羧甲基纖維素鈉,(又稱:羧甲基纖維素鈉鹽,羧甲基纖維素,CMC,Carboxymethyl ,Cellulose Sodium,Sodium salt of Caboxy Methyl Cellulose)是當(dāng)今世界上使用范圍最廣、用量最大的纖維素種類。
羧甲基纖維素鈉作用:
由德國(guó)于1918年首先制得,并于1921年獲準(zhǔn)專利而見諸于世。此后便在歐洲實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)。當(dāng)時(shí)只為粗產(chǎn)品,用作膠體和粘結(jié)劑。1936~1941年,羧甲基纖維素鈉的工業(yè)應(yīng)用研究相當(dāng)活躍,發(fā)明了幾個(gè)相當(dāng)有啟發(fā)性的專利。第二次世界大戰(zhàn)期間,德國(guó)將羧甲基纖維素鈉用于合成洗滌劑。Hercules公司于1943年為美國(guó)首次制成羧甲基纖維素鈉,并于1946年生產(chǎn)精制的羧甲基纖維素鈉產(chǎn)品,該產(chǎn)品被認(rèn)可為安全的食品添加劑。上世紀(jì)七十年代我國(guó)開始采用,九十年代開始普遍使用。是當(dāng)今世界上使用范圍最廣、用量最大的纖維素種類。
本品為纖維素羧甲基醚的鈉鹽,屬陰離子型纖維素醚,為白色或乳白色纖維狀粉末或顆粒,密度0.5-0.7克/立方厘米,幾乎無臭、無味,具吸濕性。易于分散在水中成透明膠狀溶液,在乙醇等有機(jī)溶媒中不溶。1%水溶液pH為6.5~8.5,當(dāng)pH>10或<5時(shí),膠漿粘度顯著降低,在pH=7時(shí)性能最佳。對(duì)熱穩(wěn)定,在20℃以下粘度迅速上升,45℃時(shí)變化較慢,80℃以上長(zhǎng)時(shí)間加熱可使其膠體變性而粘度和性能明顯下降。易溶于水,溶液透明;在堿性溶液中很穩(wěn)定,遇酸則易水解,pH值為2-3時(shí)會(huì)出現(xiàn)沉淀,遇多價(jià)金屬鹽也會(huì)反應(yīng)出現(xiàn)沉淀。
食品工業(yè)中用作增稠劑,醫(yī)藥工業(yè)中用作藥物載體,日用化學(xué)工業(yè)中用作黏結(jié)劑、抗再沉凝劑。印染工業(yè)中用作上漿劑和印花糊料的保護(hù)膠體等。在石油化工中可作為采油壓裂液成分。
羧甲基纖維素鈉與強(qiáng)酸溶液,可溶性鐵鹽,以及一些其他金屬如鋁、汞和鋅等有配伍禁忌,PH﹤2時(shí),以及與95%的乙醇混合時(shí),會(huì)產(chǎn)生沉淀。
羧甲基纖維素鈉與明膠及果膠可以形成共凝聚物,也可以與膠原形成復(fù)合物,能沉淀某些帶正電的蛋白。
衡量CMC質(zhì)量的主要指標(biāo)是取代度(DS)和純度。一般DS不同則CMC的性質(zhì)也不同;取代度增大,溶解性就增強(qiáng),溶液的透明度及穩(wěn)定性也越好。據(jù)報(bào)道,CMC取代度在0.7~1.2時(shí)透明度較好,其水溶液粘度在pH值為6~9時(shí)最大。為保證其質(zhì)量,除了選擇醚化劑外,還必須考慮影響取代度和純度的一些因素,例如堿與醚化劑之間的用量關(guān)系、醚化時(shí)間、體系含水量、溫度、pH值、溶液濃度及鹽類等。
為了解決原料(棉短絨制成的精制棉)來源之不足,近幾年來我國(guó)一些科研單位與企業(yè)共同合作,綜合利用稻草、地腳棉(廢棉)、豆腐渣等試制生產(chǎn)羧甲基纖維素鈉獲得成功,生產(chǎn)成本大大下降,這樣為CMC工業(yè)生產(chǎn)開辟了一條新的原料來源途徑,實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用。一方面降低生產(chǎn)成本,另一方面CMC又往更高精細(xì)方向發(fā)展。CMC的研究與開發(fā)主要著重現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)的改造與制造工藝的革新,以及具有獨(dú)特性能的CMC新產(chǎn)品,如國(guó)外研制成功并已普及應(yīng)用的“溶媒-淤漿法”[3]工藝,生產(chǎn)出具有高穩(wěn)定性能的新型改性CMC,由于取代度較高,取代基分布更為均勻,使其可以應(yīng)用在更為廣闊的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域和復(fù)雜的使用環(huán)境,滿足更高的工藝要求。國(guó)際上把這種新型改性CMC又稱作“聚陰離子纖維素(簡(jiǎn)稱PAC,Poly anionic cellulose)”。
羧甲基纖維素鈉作用:
CMC在食品中的應(yīng)用
FAO和WHO已批準(zhǔn)將純CMC用于食品,它是經(jīng)過很嚴(yán)格的生物學(xué)、毒理學(xué)研究和試驗(yàn)后才獲得批準(zhǔn)的,國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的安全攝入量(ADI)是25mg/(kg·d),即大約每人1.5 g/d。曾有報(bào)道說,有人試驗(yàn)攝入量達(dá)到10 kg也未有毒性反應(yīng)。CMC在食品應(yīng)用中不僅是良好的乳化穩(wěn)定劑、增稠劑,而且具有優(yōu)異的凍結(jié)、熔化穩(wěn)定性,并能提高產(chǎn)品的風(fēng)味,延長(zhǎng)貯藏時(shí)間。在豆奶、冰淇淋、雪糕、果凍、飲料、罐頭中的用量約為1% ~1.5%。CMC還可與醋、醬油、植物油、果汁、肉汁、蔬菜汁等形成性能穩(wěn)定的乳化分散液,其用量為0.2% ~ 0.5%。特別是對(duì)動(dòng)、植物油、蛋白質(zhì)與水溶液的乳化性能極為優(yōu)異,能使其形成性能穩(wěn)定的勻質(zhì)乳狀液。因其安全可靠,因此,其用量不受國(guó)家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)ADI限制。CMC 在食品領(lǐng)域不斷被開發(fā),在葡萄酒生產(chǎn)中應(yīng)用羧甲基纖維素鈉的研究也已開展。
CMC在醫(yī)藥的用途
在醫(yī)藥工業(yè)中可作針劑的乳化穩(wěn)定劑,片劑的粘結(jié)劑和成膜劑。有人經(jīng)基礎(chǔ)及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)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(yǎng)陰生肌散的改造劑型— —養(yǎng)陰生肌膜,能用于皮膚磨削手術(shù)創(chuàng)面和外傷性創(chuàng)面。動(dòng)物模型研究表明,該膜防止創(chuàng)面感染,與紗布敷料無明顯差異,在控制創(chuàng)面組織液滲出與創(chuàng)面快速愈合上,此膜明顯優(yōu)于紗布敷料,并有減輕術(shù)后水腫和創(chuàng)面刺激作用。用聚乙烯醇:羧甲基纖維素鈉:聚羧乙烯按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(zhǎng)制劑在口腔內(nèi)的滯留時(shí)間及制劑中藥物的藥效都有明顯提高 。丁哌卡因?yàn)閺?qiáng)效局部麻醉藥,但它中毒時(shí)有時(shí)可產(chǎn)生較為嚴(yán)重的心血管副反應(yīng),故臨床上在廣泛應(yīng)用丁哌卡因的同時(shí),對(duì)其毒性反應(yīng)的防治研究一直較為重視。藥劑研究顯示,CIVIC作為緩釋物質(zhì)與丁哌卡因溶液進(jìn)行配制可顯著降低藥物的副作用。在PRK手術(shù)中,采用低濃度地卡因與非甾體類抗炎藥聯(lián)合CMC可明顯緩解術(shù)后疼痛。預(yù)防腹部手術(shù)后腹膜粘連、減少腸梗阻的發(fā)生是臨床外科最關(guān)注的問題之一。有研究表明,CMC減輕術(shù)后腹膜粘連程度的作用明顯優(yōu)于透明質(zhì)酸鈉,可作為一種有效的方法來防止腹膜粘連的發(fā)生。CMC用于治療肝癌的導(dǎo)管肝動(dòng)脈灌注抗癌藥中,可以明顯延長(zhǎng)抗癌藥在腫瘤的滯留時(shí)間,增強(qiáng)抗腫瘤的力,提高治療效果。在動(dòng)物醫(yī)學(xué)上,CMC也有廣泛的用途。有報(bào)道[4]指出,向母羊腹腔內(nèi)滴注1%CMC溶液來預(yù)防家畜難產(chǎn)、生殖道手術(shù)后發(fā)生腹部粘連有顯著效果。
CMC在其它工業(yè)應(yīng)用
在洗滌劑中,CMC可用作抗污垢再沉積劑,尤其是對(duì)疏水性的合成纖維織物的抗污垢再沉積效果,明顯優(yōu)于羧甲基纖維。
CMC在石油鉆探中可用于保護(hù)油井作為泥漿穩(wěn)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(yè)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(qiáng)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(gòu)成的復(fù)合膜作為固定葡萄糖氧化酶的基質(zhì),固定葡萄糖氧化酶和羧酸二茂鐵,制成的葡萄糖生物傳感器具有較高的靈敏度與穩(wěn)定性。研究表明,用濃度為1%(w/v)左右的CMC溶液調(diào)制硅膠勻漿時(shí),制得的薄層板的色譜性能最佳,同時(shí),這種在優(yōu)化條件下涂制的薄層板具有適當(dāng)?shù)膶訌?qiáng)度,適用于各種加樣技術(shù),方便于操作。CMC對(duì)大多數(shù)纖維均有粘著性,能改善纖維間的結(jié)合,其粘度的穩(wěn)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(zhǎng)期不分層,還大量應(yīng)用于油漆中。
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(yáng)離子交換時(shí),其交換容量可達(dá)1.6 ml/g 。
CMC在造紙行業(yè)用作紙張施膠劑,可明顯提高紙張的干強(qiáng)度和濕強(qiáng)度及耐油性、吸墨性和抗水性。
CMC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。
CMC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,還廣泛應(yīng)用于電子、農(nóng)藥、皮革、塑料、印刷、陶瓷、牙膏、日用化工等領(lǐng)域,而且由于其優(yōu)異的性能和廣泛的用途,還在不斷地開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域,市場(chǎng)前景極為廣闊。
將CMC直接與水混合,配制成糊狀膠液后,備用。在配置CMC糊膠時(shí),先在帶有攪拌裝置的配料缸內(nèi)加入一定量的干凈的水,在開啟攪拌裝置的情況下,將CMC緩慢均勻地撒到配料缸內(nèi),不停攪拌,使CMC和水完全融合、CMC能夠充分溶化。在溶化CMC時(shí),之所以要均勻撒放、并不斷攪拌,目的是“為了防止CMC與水相遇時(shí),發(fā)生結(jié)團(tuán)、結(jié)塊、降低CMC溶解量的問題”,并提高CMC的溶解速度。攪拌的時(shí)間和CMC完全溶化的時(shí)間并不一致,是兩個(gè)概念,一般來說,攪拌的時(shí)間要比CMC完全溶化所需的時(shí)間短得多,二者所需的時(shí)間視具體情況而定。
確定攪拌時(shí)間的依據(jù)是:當(dāng)CMC在水中均勻分散、沒有明顯的大的團(tuán)塊狀物體存在時(shí),便可以停止攪拌,讓CMC和水在靜置的狀態(tài)下相互滲透、相互融合。
確定CMC完全溶化所需時(shí)間的依據(jù)有這樣幾方面:
(1)CMC和水完全粘合、二者之間不存在固-液分離現(xiàn)象;
(2)混合糊膠呈均勻一致的狀態(tài),表面平整光滑;
(3)混合糊膠色澤接近無色透明,糊膠中沒有顆粒狀物體。從CMC被投入到配料缸中與水混合開始,到CMC完全溶解,所需的時(shí)間在10~20小時(shí)之間。