反应介质及其含水率对羧甲基纤维素的影响

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翻新时间：2022-08-24

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反应介质及其含水率对羧甲基纤维素的影响

关键词：竹（Bambusa emeiensis）浆粕；反应介质；含水率；羧甲基纤维素；增重率；黏度

Effects of Reaction Medium and Its Moisture Content on Carboxymethyl Cellulose

WANG Jie，JIN Zhen-fu，HONG Chao

（School of Engineering， Zhejiang Agricultureal & Forestry University， Linan 311300， Zhejiang，China）

Key words：bamboo（Bambusa emeiensis）pulp；organic solvent；moistrure content；carboxymethyl cellulose；mass increase；viscosity

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

材料：粉碎过40目的四川永丰造纸厂慈竹（Bambusa emeiensis）硫酸盐浆粕（竹浆粕）。

试剂：无水乙醇、氢氧化钠、氯乙酸、乙酸，均为分析纯。

1.3 试验原理

纤维素与碱反应生成碱纤维素，简称碱化。碱化、醚化等主要反应参考文献[5]。

1.4 竹浆粕糖基组成及含量分析

1.6 CMC增重率测定

竹浆粕质量为W0，CMC干燥至恒重测量其质量，记为W，则增重率公式为：

增重率=（W-W0）/W0×100%

1.7 CMC黏度的测定

采用黏度计（HAAKE Viscotester 6 plus型）测定2% CMC水溶液的黏度：称取绝干的CMC 2 g，配成2% CMC水溶液，通过搅拌使其全部溶解均匀，然后倒入小瓶内，选定合适的转子，于25 ℃下测定CMC的黏度。

2 结果与分析

2.1 竹浆粕糖基组成及含量分析

2.2 最优反应介质及其含水率的确定

2.3 CMC的结构表征

2.4 原料与碱性纤维素的结晶性能

由纯异丙醇为反应介质制备的碱性纤维素的结晶度较纯乙醇制备的碱性纤维素小[12]。这是因为在纯乙醇溶剂中，由于乙醇的极性大，NaOH在乙醇中的溶解度高，NaOH、水和乙醇几乎属于均相共存，当碱用量一定时，乙醇的存在使体系中的NaOH浓度明显降低；另外，由于Na+外层同时吸附有乙醇和水分子，水化离子半径较大，不利于其向纤维原纤间渗透，过渡区氢键打开迟缓，更难进入结晶区。而NaOH在异丙醇中的溶解度较低，减小了水合离子的尺寸，易于渗进原纤之间，拉大原纤间距离，过渡区大分子间、分子内氢键被迅速破坏。相对于纯乙醇溶剂，Na+在异丙醇体系中的浓度更高，并且其水合离子外层更多的是水分子，尺寸较小，易于渗透并被纤维素有效吸附，可有效拉大原纤间距离，加速过渡区乃至结晶区分子间、分子内氢键的破坏，所以其结晶度相对较小，碱化效果更好。

对于同一反应介质，随着含水率的增加，碱性纤维素的结晶度呈先减小后增大的趋势。这是因为溶剂中含水率的增加可能使部分贯穿于竹浆粕纤维素中的半纤维素分离出来，从而使得Na+更易于渗透并被纤维素有效地吸附，加速了过渡区红外结晶区分子间、分子内氢键的破坏；但是随着含水率的继续增加，NaOH浓度明显降低，且Na+的水合离子半径变大，不利于其向纤维原纤间渗透，以及对过渡区和结晶区氢键的破坏。所以，反应介质含水率的增加使得碱性纤维素的结晶度呈先减小后增大的趋势。由于碱性纤维素结晶度的减小更有利于氯乙酸的充分反应，从而使制得的CMC的性能指标更优，这与本试验结果中CMC的增重率和黏度的变化相一致。

3 结论

2）以竹浆粕为原料制备高性能羧甲基纤维素的最佳反应介质是含水率为10%的乙醇。

3）纯异丙醇相较于乙醇制备的碱性纤维素，前者的碱化效果更好。对于同一种介质，随着含水率的增加，碱性纤维素的结晶度呈先减小后增大的趋势。