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纤维素衍生物粘合剂的应用概况

发布时间:2017/02/13 点击量:0

  纤维素是自然界广泛存在的可再生的天然资源,据专家统计,全球每年利用天然生物可生产数千亿吨的纤维素。然而纤维素的利用尚未充分开发,造成资源及能源的巨大浪费。纤维素是由D2吡喃葡萄糖酐以β21, 4苷键相互连接而成的线形高分子,或看成是n个D2葡萄糖酐的聚合物(即失水葡萄糖) ,分子通式为(C6H10O5 ) n ,含有3个活泼的羟基,经酯化和醚化可生成纤维素酯和纤维素醚2大类纤维素衍生物。纤维素衍生物因其本身的优良性能,作为粘合剂在工业中有着广泛的应用。
  1  纤维素衍生物
  1. 1 纤维素的醚类衍生物
  可作粘合剂的纤维素醚类衍生物主要有甲基纤维素(Methylcellulose,MC) 、乙基纤维素(Ethylcellulose, EC) 、羧甲基纤维素(Carboxymethylcellulose, CMC)和羧乙基纤维素(Car2boxyethylcellulose, CEC)等。MC是由氯甲烷或硫酸二甲酯与纤维素在碱存在下反应而得,亦可由纤维素与甲醇在脱水剂存在下反应而成,产物为灰白色纤维状粉末,不溶于乙醇、乙醚,但溶于冰醋酸,在水中溶胀成半透明胶状黏性液。EC主要用氯乙烷醚化纤维素而成,产物为白色粒状热塑性固体,性质随乙氧基含量而变化。醚化度在0. 7~1. 3的EC具有水溶性。CMC是由一氯醋酸与纤维素在碱作用下反应生成,当醚化度为1. 0~1. 3时,可溶于碱液,醚化度在0. 4以上时可溶于水。CMC为白色纤维状粉末或颗粒,无臭、无味、易溶于水,呈透明胶体溶液,水溶液呈中性或微碱性,不溶于酸、甲醇等有机溶剂,具有良好的粘接力、分散性、乳化性、扩散性及黏性,成膜性能良好。CEC是由氧化乙烯与纤维素在碱作用下生成,当每个葡萄糖基上的氧化乙烯反应度在0. 64以上时,产品为水溶性;反应度在0. 05~0. 4时,产品为碱溶性。
  1. 2 纤维素的酯类衍生物
  用作粘合剂的纤维素的酯类衍生物主要有硝酸纤维素(Nitrocellulose,NC)和醋酸纤维素(Acetylcellulose, AC) 。硝酸纤维素又称纤维素硝酸酯,由纤维素经不同配比的硝酸2硫酸混合液处理而得,该品呈微黄色,外观如纤维,含氮量约为10%左右。NC配制粘合剂时,需适当配合树脂、增塑剂、溶剂和助剂等。其缺点是易燃,长期光照会变色发脆。AC亦可用作粘合剂,与NC相比,其耐燃性和耐久性极好,但耐湿性和耐候性较差。
  2 纤维素衍生物粘合剂的应用
  2. 1 在牙膏工业中的应用
  牙膏是由膏基、容器和外包装组成。膏基是一个复杂的混合物,它是由润湿赋形剂、粘合剂、摩擦剂、洗涤发泡剂、香味剂、甜味剂、功能性添加剂与其他助剂及纯水组成。牙膏中的固体粉末在液体中沉降分离的速度与液体的黏度成反比,也与液体的流变性和稳定性有关。为使粉末稳定地分散在液体中,要靠粘合剂来改变液体的流变性。牙膏中常用的粘合剂是羧甲基纤维素钠盐(Carboxymethylcellulose sodium,SCMC) 、CEC或其复配物。SCMC在牙膏中既是润湿赋形剂又是粘合剂,既能保护膏基水分,保持膏基的流变性和触变性,还能保持膏基稳定性,使其成为稳定的悬浮液。
  在制膏灌装过程中要求较低的膏体稠度(减小灌装摩擦力,提高生产效率) ,而灌装后又要有较高的稠度,即希望CMC溶液具备一定的假塑性和触变性。适量的CMC能满足这一要求。
  2. 2 在造纸工业中的应用
  涂布加工纸是造纸工业中的一个重要分支,纸张涂布加工是纸张精整加工中的重要环节,主要是改善纸张的表面性能,提高适应性;提高纸张的强度及耐水、耐油性能,赋予纸张以照相显影、记录摹写、防锈防蚀、抗静电导电和装饰性能。涂布纸是由颜料、粘合剂、助剂配伍后制得的涂料,经涂布装置涂于纸张表面制得的加工纸。由于SCMC具有良好的保水性、粘接性、分散性、悬浮性,并能够降低涂料黏度,改善涂料流动性等,因此是理想的涂布用粘合剂。SCMC还具有防止霉变的作用[ 5 ] 。用SCMC与聚乙烯亚胺质量比3∶1的混合物和聚乙烯醇处理纸张,可显著提高纸张的耐折度。
  涂布粘合剂除了起粘接作用外,同时还应具有控制涂料的流动性、保水性、纸的光泽、油墨的吸收性等重要功能,因此在涂料配方中除以合成胶乳作为粘接剂的主体之外,还必须添加其他辅助粘合剂,以满足不同的功能要求。目前国内外涂布中常用的辅助粘合剂有: CMC、淀粉、酪素与大豆蛋白、丙烯酸共聚物、聚乙烯醇( PVA)等,尤以淀粉、CMC为多,也有的使用PVA或丙烯酸类共聚物作为涂料的增稠、保水剂。周锐[ 6 ]将这4种辅助粘合剂对涂料的流变性及涂布纸相关特性的影响进行分析对比,研究结果表明,在4种辅助粘合剂中, CMC具有最佳的涂料保水性能,其次为淀粉, PVA的保水性则较差;使用CMC和丙烯酸共聚物作辅助粘合剂的涂料具有良好的流变性能,涂料呈假塑性流体,非常适宜于高速涂布机涂布,而PVA的流动性能较差,一般不宜用作刮刀涂布; CMC比较容易溶解,甚至可直接以粉末状在高速搅拌下加入到涂料分散液中;含有CMC的涂料涂布后纸面有较高的印刷光泽度,耗油墨量较少,但涂层致密,孔隙度低。
  2. 3 在医药工业中的应用
  在医药工业上应用较多的纤维素衍生物粘合剂是羟丙基甲基纤维素(Hydroxyp ropyl methylcellulose, HPMC)和乙基纤维素(EC) 。
  HPMC是纤维素分子同时与羟丙基和甲氧基醚化的产物,其分子内的置换基团是醚类。它无臭、无味、无毒,在冷水中易溶,在热水中凝胶化。较低黏度( 5 ~50 Pa · s) 的HPMC可用作粘合剂、增粘剂和助悬剂;高黏度(4000~1 000000 Pa·s)的HPMC可用于制备混合材料骨架缓释片、缓释胶囊、亲水凝胶骨架缓释片的阻滞剂[ 7 ]。HPMC本身没有治疗作用,但对提高药物的溶出度有很大作用。用HPMC作粘合剂,其溶液浓度一般控制在3% ~4% ,可以解决部分品种溶出度低的问题。山东鲁南制药[ 8 ]在研制新产品复方氯唑沙宗片过程中,用3%HPMC代替10%淀粉浆作粘合剂,优化了生产工艺,缩短了崩解时限,解决了溶出度不高的问题。李艳华[ 9 ]在实验中考查了不同浓度的HPMC粘合剂对溶出度的影响,研究结果表明,尽管用5%HPMC粘合剂制成片剂的溶出度比加有表面活性剂者低些,但片面明显优于后者,而且溶出度能够达到药典标准,可以应用于实际生产中。沈慧凤[ 10 ]测定了HPMC粘合剂和淀粉糊精对阿司匹林(0. 5G)溶出速度的影响。结果得出,在5%的HPMC水溶液中, 30min后阿司匹林累积溶出百分率为89. 71% ,而糊精中阿司匹林的累积溶出率仅为40%~50%。
  EC是应用最广泛的水不溶性纤维素衍生物之一[ 11 ] ,广泛用作缓释制剂的载体及微胶囊、包衣成膜材料等,还可作为载体材料广泛地用于制备固体分散体、药树脂缓释制剂和缓释药物膜剂中[ 12 ]。在医药中EC还常用作成膜物质和保护涂层,以及粘合剂和填充剂[ 13 ]。黄静琳等[ 14 ]选用乙基纤维素作为粘附微球的缓释材料,研制成具有良好粘附性能和缓释效果的甲硝唑生物粘附微球。吴芳等[ 15 ]通过HPLC法测定渗透介质中药物磷酸川芎嗪的浓度,考查影响药物通过胶囊体渗出量的影响因素。结果表明,用11%的45 mPa·s的EC溶液制备的胶囊体可在24 h 内保持非渗透能力,且随着制备胶囊体的EC黏度的增加和EC溶液浓度的增大,制得的EC胶囊体的非渗透能力逐渐增大。
  2. 4 在烟草工业中的应用
  在烟草工业中,国内香烟过滤嘴粘合剂有聚醋酸乙烯乳胶、水玻璃和羧甲基纤维素钠盐等品种,效果最佳的是羧甲基纤维素钠盐水溶液]。一般将100 ~110 份水加热到50 ℃以上,再将9~10份羧甲基纤维素钠盐分多批加入热水,不断搅拌直到全溶为止。我国在制造香烟的再生烟叶中广泛应用CMC作为粘合剂和成膜物,与烟叶梗、末等混合,经压制后制备成薄片。CMC的使用方法有干加法和湿加法2种。目前国内生产大部分采用干加法。
  烟草薄片的基本材料有: (1)烟叶、烟梗粉末; (2)羧甲基纤维素; (3)保润材料(甘油、糖) ; (4)薄片胶; ( 5)酸性介质(磷酸等) 。根据CMC的性质,通常在中性及碱性条件下使用。在酸性较大的环境应用时,因钠离子的脱落,会逐渐降低CMC的黏度与使用功能,所以普通CMC制造薄片的效果不好,抗拉及抗撕裂能力差。为了提高薄片的物理性能拉伸力、韧性,降低破碎率
 

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