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羧甲基纤维素的生产与应用


目录
摘要 .................................................................................................................................................. 1 关键词 ...........................

................................................................................................................... 1 一、生产原料纤维素的来源 ........................................................................................................... 1 二、羧甲基纤维素(CMC)性质 ................................................................................................... 2 三、羧甲基纤维素(CMC)生产工艺 ........................................................................................... 2 四、羧甲基纤维素用途................................................................................................................... 4 五、羧甲基纤维素(CMC)国内外生产及利用现状 ................................................................... 5 六、羧甲基纤维素(CMC)发展方向 ........................................................................................... 5 参考文献........................................................................................................................................... 5

羧甲基纤维素的生产与应用
摘要:羧甲基纤维素(CMC),是以纤维素为原料合成的纤维素醚类产品,有着良好的化学 和物理性能,在医药、陶瓷、食品添加剂、造纸、建材、涂料等方面也有着广泛的应用前景。 本文将综述羧甲纤维素的生产原料来源、性质和国内外生产应用现状以及发展前景。 ,其中 重点介绍羧甲基纤维素(CMC)的合成工艺和具体的应用。 关键词:羧甲基纤维素、生产工艺、应用、发展方向。
Abstract: Cellulose is composed of macromolecular polysaccharide, is a kind of important natural polymer, not only to the health of human body, but also has a broad prospect of application in medicine, ceramics, food additives, paper making, building materials, paint also. This paper will review the source of cellulose and its application, which mainly introduces CMC synthesis principle and application status at home and abroad, as well as the development foreground. Key words: Cellulose, CMC, Composition principle, Application, Development.

一、生产原料纤维素的来源 经过多年的研究和发展,目前可以用于合成羧甲基纤维素的原料有精制棉短绒、地脚 棉、甘蔗渣、秸秆及稻草等。但生产工艺对纤维素原料中а 纤维素含量的要求很高,虽然精 制棉短绒价格相对其他材料昂贵, 数量相对较少。 但以上这些原材料中精制棉短绒的棉纤维 含量高达 90%以上, 精制棉短绒生产出来的羧甲基纤维素比其他原材料所生产出来的产品性 能更优越,故比其他原材料更是符合工业化生产。因而,目前世界上用于生产的羧甲基纤维 素的主要原材料是精制棉短绒。

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二、羧甲基纤维素(CMC)性质

羧甲基纤维素(CMC) ,由于生产应用上常使用的是它的钠盐,又称羧甲基纤维素钠。 它的基本水分子结构图如下:

1、物理性质: 羧甲基纤维素是纤维素醚类的物质中应用最广泛物质之一, 属表面活性胶体的高分子 化合物,是一种无臭、无味、无毒水溶性的白色或浅黄色纤维状粉末,商品的CMC 系白色 或微黄色粉末( 颗粒) , 2、化学性质: 易溶于水形成透明胶状液并在PH=7时具有良好的粘度,增稠性,保水性,黏合性,乳化 性, 成膜性, 悬浮性和分散稳定性能, 可长期保存不变质, 在低温及日光照射下也是稳定的。 但也会因温度急剧变化,研究表明在20℃以下粘度迅速上升,45℃时变化较慢,80℃以上长 时间加热可使其胶体变性而粘度和性能明显下降。 溶液酸碱性变化, 或在紫外线照射下以及 微生物的影响,也会引起水解或氧化,溶液粘度下降。此外,羧甲基纤维素具有吸湿性,其 水溶液在锌、铜、铝、铅、银、铁、锡等重金属盐类,或有机(无机)的酸类溶液作用下会 发生沉淀。

三、羧甲基纤维素(CMC)生产工艺 目前羧甲基纤维素的主要合成方法有: 1、 水媒法是早期开发出来的一种设备简单, 成本低的生产工艺, 碱纤维素和醚化 剂在游离碱和水的溶剂条件下进行反应, 适合用于生产中低档的羧甲基纤维素,其粗品可 用于洗涤剂、建筑、造纸等行业。缺点是由于缺乏大量液体介质导出反应中产生的热量, 温度升高, 加快了正、副反应速度。而且副反应的趋向更大。副反应多导致了醚化效率 低, 产品质量差。主要表现为耐热性和耐盐性较差。 1 ○生产原料:精制棉(а 纤维素>98.5%) 、一氯乙酸(ClCH2COOH>97.5%) 、氢氧化钠溶

液(NaOH>50.2±0.2%) 、盐酸溶液(HCl>31.0%) 、乙醇(C2H5OH>95.0%) 。 2 ○生产流程图

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3 ○主要生产方程式以及副反应方程式

生产指标:1、以上碱化过程温度是 25-30 摄氏度,碱化时间是 30-50min。 醚化温度为 65-75 摄氏度,时间为 90-120min 2、溶媒法,其主要反应的方程式与水媒法的相同,与水媒法最大的不同点是溶媒法的反应 过程中采用有机溶液作为反应介质, 能快速导出碱化和醚化所产生的热量, 使反应过程主反 应加快,副反应得到减少,醚化剂利用率明显提高 10%-20%。采用溶媒法生产出来的产品的 均一性, 透明度还有溶解度都比水媒法生产出来的产品高。 但该方法由于在生产过程中采用 的有机溶剂, 有机溶剂成本以及有机溶剂分离回收设备投资增大, 故其生产的成本也较水媒 法相应提高。 1 ○生产原料:精制棉(а 纤维素>98.5%) 、一氯乙酸(ClCH2COOH>97.5%) 、氢氧化钠溶液

(NaOH>50.2±0.2%) 、盐酸溶液(HCl>31.0%) 、乙醇(C2H5OH>93.0%) 。

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2 ○生产流程图

3 ○生产方程式 生产技术指标:精制棉( 绝干):乙醇( 95 % ) = 1:1. 8。 四、羧甲基纤维素用途 用途广泛,能应用于涂料、聚合反应、建筑材料、油田钻井、纺织、食品、医药、日化、 陶瓷、皮革、造纸、电子元件制造等部门。 一、 用于建筑涂料行业的防沉剂、增稠剂、分散剂,使之具有良好的分散作用,增稠效果, 涂层分布均匀,避免裂痕,不分层,稳定性能好。 二、 在陶瓷工业中作毛坯粘合剂,提高陶土的可塑性;在陶瓷釉料作为一种流动控制剂, 有持久釉料的性能,可防止釉料在烧成之前脱落成泪痕,同时又能烧尽。 三、 用于化妆品,在固体粉质原料的膏状产品中起增稠,分散,悬浮,稳定等作用;在液 体或乳状产品中起增稠,分散,匀质作用。 四、 用作织物的整理剂,大大减少织物在生产过程中受环境杂质污染,其在织物表面形成 的薄膜具有吸湿性可以增加织物的可塑性,从而提高纺织效率。 五、 由于羧甲基纤维素有良好的乳化,分散悬浮和保护胶体的性能,是合成洗涤剂的良好 活性助洗剂,能有效防止污垢沉积,保持衣物光滑程度以及色泽的鲜艳程度。 六、 用于焊条中的釉浆剂,使陶瓷型涂料具有很好的粘结成型、涂刷性能。 七、 与牙膏的各种配料结合加强牙膏的稳定性和保湿性。 八、 羧甲基纤维素钠良好的分散性能和增稠性能可使奶类饮料、冰淇淋、八宝粥等的食品 的营养物质分布均匀,增强其稳定性,使之有良好的口感;使方便面、饼干等食品成 型性好;增强面包糕点的保湿性等。 九、 羧甲基纤维素在造纸行业用作纸张施胶剂,改善纸张内部的纤维间的粘性,可以提高 纸张的强度和耐折,同时明显提高纸张的湿强度及耐油性,吸墨性。 十、 石油钻探中可用于保护油井作为泥浆稳定剂、保水剂。 十一、 在医疗工业中可做针剂的乳化稳定剂,片剂的粘结剂和成模剂和药丸的胶囊。 十二、 其他的用途还有用于制作鞋帽、铅笔的黏合剂,皮革上的光剂,着色剂等。

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五、羧甲基纤维素(CMC)国内外生产及利用现状 CMC 是第一次世界大战以后,于 1918 年由德国人发明的。当时由于发现它能改进合 成洗涤剂的性能并可克服天然水溶胶的缺点, 才受到重视。 1936~ 1941 年, 羧甲基纤维素钠 的工业应用研究相当活跃。Hercules 公司于 1943 年为美国首次制成羧甲基纤维素钠, 并于 1946 年生产精制的羧甲基纤维素钠产品, 该产品被认可为安全的食品添加剂。 在国外, CMC 的生产工艺经过了两次重大的改进, 有原来传统的水媒法到后来的溶媒法, 再到多倍溶媒法, 醚化剂的利用率也有最先的 40%-50%提高到 75%以上, 现在国外先进的国家主要使用多倍溶 媒法生产羧甲基纤维素。目前世界上 CMC 主要生产国有美国、芬兰、法国、德国、意大利、 荷兰、 日本等。而且主要产量集中在几个大公司生产, , 芬兰 Mestsaluton 公司、 荷兰 Akzonobel 公司、美国 Hercules 公司、日本第一制药年、日本大赛璐。国际市场 CMC 年消耗量在 400 万吨左右。鉴于其有良好的增稠性,保水性,黏合性,乳化性,成膜性,悬浮性和分散稳定 性能,可作广泛应用于各行各业的增稠剂、保水剂、粘合剂、润滑剂、分散剂、乳化剂、助 悬浮剂、生物药物载体等。此外值得提到的是国外企业对高纯度的产品需求量较大,主要应 用在高附加值的行业中,包括食品、医疗品、化妆品、洗涤产品等。CMC 消耗数量最多的 行业依次为:食品、石油钻探、洗涤产品、医疗化妆品、纺织、造纸、粘合剂以及其他行业, 年消耗增长率大概在 5%左右。 我国CMC自1956年研制成功以来, 经过几十年的发展, 已形成一个有40多个骨干企业组 成的行业。2001年,国内CMC年消耗量约5万吨,其中4万吨由国内厂家生产,每年进口1万吨 CMC。 在CMC的应用方面,国内CMC的主要品种有40余种,它们广泛用于石油、钻井开采、合 成洗涤剂、纺织、造纸、建筑、食品、医药日化、选矿等工业部门。目前我国年产量约35 万 吨左右, 生产能力约为40 万吨。但我国高纯度的产品很少,大约 19000吨, 其消费构成大致 为: 日用化学品占41%, 油田开采25%, 纺织18%,建材4%, 造纸11. 6%, 其余( 医药、食品等) 0. 4%。在生产和应用方面,与外国行业相比较我国的产量、质量以及应用都有一定的差距, 存在高纯度的产品产量少,产品应用产生的附加值不高等问题。

六、羧甲基纤维素(CMC)发展方向

限于国外和国内同行的技术保密, 和投资资金缺乏。 我国生产羧甲基纤维素钠的企业的 规模大多比较小,所采用的生产工艺与国外同行的生产技术有一定差距。此外,羧甲基纤维 素在国内的应用范围还有待拓展和应用的结构也需要调整。 从发展的大方向来看, 生产企业 只有加强与国内外先进生产企业的技术交流, 相关的生产企业也要与高校或科研机构加强合 作,加大对生产技术改进的人力物力的投入,才能开发出生产成本更低,产品质量更高的生 产工艺技术。 同时, 羧甲基纤维素生产企业与羧甲基纤维素应用企业也要加强合作继续拓展 产品的用途广度与深度,才能使羧甲基纤维素更好地为我们人类的生活与生产服务。 参考文献:裴继诚教授.《植物纤维化学》 谢建成 .羧甲基纤维素生产及反应原理 牛生洋, 郝峰鸽.羧甲基纤维素钠的应用进展.(河南科技学院, 河南新乡 453003) 刘关山.羧甲基纤维素的生产与应用. ( 阜新博信工业有限公司, 辽宁阜新 123100)

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学院,

张依群.竣甲基纤维素(CMc) 前景的分析.湘潭市化学助剂厂 雷雨电 方云.羧甲基纤维素生产工艺的进展. ( 无锡轻工大学化学与材料工程 无锡 214036)

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