羧甲基纤维素钠生产工艺

羧甲基纤维素钠(CMC)生产工艺

一 . 前言

目前,全世界羧甲基纤维素钠总产量约20万吨/年;国内生产能力约5万吨/年,有40余家生产,而实际产量约4万吨/年?我国高纯度的产品很少,大约6000吨?在国际上,美国食品药品监督管理局等都明确要求CMC产品的纯度要在99.5%以上?目前我国CMC产量已经占到世界产量的1/3,但产品质量较低,出口大多是低端产品,附加值不高?

国内纯化工艺的机械装备水平低,严重制约着行业的发展?产品的主要杂质是氯化钠,以前我国普遍采用三足离心机,纯化过程为间歇操作,劳动强度大,能耗物耗高,产品质量也难以提高?全国纤维素醚行业协会从2003年开始组织攻关,现在已取得了可喜的成果,有些企业产品的纯度也可达99.5%以上?

目前国内无序竞争比较严重,行业利润不断降低?近年来由于国内产能不断过剩,CMC出口量一直保持高度增长?但今年出口退税率下调?人民币升值,都使得该产品出口利润不断下降,因此,加强技术改造?提高产品质量?出口高端产品同国际垄断企业竞争才是行业的出路?

生产成本也发生变化?在上世纪80年代以前,生产CMC的原料棉短绒是农业废料;而现今的棉短绒由于现代胶粘纤维的飞速发展已成为“宝中宝”,价格在6700-7000元/吨,并且货源紧张?

CMC具有高分子结构和多种物理?化学性质,如:增粘?乳化?悬浮?降失水?CMC是一种高分子阳离子型电解质,不会发酵,具有抗盐的能力和一定的热稳定性,因此广泛应用于各经济领域?

二 .特性

1.温度的影响:

干态的CMC能够耐140-150℃以下的温度几分钟?和大多数溶液一样,当温度升高时CMC溶液粘度降低?但是这些溶液在加热时保持稳定,在冷却后粘度又会回到初始粘度?

2.酸碱的影响:

CMC是一种具有较强酸性的酸?如果用强酸处理CMC,会释放出游离酸HCMC?这种酸不溶于水?

注意析出的情况只发生在PH值较低的情况下(大约为2.5),如果PH值超过这个值就不会产生析出的情况,例如在PH值为3.5的醋酸介质中?

NaCMC可作为缓冲器和离子交换器?如果PH值保持在上述的限度内,可以向水溶液中添加少量的酸,而不引起溶解性的变化?

3.盐的影响:

某些金属盐与CMC反应,析出相应的纤维素羟乙酸金属盐?铝盐,锡盐和铅盐,高铁盐,银盐,铜盐和锆盐都会发生此反应? CMC不会和钙盐和镁盐反应而沉淀,所以可以用于硬水?弱浓度碱金属盐的存在通常会降低溶液的粘度,但强浓度的碱金属盐的存在将增加溶液的粘度,在有些情况下甚至引起胶凝作用?

4.抗溶剂性:

CMC不溶于有机溶剂?虽然可能产生一些溶胀反应,但NaCMC不会溶解?不过可以在CMC溶液中加入一定百分比的水溶性有机溶剂(通常是30-40%)?

5.含水量:

CMC是一种易潮湿的物质?放置在空气中,干燥的CMC吸收12%-25%的水分(取决于空气的湿度和选择的等级)?为了避免在给定的时间段因含水量的变化而导致活性物浓度的改变,CMC应储存在原始包装中或密封容器内?建议储存在干燥的地方?

三 . CMC的应用

CMC有广泛的应用领域?通常用作水溶胶,增稠剂,悬浮剂,成膜活性剂,乳化稳定剂,上浆剂,涂布剂,胶粘剂?保护性胶体等?

1.洗涤剂:CMC是粉剂洗涤剂的基本成分,特别是无磷粉剂?它有胶体的特性,可以阻止灰尘污染纺织纤维,在使用合成洗涤剂的时候经常发生这样的情况?它可以稳定泡沫,保护双手?CMC可以加入到非离子液体洗涤剂中,同样可以防止纺织纤维重复吸收灰尘?CMC也可用作增稠剂,稳定剂,肥皂和洗衣粉的粘合剂和增塑剂?

2.钻探:CMC可用作钻探泥浆的基本添加剂,作为保护性胶体和粘度调节剂,并减少滤液?还可以开发专用型号以使钻机适应泥浆的特性? CMC用于石油和天然气钻探,钻水井,钻孔,空心钻,水平钻以及钻矿?具有较高的失水控制能

力, CMC还是高效的降滤失剂,在较低的加量下,就可以把失水控制在较高的水平,而不影响泥浆的其他性能?形成的泥饼质量好,坚而韧?耐温性能好,且抗盐性优越,在一定盐浓度下,有较好的降失水能力及保持一定的流变性,在溶于盐水与溶于水相比,粘度几乎不改变,特别适用于海上钻井和深井的要求?此外,CMC用做固井液,可阻止流体进入孔隙及裂缝;用做压裂液可控制流体进入油井的损失?

3.涂装:CMC对于填料和石膏是一种良好的粘合剂,可用于增厚和稳定乳胶漆?

4.造纸业:在造纸行业中用做施胶剂等?

5.建筑材料:由于CMC的塑化性,通常用于传统的石膏料,使其减慢硬化过程,因此混合后可以延长石膏的使用时间?

6.纺织品:CMC可涂在沙布上,在织布的的过程中起保护作用,保留良好的弹性,改善平滑性?CMC也是一种良好的整理剂,与大多数标准产品兼容?它改善了纤维的触感并使之保持自然鲜艳的颜色?

7.壁纸浆糊:CMC很适合粘贴壁纸?这种糊剂很容易制备和使用?它不容易污染壁纸或使之退色,效果很好?用于印刷壁纸时,CMC是良好的颜料粘合剂?

8.制陶:CMC用于釉质的粘合剂和增稠剂?也用于陶瓷泥坯的粘合剂和塑化剂?

9.食品工业:它是冰激凌的稳定剂,果酱和果冻?果脯等的增稠剂?它用于糖,果汁,食品,面包,冷冻食品,罐头食品,速食食品,饮料等等?CMC广泛用于大部分的牛饲料,鸡饲料,宠物饲料,鱼饲料中?

10.制药:CMC在多种药剂中用作赋形剂?对于某些乳剂和悬浮液,它可作为极好的稳定剂,也用于软膏的基料和各种抗生素的载体?在片剂?糖衣以及眼/耳/鼻滴剂中也很常用?

11.化妆品:CMC用作牙膏增稠剂,还用于护肤霜和洗发膏,沐浴液和香波?

12.电极:专用于电极应用的CMC,在挤出时加入镀层电极化合物中,作为粘合剂,塑化剂,整理剂?

13.农药:CMC在杀虫剂和杀菌剂中用作增稠剂和稳定剂?采用飞机喷洒时,它可以延长药效?

四 . 原材料及生产机理:

原料:精制棉短绒?一氯乙酸?乙醇?氢氧化钠溶液?

生产工艺有水溶液法和溶剂法,溶剂法所出产品质量高,生产稳定且无三废排放,因此应用较多?所以本工艺拟采用溶剂法?

CMC是精制棉短绒与氢氧化钠在溶剂中反应生成碱纤维,再与一氯乙酸反应生成CMC产品?

取代度(DS)和聚合度(DP)是各等级CMC的典型指标?

1.取代度和溶解性:取代度指连接在每个纤维素单元上的羧甲基钠基团平均数量?纤维素分子上的葡萄糖酐有三个醇基:一个伯醇,两个仲醇?三个醇基都能与氯乙酸钠发生反应?伯醇基团反应活性最大,因此取代基首先会取代此基团使反应物分子变长?取代度的最大值是3,但是在工业上用途最大的是取代度在0.5到1.2之间变化的CMC?

取代度为0.55-0.65的CMC与取代度为0.85-0.95的CMC的特性存在着很大的区别?前者只是耐温性能不好,且抗盐性不优越,但后者是耐温性能好,且抗盐性以优越?

2.聚合度和粘度:聚合度指纤维素链的长度,决定着粘度的大小?纤维素链越长粘度越大,CMC溶液也是如此? CMC 分子呈现出线性结构,因此能够形成高粘度溶液?粘度反映了分子间的相互作用力?

3.粘度:改变CMC水溶液的浓度可获得粘度高度变化的溶液?涉及CMC的粘度时,有三个因素必须考虑:

a 溶液浓度

b 测量时的温度

c 所使用的粘度计的类型

生产流程:

(纤维素?溶剂?碱? 醚化剂)—反应—<中和洗涤>——(溶剂回收)——干燥——粉碎——成品

五.生产成本及市场售价:

成本核算:(以石油级吨产品为例)

序号 CMC 单耗(t) 单价(元) 金额(元)

1 精制棉短绒 0.60 13000 7800