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纖維素醚的溶解性

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瀏覽：發(fā)布日期：2019年12月12日 08:28:26【大中小】

　　纖維素醚的溶解性：

　　天然纖維素由于超分子結(jié)構(gòu)的特殊性，結(jié)構(gòu)中存在結(jié)晶部分和無定形部分，分子之間存在大量的氫鍵，因此，天然纖維素不溶于水及普通溶劑如醋酸、酒精、氫氧化鈉等。纖維素醚由于取代基團的進入部分氫鍵被破壞分子間距離擴大，使其能溶于水或溶劑。

　　在水中或在有機溶劑中的溶解性，取決于取代基團的性質(zhì)及取代度(DS)， DS<0.1的纖維素通常是不溶性的，僅在某些物理和工藝性質(zhì)方面，比如拉伸強度表面張力，吸水性及著色性等方面與纖維素本身有明顯區(qū)別，這種改性纖維素主要是在紡織和造紙工業(yè)中對纖維素進行予處理的結(jié)果。但在工業(yè)中，它們可當做纖維素醚來應(yīng)用。

　　1、取代基團特性的影響

　　取代基團的特性是指取代基本身的溶解性及取代基的體積或大小。取代基的溶解性是指取代基團的親水、灑油特性。取代基的休積愈大，愈易使大分子鏈分開，分子間距離擴大，氫鍵減少;溶解所需要的取代度相應(yīng)降低。相反若取代基的體積愈小，愈得到所需要的溶解性，則需要愈多的取代，即取代度愈高。

　　2、平均取代度的影響

　　當DS值0.2- 0.5范圍內(nèi)，這時的產(chǎn)品變得可溶解于堿的水溶液，對于陰離子以及強親水性非離子醚基而言，在更高的取代度時，仍然保持溶解性，倡如果主要是憎水性(親油性)醚基而言，在較高取代度時，在水中的溶解性就會消失。大多數(shù)工業(yè)上生產(chǎn)的纖維素醚不是可溶于水，就是溶于有機溶劑，或者兩者都能溶解。對于陰離子言，當DS值超過0.4時，對于非離子醚，當DS(MS)值超1時，就可以在水中溶解了。如果憎水醚基因占主導(dǎo)地位時，當DS值超過2時，水溶性可能再次消失。在這一范圍之內(nèi)，非離子醚也可溶解于諸如較低級的脂肪醇、酮和醚中。另外，多數(shù)憎水型醚能溶解于氯化烴類中，但是幾乎不溶于脂肪烴中。

　　只含陰離子基因的纖維素醚，不管其DS值為多少，除了能溶解在強極性溶劑，比如二甲基亞礬中之外，幾乎不溶于有機溶劑。在所有情況下，溶解度隨纖維素分子量的降低而略有上升。

　　憎水性纖維素醚在水中的溶解性對于較高的溫度很敏感，已溶解的物質(zhì)會發(fā)生熱凝膠化作用或者稱凝聚，但是當冷卻后可以再次溶解于水。

　　平均取代度對醚化產(chǎn)物溶解性的影響，存在一定的規(guī)律，就是隨著平均取代度的提高，而逐步達到以下的溶解性：

　?、?、低取代度溶于堿液

　?、?、稍高取代度溶于水

　?、邸⒏呷〈热苡跇O性有機溶劑

　?、?、更高取代度溶于非極性有機溶劑

　　例如乙基纖維素的醚化度與溶解性

　　取代度溶解性

　　0.4-0.7 能溶于4-8%NaOH中

　　1.0-1.5 能溶于水中

　　1.6-1.8 不溶于水，在非極性溶劑中溶脹

　　2.0-2.4 能溶于酒精與非極性混合溶劑中

　　2.2-2.5 在各種有機溶劑中溶解度最大

　　2.5-3.0 不溶于酒精，僅溶于非極性溶劑

　　3、取代基分布的影響

　　取代基分布的對溶解性有很大的影響，用一般化學(xué)法測定的只是平均取代度。如果取代反應(yīng)不均勻，即使平均取代度達到指標，產(chǎn)品的溶解性必然差，因為取代度分布不均勻，可能反應(yīng)只在無定形區(qū)，而未進入晶區(qū)，因此所得產(chǎn)品顯然晶區(qū)不易溶解，如果醚基反應(yīng)分布均勻，即無定區(qū)和晶區(qū)都參與了反應(yīng)，則產(chǎn)品不僅溶解快，而且溶解質(zhì)量好。由于纖維素結(jié)構(gòu)的特異性，在部分醚化的產(chǎn)物中，醚基分布的均勻性是相對的。嚴格說，多相反應(yīng)的醚化產(chǎn)物，總是化學(xué)平均的產(chǎn)物，醚基滴定量分析結(jié)果，只代表它的統(tǒng)計平均值。所以纖維素的醚化反應(yīng)稱為假化學(xué)計量反應(yīng)。某些纖維素醚工業(yè)品一般為霧狀溶液，這就是因為含有不溶解的顆?；蚶w維，取代反應(yīng)不均勻造成的，或者是反應(yīng)釜中醚化劑的混合不充分造成的或者是纖維素鏈中存在著極大的差異造成結(jié)晶區(qū)難以取代造成的。當然還有纖維素原料中的雜質(zhì)，比如木質(zhì)素或醚化反應(yīng)劑中有存交聯(lián)劑造成的。

　　4、聚合度的影響

　　纖維素醚的聚合度對溶解性也有極大的影響，一般情況聚合度(即粘度)愈低，溶解性能愈好，能溶于水時的平均取代度范圍愈廣。也就是說生產(chǎn)纖維素醚產(chǎn)品時，粘度愈低的產(chǎn)品愈難以用離心方式分離。即洗滌時收率愈低。

　　5、在有機溶劑中的溶解性

　　部分纖維素醚產(chǎn)品在非水溶液中間的溶解性隨失水葡萄糖鏈上所取代基團的性質(zhì)和數(shù)量而異。羥丙基甲基纖維素類型可作為用戶所要求在非溶解中間的溶解性或適合性的選擇產(chǎn)品，由于經(jīng)表面處理的產(chǎn)品在水溶液中間能達到分散和溶解速率的要求，所以他們無必要使用竽非水溶液中間。

　　由于部分纖維素醚產(chǎn)品可溶于水，所以它們在非水溶液溶劑中的溶解性表示了獨特的雙重性。非水溶液涂層體系的用途，作為藥物片劑的水溶包衣已具有現(xiàn)實經(jīng)濟意義，在藥物片劑生產(chǎn)中提高了效率。部分纖維素醚產(chǎn)品的這種能力，經(jīng)研究可應(yīng)用于其它方面。

　　a、在室溫下的溶劑溶解性

　　一般來說，二元溶劑體系比單一溶劑在效果上更有作用，它包含有二元溶劑組分的醇類。如若用低分子量的醇，則可提高溶劑能力，故甲醇表現(xiàn)有很好能力。

　　下列化合物是典型的溶劑類型，它們可使用于某些纖維素醚產(chǎn)品：

　　糠醇

　　二甲基甲酰胺

　　二甲基亞砜

　　水楊酸甲酯

　　碳酸丙烯酯

　　甲酸

　　冰醋酸

　　吡啶

　　二氯甲烷和乙醇、甲醇或異丙醇的混合液

　　三氯甲烷和甲醇或乙醇的混合液

　　b、在升高溫度下的溶劑溶解性

　　HPMC產(chǎn)品具有賦與獨特溶解性質(zhì)的結(jié)構(gòu)，它們在增高溫度下可溶在某些非水溶液中間。這種組份的混合物可適用于擠壓、熱熔澆鑄、注塑和壓模的技術(shù)加工。適宜的“熱溶劑”產(chǎn)品列在下表中。

　　在升高溫度下HPMC的代表性溶劑

化合物	沸點 ℃	溶解點℃	溶解度ΔΔ
乙二醇類乙二醇二甘醇丙二醇 1,3－丙二醇丙三醇 DowanolΔEE 乙二醇乙醚 Dowanol TPM 三丙二醇甲醚	197.3 244.8 188.2 214 290 134.7 242.4	158 135 140 120 260 120 160	C C C C P C P
酯類乙醇酸乙酯甘油一醋酸酯甘油二醋酸酯	160 127/3mm 123-133/4mm	110 100 100	C C C
胺類乙醇胺二乙醇胺	170-172 268-269	120 180	C C

　　C：完全可溶

　　P：部分可溶

　　三、水溶液的性質(zhì)

　　1、一般性質(zhì)

　　比重 20°/4℃(所有產(chǎn)品)：

　　1% 1.0012

　　5% 1.0117

　　10% 1.0245

　　折射率 20°/D (2%，所有產(chǎn)品)： 1.336

　　PH值：中性

　　凝固點：(2%所有產(chǎn)品) 0℃

　　表面張力(25℃)

　　MC 47-53達因/厘米

　　HPMC E 44-50達因/厘米

　　HPMC F 44-50達因/厘米

　　HPMC J 48-52達因/厘米

　　HPMC K 50-56達因/厘米

　　界面張力 * (石臘油) (25℃)

　　MC 19-23達因/厘米

　　HPMC E 18-19達因/厘米

　　HPMC F 19-23達因/厘米

　　HPMC J 26-30達因/厘米

　　HPMC K 26-28達因/厘米

　　2、溶液的粘度

　　⑴、分子量與粘度的相互關(guān)系

　　纖維素醚產(chǎn)品是在失水葡萄糖基上附有不同取代基團所組成的淺性高聚物，它的表觀粘度與其分子量或鏈長成正比例。粘度與數(shù)均分子量的關(guān)系如下有( 以甲基纖維素為例)：

　　不同分子量的甲基纖維素粘度

粘度等級 (2%，20℃，厘泊)	數(shù)均聚合度 DP	數(shù)均分子量 M
5	53	10000
10	70	13000
40	110	20000
100	140	26000
400	220	41000
1500	340	63000
4000	460	86000
8000	580	110000
15000	650	120000
19000	750	140000
40000	950	180000
75000	1160	220000

　?、啤舛葘φ扯鹊挠绊?span style="display:none">tEh膩子膠粉_可再分散乳膠粉_羥丙基甲基纖維素_聚丙烯纖維_木質(zhì)纖維素_北京萬圖明科技有限公司

　　通常需要予先測定纖維素醚產(chǎn)品的粘度來決定應(yīng)用或成品的組成。

　?、恰囟葘φ扯鹊挠绊?span style="display:none">tEh膩子膠粉_可再分散乳膠粉_羥丙基甲基纖維素_聚丙烯纖維_木質(zhì)纖維素_北京萬圖明科技有限公司

　　水溶液的粘度隨溫度升高而降低，對部分纖維素醚產(chǎn)品來說，僅在發(fā)生凝膠溫度之下有效。

　?、?、PH值對粘度的影響

　　由于甲基纖維素和羥丙基甲基纖維素是非離子化的，所以它們?nèi)芤旱恼扯纫话惚忍烊坏碾x子膠的粘度具有更廣泛范圍的PH穩(wěn)定性，如果超過PH3-11的范圍，它們在較高溫度下或在貯存較長時期后，便會逐漸使粘度下降，特別是高粘度溶液。纖維素醚產(chǎn)品溶液在強酸或強堿溶液中將降低粘度，在測定產(chǎn)品的儲存期時，這個因素必須予以考慮。

　　⑸、添加劑對粘度的影響

　　在配制組分時偶然會造成超過預(yù)期的粘度，所以會引起這種現(xiàn)象是由于纖維素醚產(chǎn)品與一種或多種配方組成相互作用的影響，因此，它有可能使用較少的增稠劑而仍具有適當?shù)脑龀碜饔?。這種效應(yīng)通常有一最佳點，它取決于相互影響材料的濃度和其他組分的存在，如顏色料，乳膠粒子、或防腐劑，這效應(yīng)亦隨專用試劑的純度和生產(chǎn)來源而異。

　　如果欲由某些添加劑來制備獲得最小程度的粘度增加，則纖維素醚產(chǎn)品或添加劑必須分別摻入于組分中，最好是在這些組成之一稀釋發(fā)生的時候。必須注意，某些表面活性在高濃度下將析出部分纖維素醚產(chǎn)品。

　?、?、摻混配制中間粘度

　　相同類型而不同粘度等級的纖維素醚產(chǎn)品可摻和以獲得一種中間粘度等級，下面的摻和圖示可用于這個目的。在垂直刻度上找出兩種起始材料粘度的兩個對應(yīng)點，并用直線連接，所要求的最后粘度對應(yīng)點位于垂直刻度的某一點上，并將它由水平線延伸到連接線，于是欲配制的摻和物所需的右邊材料的刻度百分數(shù)可由底部刻度來表示。

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