微晶纤维素的开发及应用

孑撩 时 刊 - 霞未， 一 1994年第 5期 ／ 微晶纤维素的开发及应用 南京林产化工研究所(2·oo37 T ． - 剐 声 纤维素广泛存在于自然界 ，是人类的 宝贵财富．据专家估计 ，全球每年可生产 数千亿吨纤维素 ，是石油无法比拟的可更 新的重大资源． 微晶纤维素(MCC)是天然纤维素经稀 酸水解至极限聚合度(LOOP)的固体产物． 1875年 Girard首次将纤维素稀酸水解的 固体产物命名为。水解纤维索 以来 ，在相 当长的一段时问里被视为无法利用的产 品．直至六十年代微晶纤维素形成商品以 后 ，人们才对它的制备方法、性质、结构 及用途进行了不断深入的研究 叫¨)，迅 速发展成为重要的纤维素改性产品． 本文阐述微晶纤维素的制备方法、物 化性能 ，并详细介绍这种非纤维状纤维素 材料多功能性的用途． 一 、 微晶纤维素的制备方法 微晶纤维索可用所有形式的天然纤维 素或其它成纤聚合物来制备．除木材、棉 绒浆等高 -，纤维索含量的材料外，麻类作 物、蔗渣、椰壳及纸浆、印刷。废料 也可 用来制备微晶纤维素． 微晶纤维素可制成粉末状与胶体状． 其基本制法及原理为 ，成纤聚合物经过小 心、控制性化学处理 ，其无定型区发生降 解 ，使晶体或高侧序区之问的连接解开 ， 即纤维索发生解链 ，生成具有恒定平均聚 合度(或称极限聚合度)的粉末状微晶纤维 素产物。上述产物的水悬浮液经过高剪切 { 的机械能处理 ，将解链后的微晶释放至周 围的液体介质之中，-达到一定浓度时．便 形成一个稳定的胶态体系 ，即生成胶体微 品纤维素．如采用冷冻或喷雾、烘焙、滚 筒等方式进行干燥 ，又可制得精细的粉末 微品纤维素． 目前 ，国外商业微晶纤维素以特殊等 级的高a[-乡f维素含量的纯化木材纤维素为 原料 ，于 105±1℃用 2．5mo1．dm-S盐酸处 理 15分钟 ，然后水洗、干燥 ，所得酸解 产物的 5％悬浮液置于 Waring捏合机中混 合 30分钟 ，即得胶体微晶纤维素 ，再经 干燥即成高等级的粉末微晶纤维素 “ ，产 物商品名 Avicel微晶纤维素(食品、医药 与化妆品)和Avirin微晶纤维素(-r业级)． 二、微晶纤维素的物化性能 1、结晶度 ． 利用x一射线法测定各种微晶纤维素样 品得知所有微晶纤维素的结晶度与晶体大 小均高于原纤维物料 (见表 1) 结品度是微纤维索的一个重要指标 ， 表明结晶的结构状态 ，决定产品质量与用 途．结果表明 ，不同种类微晶纤维素 产品的结晶度差异较大 ，在同一类(如 Avice1)中不同型号(pH型、RC型、TQ型 )产品的结晶度也不尽相同 ，通常在 0．68 ～ 0．80之间变动． 2．吸水性能 许多学者一致指出，微晶纤维素具有 很高的吸水性能． 工 呼 化 。 ●I ● 维普资讯 http://www.cqvip.com 1994年第5期 化 工 时 刊 ·19· 400 300 委 o0 lOO 0 10 20 30 40 ， 微品纤维索浓度．％ 图 1、不同浓度不同种类微晶 纤维素的吸水值． 1棉浆 MCC；2硫酸盐木浆 MCC； 3、亚硫酸盐木浆 MCC 图 1" 示出离心法测定的微晶纤维索 的吸水位 ，表明各种微晶纤维素在不同浓 度下的吸水位变化趋势及其限位(3o0～ 320％)是极其相似的．将微品纤维素在水 介质中用高速搅拌机或均质器施以高强度 剪切力 ，可分离出长 ×宽 =0．4×O．04微 米的微晶 并能迅速形成凝胶体．这一特 性在医药、食品、化妆品生产中得到了很 好的利用。 3、化学组成及反应性能 微品纤维素主要由纤维素为主体的有 机物(约 99．95％)和微晶无机物(约 0．05％) 如灰分组成．无机物主要来源于原料、化 学药剂、生产用水以及设备等．灰分的主 要成分为 Ca、Si、Mg、AI、Fe及其它极 微量的金属元素．根据用途 ，对灰分及其 成分制定出不同要求的质量。工业用 微晶纤维素灰分 0．3～0．5％；医药和食品 级微 晶纤 维素灰 分小 于 0．05％ ，其 中 Ca<40ppm 、 Cl<50ppm 、 Fe< 10ppm、 Cu<4ppm 、 As<4ppm (1] ． 与纤维素相似 ，微晶纤维素不溶于 水、稀酸、有机溶剂和油脂 ，在稀碱溶液 中部分溶解、润胀 ，在羧甲基化、乙酰 化、酯化过程中具有较高的反应性能 ，对 化学改性利用极有利． 三、微晶纤维素的应用 微品纤维素首次工业化生产是 1955年 ，虽只有 38年的历史 ，但已达到相当可观 的规模 ，国内外广泛应用于医药卫生、食 品饮料、轻化工等国民经济部门． 1、医药卫生方面的应用 微品纤维素能牢固地吸附药物及其它 配料，并起球化作用 ，故用一般打片机便 可直接匝片 ．不必经过成粒工序．所成片 剂既不易吸湿又能(在水中或胃中)迅速崩 解 ，因而大量地作为赋形剂和崩解剂 ，用 于制造嘴嚼药片、层叠片、糖衣片和膜衣 片等。 微晶纤维索粉末(在水中)能形成稳定 的分散体系 ，将其与药物配合可制成奶油 状或悬浮状的药液。同时还可用作胶囊 剂． 近年 ，微品纤维素在医药上的应用有 不少报导。美国学者使用流化床凝集作用 ， 以微品纤维素及预糊化淀粉为填充剂与 崩解剂 ，直接压成具优 良生理有效性的扑 热息痛片 ．英国专利指出 ，微晶纤维 素与不溶性药物混合 ，可直接挤压出逐步 释放药效的球形药丸。还有文献 ¨报导 ． 利用微品纤维素吸附氯化甲基蔷薇苯胺 维普资讯 http://www.cqvip.com · 2O· 化 工 时 刊 1994年第 5期 水溶液来制造油肯 ，可防止褪色和抗菌性 降低。 2、食品工业的应用 在食品工业中 ，微晶纤维索早在 1971 年就作为食品添加剂曾扶得世界卫生组织 所属食品添加剂联合鉴定委员会的确认。 微船纤维索作为食品添加剂的主要功 能有： (1)乳化和泡沫稳定性； (2)高温稳定性； (3)非营养性充填物和=I={j稠剂； (4)液体的稳定和胶化剂； (5)改善食物结构； (6)悬浮剂； (7)冷冻甜食中控制冰晶形成。． 乳化稳定性是微品纤维索的最主要功 能．微品纤维素粒子被分散在乳化液中 ， 使油一水乳化液中的水棚被增稠和胶化， 从而防止油滴彼此问靠近乃至聚合．例如 ， 罐头肉制品的乳化液在 116U加热 3小 时能保持质量不变。无菌食品加工过程中 ，既有高温又有高粘度 ，淀粉在这样的条 件下会分解 ，而微品纤维索仍能保持优良 的特性。 微品纤维素还用于减少含热量及增加 ． 纤维盈 ，如用于色拉调料以提高食用特性 ， 用于冷冻甜食以控制冰的结 羽I提高发 泡与乳化稳定性 ，冰洪淋中只要加入 0．4 ～ 0．6％微品纤维素就足以防止冰品粒在频 繁的冻结一融化过程中增大 ，保证冰中奶 的质地和结构不发生变化。 酸奶酪 pH伍低 ，易引起奶中固态组 分凝固，使乳清从混合物中分离出来。加 入微品纤维索呵以有效地保证制品的稳定 性。 欧洲、北美等工业发达国家高脂肪、 高蛋白、高热玉主食品普遍应用 ，破环了人 们的饮食结构链 ，纤维索和碳水化合物食 品结构贫乏与不足导致心血管和淌化系统 病症普遍增多。。食用纤维 商品应运而生 ，微品纤维素即是。食用纤维 的一个品种。 日本也利用微品纤维素及其改性产品 制造饮 料、液体 调料、膏状食 品、冰淇 淋、 、发泡食品、面食糕点和汤类等 食品。 3、日用化学工业的应用 微 纤维索作为拼料 ，用于多种化妆 品、皮肤治疗与护理用品及清洁洗涤剂的 制造。 以粉末微品纤维素为粘结剂 ，将面部 化妆粉直接干压成型的产品 ，表观细腻、 平滑 ，易于擦去。胶体微晶纤维素可部分 或完全取代矿物油、羊毛脂、蜜蜡等制成 各种清洁或保湿柔软用膏霜 )．烃类、 醇类和其它有机溶剂高比例(如 50％煤油) 分 敞于胶体微品纤维索中制成免水洗清洁 剂。 某些等级的微品纤维素用于化妆与皮 肤护理品的制造，甚至包含尿素这样难以 掺和的配料 ，同II寸起耐热稳定剂作用． 微品纤维素与细砂、高岭土等混合 ， 叮制成含磨料的、浴室、厨房及手部皮肤 清洁剂． 将微品纤维索与羧甲基纤维素钠盐、 有机物及水}昆合 ，可制成服装洗涤过程的 保护性胶体。 文献报道 ，一种适用于石头的表而清 洁剂中加入微 纤维素 ，以起增稠作用． 地毯清洗剂中添加微品纤维素粉末 ，清洗 剂遇空气形成微尘覆盖在地毯表面 ，使地 毯不变灰。 4、轻工化工中的应用 陶瓷厂在陶土中添加微品纤维素 ，不 仅能增JJIj 坯强度、提高半成品率 ，而且 焙烧时烧除纤维质使陶瓷具有质轻透明的 特色。 (下转笫 1 3页) 维普资讯 http://www.cqvip.com 1994年第 5期 化 工 时 刊 · l3 · 四、结束语 DMAP可催化许多反应。除以上介绍 外。还可将醇转化为 卤化物、催化羰基 化、Fries重排和核苷的磷酰化等反应。应 用范围越来越广泛。成为有机合成的有力 工具 。国内现在已能大批量提供优质 DMAP。随着深入推广应用。会有越来越 多精细化工产品采用 DMAP获得巨大的 社会效益和经济效益． 参考文献(略) ． (上接第 8页) 四、我国生产对氨基苯酚 法。(1)／tl铁粉还原对硝基苯酚的传统工 的现状及展望 艺： 我 国生产对氨基苯酚 日前有三种方 巡 一< cl—壁 一o2N—I《三 cl一 一 此法工艺复杂。且存在严重污染；(2)苯酚 经亚硝酸处理后再用多硫化物还原，此法 产率低；(3)用铅或钔催化还原硝基苯为对 氨基苯酚。此法成本较高．因此。在对氨 基苯酚生产工艺的改进中应考虑尽可能减 少污染、降低成本、提高产率；而利用J【!i (上接第 20页) 微晶纤维素胶液能在玻璃表面形成极 粘的膜式涂层．能为玻璃纤维提供一个纤 维素的表层 。使其能用一般的纺织机器加 工 - 涂料中常添加微品纤维索 。使涂料具 有触变性 。以控制涂料的粘度、流动性与 涂刷性能．微晶纤维素还可用于漆的制 造．以纤维素黄原酸盐制成的微品纤维素 作为触变剂 。可制得用于渗透性吸附材料 的吸水乳胶漆． 指 甲油 其是硝基漆型)加少量微品 纤维索粉末 。可象薄纤维层一样起增强作 用． 在合成革生产中。微品纤维素粉末作 为增粘剂和微孔剂而获得普遍应用． 此外 。微品纤维索作为多功能添加剂 。 尚可用于塑料和橡胶填充、助滤剂、L乜焊 o：N 《 ： oH— — H2N { ： OH 解法还原硝基苯生产对氨基苯酚具有工艺 简单、选择性好、能源利用率高、不污染 环境等优点。所以。此法将是对氨基苯酚 的技术改造的最佳选择之一． 参考文献(略) 条粘合与助燃以及化学试剂等方面． 参考文献 [1】End．Eng．Chcm．。 54(9)20 29(1962) 【2】Thc Canadian Journal of Chomi- cal Engineering。68(2)1 1 3～l1 8(1 990) 【3】J．of Polymer Science。Part C。 (2)1 29～144(1963) [4】USP 2978446 【5】Ccllulosc Chcm．Tcchno1．。14 831 — 一 834(1 980) 【6】Drug Dcv． Ind． Pharm 。 15(8)I 175(1989) [7】Chcm． 34(2)922(1 986) [8】8 Cosmetics 94(12)31(1979) Pharm． Bul1． ． and ． Toiletries 。 维普资讯 http://www.cqvip.com