羧甲基纤维素盐类的合成和应用

2019-11-28 21:58:02 中国纤维素协会 15

  羧甲基纤维素是天然纤维素经过醚化改性获得的一种纤维素醚类,一般指其钠盐。近年来,羧甲基纤维素钠(CMC-Na)在食品乳品、石油钻井、矿选造纸、陶瓷建筑、印染上浆、化工分离等领域得到广泛应用,提供粘结、增稠、降滤失水、悬浮和改善流变性等作用,显示了广阔的应用前景。但羧甲基纤维素钠盐的应用也显现出一定的局限性,因此开发其它羧甲基纤维素盐类替代CMC-Na,具有重要的理论和应用价值。
  目前常见的羧甲基纤维素盐类除钠盐外还包括锂盐、钾盐、钙盐和铵盐,本文简单介绍几种纤维素盐类的作用和合成方法。
1、羧甲基纤维素锂(CMC-Li):
  我国目前所生产的锂离子电池废弃后含有严重破坏环境的重金属物质,为了解决环境污染问题,需要寻找一种新型电解质来取代重金属电解液或聚合物电解质以减少污染。
CMC-Li是CMC-Na酸化后用氢氧化锂中和的产物,制备方便,具有较大体积的阴离子,若将其应用到锂离子电池的电解质中,与其它阴离子体积较小的锂盐(如LiFePO4,Li2FePO4F等)相比,CMC-Li具有可以减少正负离子的缔结等优势;同时CMC-Li是一种离子型纤维素衍生物,除了具有锂电池电解质的普遍性能外,它还具有能天然降解、可再生及优良的导电性能等优点,并且来源广泛,十分适合大规模应用。
2、羧甲基纤维素钾(CMC-K):
  CMC-K是精制棉与氢氧化钾、氯乙酸在碱性条件下发生碱化、醚化反应而制得的水溶性的纤维素衍生物。食品工业中CMC-K用于替代CMC-Na作为常用的食品添加剂。研究发现钠离子的过量摄入会导致糖尿病、高血压、心血管病等疾病,所以在日常生活中要降低钠的食用量,用部分钾盐来代替钠盐。在石油工业中,CMC-K 在抑制岩土水化膨胀的效果要明显好于CMC-Na,可控制钻井液介质进入地层,抑制泥页岩水化膨胀与分散。
羧甲基纤维素钾还可通过先将CMC-Na进行酸化,让H+ 替换CMC-Na 中的Na+,然后再用酸化后的物料与KOH 液体或K2CO3粉体反应制得。
3、羧甲基纤维素钙(CMC-Ca)
  CMC-Ca水中不溶,吸水膨胀,是世界上唯一一种含钙的崩解剂。CMC-Ca主要应用于片剂,5%~15%时作为粘合剂 ,1%~15%作为崩解剂,最高使用浓度为15wt%。由于钙的存在会使其与一些含磷酸盐和硫酸盐的药物发生反应,因此有很好的可压性与崩解性。
作为药用辅料CMC-Ca的主要制备方法有两种:一种称作盐交换法,即用氯乙酸(或其钠盐)处理碱纤维素,再用CaCl2置换产物中的钠;第二种为中和法,即用酸酸化CMC-Na得到酸型羧甲基纤维素,再与氢氧化钙或碳酸钙反应生成CMC-Ca。
4、羧甲基纤维素铵(CMC-NH4)
  羧甲基纤维素铵是一种常见的粘结剂,与其它羧甲基纤维素盐类相比,它具有粘结性好,焙烧后残留小的特点,适用于某些对金属离子有要求或敏感的工况条件。例如,在目前针对氮氧化物的选择性催化还原脱硝(SCR)工艺制备中,需要通过各种成型助剂将高性能的催化剂构筑成均一的、具有一定机械强度和孔结构的塑形膏体,因此对粘结剂有较高的要求。钾、钠等金属离子的存在会造成催化剂中毒或影响催化效率,因此不能选用常规的羧甲基纤维素盐类。由于羧甲基纤维素铵焙烧后无金属离子的残留,因此能够很好的满足SCR的制备要求。此外,羧甲基纤维素铵也适用于荧光粉的喷涂要求,可用于荧光粉的悬浮稳定剂,干燥后避免了碱金属离子对荧光粉发光中心离子和敏化离子的影响。
  与其他羧甲基纤维素盐类相似,羧甲基纤维素铵也主要采用将羧甲基纤维素钠酸化后,再加入相应的阳离子组分(如氨水乙醇溶液)反应的方式获得。
  由于环境污染和能源危机日趋严重化,天然可再生资源的开发已经引起世界各国的高度重视。随着应用领域的不断开发,纤维素及其衍生物是最具有规模前景的资源之一,具有其他材料无法比拟的研究价值。此类可再生的天然高分子化合物资源,在未来数十年仍将是很多领域研究的热点。