Бумажные химикаты
Бумажные химикаты обозначают группу химикатов , которые используются для производства бумаги или изменяют свойства бумаги . Эти химикаты могут быть использованы для изменения бумаги многими способами, включая изменение ее цвета и яркости или повышение ее прочности и водостойкости. [1] Химикаты могут быть определены на основе их использования в процессе.
Химические вещества используются не только для придания бумаге определенных свойств, но и для регулирования круговорота воды в процессе, кондиционирования тканей, очистки оборудования и ряда других целей.
Химикаты, используемые в производстве бумаги
| Общее название | Научное название | Химическая формула | Примечания |
|---|---|---|---|
| Квасцы | «Сульфат алюминия» | Al2 ( SO4 ) 3 · 18H2O | Для щелочной проклейки вместе с канифолью [ необходимо разъяснение ] |
| Альбарин | " Сульфат кальция " | CaSO4 · 2H2O | Строительные материалы |
| Диоксид хлора | Диоксид хлора | ClO2 | Отбеливание целлюлозы |
| Хлор | Хлор | Кл 2 | Отбеливание целлюлозы |
| Доломит | Карбонат кальция и магния | CaMg( CO3 ) 2 | Наполнитель, Покрытие |
| ДТПА | Диэтилентриаминпентауксусная кислота | С14Н33Н3О10 | Используется для хелатирования (удаления переходных металлов из пульпы). |
| ЭДТА | Этилендиаминтетрауксусная кислота | С10Н16Н2О8 | Используется для хелатирования (удаления переходных металлов из пульпы). |
| Фермент [ какой? ] | Используется при удалении краски | ||
| FSA | Формамидин серная кислота или диоксид тиомочевины | СН4Н2SO2 | Отбеливание после удаления краски |
| гуаровая камедь | Природный полимер; систематическое название отсутствует. | Добавка для повышения прочности в сухом состоянии | |
| Гипс или минеральная белила или гипс | сульфат кальция | CaSO4 · 2H2O | Гипсокартон |
| Перекись водорода | Перекись водорода | Н2О2 | При отбеливании целлюлозы |
| Хлорноватистая кислота | Хлорноватистая кислота | HOCl | При отбеливании целлюлозы |
| Лайм | Оксид кальция | Са О | Процесс щелочной варки целлюлозы, химическая рекуперация, отбеливание |
| Известняк | Карбонат кальция | СаСО3 | Для получения осажденного CaCO3 , используется в качестве наполнителя и в качестве покрытия. |
| Бисульфит магния | Бисульфит магния | Mg( HSO3 ) 2 | Используется в сульфитной варке целлюлозы |
| Магнезит | Карбонат магния | MgCO3 -100 % | Наполнитель для сигаретной бумаги |
| Молоко извести | Гидроксид кальция | Са(ОН) 2 | Для каустификации зеленого щелока |
| Молоко Магнезии | Гидроксид магния | Мg(ОН) 2 | |
| Кислород | Кислород | О 2 | При отбеливании целлюлозы |
| Озон | Озон | О 3 | При отбеливании целлюлозы |
| Канифоль | Абиетиновая кислота | С19Н29СООН | Размеры |
| Мыло из канифоли | Абиетат натрия | C19H29COONa | Размеры |
| Соляной пирог | сульфат натрия | Na2SO4 · 10H2O | Химический состав для восстановления сульфатной целлюлозы (Na 2 SO 4 . ---Na 2 S) |
| Мыло/жирная кислота | Очистка от краски | ||
| Бисульфит натрия | Бисульфит натрия | NaHSO3 | Используется в сульфитной варке целлюлозы |
| Кальцинированная сода | Карбонат натрия | Na2CO3 | Химический состав для щелочной варки целлюлозы (Na 2 CO 3 +Ca(OH) 2 ---2NaOH+CaCO 3 ) |
| Алюминат натрия | Алюминат натрия | Na2Al2O4 | Используется в сочетании с квасцами для контроля pH |
| Бисульфит натрия | Бисульфит натрия | NaHSO3 | Химический компонент кислотного типа для варки целлюлозы, иногда используемый для нейтрализации остаточного хлора в целлюлозе в процессе отбеливания. |
| Хлорат натрия | Хлорат натрия | NaClO3 | Используется для получения диоксида хлора |
| Дитионит натрия | Гидросульфит натрия | Na2S2O4 | Отбеливание |
| Гипохлорит натрия | Гипохлорит натрия | Na2O2Cl2 | Отбеливание |
| Перекись натрия | Перекись натрия | Na2O2 | Отбеливание |
| Силикат натрия | Силикат натрия | Na2SiO3 | При очистке макулатуры от краски для смачивания, пептизации, диспергирования краски, стабилизации перекиси. |
| сульфид натрия | сульфид натрия | Na2S | Активный химикат в сульфатном варочном растворе |
| Тиосульфат натрия | Тиосульфат натрия | Na2S2O3 | Отбеливание |
| Триполифосфат натрия | Триполифосфат натрия | Na5P3O10 | Диспергатор |
| Крахмал | Добавка для мокрого и сухого конца | Состоит из единиц глюкозы, соединенных между собой кислородными мостиками, называемыми гликозидами. | |
| Сера | Сера | С | Для приготовления HSO 3 для бисульфитной варки целлюлозы |
| Поверхностно-активное вещество | Используется при очистке от краски. Используется в качестве разрыхлителя при производстве распушенной целлюлозы. | ||
| Титания | Диоксид титана | TiO2 | Наполнитель для повышения непрозрачности и яркости бумаги. Используется в покрытии. |
| Анатаз | Диоксид титана | TiO2 |
Измельчение
Химическая варка целлюлозы включает растворение лигнина для извлечения целлюлозы из древесного волокна. Различные процессы химической варки целлюлозы включают процесс Крафта , который использует каустическую соду и сульфид натрия и является наиболее распространенным; в качестве альтернативы, использование сернистой кислоты известно как сульфитный процесс , нейтральный сульфитный полухимический процесс рассматривается как третий процесс, отдельный от сульфита, и натронная варка целлюлозы , которая является наименее экологически опасной, использующей гидроксид натрия или антрахинон . [2]
Каустическая сода добавляется для повышения pH в процессе варки волокон. Более высокий pH раствора бумажного волокна приводит к разглаживанию и набуханию волокон, что важно для процесса измельчения волокон.
Отбеливание
При производстве белой бумаги древесная масса отбеливается для удаления любого цвета из следовых количеств лигнина, которые не были извлечены в процессе химической варки. Существует три основных метода отбеливания:
- При отбеливании элементарным хлором используются хлор и гипохлорит .
- Отбеливание без использования элементарного хлора более экологично, поскольку исключает использование гипохлорита и заменяет хлор диоксидом хлора или хлоратом натрия . [3]
- Полностью безхлорное отбеливание использует кислород и перекись водорода . Это самый 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 добавления этой стойкости было использование канифоли в сочетании с квасцами . Когда бумажная промышленность начала использовать мел вместо каолина в качестве наполнителя, химия бумаги должна была перейти на нейтральный процесс. В нескольких местах используются AKD ( алкилкетеновый димер ) и ASA ( алкенилянтарный ангидрид ). Последняя разработка заключается в использовании поверхностной проклейки, [5] которая наносится с помощью клеильного пресса. Преимущество поверхностной проклейки заключается в том, что она не влияет на химию воды на заднем плане.
Укрепление
Прочность во влажном состоянии
Добавки для повышения влагопрочности гарантируют, что бумага сохраняет прочность при намокании. Это особенно важно для папиросной бумаги . Химикаты, обычно используемые для этой цели, включают эпихлоргидрин , меламин , мочевиноформальдегид и полиимины . Эти вещества полимеризуются в бумаге и приводят к образованию укрепляющей сети.
Для повышения прочности бумаги катионный крахмал добавляется к влажной пульпе в процессе производства. Крахмал имеет схожую химическую структуру с целлюлозным волокном пульпы, а поверхность как крахмала, так и волокна заряжена отрицательно. При добавлении катионного (положительно заряженного) крахмала волокно может связываться с крахмалом и, таким образом, также увеличивать взаимосвязи между волокнами. Положительно заряженная часть крахмала обычно образована четвертичными катионами аммония . Используемые четвертичные соли включают 2,3-эпоксипропилтриметиламмонийхлорид (EPTAC, также известный как или Glytac Quab, GMAC™) и (3-хлор-2-гидроксипропил)триметиламмонийхлорид (CHPTAC, также известный как Quat 188, Quab 188, Reagens™).
Прочность в сухом состоянии
Добавки для повышения прочности в сухом состоянии или агенты для повышения прочности в сухом состоянии — это химические вещества, которые повышают прочность бумаги в нормальных условиях. Они повышают прочность бумаги на сжатие , прочность на разрыв, прочность на разрыв и сопротивление расслоению. Типичные используемые химические вещества включают производные катионного крахмала и полиакриламида (ПАМ). Эти вещества работают, связывая волокна, часто с помощью ионов алюминия в листе бумаги.
Переплеты
Связующие способствуют связыванию частиц пигмента между собой и слоем покрытия бумаги. [6] Связующие представляют собой сферические частицы диаметром менее 1 мкм. Обычными связующими являются сополимер стирола и малеинового ангидрида или сополимер стирола и акрилата. [7] Химический состав поверхности различается по адсорбции акриловой кислоты или анионного поверхностно-активного вещества , оба из которых используются для стабилизации дисперсии в воде. [8] Со-связующие, или загустители, обычно представляют собой водорастворимые полимеры, которые влияют на вязкость цвета бумаги, удержание воды, проклейку и блеск. Некоторые распространенные примеры — карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), катионная и анионная гидроксиэтилцеллюлоза (ЭГЭЦ), модифицированный крахмал и декстрин . Стирол-бутадиеновый латекс, стирол-акрил, декстрин , окисленный крахмал используются в покрытиях для связывания наполнителя с бумагой. Со-связующие — это натуральные продукты, такие как крахмал и КМЦ ( карбоксиметилцеллюлоза ), которые используются вместе с синтетическими связующими, такими как стирол-акрил или стирол-бутадиен. Со-связующие используются для снижения стоимости синтетического связующего и улучшения водоудержания и реологии покрытия .
Наполнители
Минеральные наполнители используются для снижения потребления более дорогого связующего материала или для улучшения некоторых свойств бумаги. [9] Китайская глина , карбонат кальция, диоксид титана и тальк являются распространенными минеральными наполнителями, используемыми в производстве бумаги. [ требуется ссылка ]
Удержание
Удерживающий агент добавляется для связывания наполнителей с бумагой. Наполнители, такие как карбонат кальция , обычно имеют слабый поверхностный заряд. Удерживающий агент представляет собой полимер с высокими катионными, положительно заряженными группами. Дополнительной функцией удерживающего агента является ускорение обезвоживания в сеточной части бумагоделательной машины . Полиэтиленимин и полиакриламид являются примерами химикатов, используемых в этом процессе. [ необходима цитата ]
Покрытие
Пигменты
1) Бумага или картон
2) Первый слой покрытия для выравнивания поверхности
3) Второй слой для еще более гладкой и белой поверхности
Можно добавлять пигменты , поглощающие в желтой и красной части видимого спектра. По мере поглощения света красителем яркость бумаги будет уменьшаться, в отличие от эффекта оптического отбеливателя. Для повышения белизны часто используют комбинацию пигментов и оптического отбеливателя. Наиболее часто используемые пигменты — синие и фиолетовые красители. [ необходима цитата ]
Оптически-осветляющий агент
Оптический отбеливатель используется для того, чтобы бумага казалась белее. Оптически отбеливающие агенты используют флуоресценцию для поглощения невидимого излучения из ультрафиолетовой части светового спектра и переизлучают излучение в виде света в видимом синем диапазоне. Таким образом, оптически отбеливающий агент 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, он увеличивает яркость материала (когда освещение включает ультрафиолетовое излучение). [10]
Смотрите также
- Очистка переработанной бумаги от краски
- Поверхностная химия бумаги
- Organosolv (техника варки пульпы)
- Пер- и полифторалкильные вещества
Ссылки
- ^ Рудольф Патт и др. «Бумага и целлюлоза» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана, 2005, Витч, Вайнхайм. doi :10.1002/14356007.a18_545.purba
- ^ Управление по контролю за воздухом и отходами; Управление по планированию и стандартам качества воздуха (август 1977 г.). "10 Обработка древесины". В Lahre, Thomas (ред.). Compilation of Air Pollutant Emission Factors (PDF) (3-е изд.). Research Triangle Park, North Carolina 27711: Агентство по охране окружающей среды США. стр. 419. ISBN 978-1-249-50100-8. Архивировано (PDF) из оригинала 3 июня 2016 г. . Получено 7 сентября 2015 г. .
{{cite book}}: CS1 maint: местоположение ( ссылка ) - ^ Химикаты для повышения производительности целлюлозно-бумажной промышленности (PDF) (Отчет). Гетеборг, Швеция: EKA Chemicals/Akzo Nobel. 2011. стр. 2. Архивировано (PDF) из оригинала 14 мая 2013 г. Получено 8 сентября 2015 г.
- ^ "7.3.9. Полностью безхлорное отбеливание бумажной крафт-целлюлозы". Дополнительный технический документ по разработке 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 г. стр. 7–26. EPA-821-R-97-011. Архивировано из оригинала 16 октября 2019 г. Получено 22 мая 2016 г.
- ^ "Cationic Surface Size". 22 мая 2021 г. Архивировано из оригинала 15 декабря 2022 г. Получено 30 июня 2022 г.
- ^ Фардим, Педро (2000). «Химия бумаги и поверхности. Часть 1. Химия поверхности волокон и мокрого конца». Институт химии : 1–14.
- ^ Фардим, Педро (2000). «Химия бумаги и поверхности. Часть 2. Покрытие и пригодность для печати». Институт химии : 1–13.
- ^ Granier (1994). «Адгезия латексных частиц на неорганических поверхностях». TAPPI J. 77 ( 5): 419.
- ^ "Исследование рынка: наполнители (3-е издание)". Ceresana. Январь 2014. Архивировано из оригинала 21 сентября 2013 года . Получено 7 сентября 2015 года .
- ^ Хэ Ши; Хунбинь Лю; Юнхао Ни; Чжижунь Юань; Сюэцзюнь Цзоу; Яцзюнь Чжоу (2012). «Обзор: использование оптических отбеливателей (OBA) в производстве бумаги, содержащей высокопродуктивную целлюлозу». BioResources . 7 (2): 2582–2591. Архивировано из оригинала 24 июня 2016 г. Получено 22 мая 2016 г.
Внешние ссылки
- Список химикатов, используемых в производстве целлюлозы и бумаги
