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1、羧甲基纤维素的合成及其在造纸中的应用刘鎏,张美云,申前锋(陕西科技大学造纸工程学院,陕西咸阳712081)中图分类号:TS727文献标识码:B1前言羧甲基纤维素(CarboxymethylCellulose,简称CMC)(2)反应体系为碱性,水的存在会使氯乙酸(钠)发生如下水解副反应ClCH2COOH+2NaOH→HOCH2COONa+NaCl+H2OClCH2COONa+NaOH→HOCHOONa+NaClClCH2COONa+H2O→HOCH2COOH+NaCl副反应一方面消耗了氢氧化钠和氯乙酸,降低了产品的醚
2、化度;另一方面产物中的羟乙酸钠和其它杂质造成成品的纯度下降。生产过程中纤维素、氢氧化钠、氯乙酸以及整个体系中的水分子都要有一个适当的比例。是天然纤维素经化学改性得到的一种具有醚结构的衍生物,由于酸式的水溶性较差,因而产品普遍制成钠盐,它属于水溶性阴离子型表面活性剂。羧甲基纤维素为白色或浅黄色纤维状粉末,无毒、无臭、无味,有吸湿性,不溶于酸和甲醇、乙醇、乙醚、丙酮、氯仿及苯等有机溶剂,易溶于水并具有一定黏度[1]。CMC的醚化度(即取代度DegreeofSubstitution,简称DS)是指纤维素分子上羟基被羟基乙
3、酸取代的数目,它的高低决定CMC的溶解度和稳定性。DS在0.8以上时其耐酸性和耐盐性较好。聚合度是CMC的另一重要指标,用来表示纤维链的长度,常用黏度来表示。CMC的聚合度为200～500,分子量为21000～50000.CMC虽不易受微生物作用,但其水溶液受细菌影响时可能引起生物降能[2]。2羧甲基纤维素(CMC)制备方法羧甲基纤维素是以精制棉为原料,在氢氧化钠和氯乙酸的作用下生产的一种纤维素醚。其工业生产方法按醚化介质的不同可分为水媒法和溶媒法两大类。在碱化和醚化反应过程中以水作为反应介质的方法叫做水媒法,用于
4、生产碱性低档CMC.在碱化和醚化反应中,加入有机溶剂作为反应介质的方法,叫做溶媒法,适用于生产中高档CMC[1].这两种反应都是在捏合机中进行的,属于捏合法工艺,是生产羧甲基纤维素的主要方法,现国际上还开发出两种非捏合法生产工艺也在此作简单介绍。2.2水媒法水媒法(AqueousMediumProcess)是早期工业开发用于生产CMC的一种工艺方法,该法是将碱纤维素与醚化剂在存在游离碱和水的条件下进行反应。水媒法设备简单、投资少、成本低。缺点是由于缺乏大量液体介质导出反应中产生的热量,使温度升高,加快了正、副反应速
5、度,且副反应的趋向更大。副反应多则导致了醚化效率低,产品质量差[1]。故此法国内不少企业用于制取中低档CMC产品,用于洗涤剂、纺织、建筑、造纸和石油工业等行业。其工艺流程如图1.2.1捏合法制备原理[3](1)主要反应①纤维素与氢氧化钠水溶液反应生成碱纤维素[C6H7O2(OH)3]n+nNaOH→[C6H7O2(OH)2ONa]n+nH2O②碱纤维素与氯乙酸(或氯乙酸钠)进行醚化反应。[C6H7O2(OH)2ONa]n+nClCH2COONa→[C6H7O2(OH)2OCH2COONa]n+nNaCl图1水媒法工
6、艺流程溶媒法溶媒法又称有机溶剂法(SolventProcess),由反应过程中用有机溶剂作介质而得名。与水媒法类似,它的反应过程也由碱化和醚化两个阶段组成,但因介质不同,两者的工艺过程有较大的差别。溶媒法省去了水媒法所固有的浸碱、压榨、粉碎、老化等工序,碱化、醚化均372.3SouthWestPulpAndPaper2005.Vol.34,No.4在捏和机中进行[3]。其工艺过程如图2.品、牙膏、纺织、印染、造纸、石油、采矿、医药、陶瓷、电子元件、橡胶、涂料、农药、化妆品、皮革、塑料和石油钻井等方面,有“工业味精”
7、之美誉。目前,不同纯度、不同级别和规格的CMC产品,在世界上已达近300种之多,全世界总产量已达400万t[2].1918年德国人E.Jansen发明了羧甲基纤维素的合成方法。1940年由德国I.G.Farbeninaustrie公司的Kalle工厂实现工业化生产,但当时只为粗产品,做胶体和粘结剂使用。1947年美国的Wyando-tle化学公司成功开发出连续化生产工艺,同年美国FDA根据毒物学研究证明:CMC对生理无毒害作用。允许CMC用于食品加工业中作添加剂,起增稠作用。至此,CMC生产得到了快速发展。目前全世
8、界CMC的总产量约400万t,西欧、美国和日本是最大的市场,占世界市场总额的75%.我国于1958年首先在上海赛璐珞厂投入CMC工业生产。20世纪80年代初得到较快的发展,目前中国的CMC产品正在以10%的年增长率发展。现今,我国年生产能力约40万t,拥有CMC生产厂家40多家[4],其中企业规模大、产品档次高的厂家20多家,生产规模一般为500t至2000
