9004-32-4 / 羧甲基纖維素鈉（CMC）的應用

【概述】

羧甲基纖維素鈉(carboxymethylcellulose,CMC),是一種陰離子、直鏈、水溶性纖維素醚，是天然纖維素與氯乙酸經化學改性得到的一種衍生物。其水溶液具有增稠、成膜、黏結、水分保持、膠體保護、乳化及懸浮等作用，可作為絮凝劑、螯合劑、乳化劑、增稠劑、保水劑、上漿劑、成膜材料等,廣泛應用于食品、醫藥、電子、農藥、皮革、塑料、印刷、陶瓷、日用化工等領域。

【理化性質】

羧甲基纖維素鈉一般為粉末狀的固體，有時也呈現顆粒狀或纖維狀，顏色為白色或淡黃色，沒有特殊的氣味，是一種大分子化學物質，具有很強的引濕性，能溶于水中，在水中形成透明度較高的粘稠溶液。不溶于一般的有機溶液，例如乙醇、乙醚、氯仿及苯等，但是可以溶于水，直接溶于水中速度較為緩慢，但溶解度還是很大的，并且的水溶液具有一定的粘度。固體在一般環境下較穩定，因為具有一定的吸水性和引濕性，在干燥的環境下，可以長期保存。

【制備方法】

1.水媒法 水煤法是羧甲基纖維素鈉工業制備方式中較為早期的一種生產制備工藝。在此工藝中，堿纖維素和醚化劑在含有游離氧氧根離子的水溶液中進行反應，反應過程中以水作為反應介質，不含有機溶劑。

圖1為水媒法生產工藝圖

2.溶媒法 溶媒法即有機溶劑法，在水媒法的基礎之上發展起來的以有機溶劑代替水作為反應介質的一種生產工藝。堿纖維素和一氯乙酸在有機溶劑中進行堿化反應和醚化反應的一種工藝。按照反應介質的用量，可以分為捏合法和游漿法。游漿法所用的有機溶劑的量要遠遠大于捏合法，捏合法使用的有機溶劑的量為纖維素量的倍體積重量之比，而游漿法所用的有機溶劑的量為纖維素量的倍體積重量之比。游漿法制備羧甲基纖維素鈉時，反應固體物在體系中游漿狀或懸浮狀態，所以游漿法也稱為懸浮法。

圖2為溶媒法制備CMC的工藝圖

3.淤漿法 淤漿法是生產羧甲基纖維素鈉的最新工藝。淤漿法不僅可以生產高純度的羧甲基纖維素鈉，還可以制備取代度較高、取代均勻的羧甲基纖維素鈉。 淤漿法的生產工藝過程大致如下：將已磨成粉末狀的棉漿泊送到裝有異丙醇的立式堿化機中，邊攬拌邊加入的氫氧化鈉溶液進行堿化，堿化溫度為20℃左右。堿化后，用泵輸送物料到立式醚化機中，加入氯乙酸的異丙醇溶液，醚化溫度在65℃左右。根據具體產品的用途及質量要求，可以調整堿化濃度、堿化時間、醚化劑的用量和醚化時間等工藝參數。

4.溶液法 目前，溶液法制備羧甲基纖維素鈉仍處于實驗室研究階段，沒有投入到工業生產上，主要是因為能在保持纖維素分子鏈結構不發生變化的前提下溶解纖維素的溶劑并不多。1977年就有報道指出在DMSO/PF溶劑體系中，用纖維素鈉與臭溴醋酸甲酯反應可以制備低取代度羧甲基纖維素鈉，但由于成本問題以及廢液回收等問題，溶液法制備羧甲基纖維素鈉仍停留在研究階段。

【應用】　

1.CMC在食品工業中的應用 CMC在食品應用中不僅是良好的乳化穩定劑、增稠劑,而且具有優異的凍結、熔化穩定性,并能提高產品的風味,延長貯藏時間。在豆奶、冰淇淋、雪糕、果凍、飲料、罐頭中的用量約為1%～15%。CMC還可與醋、醬油、植物油、果汁、肉汁、蔬菜汁等形成性能穩定的乳化分散液,其用量為0.2%～5%。特別是對動、植物油、蛋白質與水溶液的乳化性能極為優異,能使其形成性能穩定的勻質乳狀液。因其安全可靠性高,因此,其用量不受國家食品衛生標準ADI限制。CMC在食品領域不斷被開發,近年來,在葡萄酒生產中應用羧甲基纖維素鈉的研究也已開展。

2.CMC在醫藥行業的用途 在醫藥工業中可作針劑的乳化穩定劑、片劑的粘結劑和成膜劑。有人經基礎及動物實驗證明CMC是安全可靠的抗癌藥載體。用CMC作膜材料,研制的中藥養陰生肌散的改造劑型———養陰生肌膜,能用于皮膚磨削手術創面和外傷性創面。動物模型研究表明,該膜防止創面感染,與紗布敷料無明顯差異,在控制創面組織液滲出與創面快速愈合上,此膜明顯優于紗布敷料,并有減輕術后水腫和創面刺激作用。用聚乙烯醇與羧甲基纖維素鈉及聚羧乙烯以3∶6∶1的比例制成的膜劑為最佳處方,粘附性及釋放速率均增加,在增加粘膜粘附緩釋膜劑的粘附力,延長制劑在口腔內的滯留時間及制劑中藥物的藥效都有明顯提高。 丁哌卡因為強效局部麻醉藥,但它中毒時有時可產生較為嚴重的心血管副反應,故臨床上在廣泛應用丁哌卡因的同時,對其毒性反應的防治研究一直較為重視。藥劑研究顯示,CMC作為緩釋物質與丁哌卡因溶液進行配制可顯著降低藥物的副作用。在PRK手術中,采用低濃度地卡因與非甾體類抗炎藥聯合CMC可明顯緩解術后疼痛。預防腹部手術后腹膜粘連、減少腸梗阻的發生是臨床外科最關注的問題之一。有研究表明,CMC減輕術后腹膜粘連程度的作用明顯優于透明質酸鈉,可作為一種有效的方法來防止腹膜粘連的發生。CMC用于治療肝癌的導管肝動脈灌注抗癌藥(THAI)中,可以明顯延長抗癌藥在腫瘤的滯留時間,增強抗腫瘤的能力,提高治療效果。 在動物醫學上,CMC也有廣泛的用途。有報道指出,向母羊腹腔內滴注1%CMC溶液來預防家畜難產、生殖道手術后發生腹部粘連有顯著效果。

3.CMC在其他工業中的應用 在洗滌劑中,CMC可用作抗污垢再沉積劑,尤其是對疏水性的合成纖維織物的抗污垢再沉積效果,明顯優于羧甲基纖維。CMC在石油鉆探中可用于保護油井作為泥漿穩定劑、保水劑,每口油井的用量為淺井2～3t,深井5～6t。 在紡織工業中用作上漿劑、印染漿的增稠劑、紡織品印花及硬挺整理。用于上漿劑能提高溶解性及粘變,并容易退漿;作為硬挺整理劑,其用量在95%以上;用于上漿劑,漿膜的強度,可彎曲性能明顯提高。 用再生絲心蛋白和羧甲基纖維素構成的復合膜作為固定葡萄糖氧化酶的基質,固定葡萄糖氧化酶和羧酸二茂鐵(或7,7,8,8-四氰代二甲基苯醌,TCNQ)制成的葡萄糖生物傳感器具有較高的靈敏度與穩定性。研究表明,用濃度為1.0%(W/V)左右的CMC溶液調制硅膠勻漿時,制得的薄層板的色譜性能最佳,同時,這種在優化條件下涂制的薄層板具有適當的層強度,適用于各種加樣技術,方便于操作。

CMC對大多數纖維均有粘著性,能改善纖維間的結合,其粘度的穩定性能確保上漿的均勻性,從而提高織造的效率。還可用于紡織品的整理劑,特別是永久性的抗皺整理,給織物帶來耐久性的變化。CMC可用作涂料的防沉劑、乳化劑、分散劑、流平劑、粘合劑,能使涂料的固體份均勻地分布于溶劑中,使涂料長期不分層,還大量應用于油灰中。CMC用作絮凝劑在除去鈣離子方面比葡萄糖酸鈉更有效,用作陽離子交換時,其交換容量可達1.6ml/g[20]。CMC在造紙行業用作紙張施膠劑,可明顯提高紙張的干強度和濕強度及耐油性、吸墨性和抗水性。在化妝品中作為水溶膠,在牙膏中用作增稠劑,其用量在5%左右。

【主要參考資料】

[1]牛生洋,郝峰鴿.羧甲基纖維素鈉的應用進展[J].安徽農業科學,2006(15):3574-3575.

[2]李健.羧甲基纖維素的制備研究及應用現狀[J].食品工業科技.2014.35（08）:379-382. [3]李揚. 羧甲基纖維素鈉的提純和交聯[D].湖北大學,2012.