涂布紙專用CMC的研制與應用

翟潤培，王麗敏，于保國

（1.大宇造船海洋（山東）有限公司，山東 煙臺 264004；2.煙臺市化學工業(yè)研究所，山東 煙臺 264000）

涂布紙專用CMC的研制與應用

翟潤培1，王麗敏2，于保國2

（1.大宇造船海洋（山東）有限公司，山東 煙臺 264004；2.煙臺市化學工業(yè)研究所，山東 煙臺 264000）

以精制棉纖維素、助劑（包括復合催化劑、相轉(zhuǎn)移催化劑和穩(wěn)定劑）為原料，采用溫和的工藝條件，制備涂布紙專用CMC。實驗結(jié)果表明，其性能指標接近進口專用CMC的水平。

相轉(zhuǎn)移催化劑；羧 甲基纖維素鈉；粘度；拉毛強度；醚化反應

CMC（學名羧甲基纖維素鈉）是一種屬于表面活性膠體、具有高分子結(jié)構的化合物，在造紙、紡織、涂料、油田、橡膠、陶瓷、醫(yī)藥、選礦等方面具有十分廣泛的用途[1]。在我國大量引進的高檔白板紙及涂布卡板紙生產(chǎn)線上，廣泛使用涂布粘接助劑——涂布紙專用CMC。該助劑屬高檔精細化學品，具有技術指標特殊、性能先進、專用性強等特點。

近年來，廣州、江蘇等地的CMC生產(chǎn)企業(yè)，通過引進國外的原料，開發(fā)出造紙專用CMC，但所生產(chǎn)的產(chǎn)品，經(jīng)廠家試用，部分技術指標仍無法達到進口產(chǎn)品的水平，不能滿足造紙企業(yè)在中、高速涂布白卡紙和高檔白板紙生產(chǎn)中的使用要求。

隨著造紙行業(yè)技術進步的加快，我國造紙行業(yè)產(chǎn)能已經(jīng)接近工業(yè)國的水平，所使用的涂布助劑——涂布紙專用CMC在中、高速涂布紙的生產(chǎn)中，以優(yōu)異的性能，強力的疏水性[2]，發(fā)揮著變性淀粉、干酪素和PVA無法取代的作用。因此，研制開發(fā)涂布紙專用CMC，滿足造紙行業(yè)在中、高速涂布白卡紙和高檔白板紙生產(chǎn)中的使用要求，具有十分重要的意義。

本實驗采取相轉(zhuǎn)移催化技術[3]及復合助劑控制技術，實現(xiàn)了涂布紙專用CMC的黏度控制和穩(wěn)定化，并進行了應用試驗。

1 實驗部分

1.1 原料及試劑

木漿，精制棉，氫氧化鈉，氯乙酸，乙醇，異丙醇，甲醇，硝酸，雙氧水，氨水，冰乙酸，四甲基氯化銨等。原料均為工業(yè)級。

1.2 儀器設備

分析天平，旋轉(zhuǎn)黏度計，實驗室用旋片式真空泵，酸度計，馬弗爐，恒溫水槽，帶回流冷凝管、溫度計及電動攪拌裝置的1500mL三口圓底燒瓶等。

1.3 制備

1.3.1 制備方法

CMC的制備有許多種方法，其中主要有：

1) 捏合法：以短棉絨為原料，經(jīng)脫脂漂白后，浸漬于燒堿溶液中，壓榨制成堿纖維素，然后置于捏合機中，以醇（甲醇、乙醇、異丙醇）為溶劑，用氯乙酸進行醚化反應，再經(jīng)中和洗滌而成[3]。國內(nèi)大部分企業(yè)采用這種方法生產(chǎn)CMC，它的缺點是產(chǎn)品的黏度不穩(wěn)定，純度較低，溶解困難。

2) 淤漿法：木漿（紙漿）浸泡在高倍數(shù)溶液（由水、異丙醇、燒堿組成）中，經(jīng)適當?shù)臏囟群蜁r間處理后，加入氯乙酸，升溫反應，加入燒堿中和，經(jīng)過濾、洗滌、干燥而成。國外絕大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)采用這種方法，該方法的優(yōu)點是產(chǎn)品純度高，質(zhì)量好，性能穩(wěn)定，適于大規(guī)模生產(chǎn)中使用。其缺點是一次性投入高，溶劑回收能耗大。

涂布紙專用CMC特殊的使用要求在于較低的黏度、適中的取代度、較高的純度、良好的黏度穩(wěn)定性和極佳的速溶性。因此，僅僅采用淤漿法工藝生產(chǎn)出的CMC還不能夠滿足白卡紙和高檔白板紙生產(chǎn)的使用要求，需要對淤漿法生產(chǎn)工藝進行改進或?qū)MC進行改性處理。

CMC改性方法[4]可以分成前處理法、中間處理法和后處理法。前處理法是在制成堿纖維素之前，用氨水、液堿、硼砂等對纖維素進行處理；中間處理法是在加入氯乙酸的同時，加入其他改性劑，如次氯酸鈉、相轉(zhuǎn)移催化劑——四甲基氯化銨、硝酸等，進行羧甲基化反應；后處理法是在醚化反應制成CMC后，加入高濃度雙氧水、硝酸等進行處理。

本實驗結(jié)合前處理法和后處理法，采用中間處理法的部分試劑，制備出符合要求的CMC。

1.3.2 制備

將木漿200g浸漬于由125g燒堿、600mL異丙醇、10g復合催化劑和水等組成的溶液中，常溫攪拌2.5h，補加氯乙酸96g、異丙醇110g、相轉(zhuǎn)移催化劑四甲基氯化銨5g等，加熱升溫至67℃，保溫1.5h，降溫、中和，加入雙氧水20g及穩(wěn)定劑5g，再經(jīng)過濾、烘干、粉碎，得微黃色粒狀產(chǎn)品。

2 檢測

通過對產(chǎn)品的檢測，得到如下參數(shù)值，標準黏度（4%，20℃，100r·min-1）150CP，pH值7.06，取代度（DS值）0.75。與之相對應，用戶的要求是標準黏度（4%，20℃，100r·min-1）50～200CP，pH值6.5～8.0，取代度（DS值）0.60～0.90。為了用戶使用方便，在實際生產(chǎn)中，將CMC制成10%濃度的紙張涂料，實測黏度15000CP。

本實驗產(chǎn)品配制成紙張涂料的各項指標為：固含量58.9%，pH值8.03，黏度3484CP，24h黏度3308CP，保水值33s。用戶采用進口CMC配制成紙張涂料的各項指標為：固含量59.0%，pH值8.30，黏度3400CP，24h黏度3036CP，保水值33s。

本實驗產(chǎn)品涂布成紙的物理指標為：光澤度43.9%，印刷光澤度87.8%，表面強度1.36m·s-1，濕拉毛濕排斥較重。進口CMC涂布成紙的物理指標為：光澤度41.1%，印刷光澤度84.7%，表面強度1.29m·s-1，濕拉毛濕排斥較輕。

3 結(jié)果與討論

與進口涂布紙專用CMC相比，在制成涂料及成紙方面，二者保水值相同，本產(chǎn)品黏度穩(wěn)定性、光澤度、印刷光澤度和表面強度略優(yōu)于進口CMC，濕拉毛濕排斥略差于進口CMC，但實際使用能夠滿足用戶要求。實驗表明，在制備CMC的過程中，如果不使用復合催化劑和相轉(zhuǎn)移催化劑，黏度將無法達到使用要求；同時穩(wěn)定劑的加入，可以保證涂布紙專用CMC在使用中具有極佳的黏度穩(wěn)定性。

4 結(jié)論

為了制備出達到進口涂布紙專用CMC性能指標的產(chǎn)品，滿足造紙企業(yè)的需求，本實驗在制備過程中采用了獨特的工藝和助劑，達到了黏度可控、穩(wěn)定性極佳的目的。通過實際應用和全面測試，證實以該制備方法生產(chǎn)出的涂布紙專用CMC，各項性能指標能夠滿足中高速涂布白卡紙和高檔白板紙生產(chǎn)中的使用要求。

隨著我國造紙工業(yè)的飛速發(fā)展，人們對紙制品的需求日益增長，CMC在造紙工業(yè)的應用也越來越廣泛，本產(chǎn)品原料立足國內(nèi)，成本較低，有著廣闊的市場前景和顯著的經(jīng)濟效益，是一種非常有前途的精細造紙化學品。

[1] 周偉明.淺談羧甲基纖維素鈉在特種紙上的應用[J].造紙化學品，2005(5)：27-29.

[2] 馮明仕，劉延春，郭義，等.CMC用量對涂料及涂布紙性能的影響[J].造紙化學品，2007，19(4)：24-27.

[3] 韓威，喬俊梅，劉鵬.有機反應中的相轉(zhuǎn)移催化劑[J].化工文摘，2009(1)：7-9.

[4] 黃少斌,郭璇華.反應工藝對纖維素醚化反應效果的研究[J].華南理工大學學報：自然科學版，2001，29(7)：66-69.

Development and Application of Special CMC Applied to Coating

ZHAI Run-pei1, WANG Li-min2, YU Bao-guo2
(1.DSME Shandong Co.Ltd., Yantai 264004, China; 2.Yantai Institute of Chemical Industry, Yantai 264000, China)

Under mild process conditions, the special CMC applied to the coating was made with ref i ned cotton cellulose and additives (including composite catalyst, phase transfer catalysts and stabilizers) as raw materials. The result showed that its performance was similar to the imported special CMC level.

phase transfer catalyst; sodium carboxymethyl cellulose(CMC); viscidity; surface intensity; etherif i cation

TS 727+.3

A

1671-9905(2014)06-0028-02

翟潤培（1968-），男，工程師，榮獲山東省科學技術進步獎三等獎1項，山東省冶金科技進步獎一等獎1項，在國家級期刊上發(fā)表論文1篇，完成工藝技術創(chuàng)新與改進項目7個

王麗敏，地址：煙臺市白石路93號 煙臺市化學工業(yè)研究所，電話：13854546499，E-mail：lilly69@sina.com

2014-04-08