微晶纤维素的研究进展

基金项目:广西科学基金资助项目(桂科自0991024Z );广西培养新世纪学术和技术带头人专项资金资助项目(2004224)

收稿日期:2009206219

综述与进展

微晶纤维素的研究进展

何耀良1,廖小新2,3,黄科林1,6,吴　睿4,王 5,刘宇宏1,黄尚顺1,李卫国1

(1.广西化工研究院,广西南宁　530001;2.广西大学商学院,广西南宁　530004;

3.广西桂林市建筑设计研究院,广西桂林　541002;

4.广西民族大学化学与生态工程学院,广西南宁　530006;

5.广西大学化学化工学院,广西南宁　530004;

6.广西新晶科技有限公司,广西南宁　530001)

摘　要:微晶纤维素是天然纤维素水解至极限聚合度得到的一种聚合物,广泛用于食品、医药及其他工业领域,本文综述了国内外微晶纤维素的制备研究进展。 关键词:微晶纤维素;研究进展;制备

中图分类号:TQ 352 文献标识码:A 文章编号:167129905(2010)0120012205

微晶纤维素(Microcrystalline cellulose ,MCC )是天然纤维素经稀酸水解至极限聚合度(LOOP )的可自由流动的极细微的短棒状或粉末状多孔状颗粒,颜色为白色或近白色,无臭、无味,颗粒大小一般在20～80μm ,极限聚合度(LODP )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。

自1875年G irard 首次将纤维素稀酸水解的固体产物命名为“水解纤维素”后,100多年以来,微晶纤维素的研究,一直是纤维素高分子领域中的一个热点课题。美国粘胶纤维公司于1957年研究出微晶纤维素的生产方法,于1961年获得原始专利并工业化生产。美国FMC 公司于1961年研究开发生产微晶纤维素,目前已经是全美甚至世界上最大生产公司[1]。我国在微晶纤维素研究方面起步较晚,但从20世纪70年代开始我国在微晶纤维素方面生产已初见成效,20世纪80年代国内厂家生产的微晶纤维素逐步取代国外如西方石油公司、日本等公司的产品,到20世纪90年代我国研制的微晶纤维素质量达到国外同类产品的质量标准。

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。本文主要根据国内外的有关文献报道综述了利用不同原料制备微晶纤维素的研究进展。

1　国内微晶纤维素研究进展

111　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112%～118%,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[2]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35min ,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82118%,聚合度为120,其颗粒数量分布较均匀,粒径较小,中位粒径1112μm ,小于25μm 的产品占9211%,水分2142%,灰分0113%,白度90198%,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。

第39卷　第1期2010年1月 化　工　技　术　与　开　发Technology &Development of Chemical Industry

Vol 139　No 11

Jan 12010

图1　盐酸催化水解甘蔗渣制备微晶纤维素流程

112　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[3]研究了利用稻草制备微晶纤维素,其制备流程如下

:

其中氢氧化钠碱煮浓度为01015mol ,温度120℃,时间2h 。酸水解条件是:浓度为2mol 的盐酸,在80℃下水解1h 。然后漂白和洗涤,过滤分离,在80℃下干燥,经粉碎即得到产品。经分析微晶纤维

素的尺寸约20～30μm ,聚合度约为80～120,结晶度约0175～0180,符合要求。113　大豆皮微晶纤维素的制备研究

大豆皮中含有大约65%的膳食纤维、丰富的糖、蛋白质、少量脂肪及其它微量成分。吕艳蓓[4]研究了利用大豆皮来制备微晶纤维素,具体方法为:

首先将大豆皮粉碎、过筛(01175mm ),然后用浓度为1%的碳酸氢钠溶液在80℃下煮1h 。用水洗至中性;用3%双氧水处理015h 进行漂白,并用2%亚硫酸钠和水进行漂洗,然后加入5%的盐酸在100℃处理40min ,从而得到较好的微晶纤维素产品。114　穿龙薯蓣微晶纤维素的制备研究

袁毅等[5]以提取皂苷后的穿龙薯蓣残渣为原料,分离纯化得到纤维素,再经过水解制得微晶纤维素。具体方法为:

纤维素制备:先将提取皂苷后的穿龙薯蓣残渣于40℃干燥,以10%氢氧化钠溶液加热煮沸1h ,待冷却后分离固形物并用蒸馏水冲洗干净。然后按每g 残渣加2mL 5%的次氯酸钠溶液的比例,用醋酸调节p H 值为510,加热至55℃处理1h 。然后过

滤,残渣用蒸馏水冲洗至中性,再用95%的乙醇溶

液洗涤除杂,最后水洗至无乙醇味,制得纤维素。

微晶纤维素制备:将所制得的纤维素在微沸状态下酸解1h ,然后于水解液中加入一定量蒸馏水,待固液分层后,分离固形物并用蒸馏水洗至中性。抽滤、烘干、研磨、过筛,制得微晶纤维素。经测定,样品中MCC 为9117%,聚合度为164,结晶度为7711%,平均颗粒大小为23121nm 。115　杉木微晶纤维素的制备王宗德等[6]以杉木木材为原料,将制取的纤维素利用稀酸水解,制备了微晶纤维素。水解的最佳条件是:使用质量分数为6%的盐酸,m (杉木纤维素)∶m (盐酸)=1∶20,水解温度为92℃,水解时间为25min 。产率可达到9416%。 范国荣等[7]以杉木木材为原料,经过漂洗、水洗、水解、水洗、干燥及粉碎程序制备微晶纤维素,通过正交试验,选出了最佳的制备工艺:3%Na 2SO 3、4%HCl 、90℃下水解60min 时得率最高(88%);1%Na 2SO 3、6%HCl 、94℃下水解30min 时01074mm 的通过率最高,粒度为9712(粒度以通过01074mm 计算)。

116　棉短绒微晶纤维素制备研究

目前,国内主要利用棉花或纸浆生产食品级微

晶纤维素,这种方法代价较大而且污染严重。徐永建[8]利用棉短绒作为原料生产食品级微晶纤维素很大程度上避免了这些缺点,其方法如下:

纤维素浆制备:将捶打到一定程度的棉短绒放入反应罐,并加入10%NaOH 、2%H 2O 2、015%MgSO 4和016%Na 2SiO 3,然后向罐内通入氧气使罐内压力为015MPa ,并在120℃加热反应90min ,然后冷却、漂白洗涤,制得纤维素浆。

微晶纤维素的制备:将漂洗过的纤维素浆放入30%～35%盐酸中(固液比1∶10)在50～60℃下水解60min ,冷却后用水稀释2次,并静置24h 使析出粉末状沉淀,然后加入5%的稀碱在80～90℃处理40min 直至溶液呈中性,然后用离心机分离,并用水洗涤沉淀物2次,过滤至干,再用95%的乙醇淋洗至滤出液体无颜色,然后加入丙酮淋洗1次,放入烘箱在80℃干燥然后粉碎即得产品。经检测发现产品粒度达到食品级微晶纤维素的要求。117　棉短绒纳米级微晶纤维素制备研究

Guan Y ing Ting 等[9]研究了用棉短绒制备纳米

级微晶纤维素,首先将棉花纤维在80℃干燥2h 并

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1第1期 何耀良等:微晶纤维素的研究进展