纤维素衍生物

出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《制浆造纸手册：第八分册纸料的准备》第510页（4111字）

造纸工业常用的纤维素衍生物是羧甲基纤维素、甲基纤维素和羟乙基纤维素等，它们均可溶于水或碱性溶液中，其中最常用的是羧甲基纤维素，可用作为浆内添加剂、表面施胶剂和涂布胶粘剂等。

1．羧甲基纤维素

羧甲基纤维素简称CMC。

(1)性质和用途

羧甲基纤维素的性质如表10—3—37所示。

表10—3—37

羧甲基纤维素钠是羧甲基纤维素的钠盐，简称CMC—Na，但在日常生产和使用中也常简称CMC，本节介绍的简写CMC即指羧甲基纤维素的钠盐。CMC具有碱溶性和水溶性，水溶性有粘性，能显着增加溶液的粘度。CMC不会发酵，具有抗盐的能力和一定的热稳定性，因此近代广泛应用于国民经济各部门。

(2)决定羧甲基纤维素性质的因素

①取代度：取代度简称“DS”，是纤维素基环上三个羟基在醚化反应中取代的程度，所以也称为醚化度。在理论上如三个羟基全部取代羧甲基，则称取代度为3，所以可以按照需要制成不同醚化度的产品，但实际生产的产品其平均取代度多为0．4～1。

CMC因取代度不同，其溶解性能也随之不同。一般分为三大类，如表10—3—38所示。

表10—3—38

从上表可以看出，CMC的水溶性的大小，主要取决于取代度的大小，取代度为0．2～0．3的CMC只能溶于碱溶液中，而当取代度大于0．4则可很容易溶于水中，取代度越大，产品的水溶性越好。

适用于造纸工业的CMC，其取代度应在0．4～1．2之间。通常加入浆内的，其取代度约0．4～0．7(低取代度)，应用于表面施胶的取代度约0．7～0．8(中取代度)。

②粘度：CMC溶解于水以后形成粘性液体是其主要特点，也是产品分型号和定品级重要指标之一，使用者可根据不同使用要求选用某一粘度范围的产品。

取代度和聚合度决定聚合物的分子量，而分子量高低又决定溶液浓度的大小。

根据粘度，CMC产品又可分为三种，如表10—3—39所示。

表10—3—39

对于用在造纸工业中的表面施胶和涂布，应选择一种适当粘度的CMC。一般说来，具有中等粘度(0．3～0．6Pa·s)或低粘度的CMC应用于纸的表面施胶是比较合适的。

CMC的水溶液，其粘度一般是较稳定的，但在实际使用过程中，使用的浓度、温度和pH值等会对CMC水溶液粘度发生影响。

③有规律的取代基：在一定的取代度和聚合度情况下，纤维素链上取代基的规律性会影响到CMC溶液的流动性。有规律取代基的CMC在聚合过程中会产生有力的结合，反之则缺乏一定的结合力。

(3)CMC胶液的制备

少量CMC在水中溶解是比较快的，但当CMC量较多和水量较少情况下，有可能会出现湿润不完全的CMC抱团、粘附于容器壁和CMC粉末溶于水溶液表面等现象。在工业上一般采用高速搅拌装置，以加速溶解，其方法是将水先放入容器，开动搅拌后以较快速度加入CMC使其沉入液面之下，然后继续搅拌，直至流完为止。

实验室少量使用，则可先用少量乙醇或丙酮润湿CMC粉之后，再加水搅拌就很容易配成所需浓度。近年来，国外发展了速溶品种的CMC。

CMC如用热水可显着加快溶解速度，而不会影响溶液粘度。

一种溶解CMC的设备如图10—3—48所示。

图10—3—48 CMCi容解槽

(4)CMC溶解实例

①一种CMC溶解流程如图10—3—49所示。

图10—3—49 一种CMC溶解流程示意图

1—溶解槽 2—高速搅拌器 3—过滤器 4—贮存槽 5—高位槽

②溶解CMC的工艺条件如表10—3—40所示。

表10—3—40

③溶解CMC的操作程序：溶解CMC的操作程序如表10—3—41所示。

表10—3—41

(5)CMC在表面施胶中的应用

1)使用CMC作为表面施胶剂的作用

①提高纸张的表面强度，纸张表面变得比较致密和平滑而不易掉毛和掉粉。

②增加纸张耐破度，并在一定程度上提高纤维内部结合力。

③可使纸张具有良好的耐磨性和耐油性。

—般印刷用纸经低到中等粘度类型的CMC表面施胶后，可防止印刷时起毛或掉粉现象，并可增加光亮油墨的适印性。

2)CMC与其他施胶剂混合使用：对于表面施胶，CMC可与氧化淀粉、动物胶和植物胶等混合使用，也可在其内添加尿醛树脂以改善其抗水性。CMC与其他胶料在表面施胶中应用的对比如下：

①对于生产晒图原纸，用CMC(浓度按0．25%)和氧化淀粉(浓度2%)进行表面施胶的对比如表10—3—42所示。

表10—3—42

从上表可看出，晒图原纸用浓度为0．25%的CMC，或用浓度为2%的氧化淀粉进行表面施胶的比较，其物理强度数值基本相同。

②对于胶版印刷纸，用CMC和氧化淀粉进行表面施胶的试验比较如表10—3—43所示。

表10—3—43

③对于含有磨石磨木浆定量为70～80g／m2的胶版印刷纸，以各种淀粉、CMC作为胶料进行的表面施胶试验，其结果如图10—3—50和图10—3—51所示。对于裂断长和表面强度，3%淀粉与1%CMC所得的结果相同。

图10—3—50 淀粉与CMC的挂胶量和裂断长增加的关系

图10—3—51 纸张表面强度(以纸张破裂时印刷距离表示)与淀粉、CMC挂胶量的关系

④CMC挂胶量与粘度之间的关系如图10—3—52所示。

图10—3—52 淀粉、CMC挂胶量与粘度之间的关系

2．甲基纤维素

甲基纤维素简称MC，是一种不太常用的表面施胶剂。

应用于造纸工业的MC，通常含有1．7～1．9甲氧基取代度和0．01～4Pa·s(10～4000cP)的粘度。在制备甲基纤维素水溶液时，应先将干料用热水润湿，冷却后加水搅拌，直至呈透明溶液。甲基纤维素是稳定的，可长期保存而不需加入防腐剂。

与羧甲基纤维素钠盐相同，甲基纤维素在表面施胶时，也能在纸面上产生一种强韧、不能透过油脂的覆膜，并显着减少纸张的气孔度，所以可用于防油纸和蜡纸等的表面施胶。当应用于印刷纸时，也可显着改善印刷油墨的光度。

3．羟乙基纤维素

羟乙基纤维素简称HEC，也是一种不太常用的表面施胶剂。

羟乙基纤维素有碱溶性和水溶性两种。碱溶性羟乙基纤维素溶液的制备方法是将羟乙基纤维素溶解于3%以上的NaOH溶液中。

碱溶性的羟乙基纤维素在用作表面施胶时，也能在纸面上产生柔韧的覆膜，具有抗油脂、耐磨擦和印刷时油墨光度良好等性能。