纖維素通過改性可以得到多種衍生物，大都應用廣泛，羧甲基纖維素鈉(CMC)就是其中的一種。它可作 增稠劑，并能形成保護性膠體，可應用在水基膠乳涂料中以獲得所需要的流動性和粘度，并且有助于乳化液 和分散液的穩(wěn)定。保護性膠體能夠對涂料的可洗性，可刷性，流變性和顏色的可接受性產生有利影響。也可 應用于食品工業(yè)，作食品增稠劑或穩(wěn)定劑。還被廣泛應用在油墨和粘合劑中[1]。洗滌劑中加入少量本品，可 以防止污物的再沉積。在石油開采行業(yè)也有廣泛的應用[2]。由于其制造原料醚化可以采用廢棄的棉花，因此可以 進一步降低成本，變廢為寶。
1實驗部分1.1實驗藥品、儀器及方法主要藥品：95%乙醇，上海聯(lián)試化工試劑有限公司生產；無水乙醇，含量> 99. 99%南京化學試劑廠生產；氯乙酸，含量>99.0%中國上海中心化工廠；氫氧化鈉，分析純A. R，含量> 99. 8%，中院化學試劑有限公司。
主要儀器：電熱恒溫水浴鍋，型號H. H. S，上海醫(yī)療器械五廠生產；恒溫范圍37 ~ 100 °C，水溫波動1 °C;工作電壓220 V，功率2 000 J /S;旋轉粘度計，規(guī)格型號：HDJ— 1，上海天平儀器廠生產。
實驗方法：以手撕碎的廢棉花為原料制備CMC的反應為非均相的反應，原料的細度對反應是有一定影響的，其粒 度越細，棉纖維的結晶區(qū)被破壞的越多，反應就越容易進行。反應的步驟如下：Cell-OH+ NaOH!Cell-O-Na+ + H2O(堿化）（1)
Cell-O-Na++ClCH2COONa"Cell—OCftCOONa(羧甲基化）（2)
NaOH + ClCH2COONa"HOCH2COONa(3 )
反應的介質為有機溶劑，有機溶劑較水來說更容易破壞纖維素結晶結構，生成更多的活性中心Cell-O-Na + (Cell為CellulOse的縮寫），羧甲基化反應更易進行[3]。用有機溶劑代替水，則由于溶劑的極性較弱，不僅能進 入纖維無定型區(qū)而且可以進入結晶區(qū)晶面之間，這樣氫氧化鈉向纖維素內擴散速率程度增加。單獨用水做溶 劑，堿處理后的纖維素結構并不發(fā)生變化，只是結晶度有所下降，大部分結晶區(qū)被保留著。顯然，羧甲基化的 反應是主要的反應，氯乙酸中的！-C連有電負性較強的-CI和-COO-，所以！-C上帶有相當多的正電 荷，于是發(fā)生親電反應(2)。NaOH的量過低會使得(1)的堿化不完全，過高會破壞棉纖維的大分子鏈狀結構， 同時，NaOH也易與ClCH2COONa發(fā)生(3)反應，-CI被-OH取代以后！-C的正電性會受到影響。用量子 化學半經驗的方法對氯乙酸鈉和a-羥基乙酸鈉分別進行計算，得出的結果是氯乙酸鈉的a-C所帶電荷是0.327 7！-羥基乙酸鈉的a-C所帶電荷是0. 340 1?？梢?，羥基取代以后，a-C的親電性有所增強。氯乙 酸是一種酸性較強的酸，它的量過多會影響反應介質的pH值，過少會影響反應(2)的進行。
1.2實驗結果1.2.1NaOH質量分數(shù)的影響堿液質量分數(shù)和溫度直接影響產品的性能。如溫度太高，堿液質量分數(shù)太 大，堿耗量大，且動力消耗大，堿纖維素帶走的堿量多，直接影響醚化的進行；堿化質量分數(shù)高，要求溫度也 高，一般在室溫下(20 ~25 C )即可堿化。如堿液質量分數(shù)太低，則使堿化不完全，一般選擇！ =30%的氫氧化鈉溶液即可。取廢棉2.5 g，堿化2 h！(氯乙酸)為20%，醚化4 h，醚化溫度70表1堿液的質量分數(shù)對產品水溶性及粘度的影響實驗編號NaOH質量分數(shù)/%在水中的溶解情況粘度(Pa ? S) x1 000120不溶/230速溶590335速溶650440速溶632545速溶328.5從圖1可以看出：堿液質量分數(shù)低于20%，不能使纖維堿化完 全導致下步醚化反應不能進行到底。堿液質量分數(shù)太高，棉纖維的 高分子鏈受到破壞，粘度會降低。
1.2. 2堿化時間的影響堿化時間直接影響產品性能，浸泡時間圖1 !(NaOH)對粘度的影響長，有利于堿化完全，但反應周期較長。選擇不同的堿化時間，醚化在相同的條件下進行實驗。取2. 5 g廢棉，1.2. 3氯乙酸質量分數(shù)對醚化反應的影響取2.5 g廢棉，室溫堿化，堿液質量分數(shù)35%，堿化2 h，醚化4 h，溫度為50 °C，結果見表3。
由表3可以看出氯乙酸質量分數(shù)表3氯乙酸質量分數(shù)對醚化反應的影響實驗編號!(氯乙酸）/%在水中的溶解性粘度(Pa ? S) x1 000115不溶/220溶1102325速溶590430部分溶/不宜太高，也不宜太低。過低則醚化不 完全，過高則影響反應介質的pH值，一般選20% ~ 25%為宜。
L 2. 4溫度對醚化反應的影響醚 化反應是羧甲基中的正碳離子進攻堿化纖維素中的氧負離子的親電取代反應，正碳離子的進攻需要一定的 能量，因此反應的溫度不能太低。但是如果反應溫度過高，會使溶劑的揮發(fā)速度加快，加快了溶劑的損耗。同 時也對醚化反應產生不利影響。取2. 5 g廢棉！(氫氧化鈉)為35%，室溫堿化2 h！(氯乙酸)為20%，醚化 4 h。結果見表4。
由表4可知溫度在50 C左右反應表4溫度對醚化反應的影響最i土，溫度低要求反應時間長，反應不完全;溫度高乙醇揮發(fā)快，反應不能進行完 全，粘度下降。
1.2.5醚化時間對反應的影響醚化實驗編號醚化溫度/C在水中的溶解情況粘度（Pa ? S) x 1 000;(氫氧化鈉）為912: 5 515 ~20 25 ~30 30 ~40 50 60溫度和醚化時間是相互聯(lián)系的，若醚化溫度低則要求時間長；溫度高則時間可以縮短，現(xiàn)以50 C作醚化的溫度。取廢棉2.5 g, 35%，室溫堿化2 h, w(:氯乙酸)為20% ,結果見表5和圖3。
表5醚化時間對產品溶解性及粘度的影響實驗編號醚化時間/h在水中的溶解情況粘度(Pa ? S) x1 00013不溶/24速溶59036速溶59548速溶315蘸可見醚化時間過長，粘度會下降，在50 C條件下大約醚化4 h即可滿足要求。
2結論與討論由以上數(shù)據(jù)利用正交試驗設計方法，得出制備CMC的較佳反 應條件。用旋轉粘度計測定產品粘度值達1. 8 Pa _S( ! = 1% )，且在水中溶解迅速，透明，均勻。當然還有些 測定工作尚待完成（比如分子量的測定）。
本文所采用的方法是一次堿化的方法，也有人采用分步堿化的方法[4]，減少反應（3)發(fā)生的機會。但正 如前文所述，羥基取代氯原子以后！-C的正電性并沒有降低，反而有所加強，所以反應（3)的發(fā)生對產品 的粘度的影響至少是不顯著的。利用前面所得的最佳條件，采用分步堿化的方法，結果是產品的粘度均比較 小。