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羧甲基纤维素钠的性质和作用有哪些

发布日期:2014-06-21 16:14:51
 
 羧甲基纤维素钠甲基纤维素钠cmc是纤维素的羧甲基化衍生物又名纤维素胶是最主要的离
子型纤维素胶。CMC 于 1918 年由德国首先制得并于 1921 年获得专利而见诸于世此
后便在欧洲实现商业化生产。当时只为粗产品用作胶体和粘结剂。19361941 年对 CMC 
工业应用的研究相当活跃并发表了几个具有启发性的专利。第二次世界大战期间德国将 
CMC 用于合成洗涤剂。CMC 的工业化生产开始于二十世纪三十年代德国 IG 
Farbenindustrie AG。此后生产工艺、生产效率和产品质量逐步有了明显的改进。1947 年
美国 FDA 根据毒物学研究证明CMC 对生理无毒害作用允许将其用于食品加工业中作
添加剂起增稠作用。CMC 因具有许多特殊性质如增稠、粘结、成膜、持水、乳化、悬
浮等而得到广泛应用。近年来不同品质的 CMC 被用于工业和人们生活的不同领域中。
羧甲基纤维素钠 
1 CMC 的分子结构特征  
纤维素是无分支的链状分子由 D-吡喃葡萄糖通过 β-(1→4)-苷键结合而成。由于存在
分子内和分子间氢键作用纤维素既不溶于冷水也不溶于热水这使它的应用受到了限制。
纤维素在碱性条件下溶胀如果通过特殊的化学反应用其它基团取代葡萄糖残基上 C2、
C3及 C6位的羟基即可得到纤维素衍生物其中有 35的纯纤维素被转化为纤维素酯
25和纤维素醚10。  
CMC 是纤维素醚的一种通常是以短棉绒纤维素含量高达 98或木浆为原料通
过氢氧化钠处理后再与氯乙酸钠ClCH2COONa反应而成通常有两种制备方法水媒
法和溶媒法。也有其他植物纤维被用于制备 CMC新的合成方法也不断地被提出来。  
CMC 为阴离子型线性高分子。构成纤维素的葡萄糖中有 3 个能醚化的羟基因此产品
具有各种取代度取代度在 0.8 以上时耐酸性和耐盐性好。商品 CMC 有食品级及工业级
之分后者带有较多的反应副产物。CMC 的实际取代度一般在 0.41.5 之间食品用 CMC 
的取代度一般为 0.60.95近来修改后的欧洲立法允许将 DS 最大为 1.5 的 CMC 用于
食品中取代度增大溶液的透明度及稳定性也越好。  
取代度Degree of SubstitutionDS决定了 CMC 的性质而取代基的分布也会对产
品性质产生影响。DS 和取代基分布的准确测定是优化反应条件、确定结构性质关系的先决
条件。羧甲基可以在葡萄糖单元AGU的 2、3、6 位上发生取代有八种可能的结构单
元无取代C2C3C6C2、C3C2、C6C3、C6C2、C3、C6构成了高分子链。
不同高分子链中重复单元的分布也可能是不同的。  
1.1 DS 的测定  
测定 CMC 取代度的一种常用方法是滴定法把 CMC 钠盐转化为酸的形式反之亦然。
把CMC 钠盐分散在乙醇和盐酸中用已知摩尔浓度的氢氧化钠溶液滴定。还有一种反滴定
法一般是测定 CMC 取代度的标准方法把氢氧化钠加入到未知量的 CMC 酸中反滴
定过量的氢氧化钠来计算 DS。电导滴定法也可以较准确地测定 DS曾晖扬等提出了红外
光谱法并可直观地大致判断出样品的纯度以决定是否需要对样品进行提纯精制。  
钠的确定比较简单但是需要满足一些先决条件CMC 需要完全转化为钠盐的形式
而且在合成中带来的 NaCl 及氯乙酸钠需要完全除去。后一种问题一般是通过透析的方法
解决但是这样也存在一个问题对于部分取代度高而分子量低的分子容易流失这样会带
来误差。  
CMC 可以与盐离子如铜离子作用生成沉淀反滴定过量的铜离子也可以确定 CMC 的
取代度。对于 CMC用硝酸铀酰溶液使之沉淀然后将其燃烧测定得到的氧化铀也是一
种测定取代度的有效方法。  
除此以外还有其他用于测定 CMC 取代度的方法如核磁、毛细管电泳等。液相核磁测 
 量中存在一个问题是由高分子溶解在 D2O 中产生的高粘度引起的随样品聚合度增加线
宽也增加。 
研究发现通过超声处理的方法能使高分子部分降解而羧甲基不会断裂同时也不会有单
体和二聚体经过超声处理的 CMC 的谱图得到了改善。酶降解也可以用于改善聚电解质
的核磁谱图。 
Saake,Horner 等将 CMC 用酸水解经 HPLC 分离后用13C NMR 表征。对传统的 
CMC 样品用硫酸和高氯酸水解比较发现高氯酸效率更高。对于两种水解方法来说八种 
CMC 构成单元的产生均随 DS 升高而降低。而对于用新方法合成的 CMC 样品结果则
不同如由诱导相分离得到的 CMC 样品取代度直到 1.9 水解程度仍不断升高但定位
选择取代的 2,3-O-CMC 随 DS升高而下降对 2,3-O-CMC 样品来说用硫酸水解效果更
好。需要指出的是传统的方法仍是十分有用的因为不需要昂贵的仪器可以重复测量。  
1.2 取代形式的测定  
目前确定取代基分布最重要的方法是在样品经过降解后利用13C CP/MAS NMR-和
13C NMR 液相核磁 1H NMR 以及色谱技术HPLC,HPAEC-PAD、气-液色谱。  
通过13C CP/MAS NMR 的方法在接触时间为 2ms 下测量平均取代度能通过羧基和 
C-1的信号面积的比率计算得到。图 2 为 DS 为 2.4 的 CMC 样品的核磁谱图。通过13C 
P/MAS NMR方法测得的24个CMC样品的DS与用钠的重量分析法得到的结果吻合得很好。
用13C NMR液相核磁方法可以估算确定平均取代度和在2x2、3x3、6x6位上的
部分取代度。Capitani等[20]在90℃下对CMC水溶液进行了精确的高场H-1,600MHz1D
和2D实验通过门控去偶13C NMR谱图不仅能得到取代度也能测定取代基分布。电导滴
定很好地支持了所得结果。 
降解样品的1H NMR 谱图同样能提供在 C2、C3、C6位上的取代度的信息。样品可以
直接溶解在 D2O/D2SO416 次扫描足以得到好的谱图。  
毛细管电泳也是一种有效的测量方法。Oudhoff 等用毛细管电泳的方法确定了 CMC 的
取代度和取代基分布。  
1.3 其他结构特征的研究  
CMC 的分子量及分子量分布能通过 SEC 方法确定。  
Horner 等用葡萄糖内切酶将两种不同 DS 的 CMC 样品分解成片断直至降解完全
处理后大大改善了高分子的水溶性。葡萄糖内切酶作用明显与取代度相关当取代度增加时
酶的效率受到限制。两种 CMC 样品的多糖链都包含高取代和低取代的区域。Saake 等用
酶处理的方法研究了具有特殊取代形式的 CMC 的分子结构。样品通过葡萄糖内切酶处理
后用 SEC 分析测试结果表明 DS 为 1.9 的样品仍能被强烈降解从而支持了 block-like 
取代形式的存在。用 SEC、离子交换色谱、脉冲电流检测详细研究了酶解后的片断产物
表明所有的样品中均含有 DS 高于起始样品的片断同时也有大量降解产物是低 DS 或无
取代的。  
CMC 分子的卷曲和排水程度能通过蠕虫链模型分析研究分子在水溶液中的构象和流
体力学性质并可确立模型参数如流体力学直径与纤维素羧甲基化程度的关系。  
Hoogendam 等用 SEC 和电位滴定的方法估算了 CMC 的持续长度。CMC 的本征持续
长度通过 SEC 与多角激光光散射SEC-MALLS联用以及电位滴定的方法确定。对于取
代度从 0.75到 1.25 的样品用 SEC-MALLS 得到了分子量与旋转半径之间的关系。不考
虑取代度的情况下利用静电蠕虫链理论估算 CMC 的持续长度 L-p0为 16nm。而 采 用 
Odijk 理论利用聚电解质尺寸的描述得到一个稍低的值12nm。电位滴定在 NaCl 溶
液0.01-1mol/L中进行用均一电荷圆筒模型分析得到 CMC 主链的半径。羧基的离解
常数为 3.2。DS=0.75 的 CMC 的半径为0.95nm而 DS=1.25 的 CMC 为 1.15nm。从电 
 位滴定中推导出的本征持续长度 L-p0为 6nm。  
K?stner 等研究了 CMC 在溶液中的结构和性质用八种不同的 CMCMw:9000-360000  
g/mol-1、DS:0.75-1.47。从流变学和导电双折射中区分了四个临界浓度依赖于 CMC 的
分子量、电荷密度以及溶液的离子强度。在很低的浓度时聚电解质处于最伸展的状态粘
度与水接近。在临界浓度 c0时分子链之间的距离约等于持续长度。浓度达到 c1后伸展
的链开始交迭样品粘度增加遵循 scaling 规律(c/c1)1/2。继续增加聚电解质的浓度卷
曲的分子链开始交迭、缠结粘度迅速上升与浓度的关系为(c/c2)5.5与不带电荷的高分
子相同。所有样品的松弛时间开始迅速增加聚电解质表现为类似于中性高分子形成瞬时
的网络结构。在浓度为 c3溶液开始形成热可逆的凝胶。在不同的浓度范围内聚电解质
溶液的离子强度的改变都会引起很大的变化。加入盐、表面活性剂以及 pH 值的变化都
会引起松弛时间和粘度的变化。  
2 CMC 溶液流变性质的研究进展  
Ghannam 等在应力控制下用 Haake 流变仪研究了浓度为 1-5%的 CMCDS=0.7溶液
的流变性质。在低浓度下溶液表现为近牛顿行为高浓度下具有假塑性、触变性、粘弹性。
对此浓度范围内的 CMC 溶液进行稳态实验并测定瞬态剪切应力响应、屈服应力以及
高浓度下的触变、蠕变恢复和动态实验。随 CMC 浓度的升高溶液的流变行为表现出更
强的时间依赖性。触变性与溶液的结构恢复有关它取决于 CMC 的浓度以及施加的剪切
速率。浓度越高溶液具有越强的粘弹性。Edali 等对 5~8%的 CMC 溶液作了相应的流变
实验。溶液在整个浓度范围内呈假塑性。稳态剪切实验表明在高剪切速率下CMC 溶液的
粘度对浓度的依赖性减小。在很低的剪切速率下溶液表现出震凝性。实验没有测出屈服应
力。在高剪切速率下检测出非线性粘弹性。在相同的浓度下动态实验测出的复粘度比稳
态剪切粘度高。  
Dolz 等研究了高粘度 CMC 水凝胶的触变性并提出了一种确定具有低触变性体系的
触变行为的方法。流变环的面积与边界条件符合的很好。从公式推导中能得到相关的触变
面积及流变图中的理论面积。此方法适用于高粘度的 CMC 水凝胶。  
pH 和环境的离子类型对 CMC 凝胶的弹性和粘性行为都有影响。聚电解质凝胶的粘性
行为在磷酸缓冲液中很显著弹性性质在酸性介质中是主要的作为高分子中和的结果。  
Cheng 等对由细菌纤维素制得的 CMC 进行了研究。细菌纤维素具有高粘度由这种物
质得到的 CMC 具有剪切变稀和触变的特性。通过合适的样品处理CMC 溶液表现出类凝
胶的流变性表明其中存在三维网络结构与羧甲基官能团在分子链上的不均一分布有关。
将细菌纤维素经过酸或超声降解后再转化为 CMC。这样得到的 CMC 溶液接近于牛顿流
体仅有很小程度的剪切变稀没有触变性。  
We s t r a研究了具有类似黄原胶性质的 CMC 溶液的流变性。在这种 CMC 的制备过程
中控制反应条件生成低取代、取代不均一的 CMC。未被取代的分子链仍保持纤维素的
状态通过分子内和分子间氢键结合在一起。这种 CMC 溶液具有明显的假塑性、流变的
温度依赖性与黄原胶相似。  
CMC 和海藻酸盐都可作为食品添加剂当两种物质混合时温度、浓度和两者的比例
都会对溶液的流变性质产生影响。混合溶液的性质明显偏离线性规律在单成分溶液的粘度
基础上建立的模型可用于分析实验结果。  
Florjancic 等研究了多糖混合物水溶液在剪切作用下的流变性质。将两种相容的生物大
分子如 CMC 和黄原胶在破坏和非破坏的剪切条件下用来确定混合体系有无协同作用。
利用经验分析估计零剪切粘度的偏差以及确定所研究的二元混合物的剪切变稀强度用于
与单纯组分溶液的流变行为的比较中。考虑到在线性粘弹区内的流变性质和粘弹特性研究
的混合物在剪切条件下呈现出复杂的流变行为。   
 羟丙基甲基纤维素HPMC与 CMC 混合时对流变行为产生影响调节两者的比例
可得到最大的协同作用。协同作用对粘度有影响而弹性的变化归因于 HPMC 和 CMC 之
间疏水作用与氢键作用。协同作用的程度能通过分子量和取代形式的不同来解释。粘度的变
化显示出分子的交叠和链的伸展使具有大网眼尺寸的三维网络结构增加以及疏水微环境的
增加有利于溶质的迁移。  
CMC 可用于纸涂层中作为粘合剂。由于涂层中不同成分的相互作用它呈现出复杂的
流变性质这可以通过微结构的变化来解释。损耗和弹性模量与应变幅度有关超过一定的
应变幅度以后弹性模量下降损耗模量比弹性模量小很多开始时增长经过一个最大值后
下降。涂层的流变行为是时间依赖性的。涂层组分按一定顺序混合可使粘度和/或粘弹性明
显增加这可能由于发生了絮凝或聚集。  
3 CMC 的应用及展望  
一应用于无磷洗涤剂及制皂工业  
CMC 在 1935 年被发现有改善洗涤效果的作用自此以来CMC 作为优良的抗再沉积
剂已有半个多世纪的历史。CMC 作为洗涤助剂主要起抗污垢再沉积的作用。一是防止重
金属的无机盐沉积二是使因洗涤而进入水溶液中的污垢悬浮分散在水溶液中防止污垢
沉积到织物上。 
因此加有 CMC 的洗衣粉、肥皂洗衣物时去污能力增强也使洗涤时间缩短使白
色织物保持白度和清洁度有色织物保持原有色泽的鲜艳度。特别是在硬水中洗涤棉织物时
效果最佳。洗后的织物有柔和感穿着更舒适。  
在制皂时加入 CMC 后所起的作用与在洗衣粉中起的作用一样用时还可使肥皂柔韧
压制出的肥皂更加光滑、美观、耐用。  
二应用于食品中  
CMC 可以代替明胶、琼脂、海藻酸钠等食品胶用于食品工业中主要起增稠、稳定、
持水、乳化、改善口感、增强韧性等作用。添加食用 CMC 能降低食品生产成本同时能
提高食品等级改善口感延长保质期。1974 年联合国粮农组织FAO和世界卫生组
织WHO经过严格的生物学、毒理学研究和试验后批准将纯 CMC 用于食品国际标
准的安全摄人量(ADI)是25mg/kg 体重/日即大约每人一天约 1.5g。詹志萍、Javier A 等报
道当试验摄入量达到 10g/kg体重时也未有毒性反应。  
羧甲基纤维素钠在国内最早被用于方便面的制作随着我国食品工业的发展CMC 在
食品生产中的应用途径越来越多不同的特性起到了不同的作用。CMC 主要用于以下食品
中(1)用于饮料中如用于豆奶中可起到悬浮、乳化稳定的作用耐酸型 CMC 可作为
稳定剂用于酸奶、酸性中具有防止沉淀分层、改善口感、耐高温、延长货架期等特性。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胀度改进融化
速度赋予良好的形感和口感并可以在运输和存储过程中控制冰晶的大小和生长使用量
按总量的 0.5的配比添加3用于面包生产可使蜂窝均匀、体积增大、减少掉渣同
时还有保温保鲜的作用添加 CMC 的面条持水性好耐煮、口感好、有韧性4CMC 不
会被人体消化吸收可用于减肥食品它可促进胃肠蠕动对肠道清洁有帮助适合为高血
压、动脉硬化、冠心病患者制作低热食品5其它CMC 还可用于酒类生产使口感更
为醇厚、馥郁后味绵长CMC 可用作啤酒的泡沫稳定剂使泡沫丰富持久改善口感
CMC 还可用于水果、蔬菜、茶叶等的保鲜此外还用于酱油、果冻、果酱等一些食品生产
中。  
三应用于石油、天然气工业  
 (1)含有 CMC 的钻井泥浆能形成井壁薄而坚、渗透性低的滤饼从而减少因泥浆失水
引起的缩径、崩塌现象(2)泥浆加入 CMC 后很少受霉菌的影响不须维持很高的 p 
 值也不必使用防腐剂就能存放较长时间(3)含有 CMC 的泥浆具有良好的流动性、稳定
性和触变性即使温度在 150℃以上仍能降低失水。防止大量水分从泥浆进入油层提高了
原油的产量。高粘度、高取代度 CMC 适用于密度较小的泥浆低粘度高取代度的 CMC 适
用于密度大的泥浆。CMC 还可做油田三次化学采油的稠化剂、成胶剂在油田压裂、堵水
调剖、酸化作业中有明显的稳产增产作用。  
四应用于建筑、涂料、陶瓷工业  
 (1)用作建筑混凝土的缓凝剂在混凝土中加入 CMC 后具有明显的增稠、保水作用。
可延长混凝土的凝结时间提高混凝土初期强度避免建筑物体出现裂纹。另外还可做混凝
土的泵送剂保持商品混凝土拌合物不泌水、不离析提高混凝土的匀质性(2)用作建筑
内外墙仿瓷涂料具有黏结、增稠、悬浮作用(3)用于陶瓷中 坯体专用型 CMC 对泥料
的可塑性和生坯的抗折强度增效显著减少生坯的破损率CMC 在釉浆中主要作为一种粘
结剂使用同时还具有悬浮及解凝作用作为解凝剂可提高釉浆的流动性控制釉浆触变
性CMC 还可最为保水剂使釉层干燥均匀形成平坦致密的釉面烧后釉面平整光滑。
CMC 也被用于可作为湿度传感器的多孔性陶瓷中。  
五应用于在造纸行业中  
CMC 在造纸行业用作纸张施胶剂,可明显地提高纸张的干强度和湿强度及耐油性、吸墨
性和抗水性。在抄造过程中作湿强剂在纸浆中加入 CMC 能增强纸张的抗张力增大揉
性在涂布纸中作分散剂、胶粘剂可使颜料及纤维充分分散在造纸行业水处理过程中作
絮凝剂。  
六应用于纺织、印染工业  
在纺织工业中用作上浆剂、印染浆的增稠剂、纺织品印花及硬挺整理,用于上浆剂能提高
溶解性及粘变,并容易退浆。CMC 对大多数纤维均有粘着性,能改善纤维间的结合,其粘度的
稳定性能确保上浆的均匀性,从而提高织造的效率。还可用于纺织品的整理剂,特别是永久性
的抗皱整理,给织物带来耐久性的变化。  
此外CMC 还可用于一系列日用化学品中如牙膏、洗发水、沐浴露、洗手液和鞋油
等作为稳定剂、乳化剂起到增稠、防止不溶性物质沉降的作用在烟草行业中CMC 在
制造香烟的再生烟叶中作为粘合剂和成膜物CMC 对人体无毒副作用还被用于医药、化
妆品中CMC 在其它一些工农业生产中也有应用。如今CMC 已有两百多种应用。  
随着对可再生资源的利用不断增加CMC 将变得日益重要。一方面利于可持续发展
另一方面纤维素拥有由自然界合成的独特结构是高级产品的优良基础。纤维素是世界上
最丰富的可再生高聚物据估计每年通过光合作用生成的纤维素达到 1091012t使 CMC 
的制备得到源源不断的原料供给。CMC 将具有相当广阔的发展前景。 
 
                       CMC的具体作用  
羧甲基纤维素是一种可溶于水的高分子结构的纤维素醚无嗅、无味、无毒白色或微
黄色的颗粒絮状粉末溶于水为透明体具有良好的乳状、打散、悬浮和粘结作用广泛应
用于石油、化工、洗涤剂、陶瓷、卷烟、印染、纺织、食品、医药、电焊条等行业有“工
业味精”之称。 
   CMC的用途非常广泛、无毒、无腐蚀、对人体无害不污染环境、粘结力强、不霉变、
不生虫可作为乳化剂、增稠剂、稳定剂、上浆剂、成膜剂、粘结剂等 
1、建筑装饰的应用喷在大白、喷刷石灰浆、调石膏腻子、调水泥腻子、滑石粉腻子、821
腻子粉、仿瓷腻子、涂料喷涂、滚涂、弹涂、刷涂、美术饰面、抹灰、裱糊壁纸、贴墙布、
地砖、瓷砖、陶瓷锦砖等。 
2、合成洗涤剂和肥皂工业的应用CMC是合成洗涤剂最好的活性助剂。用于洗涤剂中主要 
 是利用它的乳化和防护胶体性质在洗涤过程中它产生阴离子可同时使被洗物表面与污垢粒
子都带负电荷这样污垢粒子在水相中有分相性与固相被洗物表面有排斥性因此能防止
污垢再沉积于被洗物上可使白色织物保持白度有色织物色泽鲜艳。CMC对于合成洗涤
剂的其他优点是有助洗作用特别是在硬水中洗涤棉织物效果最好。能稳定泡沫不仅节
省洗涤时间又可反复使用洗涤液洗后织物有柔和感减少对皮肤的刺激。CMC用于浆状
洗涤剂后除上述作用外还具有稳定作用使洗涤剂不沉淀。在制造肥皂时加入适量的
CMC可使质量提高其机理和优点除与上述合成洗涤剂相同外还可使皂料柔软便于加
工压制压出的皂块光滑美观。CMC有乳后作用可使香料、染料均匀发布于肥皂中所以
特别适用于香皂。使用方法是用头一二天先调制好10%的透明胶状的CMC浆一般用量
为一百公斤干皂片0.5-3公斤具体用量须视肥皂质量决定浓浆可与香料、染体同时投入
混合机中然后与干皂片充分混和后压制。皂片含盐量高或松脆的宜多加些但使用过量将
使皂料太湿不易加工压制压出的也易受潮软化。HS2型和HS3型CMC均适用于制皂。 
3、石油钻井等工程泥浆中的应用在钻探和石油钻井工程中必须配制良好的泥浆以保证
钻井正常运转。良好的泥浆必须有适宜的比重、粘度、触变性、失水量等数值这些数值随
地区、井深、泥浆类型等条件有各自的要求在泥浆中使用CMC即能调节这些物理参数
如降低失水量调整粘度增加触变性等等。 
含有CMC的泥浆能使井壁形成薄而坚渗透性低而降低失水率减少因泥浆的失水渗入地
层引起的缩径、崩塌等现象。含有CMC的泥浆很少受霉菌影响因此不 
需要保持很高的PH也不必使用防腐剂相应地减少其他化学剂用量。 
使用时应将CMC溶于水中配成溶液加至泥浆中。CMC也可配合其它化学剂共同 
加入泥浆中。 
4、纺织印染工业的应用。纺织工业近年来已大量应用CMC代替淀粉作为上浆剂。实践证
明CMC上浆不仅节约了大量的粮食和油脂而且比用淀粉、动物胶等优越得多。在棉、丝、
毛及化学纤维、合成纤维或混纺织物、经纱上用CMC作粘料有下列优点CMC水溶液清
彻、透明、均匀、具有良好的稳定性用泵循环或搅拌 
都无变化可按生产需要随时取用。CMC水溶液富有粘性和薄膜形成性可在经纱表面上形
成光滑、耐磨、柔韧的薄膜、能忍受织机的绝强力为高速生产提供有利条件。用CMC水
溶液处理的纱易干燥、有光泽、手感柔和。 
   印花色浆CMC作为增稠剂、乳化剂应用于印花色浆中。特别适宜于丝绸印花色浆。在
人造纤维织物如醋酸纤维的印花色浆中应含有高沸点溶剂、染料、水及足够的增稠剂。CMC
即是增稠剂又是乳化剂印花色浆中加入CMC有下列优点 
(1)显著提高印花的鲜艳度。因一般浆料洽色是以水为媒介的CMC吸湿性强 
故能增加洽色率提高鲜艳度。(2)渗透性好。CMC浆的渗透性比淀粉浆好特别是需要深且
透的织物如乔其立绒的拷花不仅吃色深透且可减轻劳动强度。 
(3)易于退浆质感柔软。(4)改善色浆的稳定性。CMC不易发霉变质故色浆比用淀粉等稳
定。(5)粘着性强。在手工印花中如尼隆织物多数是很薄的用一般粘结剂很难使它贴紧
于平板上因而常会穹起难于印刷用CMC就能平伏地紧贴于平板上有利于操作。 
5、造纸工业的应用CMC具有薄膜形成性在造纸工业中可用作纸面平滑剂、施胶剂、在纸
浆中加入0.1-0.3%CMC能使纸增强张力40-50%增大揉性4-5倍 
同时纸质均匀印刷时油墨容易渗入印刷物边缘清晰。 
6、陶瓷工业的应用CMC具有良好的粘结性和薄膜形成性它能增强釉药和陶瓷的结合力
防止釉药脱落并能促进釉药扩散。CMC可作为烧结成型的粘结剂并可作为陶瓷固色剂。 
7、应用于食品工业CMC无臭、无味、无毒能长期保存不腐败粘度高、保形力强、易
于溶解可用于食品的加工。如作为粘性剂、增稠剂、稳定剂、固形剂、薄膜形成剂等等之 
 用。 
8、应用于涂料工业CMC可作水溶性涂料可作上胶或调节粘度。在油漆印刷 
中作为乳化剂、稳定剂。 
9、 应用于医药及日用化学工业CMC对人体无毒害能长期保存具有保护胶体特性
在医药上逐渐得到了应用。如作注射用青霉素不溶性盐的悬浮分散剂X光用药物硫酸钡、
氧化钛等的分散剂用作为软膏、锭剂的基料又作乳化剂、 
增稠剂、粘结剂等等。 
                                                             羧甲基纤维素钠    羧甲基纤维素钠简介 羧甲基纤维素钠(NaCMC 或简称 CMC)是一种水溶性纤维素醚,可使大多数常用水 溶液制剂粘度在几 cP 到几千 cP 之间变化。 NaCMC 的简化分子式如下: Cell-O-CH2-COONa NaCMC 由一氯乙酸与碱纤维素相互反应而得。碱纤维素本身是由纤维素与氢氧化 钠反应产生的。碱纤维素的步骤对于简化醚化剂与纤维素链之间的反应是必须的。取 代度(DS)和聚合度(DP)是各等级 NaCMC 的典型指标。 1.取代度和溶解性 取代度指连接在每个纤维素单元上的羧甲基钠基团平均数量。纤维素分子上的葡 萄糖酐有三个醇基:一个伯醇,两个仲醇。三个醇基都能与氯乙酸钠发生反应。伯醇 基团反应活性最大,因此取代基首先会取代此基团使反应物分子变长。取代度的最大 值是 3,但是在工业上用途最大的是取代度在 0.5 到 1.2 之间变化的 NaCMC。 取代度为 0.2-0.3 的 NaCMC 与取代度为 0.7-0.8 的 NaCMC 的特性存在着很大的区 别。前者只是部分溶于 PH 值为 7 的水,但后者是可完全溶解的。在碱性条件下情况正 好相反。 2.聚合度和粘度 聚合度指纤维素链的长度,决定着粘度的大小。纤维素链越长粘度越大,NaCMC 溶液也是如此。 NaCMC 分子呈现出线性结构,因此能够形成高粘度溶液。粘度反映了分子间的相 互作用力。 因此,选择聚合度不同的产品,制成 1%的 NaCMC 水溶液,在 25℃时,粘度在几 cP 到几千 cP 之间。 3.粘度    改变 NaCMC 水溶液的浓度可获得粘度高度变化的溶液。 涉及 NaCMC 的粘度时,有三个因素必须考虑: λ 溶液浓度 λ 测量时的温度 λ 所使用的粘度计的类型 很显然,浓度或温度的变化可以改变最终溶液粘度。NaCMC 溶液是非牛顿液体, 当剪切力增强时其表观粘度降低。在搅拌停止后,粘度成比例增加直到保持稳定。也 就是说,溶液具有触变性。这是非常重要的现象,在搅拌前和搅拌后,NaCMC 溶液粘 度变化很大。因此严格按照制造商推荐的测量方法进行测量是非常重要的。 NaCMC 作为吸水性胶体,具有所有胶体的特性。此外 NaCMC 溶液还可用于粘合剂, 胶化剂,稳定剂和分散剂以及成膜剂。 羧甲基纤维素钠的特性 1.温度的影响 干态的 NaCMC 能够耐 140-150℃以下的温度几分钟。和大多数溶液一样,当温度 升高时 NaCMC 溶液粘度降低。但是这些溶液在加热时保持稳定,在冷却后粘度又会回 到初始粘度。 2.酸碱的影响 NaCMC 是一种具有较强酸性的酸。如果用强酸处理 NaCMC,会释放出游离酸 HCMC。 这种酸不溶于水。 注意析出的情况只发生在 PH 值较低的情况下(大约为 2.5),如果 PH 值超过这 个值就不会产生析出的情况,例如在 PH 值为  3.5 的醋酸介质中。 NaCMC 可作为缓冲器和离子交换器。如果 PH 值保持在上述的限度内,可以向水溶液中 添加少量的酸,而不引起溶解性的变化。 3.盐的影响 某些金属盐与 NaCMC 反应,析出相应的纤维素羟乙酸金属盐。铝盐,锡盐和铅盐, 高铁盐,银盐,铜盐和锆盐都会发生此反应。 NaCMC 不会和钙盐和镁盐反应而沉淀,所以可以用于硬水。 弱浓度碱金属盐的存在通常会降低溶液的粘度,但强浓度的碱金属盐的存在将增加溶 液的粘度,在有些情况下甚至引起胶凝作用。 4.抗溶剂性 NaCMC 不溶于有机溶剂。    虽然可能产生一些溶胀反应,但 NaCMC 不会溶解。不过可以在 NaCMC 溶液中加入 一定百分比的水溶性有机溶剂(通常是 30-40%),例如: λ 丙酮 λ 甲醇或乙醇 λ 二恶烷 λ 乙二醇乙酸酯 5.含水量 是一种易潮湿的物质。放置在空气中,干燥的 NaCMC 吸收 12%-25%的水分(取决 于空气的湿度和选择的等级)。 为了避免在给定的时间段因含水量的变化而导致活性物浓度的改变,NaCMC 应储存在 原始包装中或密封容器内。建议储存在干燥的地方。 本工艺可生产两种 NaCMC 纯净级(PCMC) NaCMC 含量很高,只含有少量的盐。 工业级(TCMC) 含有一定比例碱性盐和中性盐的反应副产品。 纯净级和工业级的 NaCMC 有几种型号,其外观、活性物质的浓度、取代度和粘度有所 不同。 NaCMC 的应用领域 NaCMC 有广泛的应用领域。通常用作水溶胶,增稠剂,悬浮剂,成膜活性剂,乳 化稳定剂,上浆剂,涂布剂,胶粘剂、保护性胶体等。 通过调节 NaCMC 的以下特性,产品可以适应各种不同的用途: λ 活性物质浓度(纯度) λ 粘度 λ 取代度 λ 使用剂量 λ 产品使用的应用条件    1.洗涤剂 NaCMC 是粉剂洗涤剂的基本成分,特别是无磷粉剂。它有胶体的特性,可以阻止灰尘 污染纺织纤维,在使用合成洗涤剂的时候经常发生这样的情况。它可以稳定泡沫,保 护双手。NaCMC 可以加入到非离子液体洗涤剂中,同样可以防止纺织纤维重复吸收灰 尘。NaCMC 也可用作增稠剂,稳定剂,肥皂和洗衣粉的粘合剂和增塑剂。    2.钻探 NaCMC 可用作钻探泥浆的基本添加剂,作为保护性胶体和粘度调节剂,并减少滤液。 还可以开发专用型号以使钻机适应泥浆的特性。 NaCMC 用于石油和天然气钻探,钻水井,钻孔,空心钻,水平钻以及钻矿。 3.涂装 NaCMC 对于填料和石膏是一种良好的粘合剂,可用于增厚和稳定乳胶漆。 4.造纸业 a) 表面处理 λ 纸板和轻纸板的表面处理 λ 涂层纸板的表面处理 λ 胶版纸的表面处理 λ 改善上述纸张的技术特性 λ 改善淀粉成膜构造 λ 抗迁移效果 λ 硅化纸 λ 耐油牛皮纸 λ  可再生纸 λ 用于咖啡和茶包装的特种纸 λ 其他特种纸 b) 涂料 λ 保水 λ 粘合性 λ 改善荧光增白剂的效果 λ 加入到原料中,可以改进纸张的机械特性。 5.建筑材料 由于 NaCMC 的塑化性,通常用于传统的石膏料。它也减慢了硬化过程,因此混合后可 以延长石膏的使用时间。 6.纺织品 NaCMC 是棉花、人造丝、亚麻布、黄麻和羊毛以及人造纤维的良好的上浆剂。它可涂 在沙布上,在织布的的过程中起保护作用,保留良好的弹性,改善平滑性。 NaCMC 也是一种良好的整理剂,与大多数标准产品兼容。它改善了纤维的触感并使之 保持自然鲜艳的颜色。 某些品种的 NaCMC 也是某些浆料非常有效的增厚剂。 7.壁纸浆糊    NaCMC 很适合粘贴壁纸。这种糊剂很容易制备和使用。它不容易污染壁纸或使之退色, 粘着效果很好。 8.壁纸 用于印刷壁纸时,NaCMC 是良好的颜料粘合剂。 9.制陶 NaCMC 用于釉质的粘合剂和增稠剂。也用于陶瓷泥坯的粘合剂和塑化剂。 10.食品工业 NaCMC 在食品工业有很多应用: 它是冰激凌的稳定剂,果酱和果冻、果脯等的增稠剂。它用于糖,果汁,食品,面包, 冷冻食品,罐头食品,速食食品,饮料等等。NaCMC 广泛用于大部分的牛饲料,鸡饲 料,宠物饲料,鱼饲料中。 11.制药 NaCMC 在多种药剂中用作赋形剂。对于某些乳剂和悬浮液,它可作为极好的稳定剂, 也用于软膏的基料和各种抗生素的载体。在片剂、糖衣以及眼/耳/鼻滴剂中也很常用。 12.化妆品 NaCMC 用作牙膏增稠剂,用于护肤霜和洗发膏,沐浴液和香波。 13.电极 专用于电极应用的 NaCMC,在挤出时加入镀层电极化合物中作为粘合剂,塑化剂,整 理剂。 14.农业——杀虫剂和杀菌剂 NaCMC 在杀虫剂和杀菌剂中用作增稠剂和稳定剂。采用飞机喷洒时,它可以延长药效。 15.清洁用品 NaCMC 良好的增稠性、稳定性和成膜性使之成为许多清洁用品不可缺少的成分。 16.乳剂/悬浮液 在许多乳剂和悬浮液中,NaCMC 作为增稠剂。它有某种乳化性,特别适用于矿物油。 由于这些特性,它也能用在悬浮聚合中。 17.其他应用领域 ν 制造防火产品    ν 生产牲畜饲料和兽医产品(活性粒子悬浮剂) ν 石墨悬浮剂(润滑剂) ν 水处理 ν 粉笔和铅笔芯 ν 矿物或植物纤维的喷涂涂饰剂(NaCMC 作为粘合剂) ν 铸造型芯的制备 ν 洗衣粉 ν 苛性苏达清洁剂的增稠 这只是 NaCMC 应用领域中的一小部分,更多可能的应用正在研究中。    商业前景 近几年 NaCMC 特别是 PCMC 的价格和需求呈现稳定的增长。而 TCMC 的价格相对保 持稳定。    全世界 NaCMC 的总产量约 32 万吨。包括 157000 吨/年 TCMC 和 162000 吨/年 PCMC(2000 年的数 据)。PCMC 的生产规模仍然无法满足不断增长的市场需求。 西欧、 美国和日本是最大的市场, 占世界市场总额的 75%。 据估计在这些区域 2005 年以前的年增长率为 2%。 其他地区的市场增长预计为 3%以上,主要表现在亚洲,南美,中东市场的增长。 这也是为什么 CMC 和纤维素醚类物质虽然早已成为日常用品,而市场仍然不断增长的 原因。 处于经济快速增长期的中国,目前 CMC 产品正在以 10%的年增长率发展。欧洲 2 亿人口每年消耗 CMC 在 20 万吨,预计中国在近 5 年内需求会增长到 8-10 万吨,市场 前景还是比较乐观。本项目的产品具有高附加值、成长性良好的市场。 本技术 NaCMC 产品等级 该工艺的最大特色之一是可以生产的多种 NaCMC,有非常高的生产灵活性。 TCMC    DS 值:0.3-1.3 pH 值:6.5-12(可调) 粘度:10-10000cP(2%的溶液,25℃,布氏粘度计) 纯度:55%~80%(取决于配方或添加剂) PCMC DS 值:0.6-1.3 pH 值:6.5-8(可调) 粘度:10-5000cP(1%的溶液,25℃,布氏粘度计) 纯度:>=99.5%(可达到 99.8%或更高) 关于纯度,可以通过调整配方/工艺或混合不同的成品来得到介乎二者之间的量。成品 粘度主要由使用纤维素的种类预先规定。 可实现的生产规模 以上所述的工艺可适用于 1500 吨/年——30000 吨/年的生产规模。关键设备的最 优组合是影响生产规模重要因素。同时也取决于项目的位置和目标,并非任意的产量 都有可行性。特别是对于超过 10000 吨/年的大规模的项目来说,通常是由多个较小单 元组合起来以达到目标产量。 原材料需求 ν 木浆纤维素 ν 棉绒纤维素 ν 氢氧化钠溶液 ν H2O2 溶液 ν 乙酸 ν 乙醇 主要生产设施 1. 乙醇存储和配料 2. 钠碱液存储和配料 3. MCA 溶液制剂和配料 4. 纤维素制剂和存储 5. 反应装置 6. NaCMC 洗涤和萃取 7. NaCMC 乙醇回收装置(反萃取) 8. NaCMC 干燥装置 9. NaCMC 混炼和筛选 10. NaCMC 存储和掺合 11. NaCMC 称重和包装 12. 乙醇精馏和提纯 工艺优势 ν 产品质量很高,超过国内现有水平,完全符合国际标准 ν 取代度高且均匀,应用范围大    ν 反应时间短,在高温下运行,产品质量相当稳定 ν 生产成本低于现有国内高纯 CMC 生产技术    技术来源 德国 成熟程度 已工业化并有多个工程实例证明可靠性
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