9004-32-4 / 羧甲基纖維素鈉（CMC）的應(yīng)用

【概述】

羧甲基纖維素鈉(carboxymethylcellulose,CMC),是一種陰離子、直鏈、水溶性纖維素醚，是天然纖維素與氯乙酸經(jīng)化學(xué)改性得到的一種衍生物。其水溶液具有增稠、成膜、黏結(jié)、水分保持、膠體保護、乳化及懸浮等作用，可作為絮凝劑、螯合劑、乳化劑、增稠劑、保水劑、上漿劑、成膜材料等,廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、電子、農(nóng)藥、皮革、塑料、印刷、陶瓷、日用化工等領(lǐng)域。

【理化性質(zhì)】

羧甲基纖維素鈉一般為粉末狀的固體，有時也呈現(xiàn)顆粒狀或纖維狀，顏色為白色或淡黃色，沒有特殊的氣味，是一種大分子化學(xué)物質(zhì)，具有很強的引濕性，能溶于水中，在水中形成透明度較高的粘稠溶液。不溶于一般的有機溶液，例如乙醇、乙醚、氯仿及苯等，但是可以溶于水，直接溶于水中速度較為緩慢，但溶解度還是很大的，并且的水溶液具有一定的粘度。固體在一般環(huán)境下較穩(wěn)定，因為具有一定的吸水性和引濕性，在干燥的環(huán)境下，可以長期保存。

【制備方法】

1.水媒法 水煤法是羧甲基纖維素鈉工業(yè)制備方式中較為早期的一種生產(chǎn)制備工藝。在此工藝中，堿纖維素和醚化劑在含有游離氧氧根離子的水溶液中進行反應(yīng)，反應(yīng)過程中以水作為反應(yīng)介質(zhì)，不含有機溶劑。

圖1為水媒法生產(chǎn)工藝圖

2.溶媒法 溶媒法即有機溶劑法，在水媒法的基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的以有機溶劑代替水作為反應(yīng)介質(zhì)的一種生產(chǎn)工藝。堿纖維素和一氯乙酸在有機溶劑中進行堿化反應(yīng)和醚化反應(yīng)的一種工藝。按照反應(yīng)介質(zhì)的用量，可以分為捏合法和游漿法。游漿法所用的有機溶劑的量要遠遠大于捏合法，捏合法使用的有機溶劑的量為纖維素量的倍體積重量之比，而游漿法所用的有機溶劑的量為纖維素量的倍體積重量之比。游漿法制備羧甲基纖維素鈉時，反應(yīng)固體物在體系中游漿狀或懸浮狀態(tài)，所以游漿法也稱為懸浮法。

圖2為溶媒法制備CMC的工藝圖

3.淤漿法 淤漿法是生產(chǎn)羧甲基纖維素鈉的最新工藝。淤漿法不僅可以生產(chǎn)高純度的羧甲基纖維素鈉，還可以制備取代度較高、取代均勻的羧甲基纖維素鈉。 淤漿法的生產(chǎn)工藝過程大致如下：將已磨成粉末狀的棉漿泊送到裝有異丙醇的立式堿化機中，邊攬拌邊加入的氫氧化鈉溶液進行堿化，堿化溫度為20℃左右。堿化后，用泵輸送物料到立式醚化機中，加入氯乙酸的異丙醇溶液，醚化溫度在65℃左右。根據(jù)具體產(chǎn)品的用途及質(zhì)量要求，可以調(diào)整堿化濃度、堿化時間、醚化劑的用量和醚化時間等工藝參數(shù)。

4.溶液法 目前，溶液法制備羧甲基纖維素鈉仍處于實驗室研究階段，沒有投入到工業(yè)生產(chǎn)上，主要是因為能在保持纖維素分子鏈結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化的前提下溶解纖維素的溶劑并不多。1977年就有報道指出在DMSO/PF溶劑體系中，用纖維素鈉與臭溴醋酸甲酯反應(yīng)可以制備低取代度羧甲基纖維素鈉，但由于成本問題以及廢液回收等問題，溶液法制備羧甲基纖維素鈉仍停留在研究階段。

【應(yīng)用】　

1.CMC在食品工業(yè)中的應(yīng)用 CMC在食品應(yīng)用中不僅是良好的乳化穩(wěn)定劑、增稠劑,而且具有優(yōu)異的凍結(jié)、熔化穩(wěn)定性,并能提高產(chǎn)品的風(fēng)味,延長貯藏時間。在豆奶、冰淇淋、雪糕、果凍、飲料、罐頭中的用量約為1%～15%。CMC還可與醋、醬油、植物油、果汁、肉汁、蔬菜汁等形成性能穩(wěn)定的乳化分散液,其用量為0.2%～5%。特別是對動、植物油、蛋白質(zhì)與水溶液的乳化性能極為優(yōu)異,能使其形成性能穩(wěn)定的勻質(zhì)乳狀液。因其安全可靠性高,因此,其用量不受國家食品衛(wèi)生標準ADI限制。CMC在食品領(lǐng)域不斷被開發(fā),近年來,在葡萄酒生產(chǎn)中應(yīng)用羧甲基纖維素鈉的研究也已開展。

2.CMC在醫(yī)藥行業(yè)的用途 在醫(yī)藥工業(yè)中可作針劑的乳化穩(wěn)定劑、片劑的粘結(jié)劑和成膜劑。有人經(jīng)基礎(chǔ)及動物實驗證明CMC是安全可靠的抗癌藥載體。用CMC作膜材料,研制的中藥養(yǎng)陰生肌散的改造劑型———養(yǎng)陰生肌膜,能用于皮膚磨削手術(shù)創(chuàng)面和外傷性創(chuàng)面。動物模型研究表明,該膜防止創(chuàng)面感染,與紗布敷料無明顯差異,在控制創(chuàng)面組織液滲出與創(chuàng)面快速愈合上,此膜明顯優(yōu)于紗布敷料,并有減輕術(shù)后水腫和創(chuàng)面刺激作用。用聚乙烯醇與羧甲基纖維素鈉及聚羧乙烯以3∶6∶1的比例制成的膜劑為最佳處方,粘附性及釋放速率均增加,在增加粘膜粘附緩釋膜劑的粘附力,延長制劑在口腔內(nèi)的滯留時間及制劑中藥物的藥效都有明顯提高。 丁哌卡因為強效局部麻醉藥,但它中毒時有時可產(chǎn)生較為嚴重的心血管副反應(yīng),故臨床上在廣泛應(yīng)用丁哌卡因的同時,對其毒性反應(yīng)的防治研究一直較為重視。藥劑研究顯示,CMC作為緩釋物質(zhì)與丁哌卡因溶液進行配制可顯著降低藥物的副作用。在PRK手術(shù)中,采用低濃度地卡因與非甾體類抗炎藥聯(lián)合CMC可明顯緩解術(shù)后疼痛。預(yù)防腹部手術(shù)后腹膜粘連、減少腸梗阻的發(fā)生是臨床外科最關(guān)注的問題之一。有研究表明,CMC減輕術(shù)后腹膜粘連程度的作用明顯優(yōu)于透明質(zhì)酸鈉,可作為一種有效的方法來防止腹膜粘連的發(fā)生。CMC用于治療肝癌的導(dǎo)管肝動脈灌注抗癌藥(THAI)中,可以明顯延長抗癌藥在腫瘤的滯留時間,增強抗腫瘤的能力,提高治療效果。 在動物醫(yī)學(xué)上,CMC也有廣泛的用途。有報道指出,向母羊腹腔內(nèi)滴注1%CMC溶液來預(yù)防家畜難產(chǎn)、生殖道手術(shù)后發(fā)生腹部粘連有顯著效果。

3.CMC在其他工業(yè)中的應(yīng)用 在洗滌劑中,CMC可用作抗污垢再沉積劑,尤其是對疏水性的合成纖維織物的抗污垢再沉積效果,明顯優(yōu)于羧甲基纖維。CMC在石油鉆探中可用于保護油井作為泥漿穩(wěn)定劑、保水劑,每口油井的用量為淺井2～3t,深井5～6t。 在紡織工業(yè)中用作上漿劑、印染漿的增稠劑、紡織品印花及硬挺整理。用于上漿劑能提高溶解性及粘變,并容易退漿;作為硬挺整理劑,其用量在95%以上;用于上漿劑,漿膜的強度,可彎曲性能明顯提高。 用再生絲心蛋白和羧甲基纖維素構(gòu)成的復(fù)合膜作為固定葡萄糖氧化酶的基質(zhì),固定葡萄糖氧化酶和羧酸二茂鐵(或7,7,8,8-四氰代二甲基苯醌,TCNQ)制成的葡萄糖生物傳感器具有較高的靈敏度與穩(wěn)定性。研究表明,用濃度為1.0%(W/V)左右的CMC溶液調(diào)制硅膠勻漿時,制得的薄層板的色譜性能最佳,同時,這種在優(yōu)化條件下涂制的薄層板具有適當(dāng)?shù)膶訌姸?適用于各種加樣技術(shù),方便于操作。

CMC對大多數(shù)纖維均有粘著性,能改善纖維間的結(jié)合,其粘度的穩(wěn)定性能確保上漿的均勻性,從而提高織造的效率。還可用于紡織品的整理劑,特別是永久性的抗皺整理,給織物帶來耐久性的變化。CMC可用作涂料的防沉劑、乳化劑、分散劑、流平劑、粘合劑,能使涂料的固體份均勻地分布于溶劑中,使涂料長期不分層,還大量應(yīng)用于油灰中。CMC用作絮凝劑在除去鈣離子方面比葡萄糖酸鈉更有效,用作陽離子交換時,其交換容量可達1.6ml/g[20]。CMC在造紙行業(yè)用作紙張施膠劑,可明顯提高紙張的干強度和濕強度及耐油性、吸墨性和抗水性。在化妝品中作為水溶膠,在牙膏中用作增稠劑,其用量在5%左右。

【主要參考資料】

[1]牛生洋,郝峰鴿.羧甲基纖維素鈉的應(yīng)用進展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2006(15):3574-3575.

[2]李健.羧甲基纖維素的制備研究及應(yīng)用現(xiàn)狀[J].食品工業(yè)科技.2014.35（08）:379-382. [3]李揚. 羧甲基纖維素鈉的提純和交聯(lián)[D].湖北大學(xué),2012.