纖維素是天然存在的天然可再生自然資源。據(jù)專家統(tǒng)計,全世界每年使用天然生物生產(chǎn)數(shù)千億噸纖維素。但是,纖維素的利用還沒有得到充分的開發(fā),造成了巨大的資源和能源浪費。纖維素是由D-吡喃葡糖苷與β21,4糖苷鍵或作為n個D2-脫水葡萄糖酸酐(脫水葡萄糖)的聚合物連接形成的線性聚合物。分子式為(C6H10O5)n,含有三個活潑的羥基,酯化和醚化可生成纖維素酯和纖維素醚兩類纖維素衍生物。纖維素衍生物由于其優(yōu)異的性能而在工業(yè)上具有廣泛的應(yīng)用。
1纖維素衍生物
1.1纖維素醚衍生物
可以用作粘合劑的纖維素醚衍生物主要是甲基纖維素(MC),乙基纖維素(EC),羧甲基纖維素(CMC)和羧乙基纖維素(Car2bo乙基纖維素,CEC)等。 MC是通過甲基氯或硫酸二甲酯與纖維素在堿存在下的反應(yīng)而獲得的,也是通過纖維素和甲醇在脫水劑存在下的反應(yīng)而得到的,產(chǎn)物是灰白色的纖維狀粉末,不溶于乙醇,乙醚,但溶于冰醋酸,在水中溶脹成半透明的膠體溶液。 EC主要由醚化纖維素氯化物制成,本品為白色顆粒狀熱塑性固體,具有乙氧基含量變化的性質(zhì)。在0. 7?1.3 EC醚化度有水溶性。 CMC是由一氯乙酸與纖維素在堿作用下反應(yīng)生成的,當(dāng)醚化度為1.0?1.3時,溶于堿溶液,醚化度在0.4以上時溶于水。 CMC為白色纖維狀粉末或顆粒,無臭,無味,易溶于水,透明膠體溶液,水溶液呈中性或微堿性,不溶于酸,甲醇等有機溶劑,具有良好的附著力,分散性,乳化性,擴散性粘性好,成膜性能好。 CEC是由環(huán)氧乙烷與纖維素在堿作用下反應(yīng)生成的,當(dāng)每種葡萄糖基環(huán)氧乙烷的反應(yīng)活性在0.64以上時,產(chǎn)物為水溶性的;反應(yīng)性在0.05?0.4,生產(chǎn)堿溶性物品。
1.2纖維素的酯衍生物
用作粘合劑的纖維素酯衍生物主要是硝化纖維素(NC)和乙酰纖維素(AC)。也稱為硝酸纖維素的硝化纖維素是通過用不同比例的硝酸和硫酸的混合物處理纖維素而獲得的。該產(chǎn)品呈淡黃色,具有約10%的氮氣外觀。 NC配制膠粘劑時,需要適當(dāng)?shù)嘏浜蠘渲,增塑劑,溶劑和添加劑。缺點是易燃,長期的光線會變成明快的顏色。 AC也可用作粘合劑,與NC相比,其優(yōu)異的阻燃性和耐久性,但耐濕性和耐候性差。
2纖維素衍生物粘結(jié)劑應(yīng)用
2.1在牙膏行業(yè)的應(yīng)用
牙膏由奶油基,容器和包裝組成。
乳膏基料是潤濕賦形劑,粘合劑,研磨劑,洗滌發(fā)泡劑,香料,甜味劑,功能性添加劑和其它助劑和純水的復(fù)雜混合物。牙膏中的固體粉末沉淀在液體中的速度與液體的粘度成反比,也與液體的流變學(xué)和穩(wěn)定性成反比。做粉末在液體中的穩(wěn)定分散取決于粘合劑以改變液體的流變性。牙膏中常見的粘合劑是羧甲基纖維素鈉(SCMC)
,CEC或其復(fù)雜。 SCMC既是牙膏中的潤濕賦形劑,又是一種粘結(jié)劑,不僅保護了乳膏基質(zhì),保持了基質(zhì)的流變性和觸變性,而且保持了基質(zhì)的穩(wěn)定性,使其成為穩(wěn)定的懸浮劑。
在膏體的填充過程中要求膏體稠度較低(減少填充摩擦,提高生產(chǎn)效率),而且填充后也要有較高的一致性,即CMC溶液即要具有一定的假塑性和觸變性。適量的CMC滿足這個要求[。
2.2在造紙工業(yè)中的應(yīng)用
涂布紙加工是造紙工業(yè)的一個重要分支,紙張涂布加工是造紙整理的重要組成部分,主要是為了提高造紙的表面性能,提高紙張的適應(yīng)性;提高紙張強度和耐水性,耐油性,賦予紙張攝影發(fā)展,記錄拷貝,防銹防腐,防靜電導(dǎo)電和裝飾性能。涂布紙是一種涂料,粘合劑,涂料后得到的助劑,涂布裝置被應(yīng)用于紙?zhí)幚肀砻娴募垺?SCMC具有良好的保水性,粘附性,分散性和懸浮性,是降低涂料粘度,改善涂料流動性的理想涂料。 SCMC也有防止霉菌的作用[5]。 用SCMC和聚乙烯亞胺的質(zhì)量比為3:1的混合物和聚乙烯醇處理紙顯著提高了紙的耐折性。
除了具有粘合劑涂層粘合劑的作用外,還應(yīng)具有控制涂料的流動性,保水性,紙張光澤,油墨吸收等重要功能,所以用油漆配方除以合成膠乳作為粘合劑除了主體,還必須添加其他輔助粘合劑以滿足不同的功能要求。目前國內(nèi)外常用的輔助粘合劑有:CMC,淀粉,酪蛋白,大豆蛋白,丙烯酸共聚物,聚乙烯醇(PVA)等,特別是淀粉,CMC較多,有的使用PVA或丙烯酸共聚物作為增稠涂料,保水劑。周銳等[6]對四種輔助粘結(jié)劑對涂料流變性能和涂布紙進行分析比較,結(jié)果表明,四種輔助粘結(jié)劑中,CMC具有最佳的保水性能,其次為淀粉,PVA保水性為較差的;使用CMC和丙烯酸共聚物作為輔助粘結(jié)劑涂料具有良好的流變性能,涂料為假塑性流體,非常適合高速涂布機涂布,PVA的流動性差,一般不宜用于刮刀涂布; CMC較易溶解,甚至可以在高速攪拌分散液中直接加入到粉體分散體中;含有CMC的涂料在紙張上具有較高的印刷光澤度,較少的油墨消耗,但具有低孔隙率的致密涂層。
2.3在制藥行業(yè)的應(yīng)用
更常用于制藥工業(yè)的纖維素衍生物粘合劑是羥丙基甲基纖維素(HPMC)和乙基纖維素(EC)。
HPMC是纖維素分子和羥丙基和甲氧基醚化的產(chǎn)物,分子內(nèi)置換基團是醚。無臭,無味,無毒,可溶于冷水,在熱水中糊化。 HPMC的粘度較低(5?50 Pa·s)可用作粘合劑,增粘劑和懸浮劑;高粘度(4000?1 000000 Pa·s)的HPMC可用于制備混合基質(zhì)緩釋片,緩釋膠囊,親水性凝膠基質(zhì)緩釋片阻斷劑[7]。 HPMC本身沒有治療作用,但對改善藥物的溶出有很大的作用。以HPMC為粘合劑,溶液濃度一般控制在3%?4%,可以解決一些品種溶解速度慢的問題。山東魯南制藥[8]在開發(fā)新產(chǎn)品復(fù)方氯唑沙宗薄膜時,用3%HPMC代替10%淀粉糊作粘合劑,優(yōu)化生產(chǎn)工藝,縮短分解時間,解決溶出度低的問題。李延華等[9]在實驗中考察了不同濃度的HPMC膠粘劑對溶出度的影響,結(jié)果表明,雖然用5%HPMC膠粘劑溶解度低于表面活性劑,但片面好于后者,并溶出至藥典標(biāo)準(zhǔn)可以應(yīng)用于實際生產(chǎn)。沉慧峰等[10]測定HPMC粘結(jié)劑和胰淀素(0.5G)的溶出度。結(jié)果表明,在5%HPMC水溶液中,30分鐘后阿司匹林的累積溶出率為89.71%,阿司匹林在糊精中的累積溶出率僅為40%?50%。
EC是最廣泛使用的不溶于水的纖維素衍生物之一[11]。它被廣泛用作緩釋制劑的載體和微膠囊,涂膜形成材料等,并且可以廣泛用作制備固體分散體的載體材料,藥物 - 樹脂緩釋制劑和緩釋藥物電影[12]。在醫(yī)學(xué)上C也常用作成膜和保護涂料,以及粘合劑和填料[13]。 黃景林等[14]選用乙基纖維素作為緩釋材料,制備了粘附微球,具有良好的粘附性和緩釋效果,甲硝唑生物黏附微球。 吳芳等[15]采用高效液相色譜法測定川芎嗪川芎嗪藥物滲透介質(zhì)的濃度,考察藥物通過膠囊體內(nèi)影響因素的影響。 結(jié)果表明,用11%EC 45mPa·s溶液制備的膠囊體在24 h內(nèi)仍能保持不滲透性。 隨著制備的膠囊體的EC粘度的增加和EC溶液濃度的增加,EC膠囊的抗?jié)B性逐漸增加。
2.4在煙草行業(yè)中的應(yīng)用
在煙草行業(yè)中,國產(chǎn)卷煙濾嘴粘接劑聚醋酸乙烯酯乳液,硅酸鈉和羧甲基纖維素鈉等品種,效果最好的是羧甲基纖維素鈉鹽水溶液]。一般將100?110份水加熱至50℃以上,然后將9?10份羧甲基纖維素鈉鹽分批加入熱水中,不斷攪拌至總?cè)芙。中國在制造煙草再制造煙草中廣泛使用CMC作為粘結(jié)劑和成膜物,并在煙梗末端混合后,制成薄片。 CMC的使用有干法和濕法兩種。目前國內(nèi)大部分生產(chǎn)干法加。
(1)煙葉和煙梗粉,(2)羧甲基纖維素,(3)保濕材料(甘油,糖),(4)層狀膠,等等)。根據(jù)CMC的性質(zhì),通常在中性和堿性條件下使用。在酸性較強的環(huán)境中,由于鈉離子的下落,CMC會逐漸降低粘度和使用功能,所以普通CMC制片不好,抗拉抗撕性好。為了改善片材的物理性能抗拉強度,韌性性,減少破碎率,應(yīng)使用煙草專用的CMC。 煙草特異性CMC是在普通CMC的生產(chǎn)反應(yīng)過程中添加的交聯(lián)劑,以橋接無水葡萄糖基纖維素上的三個羥基的橋聯(lián)反應(yīng)。 “醚鍵”,“氫鍵”與內(nèi)酯相連接,形成耐酸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),是一種復(fù)合型CMC。
2.5在印刷行業(yè)的應(yīng)用
在平版印刷和制版過程中,版面保護是保證印刷質(zhì)量的關(guān)鍵。 長期以來,平版印刷業(yè)多采用進口阿拉伯膠。 阿拉伯膠有夏天酸壞版的缺點,還沒有適應(yīng)現(xiàn)代印版的技術(shù)要求。 在印刷行業(yè)AD21型膠印應(yīng)該是。
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