微晶纤维素的研究进展

微晶纤维素的研究进展

微晶纤维素的研究进展

高分子材料2班刘卓君 20080402B020

摘要：微晶纤维素是可自由流动的纤维素晶体组成的天然聚合物,它是天然纤维素经稀酸水解并经一系列处理后得到的极限聚合度的产物。广泛用于食品、医药及其他工业领域，本文综述了微晶纤维素的特性、理化性质、制备方法以及国内外微晶纤维素的研究进展。

关键词：微晶纤维素；结晶度；聚合度；可压性；流动性；制备；研究进展

正文：微晶纤维素(MCC)是由天然纤维素经稀无机酸水解达到极限聚合度的极细微的白色短棒状或无定形结晶粉末,无臭、无味。颗粒大小一般在20-80微米，极限聚合度(L0DP)在15～375；不具纤维性而流动性极强。不溶于水、稀酸、有机溶剂和油脂，在稀碱溶液中部分溶解、润涨，在羧甲基化、乙酰化、酯化过程中具有较高的反应性能。由于具有较低聚合度和较大的比表面积等特殊性质，微晶纤维素被广泛应用于医药、食品、化妆品以及轻化工行业。

微晶纤维素有两种主要形式:细粉末和胶体状。前者用于吸附剂或粘合剂,后者作为液体中的分散剂。粉末状微晶纤维素的应用范围是作为抗结块剂,它有防结块和帮助流动的作用。另外,微晶纤维素还是食品中非营养部分,用作健康食品中的食用纤维。作为功能食用纤维,微晶纤维素可起到诸多保健作用。微晶纤维素有吸油特性,所以粉末化的微晶纤维素还被用作香精和香料油的载体。另外,它常被用于某些挤出食品的助流剂。胶体状微晶纤维素的多功能性表现在:乳化和泡沫稳定性;高温下稳定性;非营养性填充物和增稠剂;液体的稳定和胶化剂;改善食品结构;悬浮剂;冷冻甜食中控制冰晶形成。

随着科技的发展，为了更大程度降低成本，有效利用资源和加强环保，人们也在不断研究采用更好的原料和更好的方法来生产微晶纤维素，并进一步探究其可能的用途。

1.微晶纤维素的理化性质

MCC 的用途广泛,用以描述的指标很多,主要有聚合度、结晶度、粒度、吸水值、润湿热、比表面积、填积密度、过滤指数和特性粘数等。

1. 1 结晶度

结晶度是指结晶区占纤维素整体的百分率。结晶度的大小对纤维素纤维的尺寸稳定性和密度等都有影响,常规测量方法X2射线衍射法和红外光谱法。通过分析后表明,MCC 都保留有纤维素I 的结晶,结晶度与晶体大小都比纤维原料的要大,结晶度Kp 一般都在0. 60 以上。

1. 2 聚合度

聚合度是指纤维素中重复的葡萄糖结构单元的数目。不同原料得到的MCC 的聚合度差别较大,如表1所示。MCC 的分散性越小, 说明MCC 的分布均一。从理论上讲,纤维素原料都可以生产不同聚合度范围的MCC 产品。

1. 3 比表面积

比表面积是指

单位质量颗粒

状物质的总面

积,是评价多孔

物质性能的重

要参数之一。

MCC 的比表面

积可根据氮气

吸附和水蒸气吸附的BET 法(Brunner2Emmet t2Teller met hod) 测定。在水蒸气吸附时,由于氢键力较弱,当MCC 浸没在水中时,氢键极易被破坏。所以用不同方法和不同处理方式得到的比表面积不相等。由氮气吸附法直接得到的是有效面积,而由水蒸气吸附法得到的是内在表面积。其中以氮气吸附时还采用溶剂置换,且比表面积(水蒸气吸附法) 与无定形区的含量成正比。

1. 4 可压性

可压性是指粉状体被压制成形的可能性和压缩物的坚实程度,一般以片剂的硬度衡量可压性。林均柱等研究了不同MCC 样品既不同粒度的MCC 在不同压力下压制的片剂硬度,指出同一种原料,其片剂的强度随压力升高而提高。同一种原料在同一压力下,粒度越小,接触面积越大,片剂的强度也越高。

1. 5 流动性

对于MCC 的流动性一直存在两种不同的观点。Fox 等提出微晶纤维素Avicel 型是自由流动

的,而Mendll ,Bolhuis 和Lerk 却认为Avicel PH101和PH102 流动性差。Mar shall研究了AvicelPH101 ,PH102 , PH103 , PH105 后认为没有一种是

自由流动的。

其中PH102

流动性最好,

PH105 流动

性最差,这是

因为PH102

由大量不规则的质点形成了粒状粉末,所以粘结性小;而PH105 主要是由小棒条状颗粒组成,这些颗粒连锁,阻碍了MCC 的流动。颗粒的大小对流动性也有很大的影响,颗粒越大,粒间摩擦力小,流动性好。因此,颗粒的大小和形状在很大程度上决定了MCC 的流动性。

1. 6 吸水值

吸水值(WRV) 是MCC 在水中润胀程度的标志。WRV 与由不同原料、不同处理方式所制备的MCC 的形态结构的关系见表 2 。从表 2 可见,对WRV 影响最大的不是粒径,而是颗粒的大孔体积,大孔体积越多,WRV 就越大。这主要是因为在

大孔中保留了大量的粒子间结合水,在测定WRV 时这部分结合水起了决定性的作用。

2.微晶纤维素的制备研究

2.1国内微晶纤维素研究进展

2.1.1甘蔗渣微晶纤维素的制备研究

甘蔗渣纤维素的聚合度(DP)一般在500～700之间，水解后的平衡聚合度(DP)在100 200之间。甘蔗渣

由于灰分高、

白度低(灰分

为1．2％～

1．8％，白度

为70％～

80％)，因此要

用它来制备微晶纤维素必须进行增白和降低灰分处理。罗素娟选择盐酸(工业级)来催化水解制备微晶纤维素，其流程见图1。其中固液比为1：15，水解进行35 rain，即达到平衡聚合度。研究表明以甘蔗渣浆粕为原料生产微晶纤维素是可行的，产品质量符合标准要求，其中得率为82．18％，聚合度为120，其颗粒数量分布较均

匀，粒径较小，中位粒径11．2 m，小于25 tan 的产品占92．1％，水分2．42％，灰分0．13％，白度90．98％，经应用试验，效果良好，母液可以循环使用。生产废水经处理后达到排放要求。

2.1.2 稻草微晶纤维素的制备研究

稻草中含有40％的纤维素，陈家楠等研究了利用稻草制备微晶纤维素，其制备流程如下：