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
[ редактировать ]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 | CH4N2SOCH4N2SO2 | 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 | H2OH2O2 | При отбеливании целлюлозы |
Хлорноватистая кислота | Хлорноватистая кислота | HOCl | При отбеливании целлюлозы |
Лайм | Оксид кальция | CaВысокий | 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 | OО3 | 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 | NaHSONaHSO3 | Используется при сульфитной варке целлюлозы. |
кальцинированная сода | Карбонат натрия | Na2CONa2CO3 | Добавочный химикат при химической регенерации щелочной варки (Na 2 CO 3 +Ca(OH) 2 ---2NaOH+CaCO 3 ) |
Алюминат натрия | Алюминат натрия | Na2Al2ONa2Al2O4 | Используется в сочетании с квасцами для контроля pH. |
Бисульфит натрия | Бисульфит натрия | NaHSONaHSO3 | Химический компонент варочного раствора кислотного типа, который иногда используется для нейтрализации остаточного хлора в целлюлозе во время процесса отбеливания. |
Хлорат натрия | Хлорат натрия | NaClONaClO3 | Используется для получения диоксида хлора. |
Дитионит натрия | гидросульфит натрия | Na 2 S 2 O 4 | Отбеливание |
Гипохлорит натрия | Гипохлорит натрия | NaONaOCl | Отбеливание |
Перекись натрия | Перекись натрия | Na2ONa2O2 | Отбеливание |
Силикат натрия | Силикат натрия | Na2SiONa2SiO3 | 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 | Na2S2ONa2S2O3 | Отбеливание |
Триполифосфат натрия | Триполифосфат натрия | Na5P3ONa5P3O10 | 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
[ редактировать ]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
[ редактировать ]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
[ редактировать ]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
[ редактировать ]Влажная прочность
[ редактировать ]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
[ редактировать ]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
[ редактировать ]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
[ редактировать ]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
[ редактировать ]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
[ редактировать ]Пигменты
[ редактировать ]
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
[ редактировать ]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
[ редактировать ]- Удаление краски из переработанной бумаги
- Химия поверхности бумаги
- Органосольв (техника варки целлюлозы)
- Пер- и полифторалкильные вещества
Ссылки
[ редактировать ]- ^ 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.