Бумажная химия

Химикаты для бумаги обозначают группу химикатов , которые используются для производства бумаги или изменяют свойства бумаги . Эти химические вещества можно использовать для изменения бумаги разными способами, включая изменение ее цвета и яркости или повышение ее прочности и устойчивости к воде. ^{[ 1 ]} Химические вещества могут быть определены на основе их использования в процессе.

Химические вещества используются не только для придания свойств бумаге, но и для управления водным циклом в процессе, кондиционирования тканей, очистки оборудования и ряда других применений.

Химические вещества, используемые в производстве бумаги

Общее имя	Научное название	Химическая формула	Примечания
квасцы	«Сульфат глинозема»	Al ₂ (SO ₄ ) ₃ · 18 H ₂ O	Для щелочной проклейки вместе с канифолью ^{[ нужны разъяснения ]}
Альбарин	« Сульфат кальция »	CaSO ₄ · 2 H ₂ O	Строительные материалы
Диоксид хлора	Диоксид хлора	Сl О ₂	Отбеливание целлюлозы
хлор	хлор	кл ₂	Отбеливание целлюлозы
Доломит	Карбонат кальция-магния	CaMg(CO ₃ ) ₂	Наполнитель, Покрытие
ДТПА	Диэтилентриаминпентауксусная кислота	С ₁₄ Н ₃₃ Н ₃ О ₁₀	Используется для хелатирования (удаления переходных металлов из пульпы).
ЭДТА	Этилендиаминтетрауксусная кислота	С ₁₀ Н ₁₆ Н ₂ О ₈	Используется для хелатирования (удаления переходных металлов из пульпы).
Фермент ^{[ который? ]}			Используется при удалении краски
ФСА	Формамидин Серная кислота или диоксид тиомочевины	CH₄N₂SO_CH4N2SO2	Отбеливание после удаления краски
Гуаровая камедь	Натуральный полимер; нет систематического названия		Добавка для повышения прочности в сухом состоянии
Гипс или минеральные белила или штукатурка	Сульфат кальция	Са SO ₄ · 2 H ₂ O	Гипсокартон
Перекись водорода	Перекись водорода	H₂O_H2O2	При отбеливании целлюлозы
Хлорноватистая кислота	Хлорноватистая кислота	HOCl	При отбеливании целлюлозы
Лайм	Оксид кальция	Ca Высокий	Процесс щелочной варки, химическая регенерация, отбеливание
Известняк	Карбонат кальция	СаСО ₃	Для получения осажденного CaCO ₃ используется в качестве наполнителя и покрытия.
Бисульфит магния	Бисульфит магния	Mg(HSO ₃ ) ₂	Используется при сульфитной варке целлюлозы.
Магнезит	Карбонат магния	MgCO ₃ -100%	Наполнитель для сигаретной бумаги
Известковое молоко	Гидроксид кальция	Са(ОН) ₂	Для каустизации зеленого щелока
Молоко Магнезии	Гидроксид магния	Мг(ОН) ₂
Кислород	Кислород	О ₂	При отбеливании целлюлозы
Озон	Озон	O_О3	При отбеливании целлюлозы
Розин	Абиетиновая кислота	С ₁₉ Н ₂₉ СООН	Размеры
Канифольное мыло	Абиетат натрия	С ₁₉ Н ₂₉ КООНа	Размеры
Соленый пирог	Сульфат натрия	Na ₂ SO ₄ 10H ₂ O	Добавочный химикат при химической регенерации сульфатной целлюлозы (Na ₂ SO _4. --- Na ₂ S)
Мыло/жирная кислота			Удаление краски
Бисульфит натрия	Бисульфит натрия	NaHSO_NaHSO3	Используется при сульфитной варке целлюлозы.
кальцинированная сода	Карбонат натрия	Na₂CO_Na2CO3	Добавочный химикат при химической регенерации щелочной варки (Na ₂ CO ₃ +Ca(OH) ₂ ---2NaOH+CaCO ₃ )
Алюминат натрия	Алюминат натрия	Na₂Al₂O_Na2Al2O4	Используется в сочетании с квасцами для контроля pH.
Бисульфит натрия	Бисульфит натрия	NaHSO_NaHSO3	Химический компонент варочного раствора кислотного типа, который иногда используется для нейтрализации остаточного хлора в целлюлозе во время процесса отбеливания.
Хлорат натрия	Хлорат натрия	NaClO_NaClO3	Используется для получения диоксида хлора.
Дитионит натрия	гидросульфит натрия	Na ₂ S ₂ O ₄	Отбеливание
Гипохлорит натрия	Гипохлорит натрия	Na O NaOCl	Отбеливание
Перекись натрия	Перекись натрия	Na₂O_Na2O2	Отбеливание
Силикат натрия	Силикат натрия	Na₂SiO_Na2SiO3	При очистке макулатуры для смачивания, пептизации, диспергирования чернил, стабилизации перекисью.
Сульфид натрия	Сульфид натрия	Na₂Na2S	Активное химическое вещество в крафт-/сульфатном кулинарном растворе
Тиосульфат натрия	Тиосульфат натрия	Na₂S₂O_Na2S2O3	Отбеливание
Триполифосфат натрия	Триполифосфат натрия	Na₅P₃O_Na5P3O10	диспергатор
Крахмал		Добавка для влажной и сухой обработки	Состоит из единиц глюкозы, связанных между собой кислородными мостиками, называемых гликозидами.
сера	сера	С	Для производства HSO ₃ для бисульфитной варки целлюлозы
ПАВ			Используется при удалении краски. Используется в качестве разрыхлителя при производстве распушенной целлюлозы.
Титания	Диоксид титана	ТиО ₂	Наполнитель для увеличения непрозрачности и яркости бумаги. Используется в покрытиях.
Анатас	Диоксид титана	ТиО ₂

варка целлюлозы

Химическая варка целлюлозы включает растворение лигнина для извлечения целлюлозы из древесного волокна. Различные процессы производства целлюлозы включают крафт-процесс , в котором используется каустическая сода и сульфид натрия и который является наиболее распространенным; альтернативно, использование сернистой кислоты известно как сульфитный процесс , нейтральный сульфитный полухимический процесс рассматривается как третий процесс, отдельный от сульфита, и содовая варка целлюлозы , которая является наименее экологически опасной, с использованием гидроксида натрия или антрахинона . ^{[ 2 ]}

Каустическая сода добавляется для повышения pH в процессе варки волокон. Более высокий pH раствора бумажных волокон приводит к разглаживанию и набуханию волокон, что важно для процесса измельчения волокон.

Отбеливание

При производстве белой бумаги древесную массу отбеливают, чтобы удалить любой цвет из следовых количеств лигнина, который не был экстрагирован в процессе химической варки целлюлозы. Существует три основных метода отбеливания:

Для отбеливания элементарным хлором используются хлор и гипохлорит .
Отбеливание без элементарного хлора более экологично, поскольку исключает использование гипохлорита и заменяет хлор диоксидом хлора или хлоратом натрия . ^{[ 3 ]}
Для отбеливания без использования хлора используются кислород и перекись водорода . Это наиболее экологически чистый процесс, поскольку он устраняет все хлорированные загрязняющие вещества. ^{[ 4 ]}

Размеры

Большинство типов бумаги должны обладать некоторой водостойкостью, чтобы поддерживать определенное качество письма и пригодность для печати. До 1980 года типичным способом повышения устойчивости было использование канифоли в сочетании с квасцами . Когда бумажная промышленность начала использовать в качестве наполнителя мел вместо фарфоровой глины , химию бумаги пришлось перейти на нейтральный процесс. В некоторых местах AKD ( димер алкилкетена ) и ASA ( алкенилянтарный ангидрид используются ). Последняя разработка заключается в использовании размера поверхности, ^{[ 5 ]} который наносится с помощью клеильного пресса. Преимущество поверхностной проклейки заключается в том, что она не влияет на химический состав исходной воды.

Укрепление

Влажная прочность

Добавки, повышающие влагопрочность, гарантируют, что бумага сохранит свою прочность даже при намокании. Это особенно важно для папиросной бумаги . Химические вещества, обычно используемые для этой цели, включают эпихлоргидрин , меламин , формальдегид мочевины и полиимины . Эти вещества полимеризуются в бумаге и приводят к образованию укрепляющей сетки.

Чтобы повысить прочность бумаги, катионный в процессе производства во влажную целлюлозу добавляют крахмал. Крахмал имеет химическую структуру, аналогичную целлюлозному волокну целлюлозы, а поверхность крахмала и волокна заряжена отрицательно. Добавляя катионный (положительно заряженный) крахмал, волокно может связываться с крахмалом и, таким образом, также увеличивать взаимосвязи между волокнами. Положительно заряженная часть крахмала обычно образована катионами четвертичного аммония . Используемые четвертичные соли включают 2,3-эпоксипропилтриметиламмонийхлорид (EPTAC, также известный как Glytac Quab, GMAC™) и (3-хлор-2-гидроксипропил)триметиламмонийхлорид (CHPTAC, также известный как Quat 188, Quab 188, Реагенты™).

Сухая прочность

Добавки, повышающие прочность бумаги, или агенты, повышающие прочность бумаги, представляют собой химические вещества, улучшающие прочность бумаги в нормальных условиях. бумаги Они улучшают прочность на сжатие , прочность на разрыв , прочность на разрыв и устойчивость к расслоению . Типичные используемые химикаты включают катионный крахмал и производные полиакриламида (ПАМ). Эти вещества действуют путем связывания волокон, часто с помощью ионов алюминия в бумажном листе.

Связующие

Связующие способствуют связыванию частиц пигмента между собой и покровным слоем бумаги. ^{[ 6 ]} Связующие представляют собой сферические частицы диаметром менее 1 мкм. Обычными связующими веществами являются сополимер стирола и малеинового ангидрида или сополимер стирола и акрилата. ^{[ 7 ]} Химический состав поверхности отличается адсорбцией акриловой кислоты или анионного поверхностно-активного вещества , оба из которых используются для стабилизации дисперсии в воде. ^{[ 8 ]} Сосвязующие, или загустители, обычно представляют собой водорастворимые полимеры, которые влияют на вязкость цвета бумаги, удержание воды, проклейку и блеск. Некоторыми распространенными примерами являются карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), катионная и анионная гидроксиэтилцеллюлоза (ЭГЭЦ), модифицированный крахмал и декстрин . Бутадиен-стирольный латекс, стирол-акрил, декстрин , окисленный крахмал используются в покрытиях для связывания наполнителя с бумагой. Сосвязующие — это натуральные продукты, такие как крахмал и КМЦ ( карбоксиметилцеллюлоза ), которые используются вместе с синтетическими связующими, такими как акрил-стирол или бутадиен-стирол. Сосвязующие используются для снижения стоимости синтетического связующего и улучшения водоудержания и реологии покрытия.

Наполнители

Минеральные наполнители используются для снижения расхода более дорогого связующего материала или для улучшения некоторых свойств бумаги. ^{[ 9 ]} Китайская глина , карбонат кальция, диоксид титана и тальк — распространенные минеральные наполнители, используемые в производстве бумаги. ^{[ нужна ссылка ]}

Удержание

Добавляется удерживающий агент для связывания наполнителей с бумагой. Наполнители, такие как карбонат кальция , обычно имеют слабый поверхностный заряд. Удерживающий агент представляет собой полимер с высоким содержанием катионных положительно заряженных групп. Дополнительной особенностью удерживающего агента является ускорение обезвоживания в сеточной секции бумагоделательной машины . Полиэтиленимин и полиакриламид являются примерами химических веществ, используемых в этом процессе. ^{[ нужна ссылка ]}

Покрытие

Пигменты

Могут быть добавлены пигменты , поглощающие желтую и красную часть видимого спектра. Поскольку краситель поглощает свет, яркость бумаги снижается, в отличие от эффекта оптического отбеливателя. Для повышения белизны часто используют комбинацию пигментов и оптического отбеливателя. Наиболее часто используемые пигменты — синие и фиолетовые красители. ^{[ нужна ссылка ]}

Оптически-осветляющий агент

Оптический отбеливатель используется для придания бумаге белее. Оптические отбеливатели используют флуоресценцию для поглощения невидимого излучения ультрафиолетовой части светового спектра и повторного излучения в виде света в видимом синем диапазоне. Таким образом, оптический отбеливатель генерирует синий свет, который добавляется к отраженному свету. Дополнительный синий свет компенсирует желтоватый оттенок, который в противном случае присутствовал бы в характеристиках отраженного света. Таким образом, увеличивается яркость материала (при освещении ультрафиолетовым излучением). ^{[ 10 ]}

См. также

Удаление краски из переработанной бумаги
Химия поверхности бумаги
Органосольв (техника варки целлюлозы)
Пер- и полифторалкильные вещества

Ссылки

^ Рудольф Патт и др. «Бумага и целлюлоза» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана, 2005, Witch, Вайнхайм. два : 10.1002/14356007.a18_545.purba
^ Управление по управлению воздухом и отходами; Управление планирования и стандартов качества воздуха (август 1977 г.). «10 Деревообработка». В Ларе, Томас (ред.). Сборник коэффициентов выбросов загрязнителей воздуха (PDF) (3-е изд.). Research Triangle Park, Северная Каролина 27711: Агентство по охране окружающей среды США. п. 419. ИСБН 978-1-249-50100-8 . Архивировано (PDF) из оригинала 3 июня 2016 года . Проверено 7 сентября 2015 г. {{cite book}}: CS1 maint: местоположение ( ссылка )
^ Химикаты для целлюлозно-бумажной промышленности (PDF) (Отчет). Гетеборг, Швеция: EKA Chemicals/Akzo Nobel. 2011. с. 2. Архивировано (PDF) из оригинала 14 мая 2013 г. Проверено 8 сентября 2015 г.
^ «7.3.9. Полностью бесхлорное отбеливание бумажной крафт-целлюлозы» . Дополнительный документ технической разработки руководств и стандартов по ограничению сбросов для категории целлюлозы, бумаги и картона (отчет). Вашингтон, округ Колумбия: Агентство по охране окружающей среды США (EPA). Октябрь 1997. стр. 7–26. ЭПА-821-Р-97-011. Архивировано из оригинала 16 октября 2019 года . Проверено 22 мая 2016 г.
^ «Размер катионной поверхности» . 22 мая 2021 года. Архивировано из оригинала 15 декабря 2022 года . Проверено 30 июня 2022 г.
^ Фардим, Педро (2000). «Химия бумаги и поверхности. Часть 1. Химия поверхности волокна и мокрой части». Институт Кимики : 1–14.
^ Фардим, Педро (2000). «Химия бумаги и поверхности. Часть 2. Покрытие и возможность печати». Институт Кимики : 1–13.
^ Гранье (1994). «Адгезия частиц латекса на неорганических поверхностях». ТАППИ Дж . 77 (5): 419.
^ «Исследование рынка: наполнители (3-е издание)» . Цересана. Январь 2014. Архивировано из оригинала 21 сентября 2013 года . Проверено 7 сентября 2015 г.
^ Хэ Ши; Хунбин Лю; Юнхао Ни; Жирунь Юань; Сюэцзюнь Цзоу; Яджун Чжоу (2012). «Обзор: Использование оптических отбеливателей (OBA) в производстве бумаги, содержащей высокопроизводительную целлюлозу» . Биоресурсы . 7 (2): 2582–2591. Архивировано из оригинала 24 июня 2016 года . Проверено 22 мая 2016 г.

Внешние ссылки

Список химикатов, используемых в производстве целлюлозы и бумаги

[1] Рудольф Патт и др. «Бумага и целлюлоза» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана, 2005, Witch, Вайнхайм. два : 10.1002/14356007.a18_545.purba

[ap42-2] Управление по управлению воздухом и отходами; Управление планирования и стандартов качества воздуха (август 1977 г.). «10 Деревообработка». В Ларе, Томас (ред.). Сборник коэффициентов выбросов загрязнителей воздуха (PDF) (3-е изд.). Research Triangle Park, Северная Каролина 27711: Агентство по охране окружающей среды США. п. 419. ИСБН 978-1-249-50100-8 . Архивировано (PDF) из оригинала 3 июня 2016 года . Проверено 7 сентября 2015 г. {{cite book}}: CS1 maint: местоположение ( ссылка )

[akzo-3] Химикаты для целлюлозно-бумажной промышленности (PDF) (Отчет). Гетеборг, Швеция: EKA Chemicals/Akzo Nobel. 2011. с. 2. Архивировано (PDF) из оригинала 14 мая 2013 г. Проверено 8 сентября 2015 г.

[EPA-TDD-4] «7.3.9. Полностью бесхлорное отбеливание бумажной крафт-целлюлозы» . Дополнительный документ технической разработки руководств и стандартов по ограничению сбросов для категории целлюлозы, бумаги и картона (отчет). Вашингтон, округ Колумбия: Агентство по охране окружающей среды США (EPA). Октябрь 1997. стр. 7–26. ЭПА-821-Р-97-011. Архивировано из оригинала 16 октября 2019 года . Проверено 22 мая 2016 г.

[5] «Размер катионной поверхности» . 22 мая 2021 года. Архивировано из оригинала 15 декабря 2022 года . Проверено 30 июня 2022 г.

[Surface1-6] Фардим, Педро (2000). «Химия бумаги и поверхности. Часть 1. Химия поверхности волокна и мокрой части». Институт Кимики : 1–14.

[Surface2-7] Фардим, Педро (2000). «Химия бумаги и поверхности. Часть 2. Покрытие и возможность печати». Институт Кимики : 1–13.

[Granier-8] Гранье (1994). «Адгезия частиц латекса на неорганических поверхностях». ТАППИ Дж . 77 (5): 419.

[Ceresana-9] «Исследование рынка: наполнители (3-е издание)» . Цересана. Январь 2014. Архивировано из оригинала 21 сентября 2013 года . Проверено 7 сентября 2015 г.

[10] Хэ Ши; Хунбин Лю; Юнхао Ни; Жирунь Юань; Сюэцзюнь Цзоу; Яджун Чжоу (2012). «Обзор: Использование оптических отбеливателей (OBA) в производстве бумаги, содержащей высокопроизводительную целлюлозу» . Биоресурсы . 7 (2): 2582–2591. Архивировано из оригинала 24 июня 2016 года . Проверено 22 мая 2016 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]