概述[1]
纤维素是一种天然高分子化合物,其化学结构是以无水β-葡萄糖为基环的多糖大分子,在每个基环上有一个伯羟基和两个仲羟基。通过对其进行化学改性,可得到一系列纤维素的衍生物,纤维素醚即是其中一种。纤维素醚是由纤维素制成的具有醚结构的高分子化合物,例如甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羧甲基纤维素等。一般可由碱纤维素与一氯代烷、环氧乙烷、环氧丙烷或一氯醋酸作用而得。
性能及特点[2]
1.外观特征
纤维素醚一般为白色或乳白色、无味、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。
2.成膜性与粘结性
纤维素醚的醚化对其特性及性能,如溶解性、成膜能力、粘结强度和耐盐性有很大的影响。纤维素醚具有较高机械强度、柔韧性、耐热性和抗寒性,并与各种树脂和增塑剂有很好的相容性,可用于制造塑料、薄膜、清漆、胶粘剂、乳胶及药物的包衣材料等。
3.溶解性
甲基纤维素溶于冷水,不溶于热水,也溶于部分有机溶剂;甲基羟乙基纤维素溶于冷水,不溶于热水和有机溶剂。但甲基纤维素、甲基羟乙基纤维素的水溶液在加热时,甲基纤维素、甲基羟乙基纤维素会析出。甲基纤维素在45~60℃时析出,而混合醚化的甲基羟乙基纤维素析出温度提高到65~80℃。温度降低时,析出物重新溶解。羟乙基纤维素和羧甲基羟乙基纤维素钠在任何温度的水中均可溶,在有机溶剂中不溶。
4.增稠性
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改变而变化的行为。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。
应用[2-3]
1.石油工业
羧甲基纤维素钠主要用于石油开采中,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(NaCMHPC)及羧甲基羟乙基纤维素钠(NaCMHEC)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、海水和饱和食盐水钻井液,在氯化钙加重下可以配成各种密度(103~127g/cm3)的钻井液,而且使其具有一定的粘度和较低滤失量,其增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。
羧甲基纤维素钠是在石油开采过程中广泛应用的纤维素衍生物,在钻井液、固井液、压裂液以及提高石油开采量方面都有应用,特别在钻井液中用量较大,主要起降滤失和增粘作用。羟乙基纤维素(HEC)应用于钻井、完井、固井的处理过程中,作为泥浆增稠稳定剂。由于羟乙基纤维素与羧甲基纤维素钠、瓜耳胶等相比具有增稠效果好、悬砂强、容盐量高、耐热好、和道阻力小、液体流失少、破胶块、残渣低等特点,已被广泛采用。
2.建筑、涂料工业
建筑用筑砌和抹面砂浆掺合料羧甲基纤维素钠可作为缓凝剂、保水剂,增稠剂和粘结剂,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。用羧甲基纤维素制成的一种加气混凝土砌块专用砌筑和抹面砂浆掺合料它能改善砂浆的和易性、保水性、抗裂性,避免砌块墙体出现开裂和空鼓。建筑表面装饰材料曹明干等用甲基纤维素制成一种环保型建筑表面装饰材料,制作工艺简单,清洁,可用于高档墙面、石瓦表面,也可用于立柱、碑的表面装饰。
3.日用化学品工业
稳定增粘剂羧甲基纤维素钠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。可作为稳定剂及增粘剂。乳化稳定剂做软膏、洗发液的乳化剂、增粘剂和稳定剂。羧甲基羟丙基纤维素钠可作牙膏粘合剂稳定剂,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。羧甲基羟丙基纤维素钠的耐盐性、耐酸性优越,效果远远优于羧甲基纤维素,可作为洗涤剂中的增粘剂,污垢附着防止剂。分散增稠剂在洗涤剂生产中,一般用羧甲基纤维素钠作为洗衣粉的污垢分散剂、液体洗涤剂的增稠剂和分散剂。
4.医药、食品工业
在医药工业中,羟丙基羧甲基纤维素(HPMC)可作为药物辅料,广泛用于口服药物骨架控释和缓释制剂,作为释放阻滞材料调节药物的释放,用作包衣材料缓释剂,缓释小丸,缓释胶囊。应用最多的是甲基羧甲基纤维素、乙基羧甲基纤维素,如MC常用于制造片剂及胶囊,或者包覆糖衣片。优质品等级的纤维素醚可在食品行业中使用,在各种食品中是有效的增稠剂、稳定剂、赋型剂、保水剂和机械发泡起泡剂等。甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素已是公认的
对生理无害的代谢惰性物质。高纯度的(纯度99.5%以上)羧甲基纤维素(CMC)可添加于食品中,如奶及奶油产品、调味品、果酱、皮冻、罐头、餐用糖浆和饮料。纯度90%以上的羧甲基纤维素可在与食品有关的方面使用,如应用于新鲜水果的运输贮存,这种保鲜膜具有保鲜效果好、污染少、不破损、易于机械化生产的优点。
5.光、电功能材料
电解液增稠稳定剂由于纤维素醚的纯度高,有良好的耐酸、耐盐性,特别是含铁和重金属量较低,故配成的胶体十分稳定,适于碱性电池、锌锰电池的电解液增稠稳定剂。许多纤维素醚都显示出热致液晶性。醋酸基羟丙基纤维素在164℃以下形成热致性胆甾型液晶。
主要参考资料
[1] 化学物质辞典
[2] 纤维素醚的特点、制备及在工业中的应用
[3] 纤维素醚市场现状及发展趋势