羧甲基纤维素钠（CMC）的应用

【概述】

羧甲基纤维素钠(carboxymethylcellulose,CMC),是一种阴离子、直链、水溶性纤维素醚，是天然纤维素与氯乙酸经化学改性得到的一种衍生物。其水溶液具有增稠、成膜、黏结、水分保持、胶体保护、乳化及悬浮等作用，可作为絮凝剂、螯合剂、乳化剂、增稠剂、保水剂、上浆剂、成膜材料等,广泛应用于食品、医药、电子、农药、皮革、塑料、印刷、陶瓷、日用化工等领域。

【理化性质】

羧甲基纤维素钠一般为粉末状的固体，有时也呈现颗粒状或纤维状，颜色为白色或淡黄色，没有特殊的气味，是一种大分子化学物质，具有很强的引湿性，能溶于水中，在水中形成透明度较高的粘稠溶液。不溶于一般的有机溶液，例如乙醇、乙醚、氯仿及苯等，但是可以溶于水，直接溶于水中速度较为缓慢，但溶解度还是很大的，并且的水溶液具有一定的粘度。固体在一般环境下较稳定，因为具有一定的吸水性和引湿性，在干燥的环境下，可以长期保存。

【制备方法】

1.水媒法 水煤法是羧甲基纤维素钠工业制备方式中较为早期的一种生产制备工艺。在此工艺中，碱纤维素和醚化剂在含有游离氧氧根离子的水溶液中进行反应，反应过程中以水作为反应介质，不含有机溶剂。

图1为水媒法生产工艺图

2.溶媒法 溶媒法即有机溶剂法，在水媒法的基础之上发展起来的以有机溶剂代替水作为反应介质的一种生产工艺。碱纤维素和一氯乙酸在有机溶剂中进行碱化反应和醚化反应的一种工艺。按照反应介质的用量，可以分为捏合法和游浆法。游浆法所用的有机溶剂的量要远远大于捏合法，捏合法使用的有机溶剂的量为纤维素量的倍体积重量之比，而游浆法所用的有机溶剂的量为纤维素量的倍体积重量之比。游浆法制备羧甲基纤维素钠时，反应固体物在体系中游浆状或悬浮状态，所以游浆法也称为悬浮法。

图2为溶媒法制备CMC的工艺图

3.淤浆法 淤浆法是生产羧甲基纤维素钠的最新工艺。淤浆法不仅可以生产高纯度的羧甲基纤维素钠，还可以制备取代度较高、取代均匀的羧甲基纤维素钠。 淤浆法的生产工艺过程大致如下：将已磨成粉末状的棉浆泊送到装有异丙醇的立式碱化机中，边揽拌边加入的氢氧化钠溶液进行碱化，碱化温度为20℃左右。碱化后，用泵输送物料到立式醚化机中，加入氯乙酸的异丙醇溶液，醚化温度在65℃左右。根据具体产品的用途及质量要求，可以调整碱化浓度、碱化时间、醚化剂的用量和醚化时间等工艺参数。

4.溶液法 目前，溶液法制备羧甲基纤维素钠仍处于实验室研究阶段，没有投入到工业生产上，主要是因为能在保持纤维素分子链结构不发生变化的前提下溶解纤维素的溶剂并不多。1977年就有报道指出在DMSO/PF溶剂体系中，用纤维素钠与臭溴醋酸甲酯反应可以制备低取代度羧甲基纤维素钠，但由于成本问题以及废液回收等问题，溶液法制备羧甲基纤维素钠仍停留在研究阶段。

【应用】　

1.CMC在食品工业中的应用 CMC在食品应用中不仅是良好的乳化稳定剂、增稠剂,而且具有优异的冻结、熔化稳定性,并能提高产品的风味,延长贮藏时间。在豆奶、冰淇淋、雪糕、果冻、饮料、罐头中的用量约为1%～15%。CMC还可与醋、酱油、植物油、果汁、肉汁、蔬菜汁等形成性能稳定的乳化分散液,其用量为0.2%～5%。特别是对动、植物油、蛋白质与水溶液的乳化性能极为优异,能使其形成性能稳定的匀质乳状液。因其安全可靠性高,因此,其用量不受国家食品卫生标准ADI限制。CMC在食品领域不断被开发,近年来,在葡萄酒生产中应用羧甲基纤维素钠的研究也已开展。

2.CMC在医药行业的用途 在医药工业中可作针剂的乳化稳定剂、片剂的粘结剂和成膜剂。有人经基础及动物实验证明CMC是安全可靠的抗癌药载体。用CMC作膜材料,研制的中药养阴生肌散的改造剂型———养阴生肌膜,能用于皮肤磨削手术创面和外伤性创面。动物模型研究表明,该膜防止创面感染,与纱布敷料无明显差异,在控制创面组织液渗出与创面快速愈合上,此膜明显优于纱布敷料,并有减轻术后水肿和创面刺激作用。用聚乙烯醇与羧甲基纤维素钠及聚羧乙烯以3∶6∶1的比例制成的膜剂为处方,粘附性及释放速率均增加,在增加粘膜粘附缓释膜剂的粘附力,延长制剂在口腔内的滞留时间及制剂中药物的药效都有明显提高。 丁哌卡因为强效局部麻醉药,但它中毒时有时可产生较为严重的心血管副反应,故临床上在广泛应用丁哌卡因的同时,对其毒性反应的防治研究一直较为重视。药剂研究显示,CMC作为缓释物质与丁哌卡因溶液进行配制可显著降低药物的副作用。在PRK手术中,采用低浓度地卡因与非甾体类抗炎药联合CMC可明显缓解术后疼痛。预防腹部手术后腹膜粘连、减少肠梗阻的发生是临床外科最关注的问题之一。有研究表明,CMC减轻术后腹膜粘连程度的作用明显优于透明质酸钠,可作为一种有效的方法来防止腹膜粘连的发生。CMC用于治疗肝癌的导管肝动脉灌注抗癌药(THAI)中,可以明显延长抗癌药在肿瘤的滞留时间,增强抗肿瘤的能力,提高治疗效果。 在动物医学上,CMC也有广泛的用途。有报道指出,向母羊腹腔内滴注1%CMC溶液来预防家畜难产、生殖道手术后发生腹部粘连有显著效果。

3.CMC在其他工业中的应用 在洗涤剂中,CMC可用作抗污垢再沉积剂,尤其是对疏水性的合成纤维织物的抗污垢再沉积效果,明显优于羧甲基纤维。CMC在石油钻探中可用于保护油井作为泥浆稳定剂、保水剂,每口油井的用量为浅井2～3t,深井5～6t。 在纺织工业中用作上浆剂、印染浆的增稠剂、纺织品印花及硬挺整理。用于上浆剂能提高溶解性及粘变,并容易退浆;作为硬挺整理剂,其用量在95%以上;用于上浆剂,浆膜的强度,可弯曲性能明显提高。 用再生丝心蛋白和羧甲基纤维素构成的复合膜作为固定葡萄糖氧化酶的基质,固定葡萄糖氧化酶和羧酸二茂铁(或7,7,8,8-四氰代二甲基苯醌,TCNQ)制成的葡萄糖生物传感器具有较高的灵敏度与稳定性。研究表明,用浓度为1.0%(W/V)左右的CMC溶液调制硅胶匀浆时,制得的薄层板的色谱性能,同时,这种在优化条件下涂制的薄层板具有适当的层强度,适用于各种加样技术,方便于操作。

CMC对大多数纤维均有粘着性,能改善纤维间的结合,其粘度的稳定性能确保上浆的均匀性,从而提高织造的效率。还可用于纺织品的整理剂,特别是永久性的抗皱整理,给织物带来耐久性的变化。CMC可用作涂料的防沉剂、乳化剂、分散剂、流平剂、粘合剂,能使涂料的固体份均匀地分布于溶剂中,使涂料长期不分层,还大量应用于油灰中。CMC用作絮凝剂在除去钙离子方面比葡萄糖酸钠更有效,用作阳离子交换时,其交换容量可达1.6ml/g[20]。CMC在造纸行业用作纸张施胶剂,可明显提高纸张的干强度和湿强度及耐油性、吸墨性和抗水性。在化妆品中作为水溶胶,在牙膏中用作增稠剂,其用量在5%左右。

【主要参考资料】

[1]牛生洋,郝峰鸽.羧甲基纤维素钠的应用进展[J].安徽农业科学,2006(15):3574-3575.

[2]李健.羧甲基纤维素的制备研究及应用现状[J].食品工业科技.2014.35（08）:379-382. [3]李扬. 羧甲基纤维素钠的提纯和交联[D].湖北大学,2012.