基本介紹
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基本信息
概述
纖維素是一種既不溶解也不熔融的多羥基高分子化合物。纖維素經醚化後則能溶於水、稀鹼溶液和有機溶劑，並具有熱塑性。
性質
經醚化後的纖維素溶解性能發生顯著變化，可溶解於水、稀酸、稀鹼或有機溶劑，溶解度主要取決於三個因素：(1)醚化過程中所引入基團的特性，引入的基團越大則溶解度越低，引入的基團極性越強，纖維素醚越易溶於水；(2)取代度與醚化基團在大分子中的分布情況。大多數纖維素醚只能在一定取代度條件下，才溶解於水，取代度在0～3之間；(3)纖維素醚的聚合度，聚合度越高，越不易溶解；聚合度越低，能溶於水的取代度範圍越寬。纖維素醚類品種繁多，性能優良，廣泛用於建築、水泥、石油、食品、紡織、洗滌劑、塗料、醫藥、造紙及電子元件等工業。
發展
中國是全球最大的纖維素醚生產和消費國，產量年均增長超過20%。據初步統計，中國現有纖維素醚生產企業達50家左右，纖維素醚行業設計產能已超過40萬噸，1萬噸以上的企業有20家左右，主要分布在山東、河北、重慶、江蘇、浙江、上海等地。
需求
2011年中國CMC產能約為30萬噸，隨著醫藥、食品、日化等行業對高品質纖維素醚的需求不斷增長，國內對CMC以外的其它纖維素醚類產品的需求量越來越大，MC/HPMC的產能約為12萬噸，HEC的產能約為2萬噸。PAC在國內尚處於推廣套用階段，隨著大型海油田的開發，和建材、食品、化工等行業的發展，PAC用量和領域在逐年上升和拓寬，產能超過1萬噸。
分類
根據取代基的化學結構分類，可分為陰離子、陽離子和非離子型醚類。隨所用醚化劑的不同而有甲基纖維素、羥乙基甲基纖維素、羧甲基纖維素、乙基纖維素、苄基纖維素、羥乙基纖維素、羥丙基甲基纖維素、氰乙基纖維素、苄基氰乙基纖維素、羧甲基羥乙基纖維素和苯基纖維素等。以甲基纖維素和乙基纖維素實用性較大。
甲基纖維素
將精製棉經鹼處理後，以氯化甲烷作為醚化劑，經過一系列反應而製成纖維素醚。一般取代度為1.6~2.0，取代度不同溶解性也有不同。屬於非離子型纖維素醚。
(1)甲基纖維素可溶於冷水，熱水溶解會遇到困難，其水溶液在pH=3~12範圍內非常穩定。與澱粉、胍爾膠等以及許多表面活性劑相容性較好。當溫度達到凝膠化溫度時，會出現凝膠現象。
(2)甲基纖維素的保水性取決於其添加量、黏度、顆粒細度及溶解速度。一般添加量大，細度小，黏度大，則保水率高。其中添加量對保水率影響最大，黏度的高低與保水率的高低不成正比關係。溶解速度主要取決於纖維素顆粒表面改性程度和顆粒細度。在以上幾種纖維素醚中，甲基纖維素和羥丙基甲基纖維素保水率較高。
(3)溫度的變化會嚴重影響甲基纖維素的保水率。一般溫度越高，保水性越差。如果砂漿溫度超過40℃，甲基纖維素的保水性會明顯變差，嚴重影響砂漿的施工性。
(4)甲基纖維素對砂漿的施工性和黏結性有明顯影響。這裡的“黏結性”是指工人塗抹工具與牆體基材之間感到的黏結力，即砂漿的剪下阻力。黏著性大，砂漿的剪下阻力大，工人在使用過程中所需要的力量也大，砂漿的施工性就差。在纖維素醚產品中甲基纖維素黏結力處於中等水平。
羥丙基甲基纖維素
羥丙基甲基纖維素是產量、用量都在迅速增加的纖維素品種。是由精製棉經鹼化處理後，用環氧丙烷和氯甲烷作為醚化劑，通過一系列反應而製成的非離子型纖維素混合醚。取代度一般為1.2~2.0.其性質受甲氧基含量和羥丙基含量的比例不同而有差別。
(1)羥丙基甲基纖維素易溶於冷水，熱水溶解會遇到困難。但它在熱水中的凝膠化溫度要明顯高於甲基纖維素。在冷水中的溶解情況，較甲基纖維素也有大的改善。
(2)羥丙基甲基纖維素的黏度與其分子量的大小有關，分子量大則黏度高。溫度同樣會影響其黏度，溫度升高，黏度下降。但其黏度高溫度的影響比甲基纖維素低。其溶液在室溫下儲存是穩定的。
(3)羥丙基甲基纖維素的保水性取決於其添加量、黏度等，其相同添量下的保水率高於甲基纖維素。
(4)羥丙基甲基纖維素對酸、鹼具有穩定性，其水溶液在pH=2~12範圍內非常穩定。苛性鈉和石灰水，對其性能也沒有太大影響，但鹼能加快其溶解速度，並對黏度稍有提高。羥丙基甲基纖維素對一般鹽類具有穩定性，但鹽溶液濃度高時，羥丙基甲基纖維素溶液黏度有增高的傾向。
(5)羥丙基甲基纖維素可與水溶性高分子化合物混用而成為均勻、黏度更高的溶液。如聚乙烯醇、澱粉醚、植物膠等。
(6)羥丙基甲基纖維素比甲基纖維素具有更好的抗酶性，其溶液酶降解的可能性低於甲基纖維素。
(7)羥丙基甲基纖維素對砂漿施工的黏結性要高於甲基纖維素。
羥乙基纖維素
由精製棉經鹼處理後，在異丙醇的存在下，用環氧乙烷作醚化劑進行反應而製成。其取代度一般為1.5~2.0.具有較強的親水性，易於吸潮。
(1)羥乙基纖維素可溶於冷水中，熱水溶解較為困難。其溶液在高溫下穩定，不具有凝膠性。在砂漿中高溫下可使用時間較長，但保水性較甲基纖維素低。
(2)羥乙基纖維素對一般酸鹼都具有穩定性，鹼能加快其溶解，並對黏度略有提高，其在水中分散性比甲基纖維素和羥丙基甲基纖維素略差。
(3)羥乙基纖維素對砂漿抗垂掛有好的性能，但對水泥的緩凝時間較長。
(4)國內一些企業生產的羥乙基纖維素，因含水量大，灰分高而導致其性能明顯低於甲基纖維素。
（5）羥乙基纖維素的水溶液霉變性比較嚴重，在40℃左右的溫度下，3~5天可發生霉變，影響它的使用性能。
羧甲基纖維素
由天然纖維(棉、等)經過鹼處理後，用一氯醋酸鈉作為醚化劑，經過一系列反應處理而製成離子型纖維素醚。其取代度一般為0.4~1.4，其性能受取代度影響較大。
(1)羧甲基纖維素吸濕性較大，一般條件儲存會含有較大水分。
(2)羧甲基纖維素水溶液不會產生凝膠，隨溫度升高而黏度下降，溫度超過50℃時，黏度不可逆。
(3)其穩定性受pH影響較大。一般可用於石膏基砂漿中，不能用於水泥基砂漿中。在高鹼性時，會失去黏度。
(4)其保水性遠遠低於甲基纖維素。對石膏基砂漿有緩凝作用，並降低其強度。但羧甲基纖維素價格明顯低於甲基纖維素。
纖維素烷基醚
有代表性的為甲基纖維素和乙基纖維素。工業生產一般以氯甲烷或氯乙烷為醚化劑，反應如下：
式中R代表CH3或C2H5。鹼濃度不僅影響醚化度, 而且對烷基鹵化物的消耗也有影響。鹼濃度愈低，烷基鹵化物水解愈烈。為減少醚化劑的消耗，必須提高鹼濃度。但鹼濃度過高時，使纖維素的溶脹作用降低，不利於醚化反應，醚化度因之降低。為此，可在反應過程中添加濃鹼液或固體鹼。反應器應具有良好的攪拌和撕裂裝置，使鹼能均勻分布。甲基纖維素廣泛用作增稠劑、膠粘劑和保護膠體等。也可用作乳液聚合的分散劑、種子的粘合分散劑、紡織漿料、食品和化妝品的添加劑、醫藥膠粘劑、藥物包衣材料和用於乳膠漆、印刷油墨、陶瓷生產，以及混入水泥中用以控制凝固時間和增加初期強度等。 乙基纖維素製品有較高的機械強度、柔韌性、耐熱性和抗寒性。低取代乙基纖維素可溶於水和稀鹼溶液，高取代產品可溶於大多數有機溶劑。它與各種樹脂和增塑劑都有很好的相容性。可用於製造塑膠、薄膜、清漆、膠粘劑、乳膠和藥物的包衣材料等。 向纖維素烷基醚內引入羥烷基可改善其溶解性，降低它對鹽析的敏感性，提高凝膠化溫度和改善熱熔性等。上述性質的改變程度隨取代基性質和烷基與羥烷基的比例而異。
纖維素羥烷基醚
有代表性的為羥乙基纖維素和羥丙基纖維素。醚化劑為環氧化物，如環氧乙烷和環氧丙烷。用酸或鹼為催化劑。工業生產是使鹼纖維素與醚化劑反應：高取代值的羥乙基纖維素既溶於冷水，也溶於熱水。高取代值的羥丙基纖維素只溶於冷水而不溶於熱水。羥乙基纖維素可用作膠乳塗料的增稠劑、紡織印染漿料、造紙膠料、膠粘劑和保護膠體等。羥丙基纖維素的用途與羥乙基纖維素相似，低取代值的羥丙基纖維素可用作醫藥賦形劑，可兼備粘合和崩解兩種性能。
羧甲基纖維素 英文縮寫CMC,一般以鈉鹽的形式存在。醚化劑為一氯乙酸，反應如下：
羧甲基纖維素是一種套用最廣的水溶性纖維素醚。過去主要用作鑽井泥漿，現已擴展到用作洗滌劑的添加劑、衣物漿料、乳膠漆、紙板和紙的塗層等。純制的羧甲基纖維素可用於食品、醫藥、化妝品，還可作為陶瓷和鑄模的膠粘劑。
聚陰離子纖維素（PAC）屬離子型纖維素醚類，是羧甲基纖維素（CMC）的高端替代產品。是一種白色、類白色或微黃色的粉末或顆粒，無毒、無味，易溶解於水，形成具有一定粘度的透明溶液，具有更好的耐熱穩定性和耐鹽性，抗菌性強，不發霉變質。具有高純度、高取代度、取代基分布均勻等特點。可作為粘結劑、增稠劑、流變調節劑、降失水劑、懸浮穩定劑等。聚陰離子纖維素（PAC）廣泛套用於CMC可套用的所有行業，可大幅減少用量，方便使用，提供更好的穩定性能和滿足更高的工藝要求。
聚陰離子纖維素(PAC)分子結構圖
聚陰離子纖維素(PAC)分子結構圖氰乙基纖維素 是在鹼的催化下，纖維素與丙烯腈反應的生成物：
氰乙基纖維素介電常數高，損耗係數低，可用作磷和電發光燈具的樹脂基質。低取代的氰乙基纖維素可作變壓器的絕緣紙。
纖維素的高級脂肪醇醚、烯基醚和芳香醇醚等均已製得，但未獲實際套用。
纖維素醚的製備方法可以分為水媒法、溶媒法、捏合法、於漿法、氣固法、液相法以及以上幾種方法的組合工藝。
製備原理
將高α-纖維素漿粕用鹼溶液浸漬使之溶脹，以破壞較多的氫鍵，便於試劑擴散並生成鹼纖維素，然後再與醚化劑反應，即可製得纖維素醚。醚化劑有烴基鹵化物（或硫酸酯）、環氧化物和具有受電子體的α、β不飽和化合物等。
基本性能
外加劑對建築乾混砂漿性能的改善具有關鍵性作用，在乾混砂漿中占材料成本40%以上。國內市場相當一部分外加劑由國外製造商供應，產品的參考用量也由供應商提供。由此導致了乾混砂漿產品成本居高不下，量大面廣的普通砌築和抹灰砂漿推廣困難。高端市場產品由國外公司控制，乾混砂漿生產廠商利潤低，價格承受能力差;外加劑的套用缺乏系統性、針對性研究，盲從國外配方。
保水劑是改善乾混砂漿保水性能的關鍵外加劑，也是決定乾混砂漿材料成本的關鍵外加劑之一。纖維素醚的主要作用就是保水。
纖維素醚是鹼纖維素與醚化劑在一定條件下反應生成一系列產物的總稱。鹼纖維素被不同的醚化劑取代而得到不同的纖維素醚。按取代基的電離性能，纖維素醚可分為離子型(如羧甲基纖維素)和非離子型(如甲基纖維素)兩大類。按取代基的種類，纖維素醚可分為單醚(如甲基纖維素)和混合醚(如羥丙基甲基纖維素)。按可溶解性不同，可分為水溶性(如羥乙基纖維素)和有機溶劑溶解性(如乙基纖維素)等。乾混砂漿主要用水溶性纖維素，水溶性纖維素又分為速溶型和經過表面處理的延遲溶解型。
纖維素醚在砂漿中的作用機理如下：
(1)砂漿內的纖維素醚在水中溶解後，由於表面活性作用保證了膠凝材料在體系中有效地均勻分布，而纖維素醚作為一種保護膠體，“包裹”住固體顆粒，並在其外表面形成一層潤滑膜，使砂漿體系更穩定，也提高了砂漿在攪拌過程的流動性和施工的滑爽性。
(2)纖維素醚溶液由於自身分子結構特點，使砂漿中的水分不易失去，並在較長的一段時間內逐步釋放，賦予砂漿良好的保水性和工作性。
分析
纖維素醚是由纖維素製成的具有醚結構的高分子化合物。纖維素大分子中每個葡萄糖基環含有三個羥基，第六碳原子上的伯羥基、第二、三個碳原子上的仲羥基，羥基中的氫被烴基取代而生成纖維素說明醚類衍生物。是纖維素高分子中羥基的氫被烴基取代的生成物。
中國產業信息網發布的《2013-2017年中國醫藥食品級纖維素醚行業運營態勢與發展前景研究報告》共十二章。首先介紹了中國化工行業運行情況、中國醫藥食品級纖維素醚產業運行環境等，接著分析了中國醫藥食品級纖維素醚產業運行的現狀，然後介紹了中國醫藥食品級纖維素醚產品的行銷情況。隨後，報告對中國醫藥食品級纖維素醚做了重點企業經營狀況分析，最後分析了中國醫藥食品級纖維素醚產品市場前景預測。您若想對醫藥食品級纖維素醚產業有個系統的了解或者想投資醫藥食品級纖維素醚行業，本報告是不可或缺的重要工具。
