我國是世界棉花生產(chǎn)和消費(fèi)大國之一。新疆是我國最 大的棉花種植省區(qū)，其棉花產(chǎn)量在我國棉花市場占有很大的 比重，占世界棉花總產(chǎn)量的近8% 1。棉桿作為最主要的副 產(chǎn)品，因其蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)含量低，而木質(zhì)素、纖維素等成 分含量較高，不易就地利用，因此大部分對(duì)棉桿的處理方法 是直接焚燒或者就地填埋漚肥,每年造成嚴(yán)重的物質(zhì)能源浪 費(fèi)和嚴(yán)重的環(huán)境污染，并且由于粉碎還田后不能在短時(shí)間內(nèi) 成肥，反易成為來年再種植棉花的障礙，造成棉花種植的困 難2-3。因此如何有效開發(fā)利用棉花大量種植區(qū)的棉桿資 源，提高利用率，成為解決衣村能源問題，促進(jìn)衣村經(jīng)濟(jì)發(fā)展 的重要環(huán)節(jié)。

　　

　　棉桿中含有木質(zhì)素19. 81%、纖維素40. 08%、半纖維素 24.88%、水分4.99%、灰分5. 87% 4-6。以棉桿纖維素為原 料制備羧甲基纖維素，使其化學(xué)性質(zhì)得到改性。羧甲基纖維 素或羧甲基纖維素鈉簡稱CMC,是由天然纖維素經(jīng)一系列的 化學(xué)改性得到的一類具有醚類結(jié)構(gòu)的高分子衍生物，酸性化 合物的水溶性小于鈉鹽，一般制成鈉鹽的形式，該產(chǎn)品是一 種無色、無味、無毒，溶于水呈微堿性透明膠液，具有很好的 分散性和粘合力，可用于分離中性或堿性蛋白質(zhì)。羧甲基纖 維素可形成高黏度的膠體、溶液,有粘著、增稠、流動(dòng)、乳化分 散、賦形、保水、保護(hù)膠體、薄膜成型、耐酸、耐鹽、懸著等特 性，且生理無害，因此在食品、藥品、日化、石油、造紙、建筑等領(lǐng)域生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，俗稱為“工業(yè)味精” 7。羧甲基纖 維素具有很大的應(yīng)用空間，在生產(chǎn)生活中扮演著重要的角 色，制備優(yōu)質(zhì)的羧甲基纖維素對(duì)于工業(yè)發(fā)展、杜會(huì)生活具有 重大意義8-9。

　　

　　我國CMC生產(chǎn)始于1958年上海賽璐珞廠。1980年以 后，國內(nèi)新的CMC生產(chǎn)企業(yè)不斷出現(xiàn)。據(jù)資料統(tǒng)計(jì),全世界 CMC總產(chǎn)量已達(dá)400萬t。我國年生產(chǎn)能力約40萬t,其中 用于食品添加劑6萬t。企業(yè)規(guī)模大、產(chǎn)品檔次高的廠家有 上海賽璐珞、蘇州依俐發(fā)、重慶僑豐、山東安丘雄鷹、濟(jì)南華 陽、阜新博信等20多家單位;2002年1~4月國內(nèi)進(jìn)口 CMC 869 t,出口 1 379 t60-12。

　　

　　筆者討論了在新疆棉桿中提取纖維素為原料制備羧甲 基纖維素工藝條件，包括堿化過程和醚化過程的酸度、時(shí)間、 溫度等對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)率的影響，得出最佳制備條件，并對(duì)所得的 產(chǎn)品進(jìn)行了表征。

　　

　　1材料與方法1.1材料供試棉桿取自品種為緊密型41的棉花；氯乙 酸、氫氧化鈉、次氯酸鈉、過氧化氫、醋酸鈉等藥品均為分析 純;NDJ-79型旋轉(zhuǎn)式黏度計(jì)。

　　

　　1.2方法1.2.1樣品預(yù)處理。將棉桿洗凈晾干備用，用時(shí)將棉桿劈 開，用粉碎機(jī)粉碎至0.4 mm,用水浸泡2 h,再用15%氫氧化 鈉溶液煮沸2 h,風(fēng)干后在烘箱中105 T：干燥2 h。

　　

　　1.2.2 CMC的制備。在250 ml的三口燒瓶中放入10 g纖 維素和75 ml的氫氧化鈉-乙醇溶液。在一定溫度下攪拌堿 化一定的時(shí)間，加入配制的氯乙酸-乙醇溶液。

　　

　　加入少量碘酸鉀-醋酸鈉水溶液，攪拌30 min,升溫,醚化。 再加入25 ml氫氧化鈉-乙醇溶液，繼續(xù)醚化120 ~180 min。

　　

　　取樣檢驗(yàn)試樣溶于水，呈透明狀，用5%的HCl調(diào)至中 性，過濾。用85%的乙醇洗滌2次，再用95%的乙醇洗滌1 次，烘干測黏度與樣品取代度（DS)。

　　

　　1.2.3樣品取代度（DS)及黏度的測定。取代度的測定:樣 品經(jīng)乙醇多次洗滌，去除了可溶性鹽,再進(jìn)行碳化及高溫灼 燒，又去除了有機(jī)物質(zhì)，只殘留下Na的氧化物和碳酸鹽，溶 于水后再用酸堿滴定。黏度的測定:羧甲基纖維素（CMC)的 黏度用NDJ-79型旋轉(zhuǎn)式黏度計(jì)測定。

　　

　　2結(jié)果與分析2.1堿用量對(duì)產(chǎn)品黏度的影響堿化是醚化反應(yīng)的重要條 件,纖維素的堿化程度直接影響醚化反應(yīng)產(chǎn)物CMC的質(zhì)量， 纖維素的堿化是將纖維素浸漬于一定濃度的氫氧化鈉-乙 醇溶液中，生成堿性纖維素，固定浸堿時(shí)間后,堿化程度與堿 液濃度有關(guān)。固定除堿用量以外的其他條件,可得到堿用量 與產(chǎn)品CMC的黏度之間的關(guān)系，如圖1所示。

　　

　　從圖1可見,10 g纖維素的氫氧化鈉用量在12 g時(shí)產(chǎn)品 的黏度最高，氫氧化鈉用量減少不足以形成堿性纖維素與醚 化劑中和，生成的羧甲基纖維素水溶性極差,無法形成乳膠 體溶液，取代度小黏度低;相反氫氧化鈉用量增加則副反應(yīng) 增加，主要是因?yàn)閴A的百分含量增加，纖維素長鏈發(fā)生降解 遭到破壞，同時(shí)也增加了醚化劑與堿的副反應(yīng)，使醚化劑消 耗量增加，副反應(yīng)增多產(chǎn)品黏度也降低。

　　

　　2.2氯乙酸用量對(duì)產(chǎn)品黏度的影響作為醚化劑的氯乙酸 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)產(chǎn)品黏度的影響很大，氯乙酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大可 以抑制副反應(yīng)的發(fā)生，從而提高醚化劑和堿的利用率。固定 除氯乙酸用量以外的其他條件,通過試驗(yàn)可得到氯乙酸用量 與產(chǎn)品CMC的黏度之間的關(guān)系，如圖2所示。

　　

　　試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),2次加堿能使醚化反應(yīng)始終保持在一定的pH 下，可提高醚化反應(yīng)的效果，增加產(chǎn)品的產(chǎn)率,減少副反應(yīng)的 發(fā)生，同時(shí)增加醚化劑的利用率。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在氫氧化 鈉（g):氯乙酸(g) =3:1時(shí)產(chǎn)品黏度最大。

　　

　　2.3堿化溫度對(duì)產(chǎn)品黏度和取代度的影響固定原料量為 10 g,堿用量為12 g,固定氯乙酸用量NaOH(g):ClCH2COOH (g) =3:1、堿化溫度、醚化時(shí)間和醚化溫度,所得到CMC的 黏度、取代度與氯乙酸用量的關(guān)系如圖3所示。

　　

　　圖3堿化溫度對(duì)產(chǎn)品黏度及取代度的影響 堿化的目的就是為了破壞纖維素的致密結(jié)構(gòu)，使其可以 順利醚化。堿化的溫度對(duì)后續(xù)的反應(yīng)有很大影響。堿化溫 度過低膨化度會(huì)增大，但是膨化度太大會(huì)使纖維素的化學(xué)結(jié) 構(gòu)破壞。由圖3可見，溫度超過40 T：會(huì)使已經(jīng)生成的堿性 纖維素發(fā)生水解，也將后期醚化反應(yīng)的效率降低，產(chǎn)率較低。 2.4堿化時(shí)間對(duì)產(chǎn)品黏度和取代度的影響固定原料量為 10 g,堿用量為12 g,固定氯乙酸用量NaOH(g) : CICH2COOH (g) =3:1、堿化溫度40 T：、醚化時(shí)間和醚化溫度,所得到CMC 的黏度、取代度與堿化時(shí)間的關(guān)系如圖4所示。

　　

　　圖4堿化時(shí)間對(duì)產(chǎn)品黏度及取代度的影響 纖維素堿化也是逐步進(jìn)行的，反應(yīng)時(shí)間過長纖維素水 解，不易堿化，不同的原料具有不同的物理性質(zhì)，因此需要的 反應(yīng)時(shí)間也不相同。從圖4可知針對(duì)棉桿纖維素，堿化時(shí)間 120 min較為合適，堿液可以較好地滲透,使纖維素結(jié)構(gòu)變的疏 松;生成堿性纖維素,使纖維素分散，有利于醚化反應(yīng)的進(jìn)行。 2.5醚化時(shí)間和醚化溫度對(duì)產(chǎn)品黏度和取代度的影響醚 化主要為堿與氯乙酸中和以及堿纖維素的取代反應(yīng)，因此， 醚化反應(yīng)要求在一定的溫度下進(jìn)行，醚化溫度越高,反應(yīng)速 率越快，反應(yīng)時(shí)間越短,但副反應(yīng)同時(shí)也加快從化學(xué)平衡角 度來看，溫度升高對(duì)生成CMC是不利的，但溫度低,反應(yīng)速 率慢,醚化利用率低，因此要選擇適當(dāng)?shù)臏囟扰c反應(yīng)時(shí)間。 醚化時(shí)間與醚化溫度對(duì)產(chǎn)品黏度和取代度的影響如圖5、6 所示。

　　

　　圖5醚化溫度對(duì)產(chǎn)品黏度及取代度的影響圖6醚化時(shí)間對(duì)產(chǎn)品黏度及取代度的影響 從圖5中可知,醚化反應(yīng)最佳溫度是65 ~70丈，此時(shí)在 其他條件不變時(shí)，產(chǎn)品的黏度最大，取代度也是最大,分別為 550 ~570 mPa • s,取代度（DS)為 0.58 ~0.62。從圖 6 中可 知，反應(yīng)最佳時(shí)間為120 ~ 150 min,此時(shí)產(chǎn)品的黏度和取代 度分別為:530 ~550 mPa • s、0.50 ~0.52。

　　

　　在醚化反應(yīng)的初期反應(yīng)溫度不宜高，在這一階段醚化劑 與游離的堿中和反應(yīng)與堿纖維素的分散滲透，反應(yīng)時(shí)間較長，這一種產(chǎn)業(yè)模式形成了一個(gè)完整的旅游園區(qū)，用旅游業(yè) 帶動(dòng)了衣業(yè)的發(fā)展,雖需要大量資金投入，但從其后期可收 回的利益和品牌效益看，該產(chǎn)業(yè)模式具有很好的發(fā)展推廣 前景。