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羧甲基纤维素制备方法及其生产

工艺研究进展

羧甲基纤维素制备方法及其生产工艺研究进展，介绍了羧甲基

纤维素（CMC)的关键技术指标，并从羧甲基化反应机理出发，

在回顾传统制备方法的基础上，综述了近年来国内外关于纤

维素羧甲基化反应和工艺的研究进展，重点评述了对体系反应

介质的种类和组成、溶液法、新原料、溶媒法工艺的改进、

羧甲基化工艺与其他产品生产工艺的耦合等问题，并对其发展

前景进行了展望。

天然纤维素是自然界中分布最广、含量最多的多糖，来源十

分丰富。当前纤维素的改性技术主要集中在醚化和酯化两方

面。羧甲基化反应是醚化技术的一种。纤维素经羧甲基化后

得到羧甲基纤维素（CMC),其水溶液具有增稠、成膜、黏接、

水分保持、胶体保护、乳化及悬浮等作用，广泛应用于石

油、食品、医药、纺织和造纸等行业，是最重要的纤维素醚

类之_[1-2。近年来，随着国民经济的迅速发展，我国CMC需

求量以年均9°%的速度递增，而且由于CMC宝贵的胶体化学

性质，使其应用领域还在不断拓展[3-4。目前，我国生产的

CMC产品无论在产量上还是在品种和质量上均不能满足国内

市场的需求，因此积极开发CMC制备技术具有重要意义。

本文首先介绍了CMC的关键技术指标，并从羧甲基化反应机

理出发，综述了近年来国内外关于纤维素羧甲基化工艺的研

究进展，讨论了当前CMC制备技术的热点问题，并对其发展

前景进行了展望。

1CMC产品的技术指标

CMC的技术指标主要有聚合度、取代度、纯度、含水量及其

水溶液的黏度、pH等。其中聚合度和取代度是最关键的指

标，决定了CMC的性质和用途。一般而言，提高CMC的聚合

度和取代的高低；产品水溶液的pH—般要求为中性或弱碱

度，它的水溶性、降滤失性能、黏度及抗盐性能性。表1列

举了一些行业标准中CMC的主要技术也有所提高。CMC水溶

液的黏度反映了聚合度指标[5-10。

表1各行业标准中CMC的主要技术指标

Table1Importantparametersofcarboxymethylcellulose

(CMC)insometechnicalspecifications

Indrillingfluids

ItemInfoodadditivesIntoothpasteIndetergent

Low-viscosityCMCHigh-viscosityCMC

AppearanceFibrouspowder,whiteorfaintyellowFree-

flowingorgranulatedpowder,whiteorfaintyellow

w(Water)/%107101010

Purity(w)/%——5580.095.0

Degreeofsubstitution0.20-1.500.20-1.500.5-

0.70.800.80

pHofaqueoussolution6.0-8.56.5-8.58.0-9.07.0-

9.06.5-8.0

不同行业对CMC的指标要求不尽相同。如重金属杂质的含量

这一指标对于牙膏用、食品用CMC非常重要。纺织印染用

CMC—般对取代度的要求较高。在钻井过程中降低钻井液的失

水量是CMC—个很有价值的性能，该性能主要通过CMC吸附

于黏土晶体侧面、封堵泥饼孔隙及其在钻井液体系中的胶体

保护作用和增黏作用来实现。钻井液用CMC要求API滤失量

（按美国石油学会指定的评价规程测得的钻井液失水量不大

于10.0mL[10。

2CMC的制备原理及传统工艺2.1CMC制备原理

以纤维素为原料，采用两步法制备CMC:首先是纤维素与氢氧

化钠反应生成碱纤维素，称为碱化反应反应方程式见式（1)),

其中Cell表示葡萄糖结构单元。

Cell-OH+NaOH^Cell•O-Na++H2O(1)

之后碱纤维素与氯乙酸反应生成CMC,称为醚化反应，反应方

程式见式⑵和式⑶。

ClCH2COOH+NaOH—ClCH2COONa+H2O(2)

Cell•O-Na++ClCH2COO-—Cell-OCH2COO-Na(3)该反

应体系必须为碱性。该过程属于William¬son