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纤维素醚及其应用


第 29 卷第 11 期
2001 年 11 月

化 工 新 型 材 料
N EW CHEMICAL MA TERIAL S

纤维素醚及其应用
张发爱 ( 甘肃永新合成树脂公司 , 兰州 730020)

摘    要 本文介绍了纤维素醚的制备 、性能 、应用 , 特别是在涂料中的应用以

及纤维素醚 的国内外生产厂家和产品 。 关键词   纤维素醚 , 性能 , 应用

Cellulose ethers and its a pplication
Zhang Faai ( GanSu Yongxin Synt hetic Resin Co. Lt d. , Lanzhou 730020)

Abstract  The article introduces t he preparing , property and application of cellulose et hers. It also introduces
some products and its manufacturers. cellulose et hers , property , application Key words  

   纤维素是一种天然高分子化合物 , 其化学结构 葡萄糖为基环的多糖大分子 , 在每个基 是无水β— 环上有 1 个伯羟基和 2 个仲羟基 。通过对其化学改 性 , 可得到一系列纤维素的衍生物 , 纤维素醚即是 其中一种 。纤维素醚广泛应用于许多行业 。

纤维素钠

单氯醋酸

羧甲基纤维素钠 (NaCMC) + 氯化钠

2  性能

无毒 , 具有流动性的纤维状粉末 , 易吸潮 , 在水中 溶解成透明的粘稠状稳定胶体 。 212  离 子 性  MC 、M HEC 、M HPC 、 HEC 为非离子性 ; NaCMC 、NaCM HEC 为阴离子性 。 213   醚化   醚化时醚化物的特性及醚化度会 影响纤维素醚的性能 , 如溶解性 、成膜能力 、粘结 强度和耐盐性 。 214   溶解性   ( 1) MC 溶于冷水 , 不溶于热 水 , 也溶于部分溶剂 ; M HEC 溶于冷水 , 不溶于 热水和有机溶剂 。但 MC 、M HEC 的水溶液在加热 时 , MC 、M HEC 会析出 。MC 在 45 ~ 60 ℃时 析

1  制备
纤维素醚是由纤维素与 NaOH 反应后 , 再与 各种功能单体如单氯甲烷 、环氧乙烷 、环氧丙烷等 进行醚化反应 , 经水洗副产物盐及纤维素钠而得 到。
纤维素
NaOH

纤维素钠 甲基纤维素 ( MC) + 氯化钠 羟乙基纤维素 ( HEC) + 氯化钠 羧甲基羟乙基纤维素钠 ( NaCMHEC)

纤维素钠 纤维素钠 纤维素钠
+ 氯化钠

单氯甲烷 环氧乙烷

单氯醋酸 + 环氧乙烷

纤维素钠 纤维素钠

单氯甲烷 + 环氧乙烷 单氯甲烷 + 环氧丙烷

甲基羟乙基纤维素 ( MHEC) + 氯化钠 甲基羟丙基纤维素 ( MHPC) + 氯化钠

出 , 而混合醚化的 M HEC 析出温度提高到 65 ~ 80 ℃。温度降低时 , 析出物重新溶解 。 ( 2 ) HEC 和 NaCMC 、NaCM HEC 在任何温度的水中可溶 , 在有机溶剂中不溶 ( 少数例外) 。

作者简介 : 张发爱 , 男 , 37 岁 , 硕士 , 主要从事油漆涂料的研究 、开发与管理工作 。现为甘肃永新合成树脂公司总经理 。在会议和期刊上 发表专业论文近 10 篇 。

211   外观   纤维素醚为白色或乳白色 , 无味 、

Vol129 No 111 Nov1 2001

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化工新型材料

第 29 卷

   15   2 延迟膨胀性   纤维素醚在中性 p H 水中 有一定的延迟膨胀性 , 而在碱性 p H 水中可以克服 这种延迟膨胀性 。 216   粘度   纤维素醚以胶体形式溶解于水中 , 其粘度取决于纤维素醚的聚合度 。溶液中含有水合 大分子 。由于大分子的缠绕 , 溶液的流动行为不同 于牛顿流体 , 而是表现出一种随剪切力而改变的行 为 。由于纤维素醚的大分子结构 , 溶液的粘度随浓 度的增加而迅速增加 , 随温度的升高而迅速降低 。 217   生物稳定性   纤维素醚用于水相中 。只 要有水存在 , 就会生长细菌 。细菌的生长导致酶菌 的产生 。酶菌使纤维素醚相邻的未取代脱水葡萄糖 单元键断裂 , 使聚合物分子量降低 。因此 , 如果要 把纤维素醚水溶液保存较长时间 , 就要在其中加入 防腐剂 。即使使用抗菌性纤维素醚也是如此 。

3  用途

在制造泥浆时使用 , 起增粘 、降失水量作用 , 它能 抵抗各种可溶性盐污染 , 提高采油率 。羧甲基羟丙 基纤维素钠 ( NaCM HPC) 及羧甲基羟乙基纤维素 钠 ( NaCM HEC) 是一种较好的钻井泥浆处理剂和 配制完井液的材料 , 造浆率高 , 抗盐 、抗钙性能 ) 好 , 有很好的增粘能力 、耐温 ( 160 ℃ 性 。适合 用来配制淡水 、海水和饱和食盐水完井液 , 在氯化 钙加重下可以配成各种密度 ( 1103 ~ 1127g/ cm3 )

的完井液 , 而且使其具有一定的粘度和较低滤失 量 , 其提粘能力和降滤失量能力都比羟乙基纤维素 好 , 是一种良好的增产石油的助剂 。 312   建筑陶瓷  NaCMC 可作为缓凝剂 、保 水剂 , 增稠剂和粘结剂 , 使生产出的陶瓷制品外观 好 , 无疵点和气泡 。 313  造纸  NaCMC 用作纸面内外部施胶及 填补保留 , 可代替乳酪素 , 使印刷油墨容易渗入 , 边缘清晰 。在制壁纸方面可作为颜料分散剂 、增粘 剂 、稳定剂以及施胶剂使用 。 314   纺织  NaCMC 在纺织工业中代粮上浆 , 且不易变质发霉 。印染时 , 无需退浆 , 染料能在水 中获得均匀胶体 , 增强染料的亲水力和渗透力 。同 时由于粘度变化较小 , 容易调整颜色差 。CM HEC 作印染浆增稠剂 , 残渣小 , 给色率高 , 且印染质量 大大超过其单一离子型和非离子型纤维素醚产品 。

311  油田  NaCMC 主要用于油田开采中 ,

解速度快 , 粘结力强 , 有利于提高卷烟质量 , 降低 成本 。 316  化妆品  NaCMC 在固体粉质原料的膏 状产品中起分散悬浮稳定作用 , 在液体或乳化液化 妆品中起增稠 、分散 、均质等作用 。也可当做软 膏 、洗发液的乳化剂 , 增粘剂和稳定剂使用 。 317   电池  NaCMC 纯度较高 , 具有良好的 耐酸 、耐盐性 , 特别是含铁和重金属量较低 , 配成 的胶体十分稳定 , 适于碱性电池 、锌锰电池制造 。 318   水性涂料  HEC 和 M HEC 可作为乳胶 涂料的稳定剂 、增稠剂和保水剂使用 , 此外 , 也可 作为彩色水泥涂料分散剂 、增粘剂和成膜剂 。 319   建筑材料   可作为石膏底层以及水泥底 层的灰泥 、砂浆和地面抹平材的分散剂 、保水剂 、 增稠剂使用 。 3110   釉料   可作为釉料的胶粘剂使用 。 3111   洗涤剂   可作为增粘污垢附着防止剂使 用。 3112   乳液分散   可作为稳定剂及增粘剂使用。 3113   牙膏   NaCM HPC ( 羧甲基羟丙基纤维 素钠) 可作牙膏粘合剂稳定剂使用 , 具有良好的触 变性能 , 使牙膏成形性好 , 久置不变形 , 口感均一 细腻 。NaCM HPC 的耐盐性 、耐酸性优越 , 效果远 远优于 CMC 。

4  在涂料及浆料中的应用

纤维素醚在涂料和浆料中具有非常重要的作 用 。仅加入配方总量 012 %~ 015 %就能起到增稠 、 保水 、防止颜料和填料沉淀 、增加附着力和粘接强 度作用 。 411   粘度   纤维素醚水溶液粘度随剪切力而 改变 , 用纤维素醚增稠的涂料和浆料也具有这种特 性 。为使涂料容易施工 , 必须仔细选择纤维素醚的 类型和数量 。对于涂料来说 , 在采用纤维素醚时 , 可选用中粘度的产品 。 412   保水性   纤维素醚可阻止水分迅速进入 多孔底材中 , 这样在整个施工过程中 , 可使其形成 均匀涂层 , 而不使其干燥太快 。乳液含量高时 , 使 用较少的纤维素醚就可以满足保水的要求 。涂料和 浆料的保水性取决于纤维素醚的浓度和涂装底材的 温度 。

315   烟草  NaCMC 用于烟草的粘结 , 其溶

第 11 期

张发爱 : 纤维素醚及其应用

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倾向 , 要使涂料保持均一稳定 , 就必须使颜料的填 料处于悬浮状态 。使用纤维素醚可以使涂料具有一 定的粘度 , 在储存过程中不产生沉淀 。 414   附着力和粘接强度   由于纤维素醚良好 的保水性以及附着力 , 可以保证涂层和底材之间有 好的粘接 。M HEC 和 NaCMC 具有优良的干粘合力 及附着力 , 因此特别适用于纸筋浆中 , 而 HEC 不 适合于此用途 。 415   保护胶体功能   由于纤维素醚的亲水性 , 因此它可以作为涂料的保护胶体 。 416   增稠剂   纤维素醚大量用在乳胶漆中作 为增稠剂 , 调整施工粘度 。在乳漆中主要使用中高 有部分性能不同 。阴离子性纤维素醚 , 易与二价和 三价阳离子形成水不溶的盐 。因此羧甲基纤维素钠 与甲基羟乙基纤维素和羟乙基纤维相比 , 耐洗刷性 较差 。所以羧甲基纤维素钠只能用于廉价乳胶漆配 方中 。 甲基羟乙基纤维素和甲基羟丙基纤维素比羟乙 基纤维素具有较低的剪切粘度 , 更高的表面活性剂 特性 , 因此能减少乳胶漆的飞溅倾向 。而羧甲基纤 维素无表面活性剂作用 。 羟乙基纤维素在乳胶漆中具有流动性好 , 刷涂 阻力小 , 易施工的特点 , 与甲基羟乙基和甲基羟丙 基纤维素相比 , 对颜料的相容性好 , 因此它被推荐 用于丝绸乳胶漆 、彩色乳胶漆 、色浆等 。

粘度羟乙基纤维素以及甲基羟乙基纤维素 。有时也 可以把纤维素醚与合成的增稠剂 ( 如聚丙烯酸盐 、 聚氨酯等) 一起使用来改善乳胶漆的某些性能 , 给 予乳胶漆均匀稳定性 。 纤维素醚都具有优良的保水性以及增稠性 , 但

5  国外生产厂家

维素 Nat rosol 系列 ; 甲基羟乙基纤维素 CUL M I2 NAL M HEC ; 甲 基 羟 丙 基 纤 维 素 CUL M INAC M HPC ; 羧甲基纤维素 BLANOSE CMC ; 改良型 羟乙基纤维素 NA TROSOL Plus 330 和 430 。 ( 2) Union Carbide 公司 : Cellosize Q P 系列 。

413   稳定颜料和填料   颜料和填料有沉淀的

( 3) Dow Chemical 公司 : 甲基纤维素 Met hocel

系列 A ; 羟丙基甲基纤维素 Met hocel J , Met hocel E , Met hocel F , Met hocel K 等 ; 羟丁基甲基纤维 素 Met hocel HB 。 (4) A KZO Nobel 公司 : 乙基羟乙基纤维素 , Bermocoll E 系列 ; 根据其粒度分为 G 级 ( 粒状 , 95 % < 015mm ) , F 级 ( 细粉末 , 95 % < 013mm ) , FQ 级 ( 细粉末 , 98 % < 013mm ) , 每级又有不同 羟乙基纤维素 TyloseH - YP , 粉末状 , 延迟膨胀 型 ; 羧甲基纤维素钠 Tylose C - G , 颗粒状 ; 羧甲 基纤维素钠 TyloseC - P , 粉末状 。

纤维素醚在国外有许多生产厂家 , 举例如下 : ( 1) Aqualon 公司的产品及牌号为 : 羟乙基纤

的粘度等级 。 ( 5 ) CLAR IAN T 公司 : 甲基羟乙 基 纤 维 素 , Tylose M H - G , 颗粒状 ; 甲基羟乙基纤维素 Ty2 lose M H - p , 粉末状 ; 羟乙基纤维素 Tylose H G , 颗粒状 ; 羟乙基纤维素 Tylose H - P , 粉末状 ;

6  国内生产厂家

目前国内也有许多厂家生产纤维素醚产品 , 如 湖北祥泰纤维素有限公司 、哈尔滨化工七厂等生产 羟乙基纤维素 ; 沈阳市皮革化工厂 、沈阳市精制棉 厂 、江苏省张家港市三惠化工有限公司等生产羧甲 基纤维素钠 ; 福州第二化工厂 、湖南湘潭化学助剂 厂 、沈阳第一制药厂 、上海第十一制药厂等生产羟 丙基甲基纤维素 ; 温州市瓯海日用化工公司生产羧 甲基纤维素系列产品 ; 宜兴市通达化学限公司生产 羟甲基纤维素系列产品 ; 山东肥城瑞泰精细化工有 限公司生产甲基纤维素 , 羟丙基甲基纤维素等 。

纤维素醚由于其卓越的性能 , 在许多行业得到 了应用 。本文仅列举了其部分用途 , 希望通过本 文 , 使更多的人关心纤维素醚产品的开发 , 以使其 得到更快发展 。 主要参考文献

1  钱逄麟 , 郭淑静等 . 国内外涂料助剂品种手册 . 北京 : 化学工

业出版社 , 1998 业出版社 , 1990

2  钱逄麟 , 竺玉书 . 涂料助剂 — 品种和性能手册 . 北京 : 化学工 3  CLARIAN T 公司纤维素醚说明书

收稿日期 : 2000 - 9 - 18


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