คาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลสเสริมแรง

คาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส (Carboxy Methyl Cellulose, CMC) เป็นอนุพันธ์อีเธอร์ของเซลลูโลสธรรมชาติเป็นผงสีขาวหรือสีเหลืองเล็กน้อยเป็นสารลดแรงตึงผิวประจุลบที่ละลายน้ำได้ไม่มีกลิ่น ไม่มีรส ปลอดสารพิษ และละลายน้ำได้ดีเยี่ยม, ความหนืด, อิมัลชัน, การแพร่กระจาย, ความต้านทานของเอนไซม์, ความเสถียรและความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม, CMC ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตกระดาษ, สิ่งทอ, การพิมพ์และการย้อมสี, ปิโตรเลียม, การเกษตรสีเขียว และสาขาโพลีเมอร์ในอุตสาหกรรมกระดาษ CMC ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในสารปรับขนาดพื้นผิวและกาวเคลือบมานานหลายปี แต่ก็ยังไม่ได้รับการพัฒนาและนำไปใช้เป็นสารเสริมความแข็งแรงปลายเปียกในการผลิตกระดาษ

พื้นผิวของเซลลูโลสมีประจุลบ ดังนั้นโพลีอิเล็กโตรไลต์ที่มีประจุลบโดยทั่วไปจึงไม่ดูดซับมันอย่างไรก็ตาม จากการศึกษาพบว่าสามารถติด CMC เข้ากับพื้นผิวของเยื่อกระดาษฟอกขาวที่ปราศจากคลอรีน (ECF) ได้ ซึ่งสามารถเพิ่มความแข็งแรงของกระดาษได้นอกจากนี้ CMC ยังเป็นสารช่วยกระจายตัวซึ่งสามารถปรับปรุงการกระจายตัวของเส้นใยในสารแขวนลอย จึงทำให้กระดาษมีความสม่ำเสมอการปรับปรุงระดับยังเพิ่มความแข็งแกร่งทางกายภาพของกระดาษนอกจากนี้หมู่คาร์บอกซิลบน CMC จะสร้างพันธะไฮโดรเจนกับหมู่ไฮดรอกซิลของเซลลูโลสบนเส้นใยเพื่อเพิ่มความแข็งแรงของกระดาษความแข็งแรงของกระดาษเสริมนั้นสัมพันธ์กับระดับและการกระจายของการดูดซับ CMC บนพื้นผิวไฟเบอร์ และความแข็งแรงและการกระจายของการดูดซับ CMC บนพื้นผิวไฟเบอร์นั้นสัมพันธ์กับระดับของการทดแทน (DS) และระดับของการเกิดพอลิเมอไรเซชัน (DP) ของซีเอ็มซี;ประจุ ระดับการตี และ pH ของเส้นใย ความแข็งแรงของไอออนิกของตัวกลาง ฯลฯ ล้วนส่งผลต่อปริมาณการดูดซับของ CMC บนพื้นผิวของเส้นใย ซึ่งส่งผลต่อความแข็งแรงของกระดาษ

บทความนี้มุ่งเน้นไปที่อิทธิพลของกระบวนการเติม CMC ปลายเปียกและคุณลักษณะของกระบวนการเพิ่มความแข็งแรงของกระดาษ เพื่อประเมินศักยภาพการใช้งานของ CMC ในฐานะสารเสริมความแข็งแรงปลายเปียกในการผลิตกระดาษ และจัดเตรียมพื้นฐานสำหรับการประยุกต์ใช้และการสังเคราะห์ CMC ในการผลิตกระดาษแบบเปียก

1. การเตรียมสารละลาย CMC

ชั่งน้ำหนัก CMC 5.0 กรัมอย่างแม่นยำ (แห้งสนิท แปลงเป็น CMC บริสุทธิ์) ค่อยๆ เติมลงในน้ำกลั่น 600 มล. (50°C) โดยใช้คน (500 รอบ/นาที) กวนต่อ (20 นาที) จนกระทั่งสารละลายใส แล้วปล่อยทิ้งไว้ ทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิห้อง ใช้ขวดปริมาตร 1 ลิตรให้มีปริมาตรคงที่เพื่อเตรียมสารละลายน้ำ CMC ที่มีความเข้มข้น 5.0 กรัม/ลิตร และปล่อยให้ตั้งไว้ในที่เย็นที่อุณหภูมิห้องเป็นเวลา 24 ชั่วโมงเพื่อใช้ในภายหลัง

เมื่อพิจารณาการใช้งานจริงทางอุตสาหกรรม (การผลิตกระดาษที่เป็นกลาง) และผลการปรับปรุง CMC เมื่อค่า pH อยู่ที่ 7.5 ดัชนีแรงดึง ดัชนีการระเบิด ดัชนีการฉีกขาด และความทนทานในการพับของแผ่นกระดาษจะเพิ่มขึ้น 16.4 ตามลำดับ สัมพันธ์กับความแข็งแรงที่สอดคล้องกันของส่วนควบคุมเปล่า ตัวอย่าง.%, 21.0%, 13.2% และ 75% โดยมีผลการปรับปรุงกระดาษที่ชัดเจนเลือก pH 7.5 เป็นค่า pH สำหรับการเติม CMC ในภายหลัง

2. ผลของขนาดยา CMC ต่อการปรับปรุงแผ่นกระดาษ

เติมคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส NX-800AT ปริมาณคือ 0.12%, 0.20%, 0.28%, 0.36%, 0.44% (สำหรับเยื่อแห้งสัมบูรณ์)ภายใต้เงื่อนไขอื่นๆ เดียวกัน พื้นที่ว่างโดยไม่ต้องเพิ่ม CMC ถูกใช้เป็นตัวอย่างควบคุม

เมื่อเนื้อหา CMC เท่ากับ 0.12% ผลการวิจัยพบว่าดัชนีแรงดึง ดัชนีการระเบิด ดัชนีการฉีกขาด และความแข็งแรงในการพับของแผ่นกระดาษเพิ่มขึ้น 15.2%, 25.9%, 10.6% และ 62.5% ตามลำดับ เมื่อเทียบกับตัวอย่างเปล่าจะเห็นได้ว่าเมื่อพิจารณาความเป็นจริงทางอุตสาหกรรมแล้ว ยังสามารถได้รับผลการเพิ่มประสิทธิภาพในอุดมคติได้เมื่อเลือก CMC ขนาดต่ำ (0.12%)

3. ผลของน้ำหนักโมเลกุลของ CMC ต่อการเสริมความแข็งแรงของแผ่นกระดาษ

ภายใต้เงื่อนไขบางประการ ความหนืดของ CMC ค่อนข้างแสดงถึงขนาดของน้ำหนักโมเลกุล ซึ่งก็คือระดับของการเกิดพอลิเมอไรเซชันการเพิ่ม CMC ลงในระบบกันสะเทือนกระดาษ ความหนืดของ CMC มีผลกระทบอย่างมากต่อผลการใช้งาน

เพิ่มผลการทดสอบคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส 0.2% NX-50AT, NX-400AT, NX-800AT ตามลำดับ ความหนืดคือ 0 หมายถึงตัวอย่างเปล่า

เมื่อความหนืดของ CMC อยู่ที่ 400~600mPa•s การเพิ่ม CMC จะทำให้เกิดการเสริมแรงที่ดี

4. ผลกระทบของระดับการทดแทนต่อความแข็งแรงของกระดาษที่ปรับปรุงด้วย CMC

ระดับการทดแทน CMC ที่เพิ่มเข้าไปในส่วนเปียกจะถูกควบคุมระหว่าง 0.40 ถึง 0.90ยิ่งระดับการทดแทนสูงเท่าใด ความสม่ำเสมอของการทดแทนและการละลายก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น และปฏิสัมพันธ์กับเส้นใยก็จะยิ่งสม่ำเสมอมากขึ้นเท่านั้น แต่ประจุลบก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย ซึ่งจะส่งผลต่อการรวมกันระหว่าง CMC และเส้นใย [11]เติมคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส NX-800 และ NX-800AT 0.2% ที่มีความหนืดเท่ากันตามลำดับ ผลลัพธ์จะแสดงในรูปที่ 4

แรงระเบิด แรงฉีกขาด และแรงพับทั้งหมดจะลดลงตามการเพิ่มขึ้นของระดับการทดแทน CMC และถึงระดับสูงสุดเมื่อระดับการทดแทนคือ 0.6 ซึ่งเพิ่มขึ้น 21.0%, 13.2% และ 75% ตามลำดับเมื่อเทียบกับตัวอย่างเปล่าเมื่อเปรียบเทียบแล้ว CMC ที่มีระดับการทดแทน 0.6 จะเอื้อต่อการเพิ่มความแข็งแรงของกระดาษมากกว่า

5. สรุป

5.1 ค่า pH ของระบบปลายเปียกของสารละลายมีอิทธิพลสำคัญต่อความแข็งแรงของแผ่นกระดาษที่ปรับปรุงด้วย CMCเมื่อค่า pH อยู่ในช่วง 6.5 ถึง 8.5 การเติม CMC สามารถสร้างผลการเสริมความแข็งแกร่งที่ดี และการเสริมความแข็งแกร่งของ CMC เหมาะสำหรับการผลิตกระดาษที่เป็นกลาง

5.2 ปริมาณ CMC มีอิทธิพลอย่างมากต่อการเสริมความแข็งแกร่งของกระดาษ CMCด้วยการเพิ่มขึ้นของปริมาณ CMC ความต้านทานแรงดึง ความต้านทานการระเบิด และความต้านทานการฉีกขาดของแผ่นกระดาษเพิ่มขึ้นในขั้นแรก จากนั้นมีแนวโน้มที่จะค่อนข้างคงที่ ในขณะที่ความทนทานต่อการพับมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นก่อนแล้วจึงลดลงเมื่อปริมาณเป็น 0.12% สามารถรับผลการเสริมความแข็งแรงของกระดาษได้ชัดเจน

น้ำหนักโมเลกุลของ 5.3CMC ยังส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อผลการเสริมความแข็งแกร่งของกระดาษอีกด้วยCMC ที่มีความหนืด 400-600mPa·s สามารถเสริมความแข็งแรงของแผ่นได้ดี

5.4 ระดับของการทดแทน CMC มีผลกระทบต่อผลการเสริมความแข็งแกร่งของกระดาษCMC ที่มีระดับการทดแทน 0.6 และ 0.9 สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพความแข็งแรงของกระดาษได้อย่างเห็นได้ชัดผลการปรับปรุงของ CMC ที่มีระดับการทดแทน 0.6 ดีกว่าผลการปรับปรุงของ CMC ที่มีระดับการทดแทน 0.9