羧甲基淀粉鈉(簡稱CMS)是一種無毒、無味、白色或微黃色粉末狀固體,易吸 潮,不溶于醇和醚,常溫下溶于水形成膠體狀溶液,它在堿性或弱酸性溶液中穩定。 CMS通常是由淀粉與氯乙酸或其鈉鹽在堿性條件下反應而成,其分子單元結構與羧甲 基纖維素(簡稱CMC)相同,性狀也很相似,因而在許多領域有相同或相似的使用性能 和效果。但由于淀粉來源廣、成本低于漂白纖維素,生產時醚化劑用量少,工藝較簡 單,加之該產品優良的水溶性、膨脹性、分散乳化性及穩定性等,在應用上現已遠遠 勝過了羧甲基纖維素,是一種很有開發前景的精細化工產品。本文介紹了CMS的制備 方法、應用及國內生產情況,并對該產品的市場前景作了簡要分析。
2CMS的制備方法CMS的制備方法主要有水媒法、有機溶媒法和干法三種。
2.1水媒法水媒法工藝的主要特點是用水作為反應介質。此法在制取取代度(DS)低于0.2的產 品時,由于產物不溶于水,可直接獲得顆粒狀產品。而當制備產品的取代度大于0.2 時,由于產物可溶于水,反應終了需先用硫酸鈉或氯化鈉使CMS鹽析出來,再用乙醇 洗滌,醇洗后析出物變得疏脆。水媒法所獲產品含鹽低,但操作繁雜,醚化劑利用率 低,產率也不高。
2.2有機溶媒法(或稱有機溶劑法)
有機溶媒法工藝的主要特點是,淀粉在堿化及醚化反應中,均用低碳醇(如甲醇、 乙醇、異丙醇等)作為溶劑及媒介,且反應物料始終為顆粒狀,有利于后處理。用該法 生產的產品質量高,但溶劑消耗大、成本高。
2.3干法干法是將淀粉、固體氫氧化鈉、氯乙酸及催化劑按比例投入到類似球磨機或干粉 混合器的反應設備中混勻加熱,并向干粉中噴灑適量的水,由于反應始終處于粉末狀 態,故名干法。該法工藝過程簡單、反應條件溫和、操作簡便、反應器空間利用率 高、工時短、能耗低、無三廢排放,是一種經濟高效的生產工藝。但在固相體系中試 劑小分子很難滲透到淀粉的顆粒內部,因此產物的取代度一般不高,且取代基僅分布 于顆粒表面。
雖然CMS的制備方法有多種,但每種方法的合成機理都大致相同,需要注意的是,CMS的質量與淀粉的品種、含水率等關系極大,因此無論采用哪種方法生產都必 須確保淀粉質量的相對穩定。
3CMS的應用CMS作為增稠劑、乳化劑、填充劑、穩定劑、粘合劑等已廣泛應用于食品、紡 織、印染、日用化工、造紙、醫藥、冶金選礦、石油鉆井和涂料等行業之中。
3.1食品工業CMS作為穩定劑用于冰淇淋和冷飲食品,也可作增稠劑添加于各食品中。由于 CMS溶液具有優越的膠體性能,可用于食品罐頭密封膠的制備;在飲料和乳制品中適 量加入,可增加稠度及細膩性;用于面包及餅干中,可使質地疏松并延長保存期。
3.2 醫藥工業CMS作為血液擴張劑,主要用于大量失血時以補充血液體積,維持血壓,改善血 液循環作用,節約全血用量,也可作燒傷、外傷和因失血過多而引起的休克病人急救 之用;作為片劑的賦形劑及崩解質,可克服用淀粉壓片時的缺點并使崩解時間縮短。 作為制藥業的新秀,CMS現在又開始用作藥物的乳化劑及懸浮劑。
3.3紡織工業CMS可配制成各種纖維織物的上漿劑。CMS作為織物上漿劑,既能夠克服淀粉作 為上漿劑時的滲透性差,穩定性不好,漿硬而脆,不易退漿的缺點,又能克服CMS作 上漿劑時成本高,織物表面粗糙,斷頭多,生產環境差等缺點,適合織機高速化和織 物高檔化的要求,而且因其退漿性好,且有優良的吸水性和分散性,還有利于后道工 序的漂白及染色。
3.4 石油工業CMS用作鉆井泥漿的降失水劑,具有熱穩定性好,降失水性優良,抗鹽能力較強 的性能。
3.5造紙工業CMS可作紙漿勻化劑和紙張表面施膠劑。在紙張中添加0.2%的CMS可提高抗張力50〇/〇。
3.6印染工業CMS用作染料、助染劑的載體糊料,或配制成色漿料。此外,CMS還廣泛用作洗 滌劑的功能助洗劑、粘合劑及粘合組份,還用于煤漿或油煤混合燃料降粘劑,重金屬 離子螯合劑、吸收劑、絮凝劑,成膜材料成份及化妝品組份等。
4CMS的國內生產情況及市場前景分析國外早在60年代已具有CMS的規模性生產裝置,并應用到各個領域。我國對CMS 的研制開始于80年代中期。近年來,在北京、河南、江蘇、河北、上海、天津、四 川、遼寧等省市已有廠家批量生產。生廠家有北京好潔力化工公司,江蘇南京雙閘化 工廠,江蘇揚中市江島精細化工廠,河南新鄉第一化工廠,重慶江南纖維素廠,漯河 精細化工廠,遼寧營口第二藥廠,北京制藥廠,上海長征制藥廠等。
目前。國內CMS生產規模小,品種少,產量不足萬噸,還沒有形成系列產品,尤 其是高取代度和高粘度CMS的生產幾乎還是空白,從而制約了CMS應用領域的發展。 除作為油田助劑、洗滌助劑和造紙助劑外,其它領域的應用還處于起步階段或待開發 階段。近年來,CMC由于纖維素資源短缺,生產成本高,加之市場需求量日趨增長, 市場產品價格不斷上漲,已達6000元/t?7500元/t,而CMS由于主要生產原料淀粉來源 豐富、價格低廉、市場售價僅為4000元/t?4500元/t。除此之外,同CMC相比,CMS還 具有以下兩方面的優勢:①,CMS因結構上的特性,一般比CMC易溶于水,其水溶液 的粘度較CMC穩定,易被人體吸收,還可進行交聯、聚合,氧化等多種途徑改性,因 而它比CMC用途為廣泛;②CMS的生產屬于淀粉深加工項目,生產均采用能用化工定 型設備,而且淀粉較棉纖維比重大,聚合度小,因此不需專門的堿化工序,工藝操作 簡單,設備利用率高,反應時間短,建設裝置生產投資少、上馬快。再從市場需求方 面來看,CMC市場變化也促進了CMS的生產和發展,也使CMS的需求量不斷擴大。據 有關部門預測,到“九五”末,用于油田助劑的CMS年需求量可達到2萬t;洗衣粉行 業CMS的年需求量將達到1.0萬t?1.5萬t,加上在造紙、紡織、印染、制藥、增稠劑、 粘合劑、吸收劑等行業需求量的不斷擴大,預計“九五”末,CMS的國內總需求量將 達到5萬t。可見從CMS發展趨勢和潛力來看,市場前景十分廣闊。