一、纖維素羥乙基纖維素的合成原理與結(jié)構(gòu)特征
羥乙基纖維素的合成原理
1． 羥乙基纖維紊的摩爾取代度(MS)在0. 05～0.5時屬于堿溶性產(chǎn)品，MS
在1.3以上的HEC.就可溶于水。目前市場上常見的工業(yè)化HEC產(chǎn)品的MS范圍為1.3～2.5，大多數(shù)水溶性HEC產(chǎn)品的DS范圍為0.8～1*2。對經(jīng)過深度羥乙基化的產(chǎn)品進行分析，結(jié)果顯示，雖然MS大于3．O，但DS值并沒有明顯增大，說明新增加的醚基主要是接在羥乙氧基或低聚物醚的側(cè)鏈上。如果把側(cè)鏈低聚物醚的鏈長度定義為MS/DS．則商品化的HEC側(cè)鏈長度值在1.5—2.5范圍。
提高摩爾取代度可以增強產(chǎn)品的水溶性，但側(cè)鏈增長又會增加應用難度。普通的低MS的HEC在丙酮、乙醇和低級醚等有機溶劑中得不到透明的溶液，而高MS的HEC在甲醇以及某些由水和水溶性有機溶劑所組成的混合溶劑中可部分溶解。
工業(yè)化HEC生產(chǎn)所采用的原料有高純木漿、羥丙基甲基纖維素棉纖維素、氫氧化鈉和環(huán)氧乙烷。早期制備HEC很困難，但是后來采取以惰性溶劑為介質(zhì)的淤漿法生產(chǎn)，產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定，性能也得到較大提高。在淤漿法生產(chǎn)中用到的惰性溶劑（反應介質(zhì)）有許多種，如丙酮、脂肪醇、四氫呋喃、烷氧基烷醇、芳香烴和烷烴等。生產(chǎn)工藝的關鍵是嚴格控制水含量、惰性溶劑類型、反應時間、反應溫度以及堿濃度。
純化過程同樣要用到惰性溶劑，其水含量應保證產(chǎn)品不溶但卻能夠使鹽、乙HOCH2CH2CHzOH二醇等雜質(zhì)溶出，在一定酸條件下用圖4-1 羥乙基纖維素(FIEC)單葡萄糖環(huán)基結(jié)構(gòu)（DS=3．MS=6）乙二醛或氯甲酸酯處理，可以得到交聯(lián)HEC。
淤漿法生產(chǎn)HEC的專利報道有很多，如添加表面活性劑、采用混合溶
劑體系、添加硼酸或硼酸鹽、纖維素原料的機械預處理技術等，最早是使用乙二醛交聯(lián)HI:C在水中不溶來提高洗滌效果。
HEC的化學結(jié)構(gòu)式見圖4-1。
羥乙基纖維素的制備原理可用下列反應式表示。
①纖維素堿他為堿纖維素：
Cell-(OH)3+rNaOH——,Cell-(OH)3+,(O- Na+)J+rH20
②堿纖維素和環(huán)氧乙烷反應，將其轉(zhuǎn)化為羥乙基纖維索：
Cell-(OH)3-,(()一Na+），+ yCHz OCHz—+Cell-( OH)3一，(ONa)，．n[U(CHZCH20)yNal.
③在整個過程中總伴隨有副反應發(fā)生，生成乙二醇或多縮乙二醇：
CHzOCHz+Hz0- H()-CH2-CHZ-OH
HO-CH2 -CHz -OH+CHz OCIIz——-HO-CHz CHz -O-CII2 -CH2 -OH
HO-CH2-CHZ OH} r1CII20CH2——-H(H-CH2---CHZ-(H-a-CHZ-CH2-OH
也有人認為，副反應為：
CHz OC H2 +NaOH——-HO-CH2 -CH2 -0-. Na4
CHZ(X,HZ+H0-CHZ-CH2-0- Na+-+ H(HCHZ-CH2-Ob-CH2-CHZ-O- Na+
由于整個反應過程并不消耗堿，因此中和所用酸量可通過加入的堿量進行估算。但在中和過程中酸的用量要稍微高于計算值，使得中和后體系pH值在5～7之間，才能有效進行乙二醛處理，實現(xiàn)交聯(lián)，從而得到分散快的速溶性產(chǎn)晶。
羥乙基化的速度在一定溫度下(49℃)與環(huán)氧乙烷的濃度成正比，受環(huán)氧乙
烷在堿纖維素中的擴散速度控制。通常環(huán)氧乙烷加入量要過量，其利用率在50%～7096之間。副反應的發(fā)生導致環(huán)氧乙烷的消耗量增大，同時也增加了后處 蓄…理的難度。生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的醋酸鈉和副產(chǎn)物乙二醇、多縮乙二醇不僅使成本增加，也提高了排放水的COD、BOD指標，造成對水體系污染嚴重。
環(huán)氧乙烷反應速率隨NaOH的濃度在o．4～1·5moI/L范圍內(nèi)增大而提高，當堿濃度大于2. 5mol/L時，醚化反應在纖維素中迅速進行，并且X射線衍射硼究表明反應會發(fā)生在分子內(nèi)或晶胞片層內(nèi)。在氣態(tài)環(huán)氧乙烷與固態(tài)堿纖維素反應 鏨中，反應溫度對于得到良好水溶性的產(chǎn)品起了重要作用，一般控制溫度在33～ 75℃。
制備HEC還可選擇其他一些醚化劑，如，2一氯乙醇被用于制備低MS的纖
維素醚；乙二醇碳酸酯在DMSO和NaH存在下進行葡萄糖環(huán)羥乙基化比環(huán)氧乙烷轉(zhuǎn)化率高。
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