хлор-2-гидроксипропилтриметиламмонийхлоридный эфир целлюлозы, который получают реакцией целлюлозы с NaOH, а затем реакцией с катионным этерифицирующим агентом 3-хлор-2-гидроксипропилтриметиламмонийхлоридом или реакцией этерификации с этиленоксидом и пропиленоксидом. , а затем полученную промывкой побочного продукта солью и натриевой целлюлозой.

1.4 Цвиттерионный эфир целлюлозы

Молекулярная цепь цвиттер-ионного эфира целлюлозы имеет как анионные, так и катионные группы. Метод его получения заключается в реакции целлюлозы с NaOH, а затем в реакции с монохлоруксусной кислотой и катионным этерифицирующим агентом. 3-хлор-2-гидроксипропилхлорид триметиламмония этерифицируют, а затем получают путем промывания побочного продукта соли и целлюлозы натрия.

2. Производительность и характеристики эфира целлюлозы

2.1 Формирование пленки и адгезия

Этерификация эфира целлюлозы оказывает большое влияние на его характеристики и свойства, такие как растворимость, пленкообразующая способность, прочность связи и солеустойчивость. Эфир целлюлозы обладает высокой механической прочностью, гибкостью, термостойкостью и морозостойкостью, а также имеет хорошую совместимость с различными смолами и пластификаторами и может использоваться для изготовления пластмасс, пленок, лаков, клеев, латексных и лекарственных материалов для покрытий и т. д.

2.2 Растворимость

Эфир целлюлозы обладает хорошей растворимостью в воде благодаря наличию полигидроксильных групп и имеет различную селективность по отношению к органическим растворителям в зависимости от различных заместителей. Метилцеллюлоза растворима в холодной воде, нерастворима в горячей воде, а также растворима в некоторых растворителях; метилгидроксиэтилцеллюлоза растворима в холодной воде, нерастворима в горячей воде и органических растворителях. Однако при нагревании водного раствора метилцеллюлозы и метилгидроксиэтилцеллюлозы метилцеллюлоза и метилгидроксиэтилцеллюлоза выпадают в осадок. Метилцеллюлозу осаждают при 45-60°С, а температуру осаждения смешанной этерифицированной метилгидроксиэтилцеллюлозы повышают до 65-80°С. При понижении температуры осадок снова растворяется. Гидроксиэтилцеллюлоза и натрийкарбоксиметилцеллюлоза растворимы в воде при любой температуре и нерастворимы в органических растворителях (за некоторыми исключениями). Используя это свойство, можно приготовить различные маслоотталкивающие вещества и растворимые пленочные материалы.

2.3 Утолщение

Эфир целлюлозы растворяется в воде в виде коллоида, его вязкость зависит от степени полимеризации эфира целлюлозы, раствор содержит гидратированные макромолекулы. Из-за запутанности макромолекул поведение растворов при течении отличается от поведения ньютоновских жидкостей, но демонстрирует поведение, которое изменяется с силой сдвига. Из-за макромолекулярной структуры эфира целлюлозы вязкость раствора быстро увеличивается с увеличением концентрации и быстро уменьшается с повышением температуры. По своим характеристикам простые эфиры целлюлозы, такие как карбоксиметилцеллюлоза и гидроксиэтилцеллюлоза, могут использоваться в качестве загустителей для бытовых химикатов, водоудерживающих агентов для бумажных покрытий и загустителей для архитектурных покрытий.

2.4 Разлагаемость

Когда эфир целлюлозы растворяется в водной фазе, бактерии будут расти, а рост бактерий приведет к образованию ферментных бактерий. Фермент разрывает связи незамещенных звеньев ангидроглюкозы, прилегающих к эфиру целлюлозы, уменьшая относительную молекулярную массу полимера. Поэтому при длительном хранении водного раствора эфира целлюлозы в него необходимо добавлять консерванты и принимать определенные антисептические меры даже для эфиров целлюлозы, обладающих антибактериальными свойствами.

3. Применение эфира целлюлозы в бумажной промышленности.

3.1 Укрепляющий агент для бумаги

Например, КМЦ можно использовать в качестве диспергатора волокон и упрочняющего агента для бумаги, который можно добавлять в целлюлозу. Поскольку натрийкарбоксиметилцеллюлоза имеет тот же заряд, что и частицы целлюлозы и наполнителя, она может повысить ровность волокна. Эффект склеивания между волокнами может быть улучшен, а физические показатели, такие как прочность на растяжение, прочность на разрыв и ровность бумаги, могут быть улучшены. Например, Longzhu и другие компании используют 100% беленую сульфитную древесную массу, 20% талька, 1% диспергированного канифольного клея, регулируют значение pH до 4,5 с помощью сульфата алюминия и используют КМЦ с более высокой вязкостью (вязкость 800~1200 МПа.с). замещения 0,6. Можно видеть, что КМЦ может улучшить прочность бумаги в сухом состоянии, а также улучшить степень ее проклейки.

3.2 Средство для проклейки поверхности

Натрийкарбоксиметилцеллюлоза может использоваться в качестве проклеивающего агента для улучшения поверхностной прочности бумаги. Эффект его применения может увеличить прочность поверхности примерно на 10% по сравнению с текущим использованием поливинилового спирта и проклеивающего агента на основе модифицированного крахмала, а дозировка может быть уменьшена примерно на 30%. Это очень перспективный проклеивающий агент для производства бумаги, и эту серию новых разновидностей следует активно развивать. Катионоактивный эфир целлюлозы обладает лучшими характеристиками проклейки поверхности, чем катионоактивный крахмал. Это может не только улучшить поверхностную прочность бумаги, но также улучшить способность бумаги впитывать чернила и увеличить эффект окрашивания. Это также многообещающее средство для проклейки поверхностей. Мо Лихуань и другие использовали карбоксиметилцеллюлозу натрия и окисленный крахмал для проведения испытаний на проклейку поверхности бумаги и картона. Результаты показывают, что КМЦ обладает эффектом идеальной проклейки поверхности.

Метилкарбоксиметилцеллюлоза натрия обладает определенными свойствами проклейки, и натрийкарбоксиметилцеллюлоза может использоваться в качестве проклеивающего агента. В дополнение к своей собственной степени проклейки, катионный эфир целлюлозы также может использоваться в качестве фильтрующего средства для удерживания бумаги, улучшая степень удерживания тонких волокон и наполнителей, а также может использоваться в качестве упрочняющего агента для бумаги.

3.3 Стабилизатор эмульсии

Эфир целлюлозы широко используется в приготовлении эмульсий из-за его хорошего загущающего действия в водном растворе, что может увеличить вязкость дисперсионной среды эмульсии и предотвратить осаждение и расслоение эмульсии. Например, карбоксиметилцеллюлоза натрия, эфир гидроксиэтилцеллюлозы, эфир гидроксипропилцеллюлозы и т. д. могут использоваться в качестве стабилизаторов и защитных агентов для анионной дисперсной канифольной камеди, эфира катионной целлюлозы, эфира гидроксиэтилцеллюлозы, эфира гидроксипропилцеллюлозы и т. д. Базовый эфир целлюлозы, метилцеллюлоза эфир и др. также могут быть использованы в качестве защитных средств для катионоактивных дисперсных канифольных камедей, АКД, АСК и других проклеивающих веществ. Лунчжу и др. использовали 100% отбеленную сульфитную древесную массу, 20% талька, 1% диспергированного канифольного клея, довели значение pH до 4,5 с помощью сульфата алюминия и использовали КМЦ с более высокой вязкостью (вязкость 800 ~ 12000 МПа.с). Степень замещения равна 0,6 и используется для внутренней проклейки. Из результатов видно, что степень проклейки канифольного каучука, содержащего КМЦ, явно улучшается, и стабильность канифольной эмульсии является хорошей, а степень удерживания каучукового материала также высока.

3.4 Водоудерживающая добавка покрытия

Он используется для покрытия и обработки бумаги, связующее покрытие, цианоэтилцеллюлоза, гидроксиэтилцеллюлоза и т. Д. Могут заменить казеин и часть латекса, так что печатная краска может легко проникать, а края четкие. Карбоксиметилцеллюлозу и эфир гидроксиэтилкарбоксиметилцеллюлозы можно использовать в качестве диспергатора пигмента, загустителя, водоудерживающего агента и стабилизатора. Например, количество карбоксиметилцеллюлозы, используемой в качестве водоудерживающего агента при приготовлении покрытий для мелованной бумаги, составляет 1-2%.

4. Тенденции развития эфира целлюлозы, используемого в бумажной промышленности.

Использование химической модификации для получения производных целлюлозы со специальными функциями является эффективным способом поиска новых применений самого большого в мире выхода природного органического вещества - целлюлозы. Существует много видов производных целлюлозы и широкий спектр функций, а простые эфиры целлюлозы применяются во многих отраслях промышленности благодаря их превосходным характеристикам. Для удовлетворения потребностей бумажной промышленности при разработке эфира целлюлозы следует обратить внимание на следующие направления:

(1) Разработать продукты с различными спецификациями простых эфиров целлюлозы, подходящие для применения в бумажной промышленности, такие как серийные продукты с разной степенью замещения, разной вязкостью и разной относительной молекулярной массой, для отбора при производстве различных сортов бумаги.

(2) Следует активизировать разработку новых разновидностей простых эфиров целлюлозы, таких как катионные эфиры целлюлозы, подходящие для использования в качестве удерживающих и дренажных средств при изготовлении бумаги, агенты для проклейки поверхности и цвиттер-ионные эфиры целлюлозы, которые можно использовать в качестве армирующих агентов для замены латекса покрытия Цианоэтилцеллюлозный эфир и т.п. в качестве связующего.

(3) Усилить исследования процесса получения эфира целлюлозы и его нового метода получения, особенно исследования по снижению стоимости и упрощению процесса.

(4) Активизировать исследования свойств эфиров целлюлозы, особенно пленкообразующих свойств, связующих и загущающих свойств различных эфиров целлюлозы, а также активизировать теоретические исследования по применению эфиров целлюлозы в производстве бумаги.