涂布纸专用CMC的研制与应用

翟润培，王丽敏，于保国

（1.大宇造船海洋（山东）有限公司，山东 烟台 264004；2.烟台市化学工业研究所，山东 烟台 264000）

涂布纸专用CMC的研制与应用

翟润培1，王丽敏2，于保国2

（1.大宇造船海洋（山东）有限公司，山东 烟台 264004；2.烟台市化学工业研究所，山东 烟台 264000）

以精制棉纤维素、助剂（包括复合催化剂、相转移催化剂和稳定剂）为原料，采用温和的工艺条件，制备涂布纸专用CMC。实验结果表明，其性能指标接近进口专用CMC的水平。

相转移催化剂；羧 甲基纤维素钠；粘度；拉毛强度；醚化反应

CMC（学名羧甲基纤维素钠）是一种属于表面活性胶体、具有高分子结构的化合物，在造纸、纺织、涂料、油田、橡胶、陶瓷、医药、选矿等方面具有十分广泛的用途[1]。在我国大量引进的高档白板纸及涂布卡板纸生产线上，广泛使用涂布粘接助剂——涂布纸专用CMC。该助剂属高档精细化学品，具有技术指标特殊、性能先进、专用性强等特点。

近年来，广州、江苏等地的CMC生产企业，通过引进国外的原料，开发出造纸专用CMC，但所生产的产品，经厂家试用，部分技术指标仍无法达到进口产品的水平，不能满足造纸企业在中、高速涂布白卡纸和高档白板纸生产中的使用要求。

随着造纸行业技术进步的加快，我国造纸行业产能已经接近工业国的水平，所使用的涂布助剂——涂布纸专用CMC在中、高速涂布纸的生产中，以优异的性能，强力的疏水性[2]，发挥着变性淀粉、干酪素和PVA无法取代的作用。因此，研制开发涂布纸专用CMC，满足造纸行业在中、高速涂布白卡纸和高档白板纸生产中的使用要求，具有十分重要的意义。

本实验采取相转移催化技术[3]及复合助剂控制技术，实现了涂布纸专用CMC的黏度控制和稳定化，并进行了应用试验。

1 实验部分

1.1 原料及试剂

木浆，精制棉，氢氧化钠，氯乙酸，乙醇，异丙醇，甲醇，硝酸，双氧水，氨水，冰乙酸，四甲基氯化铵等。原料均为工业级。

1.2 仪器设备

分析天平，旋转黏度计，实验室用旋片式真空泵，酸度计，马弗炉，恒温水槽，带回流冷凝管、温度计及电动搅拌装置的1500mL三口圆底烧瓶等。

1.3 制备

1.3.1 制备方法

CMC的制备有许多种方法，其中主要有：

1) 捏合法：以短棉绒为原料，经脱脂漂白后，浸渍于烧碱溶液中，压榨制成碱纤维素，然后置于捏合机中，以醇（甲醇、乙醇、异丙醇）为溶剂，用氯乙酸进行醚化反应，再经中和洗涤而成[3]。国内大部分企业采用这种方法生产CMC，它的缺点是产品的黏度不稳定，纯度较低，溶解困难。

2) 淤浆法：木浆（纸浆）浸泡在高倍数溶液（由水、异丙醇、烧碱组成）中，经适当的温度和时间处理后，加入氯乙酸，升温反应，加入烧碱中和，经过滤、洗涤、干燥而成。国外绝大多数生产企业采用这种方法，该方法的优点是产品纯度高，质量好，性能稳定，适于大规模生产中使用。其缺点是一次性投入高，溶剂回收能耗大。

涂布纸专用CMC特殊的使用要求在于较低的黏度、适中的取代度、较高的纯度、良好的黏度稳定性和极佳的速溶性。因此，仅仅采用淤浆法工艺生产出的CMC还不能够满足白卡纸和高档白板纸生产的使用要求，需要对淤浆法生产工艺进行改进或对CMC进行改性处理。

CMC改性方法[4]可以分成前处理法、中间处理法和后处理法。前处理法是在制成碱纤维素之前，用氨水、液碱、硼砂等对纤维素进行处理；中间处理法是在加入氯乙酸的同时，加入其他改性剂，如次氯酸钠、相转移催化剂——四甲基氯化铵、硝酸等，进行羧甲基化反应；后处理法是在醚化反应制成CMC后，加入高浓度双氧水、硝酸等进行处理。

本实验结合前处理法和后处理法，采用中间处理法的部分试剂，制备出符合要求的CMC。

1.3.2 制备

将木浆200g浸渍于由125g烧碱、600mL异丙醇、10g复合催化剂和水等组成的溶液中，常温搅拌2.5h，补加氯乙酸96g、异丙醇110g、相转移催化剂四甲基氯化铵5g等，加热升温至67℃，保温1.5h，降温、中和，加入双氧水20g及稳定剂5g，再经过滤、烘干、粉碎，得微黄色粒状产品。

2 检测

通过对产品的检测，得到如下参数值，标准黏度（4%，20℃，100r·min-1）150CP，pH值7.06，取代度（DS值）0.75。与之相对应，用户的要求是标准黏度（4%，20℃，100r·min-1）50～200CP，pH值6.5～8.0，取代度（DS值）0.60～0.90。为了用户使用方便，在实际生产中，将CMC制成10%浓度的纸张涂料，实测黏度15000CP。

本实验产品配制成纸张涂料的各项指标为：固含量58.9%，pH值8.03，黏度3484CP，24h黏度3308CP，保水值33s。用户采用进口CMC配制成纸张涂料的各项指标为：固含量59.0%，pH值8.30，黏度3400CP，24h黏度3036CP，保水值33s。

本实验产品涂布成纸的物理指标为：光泽度43.9%，印刷光泽度87.8%，表面强度1.36m·s-1，湿拉毛湿排斥较重。进口CMC涂布成纸的物理指标为：光泽度41.1%，印刷光泽度84.7%，表面强度1.29m·s-1，湿拉毛湿排斥较轻。

3 结果与讨论

与进口涂布纸专用CMC相比，在制成涂料及成纸方面，二者保水值相同，本产品黏度稳定性、光泽度、印刷光泽度和表面强度略优于进口CMC，湿拉毛湿排斥略差于进口CMC，但实际使用能够满足用户要求。实验表明，在制备CMC的过程中，如果不使用复合催化剂和相转移催化剂，黏度将无法达到使用要求；同时稳定剂的加入，可以保证涂布纸专用CMC在使用中具有极佳的黏度稳定性。

4 结论

为了制备出达到进口涂布纸专用CMC性能指标的产品，满足造纸企业的需求，本实验在制备过程中采用了独特的工艺和助剂，达到了黏度可控、稳定性极佳的目的。通过实际应用和全面测试，证实以该制备方法生产出的涂布纸专用CMC，各项性能指标能够满足中高速涂布白卡纸和高档白板纸生产中的使用要求。

随着我国造纸工业的飞速发展，人们对纸制品的需求日益增长，CMC在造纸工业的应用也越来越广泛，本产品原料立足国内，成本较低，有着广阔的市场前景和显著的经济效益，是一种非常有前途的精细造纸化学品。

[1] 周伟明.浅谈羧甲基纤维素钠在特种纸上的应用[J].造纸化学品，2005(5)：27-29.

[2] 冯明仕，刘延春，郭义，等.CMC用量对涂料及涂布纸性能的影响[J].造纸化学品，2007，19(4)：24-27.

[3] 韩威，乔俊梅，刘鹏.有机反应中的相转移催化剂[J].化工文摘，2009(1)：7-9.

[4] 黄少斌,郭璇华.反应工艺对纤维素醚化反应效果的研究[J].华南理工大学学报：自然科学版，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

翟润培（1968-），男，工程师，荣获山东省科学技术进步奖三等奖1项，山东省冶金科技进步奖一等奖1项，在国家级期刊上发表论文1篇，完成工艺技术创新与改进项目7个

王丽敏，地址：烟台市白石路93号 烟台市化学工业研究所，电话：13854546499，E-mail：lilly69@sina.com

2014-04-08