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    羧甲基纖維素鈉的性質和作用有哪些

    發布日期:2014-06-21 16:14:51
     
     羧甲基纖維素鈉 羧甲基纖維素鈉CMC是纖維素的羧甲基化衍生物又名纖維素膠是最主要的離
    子型纖維素膠。CMC 于 1918 年由德國首先制得并于 1921 年獲得專利而見諸于世此
    后便在歐洲實現商業化生產。當時只為粗產品用作膠體和粘結劑。19361941 年對 CMC 
    工業應用的研究相當活躍并發表了幾個具有啟發性的專利。第二次世界大戰期間德國將 
    CMC 用于合成洗滌劑。CMC 的工業化生產開始于二十世紀三十年代德國 IG 
    Farbenindustrie AG。此后生產工藝、生產效率和產品質量逐步有了明顯的改進。1947 年
    美國 FDA 根據毒物學研究證明CMC 對生理無毒害作用允許將其用于食品加工業中作
    添加劑起增稠作用。CMC 因具有許多特殊性質如增稠、粘結、成膜、持水、乳化、懸
    浮等而得到廣泛應用。近年來不同品質的 CMC 被用于工業和人們生活的不同領域中。
    羧甲基纖維素鈉 
    1 CMC 的分子結構特征  
    纖維素是無分支的鏈狀分子由 D-吡喃葡萄糖通過 β-(1→4)-苷鍵結合而成。由于存在
    分子內和分子間氫鍵作用纖維素既不溶于冷水也不溶于熱水這使它的應用受到了限制。
    纖維素在堿性條件下溶脹如果通過特殊的化學反應用其它基團取代葡萄糖殘基上 C2、
    C3及 C6位的羥基即可得到纖維素衍生物其中有 35的純纖維素被轉化為纖維素酯
    25和纖維素醚10。  
    CMC 是纖維素醚的一種通常是以短棉絨纖維素含量高達 98或木漿為原料通
    過氫氧化鈉處理后再與氯乙酸鈉ClCH2COONa反應而成通常有兩種制備方法水媒
    法和溶媒法。也有其他植物纖維被用于制備 CMC新的合成方法也不斷地被提出來。  
    CMC 為陰離子型線性高分子。構成纖維素的葡萄糖中有 3 個能醚化的羥基因此產品
    具有各種取代度取代度在 0.8 以上時耐酸性和耐鹽性好。商品 CMC 有食品級及工業級
    之分后者帶有較多的反應副產物。CMC 的實際取代度一般在 0.41.5 之間食品用 CMC 
    的取代度一般為 0.60.95近來修改后的歐洲立法允許將 DS 最大為 1.5 的 CMC 用于
    食品中取代度增大溶液的透明度及穩定性也越好。  
    取代度Degree of SubstitutionDS決定了 CMC 的性質而取代基的分布也會對產
    品性質產生影響。DS 和取代基分布的準確測定是優化反應條件、確定結構性質關系的先決
    條件。羧甲基可以在葡萄糖單元AGU的 2、3、6 位上發生取代有八種可能的結構單
    元無取代C2C3C6C2、C3C2、C6C3、C6C2、C3、C6構成了高分子鏈。
    不同高分子鏈中重復單元的分布也可能是不同的。  
    1.1 DS 的測定  
    測定 CMC 取代度的一種常用方法是滴定法把 CMC 鈉鹽轉化為酸的形式反之亦然。
    把CMC 鈉鹽分散在乙醇和鹽酸中用已知摩爾濃度的氫氧化鈉溶液滴定。還有一種反滴定
    法一般是測定 CMC 取代度的標準方法把氫氧化鈉加入到未知量的 CMC 酸中反滴
    定過量的氫氧化鈉來計算 DS。電導滴定法也可以較準確地測定 DS曾暉揚等提出了紅外
    光譜法并可直觀地大致判斷出樣品的純度以決定是否需要對樣品進行提純精制。  
    鈉的確定比較簡單但是需要滿足一些先決條件CMC 需要完全轉化為鈉鹽的形式
    而且在合成中帶來的 NaCl 及氯乙酸鈉需要完全除去。后一種問題一般是通過透析的方法
    解決但是這樣也存在一個問題對于部分取代度高而分子量低的分子容易流失這樣會帶
    來誤差。  
    CMC 可以與鹽離子如銅離子作用生成沉淀反滴定過量的銅離子也可以確定 CMC 的
    取代度。對于 CMC用硝酸鈾酰溶液使之沉淀然后將其燃燒測定得到的氧化鈾也是一
    種測定取代度的有效方法。  
    除此以外還有其他用于測定 CMC 取代度的方法如核磁、毛細管電泳等。液相核磁測 
     量中存在一個問題是由高分子溶解在 D2O 中產生的高粘度引起的隨樣品聚合度增加線
    寬也增加。 
    研究發現通過超聲處理的方法能使高分子部分降解而羧甲基不會斷裂同時也不會有單
    體和二聚體經過超聲處理的 CMC 的譜圖得到了改善。酶降解也可以用于改善聚電解質
    的核磁譜圖。 
    Saake,Horner 等將 CMC 用酸水解經 HPLC 分離后用13C NMR 表征。對傳統的 
    CMC 樣品用硫酸和高氯酸水解比較發現高氯酸效率更高。對于兩種水解方法來說八種 
    CMC 構成單元的產生均隨 DS 升高而降低。而對于用新方法合成的 CMC 樣品結果則
    不同如由誘導相分離得到的 CMC 樣品取代度直到 1.9 水解程度仍不斷升高但定位
    選擇取代的 2,3-O-CMC 隨 DS升高而下降對 2,3-O-CMC 樣品來說用硫酸水解效果更
    好。需要指出的是傳統的方法仍是十分有用的因為不需要昂貴的儀器可以重復測量。  
    1.2 取代形式的測定  
    目前確定取代基分布最重要的方法是在樣品經過降解后利用13C CP/MAS NMR-和
    13C NMR 液相核磁 1H NMR 以及色譜技術HPLC,HPAEC-PAD、氣-液色譜。  
    通過13C CP/MAS NMR 的方法在接觸時間為 2ms 下測量平均取代度能通過羧基和 
    C-1的信號面積的比率計算得到。圖 2 為 DS 為 2.4 的 CMC 樣品的核磁譜圖。通過13C 
    P/MAS NMR方法測得的24個CMC樣品的DS與用鈉的重量分析法得到的結果吻合得很好。
    用13C NMR液相核磁方法可以估算確定平均取代度和在2x2、3x3、6x6位上的
    部分取代度。Capitani等[20]在90℃下對CMC水溶液進行了精確的高場H-1,600MHz1D
    和2D實驗通過門控去偶13C NMR譜圖不僅能得到取代度也能測定取代基分布。電導滴
    定很好地支持了所得結果。 
    降解樣品的1H NMR 譜圖同樣能提供在 C2、C3、C6位上的取代度的信息。樣品可以
    直接溶解在 D2O/D2SO416 次掃描足以得到好的譜圖。  
    毛細管電泳也是一種有效的測量方法。Oudhoff 等用毛細管電泳的方法確定了 CMC 的
    取代度和取代基分布。  
    1.3 其他結構特征的研究  
    CMC 的分子量及分子量分布能通過 SEC 方法確定。  
    Horner 等用葡萄糖內切酶將兩種不同 DS 的 CMC 樣品分解成片斷直至降解完全
    處理后大大改善了高分子的水溶性。葡萄糖內切酶作用明顯與取代度相關當取代度增加時
    酶的效率受到限制。兩種 CMC 樣品的多糖鏈都包含高取代和低取代的區域。Saake 等用
    酶處理的方法研究了具有特殊取代形式的 CMC 的分子結構。樣品通過葡萄糖內切酶處理
    后用 SEC 分析測試結果表明 DS 為 1.9 的樣品仍能被強烈降解從而支持了 block-like 
    取代形式的存在。用 SEC、離子交換色譜、脈沖電流檢測詳細研究了酶解后的片斷產物
    表明所有的樣品中均含有 DS 高于起始樣品的片斷同時也有大量降解產物是低 DS 或無
    取代的。  
    CMC 分子的卷曲和排水程度能通過蠕蟲鏈模型分析研究分子在水溶液中的構象和流
    體力學性質并可確立模型參數如流體力學直徑與纖維素羧甲基化程度的關系。  
    Hoogendam 等用 SEC 和電位滴定的方法估算了 CMC 的持續長度。CMC 的本征持續
    長度通過 SEC 與多角激光光散射SEC-MALLS聯用以及電位滴定的方法確定。對于取
    代度從 0.75到 1.25 的樣品用 SEC-MALLS 得到了分子量與旋轉半徑之間的關系。不考
    慮取代度的情況下利用靜電蠕蟲鏈理論估算 CMC 的持續長度 L-p0為 16nm。而 采 用 
    Odijk 理論利用聚電解質尺寸的描述得到一個稍低的值12nm。電位滴定在 NaCl 溶
    液0.01-1mol/L中進行用均一電荷圓筒模型分析得到 CMC 主鏈的半徑。羧基的離解
    常數為 3.2。DS=0.75 的 CMC 的半徑為0.95nm而 DS=1.25 的 CMC 為 1.15nm。從電 
     位滴定中推導出的本征持續長度 L-p0為 6nm。  
    K?stner 等研究了 CMC 在溶液中的結構和性質用八種不同的 CMCMw:9000-360000  
    g/mol-1、DS:0.75-1.47。從流變學和導電雙折射中區分了四個臨界濃度依賴于 CMC 的
    分子量、電荷密度以及溶液的離子強度。在很低的濃度時聚電解質處于最伸展的狀態粘
    度與水接近。在臨界濃度 c0時分子鏈之間的距離約等于持續長度。濃度達到 c1后伸展
    的鏈開始交迭樣品粘度增加遵循 scaling 規律(c/c1)1/2。繼續增加聚電解質的濃度卷
    曲的分子鏈開始交迭、纏結粘度迅速上升與濃度的關系為(c/c2)5.5與不帶電荷的高分
    子相同。所有樣品的松弛時間開始迅速增加聚電解質表現為類似于中性高分子形成瞬時
    的網絡結構。在濃度為 c3溶液開始形成熱可逆的凝膠。在不同的濃度范圍內聚電解質
    溶液的離子強度的改變都會引起很大的變化。加入鹽、表面活性劑以及 pH 值的變化都
    會引起松弛時間和粘度的變化。  
    2 CMC 溶液流變性質的研究進展  
    Ghannam 等在應力控制下用 Haake 流變儀研究了濃度為 1-5%的 CMCDS=0.7溶液
    的流變性質。在低濃度下溶液表現為近牛頓行為高濃度下具有假塑性、觸變性、粘彈性。
    對此濃度范圍內的 CMC 溶液進行穩態實驗并測定瞬態剪切應力響應、屈服應力以及
    高濃度下的觸變、蠕變恢復和動態實驗。隨 CMC 濃度的升高溶液的流變行為表現出更
    強的時間依賴性。觸變性與溶液的結構恢復有關它取決于 CMC 的濃度以及施加的剪切
    速率。濃度越高溶液具有越強的粘彈性。Edali 等對 5~8%的 CMC 溶液作了相應的流變
    實驗。溶液在整個濃度范圍內呈假塑性。穩態剪切實驗表明在高剪切速率下CMC 溶液的
    粘度對濃度的依賴性減小。在很低的剪切速率下溶液表現出震凝性。實驗沒有測出屈服應
    力。在高剪切速率下檢測出非線性粘彈性。在相同的濃度下動態實驗測出的復粘度比穩
    態剪切粘度高。  
    Dolz 等研究了高粘度 CMC 水凝膠的觸變性并提出了一種確定具有低觸變性體系的
    觸變行為的方法。流變環的面積與邊界條件符合的很好。從公式推導中能得到相關的觸變
    面積及流變圖中的理論面積。此方法適用于高粘度的 CMC 水凝膠。  
    pH 和環境的離子類型對 CMC 凝膠的彈性和粘性行為都有影響。聚電解質凝膠的粘性
    行為在磷酸緩沖液中很顯著彈性性質在酸性介質中是主要的作為高分子中和的結果。  
    Cheng 等對由細菌纖維素制得的 CMC 進行了研究。細菌纖維素具有高粘度由這種物
    質得到的 CMC 具有剪切變稀和觸變的特性。通過合適的樣品處理CMC 溶液表現出類凝
    膠的流變性表明其中存在三維網絡結構與羧甲基官能團在分子鏈上的不均一分布有關。
    將細菌纖維素經過酸或超聲降解后再轉化為 CMC。這樣得到的 CMC 溶液接近于牛頓流
    體僅有很小程度的剪切變稀沒有觸變性。  
    We s t r a研究了具有類似黃原膠性質的 CMC 溶液的流變性。在這種 CMC 的制備過程
    中控制反應條件生成低取代、取代不均一的 CMC。未被取代的分子鏈仍保持纖維素的
    狀態通過分子內和分子間氫鍵結合在一起。這種 CMC 溶液具有明顯的假塑性、流變的
    溫度依賴性與黃原膠相似。  
    CMC 和海藻酸鹽都可作為食品添加劑當兩種物質混合時溫度、濃度和兩者的比例
    都會對溶液的流變性質產生影響?;旌先芤旱男再|明顯偏離線性規律在單成分溶液的粘度
    基礎上建立的模型可用于分析實驗結果。  
    Florjancic 等研究了多糖混合物水溶液在剪切作用下的流變性質。將兩種相容的生物大
    分子如 CMC 和黃原膠在破壞和非破壞的剪切條件下用來確定混合體系有無協同作用。
    利用經驗分析估計零剪切粘度的偏差以及確定所研究的二元混合物的剪切變稀強度用于
    與單純組分溶液的流變行為的比較中??紤]到在線性粘彈區內的流變性質和粘彈特性研究
    的混合物在剪切條件下呈現出復雜的流變行為。   
     羥丙基甲基纖維素HPMC與 CMC 混合時對流變行為產生影響調節兩者的比例
    可得到最大的協同作用。協同作用對粘度有影響而彈性的變化歸因于 HPMC 和 CMC 之
    間疏水作用與氫鍵作用。協同作用的程度能通過分子量和取代形式的不同來解釋。粘度的變
    化顯示出分子的交疊和鏈的伸展使具有大網眼尺寸的三維網絡結構增加以及疏水微環境的
    增加有利于溶質的遷移。  
    CMC 可用于紙涂層中作為粘合劑。由于涂層中不同成分的相互作用它呈現出復雜的
    流變性質這可以通過微結構的變化來解釋。損耗和彈性模量與應變幅度有關超過一定的
    應變幅度以后彈性模量下降損耗模量比彈性模量小很多開始時增長經過一個最大值后
    下降。涂層的流變行為是時間依賴性的。涂層組分按一定順序混合可使粘度和/或粘彈性明
    顯增加這可能由于發生了絮凝或聚集。  
    3 CMC 的應用及展望  
    一應用于無磷洗滌劑及制皂工業  
    CMC 在 1935 年被發現有改善洗滌效果的作用自此以來CMC 作為優良的抗再沉積
    劑已有半個多世紀的歷史。CMC 作為洗滌助劑主要起抗污垢再沉積的作用。一是防止重
    金屬的無機鹽沉積二是使因洗滌而進入水溶液中的污垢懸浮分散在水溶液中防止污垢
    沉積到織物上。 
    因此加有 CMC 的洗衣粉、肥皂洗衣物時去污能力增強也使洗滌時間縮短使白
    色織物保持白度和清潔度有色織物保持原有色澤的鮮艷度。特別是在硬水中洗滌棉織物時
    效果最佳。洗后的織物有柔和感穿著更舒適。  
    在制皂時加入 CMC 后所起的作用與在洗衣粉中起的作用一樣用時還可使肥皂柔韌
    壓制出的肥皂更加光滑、美觀、耐用。  
    二應用于食品中  
    CMC 可以代替明膠、瓊脂、海藻酸鈉等食品膠用于食品工業中主要起增稠、穩定、
    持水、乳化、改善口感、增強韌性等作用。添加食用 CMC 能降低食品生產成本同時能
    提高食品等級改善口感延長保質期。1974 年聯合國糧農組織FAO和世界衛生組
    織WHO經過嚴格的生物學、毒理學研究和試驗后批準將純 CMC 用于食品國際標
    準的安全攝人量(ADI)是25mg/kg 體重/日即大約每人一天約 1.5g。詹志萍、Javier A 等報
    道當試驗攝入量達到 10g/kg體重時也未有毒性反應。  
    羧甲基纖維素鈉在國內最早被用于方便面的制作隨著我國食品工業的發展CMC 在
    食品生產中的應用途徑越來越多不同的特性起到了不同的作用。CMC 主要用于以下食品
    中(1)用于飲料中如用于豆奶中可起到懸浮、乳化穩定的作用耐酸型 CMC 可作為
    穩定劑用于酸奶、酸性中具有防止沉淀分層、改善口感、耐高溫、延長貨架期等特性。使
    用量一般是 0.30.52CMC 用于冰淇淋中可以提高冰淇淋的膨脹度改進融化
    速度賦予良好的形感和口感并可以在運輸和存儲過程中控制冰晶的大小和生長使用量
    按總量的 0.5的配比添加3用于面包生產可使蜂窩均勻、體積增大、減少掉渣同
    時還有保溫保鮮的作用添加 CMC 的面條持水性好耐煮、口感好、有韌性4CMC 不
    會被人體消化吸收可用于減肥食品它可促進胃腸蠕動對腸道清潔有幫助適合為高血
    壓、動脈硬化、冠心病患者制作低熱食品5其它CMC 還可用于酒類生產使口感更
    為醇厚、馥郁后味綿長CMC 可用作啤酒的泡沫穩定劑使泡沫豐富持久改善口感
    CMC 還可用于水果、蔬菜、茶葉等的保鮮此外還用于醬油、果凍、果醬等一些食品生產
    中。  
    三應用于石油、天然氣工業  
     (1)含有 CMC 的鉆井泥漿能形成井壁薄而堅、滲透性低的濾餅從而減少因泥漿失水
    引起的縮徑、崩塌現象(2)泥漿加入 CMC 后很少受霉菌的影響不須維持很高的 p 
     值也不必使用防腐劑就能存放較長時間(3)含有 CMC 的泥漿具有良好的流動性、穩定
    性和觸變性即使溫度在 150℃以上仍能降低失水。防止大量水分從泥漿進入油層提高了
    原油的產量。高粘度、高取代度 CMC 適用于密度較小的泥漿低粘度高取代度的 CMC 適
    用于密度大的泥漿。CMC 還可做油田三次化學采油的稠化劑、成膠劑在油田壓裂、堵水
    調剖、酸化作業中有明顯的穩產增產作用。  
    四應用于建筑、涂料、陶瓷工業  
     (1)用作建筑混凝土的緩凝劑在混凝土中加入 CMC 后具有明顯的增稠、保水作用。
    可延長混凝土的凝結時間提高混凝土初期強度避免建筑物體出現裂紋。另外還可做混凝
    土的泵送劑保持商品混凝土拌合物不泌水、不離析提高混凝土的勻質性(2)用作建筑
    內外墻仿瓷涂料具有黏結、增稠、懸浮作用(3)用于陶瓷中 坯體專用型 CMC 對泥料
    的可塑性和生坯的抗折強度增效顯著減少生坯的破損率CMC 在釉漿中主要作為一種粘
    結劑使用同時還具有懸浮及解凝作用作為解凝劑可提高釉漿的流動性控制釉漿觸變
    性CMC 還可最為保水劑使釉層干燥均勻形成平坦致密的釉面燒后釉面平整光滑。
    CMC 也被用于可作為濕度傳感器的多孔性陶瓷中。  
    五應用于在造紙行業中  
    CMC 在造紙行業用作紙張施膠劑,可明顯地提高紙張的干強度和濕強度及耐油性、吸墨
    性和抗水性。在抄造過程中作濕強劑在紙漿中加入 CMC 能增強紙張的抗張力增大揉
    性在涂布紙中作分散劑、膠粘劑可使顏料及纖維充分分散在造紙行業水處理過程中作
    絮凝劑。  
    六應用于紡織、印染工業  
    在紡織工業中用作上漿劑、印染漿的增稠劑、紡織品印花及硬挺整理,用于上漿劑能提高
    溶解性及粘變,并容易退漿。CMC 對大多數纖維均有粘著性,能改善纖維間的結合,其粘度的
    穩定性能確保上漿的均勻性,從而提高織造的效率。還可用于紡織品的整理劑,特別是永久性
    的抗皺整理,給織物帶來耐久性的變化。  
    此外CMC 還可用于一系列日用化學品中如牙膏、洗發水、沐浴露、洗手液和鞋油
    等作為穩定劑、乳化劑起到增稠、防止不溶性物質沉降的作用在煙草行業中CMC 在
    制造香煙的再生煙葉中作為粘合劑和成膜物CMC 對人體無毒副作用還被用于醫藥、化
    妝品中CMC 在其它一些工農業生產中也有應用。如今CMC 已有兩百多種應用。  
    隨著對可再生資源的利用不斷增加CMC 將變得日益重要。一方面利于可持續發展
    另一方面纖維素擁有由自然界合成的獨特結構是高級產品的優良基礎。纖維素是世界上
    最豐富的可再生高聚物據估計每年通過光合作用生成的纖維素達到 1091012t使 CMC 
    的制備得到源源不斷的原料供給。CMC 將具有相當廣闊的發展前景。 
     
                           CMC的具體作用  
    羧甲基纖維素是一種可溶于水的高分子結構的纖維素醚無嗅、無味、無毒白色或微
    黃色的顆粒絮狀粉末溶于水為透明體具有良好的乳狀、打散、懸浮和粘結作用廣泛應
    用于石油、化工、洗滌劑、陶瓷、卷煙、印染、紡織、食品、醫藥、電焊條等行業有“工
    業味精”之稱。 
       CMC的用途非常廣泛、無毒、無腐蝕、對人體無害不污染環境、粘結力強、不霉變、
    不生蟲可作為乳化劑、增稠劑、穩定劑、上漿劑、成膜劑、粘結劑等 
    1、建筑裝飾的應用噴在大白、噴刷石灰漿、調石膏膩子、調水泥膩子、滑石粉膩子、821
    膩子粉、仿瓷膩子、涂料噴涂、滾涂、彈涂、刷涂、美術飾面、抹灰、裱糊壁紙、貼墻布、
    地磚、瓷磚、陶瓷錦磚等。 
    2、合成洗滌劑和肥皂工業的應用CMC是合成洗滌劑最好的活性助劑。用于洗滌劑中主要 
     是利用它的乳化和防護膠體性質在洗滌過程中它產生陰離子可同時使被洗物表面與污垢粒
    子都帶負電荷這樣污垢粒子在水相中有分相性與固相被洗物表面有排斥性因此能防止
    污垢再沉積于被洗物上可使白色織物保持白度有色織物色澤鮮艷。CMC對于合成洗滌
    劑的其他優點是有助洗作用特別是在硬水中洗滌棉織物效果最好。能穩定泡沫不僅節
    省洗滌時間又可反復使用洗滌液洗后織物有柔和感減少對皮膚的刺激。CMC用于漿狀
    洗滌劑后除上述作用外還具有穩定作用使洗滌劑不沉淀。在制造肥皂時加入適量的
    CMC可使質量提高其機理和優點除與上述合成洗滌劑相同外還可使皂料柔軟便于加
    工壓制壓出的皂塊光滑美觀。CMC有乳后作用可使香料、染料均勻發布于肥皂中所以
    特別適用于香皂。使用方法是用頭一二天先調制好10%的透明膠狀的CMC漿一般用量
    為一百公斤干皂片0.5-3公斤具體用量須視肥皂質量決定濃漿可與香料、染體同時投入
    混合機中然后與干皂片充分混和后壓制。皂片含鹽量高或松脆的宜多加些但使用過量將
    使皂料太濕不易加工壓制壓出的也易受潮軟化。HS2型和HS3型CMC均適用于制皂。 
    3、石油鉆井等工程泥漿中的應用在鉆探和石油鉆井工程中必須配制良好的泥漿以保證
    鉆井正常運轉。良好的泥漿必須有適宜的比重、粘度、觸變性、失水量等數值這些數值隨
    地區、井深、泥漿類型等條件有各自的要求在泥漿中使用CMC即能調節這些物理參數
    如降低失水量調整粘度增加觸變性等等。 
    含有CMC的泥漿能使井壁形成薄而堅滲透性低而降低失水率減少因泥漿的失水滲入地
    層引起的縮徑、崩塌等現象。含有CMC的泥漿很少受霉菌影響因此不 
    需要保持很高的PH也不必使用防腐劑相應地減少其他化學劑用量。 
    使用時應將CMC溶于水中配成溶液加至泥漿中。CMC也可配合其它化學劑共同 
    加入泥漿中。 
    4、紡織印染工業的應用。紡織工業近年來已大量應用CMC代替淀粉作為上漿劑。實踐證
    明CMC上漿不僅節約了大量的糧食和油脂而且比用淀粉、動物膠等優越得多。在棉、絲、
    毛及化學纖維、合成纖維或混紡織物、經紗上用CMC作粘料有下列優點CMC水溶液清
    徹、透明、均勻、具有良好的穩定性用泵循環或攪拌 
    都無變化可按生產需要隨時取用。CMC水溶液富有粘性和薄膜形成性可在經紗表面上形
    成光滑、耐磨、柔韌的薄膜、能忍受織機的絕強力為高速生產提供有利條件。用CMC水
    溶液處理的紗易干燥、有光澤、手感柔和。 
       印花色漿CMC作為增稠劑、乳化劑應用于印花色漿中。特別適宜于絲綢印花色漿。在
    人造纖維織物如醋酸纖維的印花色漿中應含有高沸點溶劑、染料、水及足夠的增稠劑。CMC
    即是增稠劑又是乳化劑印花色漿中加入CMC有下列優點 
    (1)顯著提高印花的鮮艷度。因一般漿料洽色是以水為媒介的CMC吸濕性強 
    故能增加洽色率提高鮮艷度。(2)滲透性好。CMC漿的滲透性比淀粉漿好特別是需要深且
    透的織物如喬其立絨的拷花不僅吃色深透且可減輕勞動強度。 
    (3)易于退漿質感柔軟。(4)改善色漿的穩定性。CMC不易發霉變質故色漿比用淀粉等穩
    定。(5)粘著性強。在手工印花中如尼隆織物多數是很薄的用一般粘結劑很難使它貼緊
    于平板上因而常會穹起難于印刷用CMC就能平伏地緊貼于平板上有利于操作。 
    5、造紙工業的應用CMC具有薄膜形成性在造紙工業中可用作紙面平滑劑、施膠劑、在紙
    漿中加入0.1-0.3%CMC能使紙增強張力40-50%增大揉性4-5倍 
    同時紙質均勻印刷時油墨容易滲入印刷物邊緣清晰。 
    6、陶瓷工業的應用CMC具有良好的粘結性和薄膜形成性它能增強釉藥和陶瓷的結合力
    防止釉藥脫落并能促進釉藥擴散。CMC可作為燒結成型的粘結劑并可作為陶瓷固色劑。 
    7、應用于食品工業CMC無臭、無味、無毒能長期保存不腐敗粘度高、保形力強、易
    于溶解可用于食品的加工。如作為粘性劑、增稠劑、穩定劑、固形劑、薄膜形成劑等等之 
     用。 
    8、應用于涂料工業CMC可作水溶性涂料??勺魃夏z或調節粘度。在油漆印刷 
    中作為乳化劑、穩定劑。 
    9、 應用于醫藥及日用化學工業CMC對人體無毒害能長期保存具有保護膠體特性
    在醫藥上逐漸得到了應用。如作注射用青霉素不溶性鹽的懸浮分散劑X光用藥物硫酸鋇、
    氧化鈦等的分散劑用作為軟膏、錠劑的基料又作乳化劑、 
    增稠劑、粘結劑等等。 
                                                                 羧甲基纖維素鈉    羧甲基纖維素鈉簡介 羧甲基纖維素鈉(NaCMC 或簡稱 CMC)是一種水溶性纖維素醚,可使大多數常用水 溶液制劑粘度在幾 cP 到幾千 cP 之間變化。 NaCMC 的簡化分子式如下: Cell-O-CH2-COONa NaCMC 由一氯乙酸與堿纖維素相互反應而得。堿纖維素本身是由纖維素與氫氧化 鈉反應產生的。堿纖維素的步驟對于簡化醚化劑與纖維素鏈之間的反應是必須的。取 代度(DS)和聚合度(DP)是各等級 NaCMC 的典型指標。 1.取代度和溶解性 取代度指連接在每個纖維素單元上的羧甲基鈉基團平均數量。纖維素分子上的葡 萄糖酐有三個醇基:一個伯醇,兩個仲醇。三個醇基都能與氯乙酸鈉發生反應。伯醇 基團反應活性最大,因此取代基首先會取代此基團使反應物分子變長。取代度的最大 值是 3,但是在工業上用途最大的是取代度在 0.5 到 1.2 之間變化的 NaCMC。 取代度為 0.2-0.3 的 NaCMC 與取代度為 0.7-0.8 的 NaCMC 的特性存在著很大的區 別。前者只是部分溶于 PH 值為 7 的水,但后者是可完全溶解的。在堿性條件下情況正 好相反。 2.聚合度和粘度 聚合度指纖維素鏈的長度,決定著粘度的大小。纖維素鏈越長粘度越大,NaCMC 溶液也是如此。 NaCMC 分子呈現出線性結構,因此能夠形成高粘度溶液。粘度反映了分子間的相 互作用力。 因此,選擇聚合度不同的產品,制成 1%的 NaCMC 水溶液,在 25℃時,粘度在幾 cP 到幾千 cP 之間。 3.粘度    改變 NaCMC 水溶液的濃度可獲得粘度高度變化的溶液。 涉及 NaCMC 的粘度時,有三個因素必須考慮: λ 溶液濃度 λ 測量時的溫度 λ 所使用的粘度計的類型 很顯然,濃度或溫度的變化可以改變最終溶液粘度。NaCMC 溶液是非牛頓液體, 當剪切力增強時其表觀粘度降低。在攪拌停止后,粘度成比例增加直到保持穩定。也 就是說,溶液具有觸變性。這是非常重要的現象,在攪拌前和攪拌后,NaCMC 溶液粘 度變化很大。因此嚴格按照制造商推薦的測量方法進行測量是非常重要的。 NaCMC 作為吸水性膠體,具有所有膠體的特性。此外 NaCMC 溶液還可用于粘合劑, 膠化劑,穩定劑和分散劑以及成膜劑。 羧甲基纖維素鈉的特性 1.溫度的影響 干態的 NaCMC 能夠耐 140-150℃以下的溫度幾分鐘。和大多數溶液一樣,當溫度 升高時 NaCMC 溶液粘度降低。但是這些溶液在加熱時保持穩定,在冷卻后粘度又會回 到初始粘度。 2.酸堿的影響 NaCMC 是一種具有較強酸性的酸。如果用強酸處理 NaCMC,會釋放出游離酸 HCMC。 這種酸不溶于水。 注意析出的情況只發生在 PH 值較低的情況下(大約為 2.5),如果 PH 值超過這 個值就不會產生析出的情況,例如在 PH 值為  3.5 的醋酸介質中。 NaCMC 可作為緩沖器和離子交換器。如果 PH 值保持在上述的限度內,可以向水溶液中 添加少量的酸,而不引起溶解性的變化。 3.鹽的影響 某些金屬鹽與 NaCMC 反應,析出相應的纖維素羥乙酸金屬鹽。鋁鹽,錫鹽和鉛鹽, 高鐵鹽,銀鹽,銅鹽和鋯鹽都會發生此反應。 NaCMC 不會和鈣鹽和鎂鹽反應而沉淀,所以可以用于硬水。 弱濃度堿金屬鹽的存在通常會降低溶液的粘度,但強濃度的堿金屬鹽的存在將增加溶 液的粘度,在有些情況下甚至引起膠凝作用。 4.抗溶劑性 NaCMC 不溶于有機溶劑。    雖然可能產生一些溶脹反應,但 NaCMC 不會溶解。不過可以在 NaCMC 溶液中加入 一定百分比的水溶性有機溶劑(通常是 30-40%),例如: λ 丙酮 λ 甲醇或乙醇 λ 二惡烷 λ 乙二醇乙酸酯 5.含水量 是一種易潮濕的物質。放置在空氣中,干燥的 NaCMC 吸收 12%-25%的水分(取決 于空氣的濕度和選擇的等級)。 為了避免在給定的時間段因含水量的變化而導致活性物濃度的改變,NaCMC 應儲存在 原始包裝中或密封容器內。建議儲存在干燥的地方。 本工藝可生產兩種 NaCMC 純凈級(PCMC) NaCMC 含量很高,只含有少量的鹽。 工業級(TCMC) 含有一定比例堿性鹽和中性鹽的反應副產品。 純凈級和工業級的 NaCMC 有幾種型號,其外觀、活性物質的濃度、取代度和粘度有所 不同。 NaCMC 的應用領域 NaCMC 有廣泛的應用領域。通常用作水溶膠,增稠劑,懸浮劑,成膜活性劑,乳 化穩定劑,上漿劑,涂布劑,膠粘劑、保護性膠體等。 通過調節 NaCMC 的以下特性,產品可以適應各種不同的用途: λ 活性物質濃度(純度) λ 粘度 λ 取代度 λ 使用劑量 λ 產品使用的應用條件    1.洗滌劑 NaCMC 是粉劑洗滌劑的基本成分,特別是無磷粉劑。它有膠體的特性,可以阻止灰塵 污染紡織纖維,在使用合成洗滌劑的時候經常發生這樣的情況。它可以穩定泡沫,保 護雙手。NaCMC 可以加入到非離子液體洗滌劑中,同樣可以防止紡織纖維重復吸收灰 塵。NaCMC 也可用作增稠劑,穩定劑,肥皂和洗衣粉的粘合劑和增塑劑。    2.鉆探 NaCMC 可用作鉆探泥漿的基本添加劑,作為保護性膠體和粘度調節劑,并減少濾液。 還可以開發專用型號以使鉆機適應泥漿的特性。 NaCMC 用于石油和天然氣鉆探,鉆水井,鉆孔,空心鉆,水平鉆以及鉆礦。 3.涂裝 NaCMC 對于填料和石膏是一種良好的粘合劑,可用于增厚和穩定乳膠漆。 4.造紙業 a) 表面處理 λ 紙板和輕紙板的表面處理 λ 涂層紙板的表面處理 λ 膠版紙的表面處理 λ 改善上述紙張的技術特性 λ 改善淀粉成膜構造 λ 抗遷移效果 λ 硅化紙 λ 耐油牛皮紙 λ  可再生紙 λ 用于咖啡和茶包裝的特種紙 λ 其他特種紙 b) 涂料 λ 保水 λ 粘合性 λ 改善熒光增白劑的效果 λ 加入到原料中,可以改進紙張的機械特性。 5.建筑材料 由于 NaCMC 的塑化性,通常用于傳統的石膏料。它也減慢了硬化過程,因此混合后可 以延長石膏的使用時間。 6.紡織品 NaCMC 是棉花、人造絲、亞麻布、黃麻和羊毛以及人造纖維的良好的上漿劑。它可涂 在沙布上,在織布的的過程中起保護作用,保留良好的彈性,改善平滑性。 NaCMC 也是一種良好的整理劑,與大多數標準產品兼容。它改善了纖維的觸感并使之 保持自然鮮艷的顏色。 某些品種的 NaCMC 也是某些漿料非常有效的增厚劑。 7.壁紙漿糊    NaCMC 很適合粘貼壁紙。這種糊劑很容易制備和使用。它不容易污染壁紙或使之退色, 粘著效果很好。 8.壁紙 用于印刷壁紙時,NaCMC 是良好的顏料粘合劑。 9.制陶 NaCMC 用于釉質的粘合劑和增稠劑。也用于陶瓷泥坯的粘合劑和塑化劑。 10.食品工業 NaCMC 在食品工業有很多應用: 它是冰激凌的穩定劑,果醬和果凍、果脯等的增稠劑。它用于糖,果汁,食品,面包, 冷凍食品,罐頭食品,速食食品,飲料等等。NaCMC 廣泛用于大部分的牛飼料,雞飼 料,寵物飼料,魚飼料中。 11.制藥 NaCMC 在多種藥劑中用作賦形劑。對于某些乳劑和懸浮液,它可作為極好的穩定劑, 也用于軟膏的基料和各種抗生素的載體。在片劑、糖衣以及眼/耳/鼻滴劑中也很常用。 12.化妝品 NaCMC 用作牙膏增稠劑,用于護膚霜和洗發膏,沐浴液和香波。 13.電極 專用于電極應用的 NaCMC,在擠出時加入鍍層電極化合物中作為粘合劑,塑化劑,整 理劑。 14.農業——殺蟲劑和殺菌劑 NaCMC 在殺蟲劑和殺菌劑中用作增稠劑和穩定劑。采用飛機噴灑時,它可以延長藥效。 15.清潔用品 NaCMC 良好的增稠性、穩定性和成膜性使之成為許多清潔用品不可缺少的成分。 16.乳劑/懸浮液 在許多乳劑和懸浮液中,NaCMC 作為增稠劑。它有某種乳化性,特別適用于礦物油。 由于這些特性,它也能用在懸浮聚合中。 17.其他應用領域 ν 制造防火產品    ν 生產牲畜飼料和獸醫產品(活性粒子懸浮劑) ν 石墨懸浮劑(潤滑劑) ν 水處理 ν 粉筆和鉛筆芯 ν 礦物或植物纖維的噴涂涂飾劑(NaCMC 作為粘合劑) ν 鑄造型芯的制備 ν 洗衣粉 ν 苛性蘇達清潔劑的增稠 這只是 NaCMC 應用領域中的一小部分,更多可能的應用正在研究中。    商業前景 近幾年 NaCMC 特別是 PCMC 的價格和需求呈現穩定的增長。而 TCMC 的價格相對保 持穩定。    全世界 NaCMC 的總產量約 32 萬噸。包括 157000 噸/年 TCMC 和 162000 噸/年 PCMC(2000 年的數 據)。PCMC 的生產規模仍然無法滿足不斷增長的市場需求。 西歐、 美國和日本是最大的市場, 占世界市場總額的 75%。 據估計在這些區域 2005 年以前的年增長率為 2%。 其他地區的市場增長預計為 3%以上,主要表現在亞洲,南美,中東市場的增長。 這也是為什么 CMC 和纖維素醚類物質雖然早已成為日常用品,而市場仍然不斷增長的 原因。 處于經濟快速增長期的中國,目前 CMC 產品正在以 10%的年增長率發展。歐洲 2 億人口每年消耗 CMC 在 20 萬噸,預計中國在近 5 年內需求會增長到 8-10 萬噸,市場 前景還是比較樂觀。本項目的產品具有高附加值、成長性良好的市場。 本技術 NaCMC 產品等級 該工藝的最大特色之一是可以生產的多種 NaCMC,有非常高的生產靈活性。 TCMC    DS 值:0.3-1.3 pH 值:6.5-12(可調) 粘度:10-10000cP(2%的溶液,25℃,布氏粘度計) 純度:55%~80%(取決于配方或添加劑) PCMC DS 值:0.6-1.3 pH 值:6.5-8(可調) 粘度:10-5000cP(1%的溶液,25℃,布氏粘度計) 純度:>=99.5%(可達到 99.8%或更高) 關于純度,可以通過調整配方/工藝或混合不同的成品來得到介乎二者之間的量。成品 粘度主要由使用纖維素的種類預先規定。 可實現的生產規模 以上所述的工藝可適用于 1500 噸/年——30000 噸/年的生產規模。關鍵設備的最 優組合是影響生產規模重要因素。同時也取決于項目的位置和目標,并非任意的產量 都有可行性。特別是對于超過 10000 噸/年的大規模的項目來說,通常是由多個較小單 元組合起來以達到目標產量。 原材料需求 ν 木漿纖維素 ν 棉絨纖維素 ν 氫氧化鈉溶液 ν H2O2 溶液 ν 乙酸 ν 乙醇 主要生產設施 1. 乙醇存儲和配料 2. 鈉堿液存儲和配料 3. MCA 溶液制劑和配料 4. 纖維素制劑和存儲 5. 反應裝置 6. NaCMC 洗滌和萃取 7. NaCMC 乙醇回收裝置(反萃?。?8. NaCMC 干燥裝置 9. NaCMC 混煉和篩選 10. NaCMC 存儲和摻合 11. NaCMC 稱重和包裝 12. 乙醇精餾和提純 工藝優勢 ν 產品質量很高,超過國內現有水平,完全符合國際標準 ν 取代度高且均勻,應用范圍大    ν 反應時間短,在高溫下運行,產品質量相當穩定 ν 生產成本低于現有國內高純 CMC 生產技術    技術來源 德國 成熟程度 已工業化并有多個工程實例證明可靠性
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