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羧甲基纖維素鹽類的合成和應(yīng)用

2019-11-28 21:58:02 中國纖維素協(xié)會(huì) 352

  羧甲基纖維素是天然纖維素經(jīng)過醚化改性獲得的一種纖維素醚類,一般指其鈉鹽。近年來,羧甲基纖維素鈉(CMC-Na)在食品乳品、石油鉆井、礦選造紙、陶瓷建筑、印染上漿、化工分離等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,提供粘結(jié)、增稠、降濾失水、懸浮和改善流變性等作用,顯示了廣闊的應(yīng)用前景。但羧甲基纖維素鈉鹽的應(yīng)用也顯現(xiàn)出一定的局限性,因此開發(fā)其它羧甲基纖維素鹽類替代CMC-Na,具有重要的理論和應(yīng)用價(jià)值。
  目前常見的羧甲基纖維素鹽類除鈉鹽外還包括鋰鹽、鉀鹽、鈣鹽和銨鹽,本文簡單介紹幾種纖維素鹽類的作用和合成方法。
1、羧甲基纖維素鋰(CMC-Li):
  我國目前所生產(chǎn)的鋰離子電池廢棄后含有嚴(yán)重破壞環(huán)境的重金屬物質(zhì),為了解決環(huán)境污染問題,需要尋找一種新型電解質(zhì)來取代重金屬電解液或聚合物電解質(zhì)以減少污染。
CMC-Li是CMC-Na酸化后用氫氧化鋰中和的產(chǎn)物,制備方便,具有較大體積的陰離子,若將其應(yīng)用到鋰離子電池的電解質(zhì)中,與其它陰離子體積較小的鋰鹽(如LiFePO4,Li2FePO4F等)相比,CMC-Li具有可以減少正負(fù)離子的締結(jié)等優(yōu)勢;同時(shí)CMC-Li是一種離子型纖維素衍生物,除了具有鋰電池電解質(zhì)的普遍性能外,它還具有能天然降解、可再生及優(yōu)良的導(dǎo)電性能等優(yōu)點(diǎn),并且來源廣泛,十分適合大規(guī)模應(yīng)用。
2、羧甲基纖維素鉀(CMC-K):
  CMC-K是精制棉與氫氧化鉀、氯乙酸在堿性條件下發(fā)生堿化、醚化反應(yīng)而制得的水溶性的纖維素衍生物。食品工業(yè)中CMC-K用于替代CMC-Na作為常用的食品添加劑。研究發(fā)現(xiàn)鈉離子的過量攝入會(huì)導(dǎo)致糖尿病、高血壓、心血管病等疾病,所以在日常生活中要降低鈉的食用量,用部分鉀鹽來代替鈉鹽。在石油工業(yè)中,CMC-K 在抑制巖土水化膨脹的效果要明顯好于CMC-Na,可控制鉆井液介質(zhì)進(jìn)入地層,抑制泥頁巖水化膨脹與分散。
羧甲基纖維素鉀還可通過先將CMC-Na進(jìn)行酸化,讓H+ 替換CMC-Na 中的Na+,然后再用酸化后的物料與KOH 液體或K2CO3粉體反應(yīng)制得。
3、羧甲基纖維素鈣(CMC-Ca)
  CMC-Ca水中不溶,吸水膨脹,是世界上唯一一種含鈣的崩解劑。CMC-Ca主要應(yīng)用于片劑,5%~15%時(shí)作為粘合劑 ,1%~15%作為崩解劑,最高使用濃度為15wt%。由于鈣的存在會(huì)使其與一些含磷酸鹽和硫酸鹽的藥物發(fā)生反應(yīng),因此有很好的可壓性與崩解性。
作為藥用輔料CMC-Ca的主要制備方法有兩種:一種稱作鹽交換法,即用氯乙酸(或其鈉鹽)處理堿纖維素,再用CaCl2置換產(chǎn)物中的鈉;第二種為中和法,即用酸酸化CMC-Na得到酸型羧甲基纖維素,再與氫氧化鈣或碳酸鈣反應(yīng)生成CMC-Ca。
4、羧甲基纖維素銨(CMC-NH4)
  羧甲基纖維素銨是一種常見的粘結(jié)劑,與其它羧甲基纖維素鹽類相比,它具有粘結(jié)性好,焙燒后殘留小的特點(diǎn),適用于某些對(duì)金屬離子有要求或敏感的工況條件。例如,在目前針對(duì)氮氧化物的選擇性催化還原脫硝(SCR)工藝制備中,需要通過各種成型助劑將高性能的催化劑構(gòu)筑成均一的、具有一定機(jī)械強(qiáng)度和孔結(jié)構(gòu)的塑形膏體,因此對(duì)粘結(jié)劑有較高的要求。鉀、鈉等金屬離子的存在會(huì)造成催化劑中毒或影響催化效率,因此不能選用常規(guī)的羧甲基纖維素鹽類。由于羧甲基纖維素銨焙燒后無金屬離子的殘留,因此能夠很好的滿足SCR的制備要求。此外,羧甲基纖維素銨也適用于熒光粉的噴涂要求,可用于熒光粉的懸浮穩(wěn)定劑,干燥后避免了堿金屬離子對(duì)熒光粉發(fā)光中心離子和敏化離子的影響。
  與其他羧甲基纖維素鹽類相似,羧甲基纖維素銨也主要采用將羧甲基纖維素鈉酸化后,再加入相應(yīng)的陽離子組分(如氨水乙醇溶液)反應(yīng)的方式獲得。
  由于環(huán)境污染和能源危機(jī)日趨嚴(yán)重化,天然可再生資源的開發(fā)已經(jīng)引起世界各國的高度重視。隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷開發(fā),纖維素及其衍生物是最具有規(guī)模前景的資源之一,具有其他材料無法比擬的研究價(jià)值。此類可再生的天然高分子化合物資源,在未來數(shù)十年仍將是很多領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。