Propiedades del Éter de Celulosa y su Aplicación en la Industria Papelera

Resumen: Este documento presenta los tipos, los métodos de preparación, las características de rendimiento y el estado de aplicación de los éteres de celulosa en la industria de fabricación de papel, presenta algunas nuevas variedades de éteres de celulosa con perspectivas de desarrollo y analiza su aplicación y tendencia de desarrollo en la fabricación de papel.

Palabras clave: éter de celulosa; actuación; industria del papel

La celulosa es un compuesto polimérico natural, su estructura química es una macromolécula de polisacárido con β-glucosa anhidra como anillo base, y cada anillo base tiene un grupo hidroxilo primario y un grupo hidroxilo secundario. Mediante su modificación química se pueden obtener una serie de derivados de la celulosa. El método de preparación del éter de celulosa es hacer reaccionar la celulosa con NaOH, luego llevar a cabo una reacción de eterificación con varios reactivos funcionales como cloruro de metilo, óxido de etileno, óxido de propileno, etc., y luego lavar la sal del subproducto y algo de sodio de celulosa para obtener el producto. El éter de celulosa es uno de los derivados importantes de la celulosa, que puede usarse ampliamente en medicina e higiene, industria química diaria, fabricación de papel, alimentos, medicina, construcción, materiales y otras industrias. En los últimos años, los países extranjeros han otorgado gran importancia a su investigación y se han logrado muchos logros en investigación básica aplicada, efectos prácticos aplicados y preparación. En los últimos años, algunas personas en China han comenzado gradualmente a involucrarse en la investigación de este aspecto e inicialmente han logrado algunos resultados en la práctica de producción. Por lo tanto, el desarrollo y la utilización del éter de celulosa desempeña un papel muy importante en la utilización integral de los recursos biológicos renovables y la mejora de la calidad y el rendimiento del papel. Es un nuevo tipo de aditivo para la fabricación de papel que vale la pena desarrollar.

1. Clasificación y métodos de preparación de éteres de celulosa.

La clasificación de los éteres de celulosa se divide generalmente en 4 categorías según la ionicidad.

1.1 Éter de celulosa no iónico

El éter de celulosa no iónico es principalmente éter de alquilo de celulosa, y su método de preparación es hacer reaccionar la celulosa con NaOH, y luego llevar a cabo una reacción de eterificación con varios monómeros funcionales como monoclorometano, óxido de etileno, óxido de propileno, etc., y luego obtenido por lavado el subproducto sal y celulosa de sodio, que incluye principalmente metil celulosa éter, metil hidroxietil celulosa éter, metil hidroxipropil celulosa éter, hidroxietil celulosa éter, cianoetil celulosa éter y hidroxibutil celulosa éter son ampliamente utilizados.

1.2 Éter de celulosa aniónico

Los éteres de celulosa aniónicos son principalmente carboximetilcelulosa de sodio y carboximetilhidroxietilcelulosa de sodio. El método de preparación es hacer reaccionar la celulosa con NaOH y luego llevar a cabo el éter con ácido cloroacético, óxido de etileno y óxido de propileno. Reacción química, y luego se obtiene lavando el subproducto sal y celulosa de sodio.

1.3 Éter de celulosa catiónica

Los éteres de celulosa catiónicos incluyen principalmente éter de celulosa de cloruro de 3-cloro-2-hidroxipropiltrimetilamonio, que se prepara haciendo reaccionar celulosa con NaOH y luego reaccionando con el agente eterificante catiónico 3-cloro-2-hidroxipropiltrimetilamonio cloruro o reacción de eterificación con óxido de etileno y óxido de propileno , y luego se obtiene lavando el subproducto sal y celulosa de sodio.

1.4 Éter de celulosa zwitteriónico

La cadena molecular del éter de celulosa zwitteriónico tiene grupos aniónicos y grupos catiónicos. Su método de preparación es hacer reaccionar la celulosa con NaOH y luego reaccionar con ácido monocloroacético y agente de eterificación catiónico.

2. Rendimiento y características del éter de celulosa

2.1 Formación de película y adhesión

La eterificación del éter de celulosa tiene una gran influencia en sus características y propiedades, como la solubilidad, la capacidad de formación de películas, la fuerza de unión y la resistencia a la sal. El éter de celulosa tiene una alta resistencia mecánica, flexibilidad, resistencia al calor y resistencia al frío, y tiene buena compatibilidad con varias resinas y plastificantes, y puede usarse para fabricar plásticos, películas, barnices, adhesivos, látex y materiales de recubrimiento de medicamentos, etc.

2.2 Solubilidad

El éter de celulosa tiene una buena solubilidad en agua debido a la existencia de grupos polihidroxilo y tiene diferente selectividad de disolvente para disolventes orgánicos según los diferentes sustituyentes. La metilcelulosa es soluble en agua fría, insoluble en agua caliente y también soluble en algunos solventes; metil hidroxietil celulosa es soluble en agua fría, insoluble en agua caliente y disolventes orgánicos. Sin embargo, cuando se calienta la solución acuosa de metilcelulosa y metilhidroxietilcelulosa, precipitarán la metilcelulosa y la metilhidroxietilcelulosa. La metilcelulosa se precipita a 45-60°C, mientras que la temperatura de precipitación de la metilhidroxietilcelulosa eterificada mixta se aumenta a 65-80°C. Cuando se baja la temperatura, el precipitado se vuelve a disolver. La hidroxietilcelulosa y la carboximetilcelulosa sódica son solubles en agua a cualquier temperatura e insolubles en disolventes orgánicos (con algunas excepciones). Utilizando esta propiedad, se pueden preparar varios repelentes de aceite y materiales de película soluble.

2.3 Engrosamiento

El éter de celulosa se disuelve en agua en forma de coloide, su viscosidad depende del grado de polimerización del éter de celulosa y la solución contiene macromoléculas hidratadas. Debido al entrelazamiento de macromoléculas, el comportamiento de flujo de las soluciones difiere del de los fluidos newtonianos, pero exhibe un comportamiento que cambia con la fuerza de corte. Debido a la estructura macromolecular del éter de celulosa, la viscosidad de la solución aumenta rápidamente con el aumento de la concentración y disminuye rápidamente con el aumento de la temperatura. De acuerdo con sus características, los éteres de celulosa como la carboximetilcelulosa y la hidroxietilcelulosa se pueden usar como espesantes para productos químicos diarios, agentes de retención de agua para revestimientos de papel y espesantes para revestimientos arquitectónicos.

2.4 Degradabilidad

Cuando el éter de celulosa se disuelve en la fase acuosa, las bacterias crecerán y el crecimiento de bacterias conducirá a la producción de bacterias enzimáticas. La enzima rompe los enlaces unitarios de anhidroglucosa no sustituidos adyacentes al éter de celulosa, lo que reduce el peso molecular relativo del polímero. Por lo tanto, si la solución acuosa de éter de celulosa se va a almacenar durante mucho tiempo, se le deben agregar conservantes y se deben tomar ciertas medidas antisépticas incluso para los éteres de celulosa con propiedades antibacterianas.

3. Aplicación del éter de celulosa en la industria papelera

3.1 Agente de refuerzo del papel

Por ejemplo, la CMC se puede utilizar como dispersante de fibras y agente fortalecedor del papel, que se puede agregar a la pulpa. Como la carboximetilcelulosa sódica tiene la misma carga que la pulpa y las partículas de relleno, puede aumentar la uniformidad de la fibra. Se puede mejorar el efecto de unión entre las fibras y se pueden mejorar los indicadores físicos como la resistencia a la tracción, la resistencia al estallido y la uniformidad del papel. Por ejemplo, Longzhu y otros usan 100% pulpa de madera de sulfito blanqueada, 20% polvo de talco, 1% pegamento de colofonia disperso, ajustan el valor de pH a 4.5 con sulfato de aluminio y usan CMC de mayor viscosidad (viscosidad 800 ~ 1200MPA.S) El grado de sustitución es 0,6. Se puede ver que CMC puede mejorar la resistencia en seco del papel y también mejorar su grado de encolado.

3.2 Agente de encolado superficial

La carboximetilcelulosa sódica se puede utilizar como agente de encolado de la superficie del papel para mejorar la resistencia de la superficie del papel. Su efecto de aplicación puede aumentar la resistencia de la superficie en aproximadamente un 10 % en comparación con el uso actual de alcohol polivinílico y agente de encolado de almidón modificado, y la dosis puede reducirse en aproximadamente un 30 %. Es un agente de encolado superficial muy prometedor para la fabricación de papel, y esta serie de nuevas variedades debe desarrollarse activamente. El éter de celulosa catiónico tiene un mejor rendimiento de encolado superficial que el almidón catiónico. No solo puede mejorar la resistencia de la superficie del papel, sino también mejorar el rendimiento de absorción de tinta del papel y aumentar el efecto de teñido. También es un prometedor agente de encolado de superficies. Mo Lihuan y otros utilizaron carboximetilcelulosa de sodio y almidón oxidado para realizar pruebas de tamaño de superficie en papel y cartón. Los resultados muestran que la CMC tiene un efecto de encolado superficial ideal.

La metil carboximetil celulosa sódica tiene cierto rendimiento de calibrado, y la carboximetil celulosa sódica se puede utilizar como agente de calibrado de pulpa. Además de su propio grado de apresto, el éter de celulosa catiónico también se puede utilizar como filtro auxiliar de retención de la fabricación de papel, mejora la tasa de retención de fibras finas y rellenos, y también se puede utilizar como agente de refuerzo del papel.

3.3 Estabilizador de emulsiones

El éter de celulosa se usa ampliamente en la preparación de emulsiones debido a su buen efecto espesante en solución acuosa, que puede aumentar la viscosidad del medio de dispersión de la emulsión y evitar la precipitación y estratificación de la emulsión. Tales como la carboximetilcelulosa sódica, el éter de hidroxietilcelulosa, el éter de hidroxipropilcelulosa, etc. se pueden usar como estabilizadores y agentes protectores para la goma de colofonia dispersada aniónica, el éter de celulosa catiónica, el éter de hidroxietilcelulosa, el éter de hidroxipropilcelulosa, etc. Éter de celulosa base, metilcelulosa éter, etc. también se pueden utilizar como agentes protectores para la goma de colofonia dispersa catiónica, AKD, ASA y otros agentes de encolado. Longzhu et al. usó pulpa de madera al sulfito blanqueada al 100 %, 20 % de polvo de talco, 1 % de pegamento de colofonia disperso, ajustó el valor de pH a 4.5 con sulfato de aluminio y usó CMC de mayor viscosidad (viscosidad 800~12000MPA.S). El grado de sustitución es de 0,6 y se utiliza para encolado interno. Puede verse a partir de los resultados que el grado de encolado del caucho de colofonia que contiene CMC obviamente mejora, y la estabilidad de la emulsión de colofonia es buena, y la tasa de retención del material de caucho también es alta.

3.4 Agente de retención de agua de recubrimiento

Se utiliza para recubrir y procesar el aglutinante de recubrimiento de papel, la cianoetilcelulosa, la hidroxietilcelulosa, etc. Puede reemplazar la caseína y parte del látex, de modo que la tinta de impresión pueda penetrar fácilmente y los bordes sean claros. La carboximetilcelulosa y el éter de hidroxietilcarboximetilcelulosa se pueden utilizar como dispersantes de pigmentos, espesantes, agentes de retención de agua y estabilizadores. Por ejemplo, la cantidad de carboximetilcelulosa utilizada como agente retenedor de agua en la preparación de revestimientos de papel estucado es del 1 al 2%.

4. Tendencia de desarrollo del éter de celulosa utilizado en la industria del papel

El uso de la modificación química para obtener derivados de celulosa con funciones especiales es una forma efectiva de buscar nuevos usos de la mayor producción mundial de materia orgánica natural: la celulosa. Hay muchos tipos de derivados de celulosa y funciones amplias, y los éteres de celulosa se han aplicado en muchas industrias debido a su excelente rendimiento. Para satisfacer las necesidades de la industria del papel, el desarrollo del éter de celulosa debe prestar atención a las siguientes tendencias:

(1) Desarrollar varios productos de especificación de éteres de celulosa adecuados para aplicaciones de la industria del papel, como productos en serie con diferentes grados de sustitución, diferentes viscosidades y diferentes masas moleculares relativas, para la selección en la producción de diferentes variedades de papel.

(2) Debe incrementarse el desarrollo de nuevas variedades de éteres de celulosa, como los éteres de celulosa catiónicos adecuados para ayudar a la retención y drenaje de la fabricación de papel, agentes de encolado de superficies y éteres de celulosa zwitteriónicos que pueden usarse como agentes de refuerzo para reemplazar el látex de revestimiento Éter de cianoetilcelulosa y similares como aglutinante.

(3) Fortalecer la investigación sobre el proceso de preparación del éter de celulosa y su nuevo método de preparación, especialmente la investigación sobre la reducción del costo y la simplificación del proceso.

(4) Fortalecer la investigación sobre las propiedades de los éteres de celulosa, especialmente las propiedades de formación de películas, las propiedades de unión y las propiedades espesantes de varios éteres de celulosa, y fortalecer la investigación teórica sobre la aplicación de los éteres de celulosa en la fabricación de papel.