pH值对羧甲基纤维素纳（CMC）粘度性能的影响

pH值对羧甲基纤维素纳（CMC）粘度性能的影响
研究了捏合法生产羧甲基纤维素(CMC)产品的pH值与产品质量之间影响关系，采用捏合法生产羧甲基纤维素，通过调整碱液添加量，生产出pH值在7．0～11．5之间的产品。

在去离子水中、饱和盐水中检验产品的粘度和取代度，产品取代度没有明显变化，去离子水中粘度随pH值增大而降低，饱和盐水中粘度随pH值增大先增大后减小，有一个峰值。

分析了不同pH值条件下产品副产物的影响，得出捏合法生产CMC产品pH值的控制范围。

关键词：羧甲基纤维素(CMC)；捏合法；取代度；粘度
羧甲级纤维素(简称CMC) 是天然纤维素与一氯乙酸反应得到的一种羧甲级化产物，广泛用于食品、牙膏、医药、石油、采矿、陶瓷、纺织、涂料和化妆品等方面，被誉为“工业味精”。

国内传统工艺多采用溶媒法生产。

采用两次或多次碱化醚化反应、添加抗氧化剂、使用氮气保护、加大溶媒液比和雾化碱酒混合液等方法，以得到取代度高、粘度高、抗温抗盐性好、取代均匀的产品。

通常产品pH值控制在7—11之间，取代度变化不大，但是，由于不同pH值条件下副产物的生成，造成在去离子水中和饱和盐水中粘度的变化。

本研究采用捏合法工艺，使用精制棉、一氯乙酸、氢氧化钠和酒精反应，设定取代度，调整碱液添加量，生产出pH值在7～11．5之间的CMC，分析pH值变化对产品粘度和取代度变化规律及影响因素。

1 实验部分
1．1 原料
精制棉，山东德州精制棉公司，符合GB／T9107—1999；一氯乙酸，河南三门峡旭东纤维素有限公司，符合HG／T3271—2000；
氢氧化钠，咸阳燕山化工公司，符合GB／T4348．1—2000；酒精，宝鸡陈仓化剂厂，符合GB／T10343—2002。

1．2 生产设备与检测仪器
50L捏合机，蒸汽加热；
箱式干燥器，±1℃；
六速旋转粘度计，型号：ZNN—D6；
变频高速搅拌机，型号：GJSS—B12K。

1．3 实验过程
1．3．1 主要化学反应
碱化反应：
[c6H O2(OH)3] +nNa OH一[C6H7O2(OH)2ONa] +nH2O
醚化反应：
[C6H7O2(OH)2Na] +nCICH2COONa---[C6H7O2(OH)2OCH2COONa] +nNaC1
1．3．2 工艺流程
1．3．3 实验步骤
在50L捏合机中，先后加入精制棉、碱液、氯乙酸、乙醇，实验中调整碱液加入量，其它原材料、反应条件保和后续处理条件持不变，控制成品pH值从60～12之间，每组重复一次，分别编号为a、b。

1．3．4 检验标准
(1)取代度采用中国石油天然气行业标准SY5093—92中相关条款检验。

(2)去离子水和饱和盐水中粘度计读数采用钻井液材料规范(GB／T 5005—2001)中技术级高粘羧甲级纤维素技术指标相关条款检验。

2 实验结果及讨论、
2．1 实验结果
CMC在酸性条件下发生降解反应，影响后续工序生产和产品质量，一般生产控制在中性或弱碱性条件。

同样在高pH值条件下影响质量，增加成本。

所以本实验选择控制产品pH值在7—11．5之间。

从表1可知在反应条件和原料配比相同条件下，调整碱液添加量在0．85～1．15L之间，生产出CMC产品pH值7．0—11．5之间取代度没有明显变化，去离子水中和饱和盐水中粘度变化明显。

CMC产品在去离子水中粘度随pH值的增大而降低。

CMC产品在饱和盐水中粘度随pH值的增大先增大在减小，出现一峰值。

2．2 原因分析
在醚化反应阶段，由于在碱性条件下水的存在会使一氯乙酸钠发生水解下面副反应：
C1CH2 COONa+NaOH---HOCH2 COONa+NaC1 (1)
C1CH2 COOH+2NaOH---HOCH2 COONa+NaC1+2H2 0 (2)
CICH2 COONa+H20-+HOCH2 COOH+NaC1 (3)
根据以上反应明显得到，随着pH值的不断增大，一价钠盐浓度逐渐增大。

据报道，离子型纤维素醚在低盐浓度范围，表现出一定的聚电解质的性质，随着一价金属盐浓度的升高，粘度逐渐降低；随着盐浓度的进一步增大，纤维素醚大分子在受到大量金属盐离子的屏蔽作用，对外表现出非聚电解质性质，使得纤维素醚的粘度随着盐浓度的增大而迅速提高。

所以，在去离子水中，CMC表现出聚电解质性质，随着pH值的增大，一价钠盐浓度逐渐增大，粘度逐渐降低；而在饱和盐水中，CMC表现出非聚电解质性质，钠盐浓度达到饱和状态下，随着pH值的增大，继续水解增大钠盐粘度，使得粘度迅速提高，但是pH值达到10．0以后，由于金属盐浓度的影响，发生其它复杂化学反应和物理反应，粘度开始降低。

3 结论
研究了pH值对CMC在去离子水中和饱和盐水中粘度的影响，得出在去离子水中粘度随着pH值增大而降低，在饱和盐水中粘度随着pH值增大先增大后减小，在pH值为8．5～10．5之间达到最大值。

根据各行业的具体条件，通过控制pH值，生产出不同类CMC产品。

例如在石油钻井领域，因为泥浆体系多是盐水或饱和盐水体系，应生产pH值在9．5左右产品。

在淡水体系中应控制pH值在7．5左右产品。