羟乙基甲基纤维素的制备

介绍

纤维素醚是将纤维素碱化后，再与烷基化合物等发生醚化反应而生成的一系列纤维素醚类衍生物，根据取代情况，分为离子型纤维素醚和非离子型纤维素醚[1,2,3,4]。离子型纤维素醚主要以羧甲基纤维素（CMC）产量占据较大，非离子型纤维素醚以羟丙基甲基纤维素（HPMC）、羟乙基纤维素（HEC）、羟丙基纤维素（HPC）与甲基纤维素（MC）等为主。以羟乙基甲基纤维素（Hydroxyethyl methyl cellulose,HEMC）为例，在我国多年来该类纤维素醚并没有得到工业化，其更多的应用领域被HPMC替代。从分子结构上看，HEMC是甲氧基与羟乙氧基混合的多基团醚，与羟丙氧基相比，羟乙氧基最大的特点是不会随着温度的变化而出现凝胶点，如HPC与MC均具有凝胶点，而HEC无凝胶点。实验证明，HEMC存在凝胶点，但比较高，且随羟乙氧基的含量提高，其凝胶点向高温的方向移动，若用于混合砂浆中，则有利于高温情况下延迟水泥浆体电化学反应、提高体系的保水率和拉伸粘结强度等效果[5,6]，除此之外，还可应用于食品、涂料、医用敷料等领域，同样也表现出较优越的性能[7]。据市场调研，国内量产规模较小，质量波动，产品不规范，故对HEMC的制备工艺进行优化，实现量化制造，具有极大的潜力。

图一 羟乙基甲基纤维素

合成

国内外鲜有HEMC制备工艺的报道，已报道HEMC的制备专利，如Balser等将纤维素在氯甲烷的氛围下进行碱化、醚化等，可制备凝胶点在100℃以上的HEMC,Christopher等将碱纤维素与烷类化合物反应，可得到取代度较均匀的HEMC，且产品溶解性也较高，但此类工艺在实际上却难以放大生产。目前HEMC的制备方法通常有液相法和气相法两种，其中液相法制备的产品均匀性较好，但存在反应时间较长、生产能力较低、成本高的问题；而气相法反应时间较短，利用率高，成本较低，因此较易大批量生产。

羟乙基甲基纤维素具体制备过程如图二：先将精制棉粉用50%的氢氧化钠溶液碱化一定时间，再用醚化剂氯甲烷、环氧乙烷在一定温度下醚化，然后用一定浓度的盐酸溶液中和（洗涤产生的含盐废水通过去污水处理系统去除），再经过洗涤、造粒、烘干粉碎、混同包装得到HEMC成品[8]。

图二 羟乙基甲基纤维素的制备工艺

图三 羟乙基甲基纤维素的制备用量需求

具体工艺配比如图三所示（精制棉粉、50%液碱、氯甲烷、环氧乙烷按kg计），通过调整工艺参数，进而得到不同规格的HEMC产品。采用气固法制备HMEC的反应效率较高，得率为1.25～1.30；羟乙基甲基纤维素混合醚具有优异的溶解性能、热性能和凝胶性能，对于临界值凝胶温度的数值，可通过控制羟乙氧基和甲氧基的含量进行改变。

参考文献

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[2] 张桂锋,杨楠.纤维素醚化改性研究进展[J].合成材料老化与应用, 2020, 49(1):113-115+128.

[3] 罗成成,王晖,陈勇.纤维素的改性及应用研究进展[J].化工进展, 2015, 34(3):767-773.

[4] 洪康进,王倩,陈俊柳,等.纤维素改性及其应用研究进展[J].食品工业科技, 2020, 41(10):338-344.

[5] Zhang G, Rui H, Lu X, et al. Early hydration of calcium sulfoaluminate cement in the presence of hydroxyethyl methyl cellulose[J]. Journal of Thermal Analysis&Calorimetry, 2018, 134(9):1-10.

[6] 张绍康,王茹,徐玲琳,等.羟乙基甲基纤维素改性水泥砂浆的物理力学性能和孔隙率[J].材料导报, 2020, 34(S02):607-611.

[7] Kader A E, Said G, El-Naggar M M, et al. Characterization and electrical properties of methyl-2-hydroxyethyl cellulose doped with erbium nitrate salt[J]. Journal of Applied Polymer Science, 2010, 102(3):2352-2361.

[8]刘燕华,魏洁,邵自强,等.羟乙基甲基纤维素的制备及其性能研究[J].纤维素科学与技术,2021,29(04):26-33.