纖維素醚理化性質分析方法的改良

李佳勤

纖維素醚理化性質分析方法的改良

李佳勤

（廣東龍湖科技股份有限公司廣東汕頭515000）

文章介紹了纖維素醚來源、結構、性質特點、應用種類等。針對纖維素醚行業標準中的理化性質指標測試，提出了細化或改良的方法，并通過實驗分析了其可行性。

纖維素醚；理化性質；分析方法；實驗探究

纖維素是世界上蘊藏量最豐富的天然高分子化合物，通過對其進行化學改性，可得到一系列衍生物。纖維素醚是纖維素經過堿化、醚化、洗滌、純化、粉碎、干燥等步驟后的產物。纖維素醚的主要原材料是棉花、木棉、竹子、木材等，其中棉花中的纖維素含量最高，達90 ~ 95 %，是纖維素醚理想的生產原材料，而我國是棉花生產大國，這也在一定程度上促進了我國纖維素醚行業的發展。目前我國纖維醚生產、加工、消耗均處于世界領先地位[1]。

纖維素醚在食品、醫藥、化妝品、建材、造紙、等行業均有廣泛的應用。具有溶解性、黏稠性、穩定性、無毒性、生物相容性等特點[2]。纖維素醚檢測標準JCT 2190-2013，包含纖維素醚的外觀細度、干燥失重率、硫酸鹽灰分、粘度、pH值、透光率等理化指標。然而，纖維素醚在應用到不同行業領域，除了理化分析外，可能會進一步檢測纖維素醚在該體系中的應用效果。比如建筑行業的保水性、砂漿施工性等；膠粘劑行業的粘接性、流動性等；日用化工行業的流動度、粘附性等[3]。纖維素醚的物理化學性質，決定了其應用范圍。無論是生產、加工或是使用，纖維素醚理化分析都必不可少。本文是在 JCT 2190-2013 的前提下，對纖維素醚理化性質分析方法提出三個細化或改良方案，并通過實驗驗證其可行性。

1 干燥失重率

干燥失重率是纖維素醚最基礎的一個指標，也叫含水率，關系到其有效成分、保質期等。標準檢測方法采用的是烘箱重量法：稱取約5 g樣品，平鋪在稱量瓶中，深度不可超過5 mm，放入烘箱中將瓶蓋放下，或將瓶蓋半打開在105 ℃ ± 2 ℃干燥2 h后取出在干燥器冷卻至室溫，稱重，再放入烘箱中干燥30 min取出、冷卻、稱重，如此反復直至恒重[4]。

采用此方法檢測一個樣品的含水率耗時2 ~ 3 h不等，而含水率又關系到其他指標及溶液的配制，很多指標需要在含水率測試完畢后才能進行。所以該方法很多時候在實際使用中并不適宜，比如一些纖維素醚工廠的流水線生產，需要較快速的檢測出含水率，所以他們可能會使用其他方法來檢測含水率，比如快速水分儀等。

按照標準的含水率檢測方法，根據以往的實際實驗經驗，一般都需要在105 ℃、2.5 h才能將樣品烘干至恒重。上圖是在不同測試條件下，不同纖維素醚含水率的測試結果。可以看到，135 ℃、0.5 h與標準方法的105 ℃、2.5 h 的檢測結果最接近，快速水分儀結果偏差比較大。在該實驗結果出來后，繼續對135 ℃、0.5 h與標準方法的105 ℃、2.5 h 這兩個檢測條件進行長時間的實驗觀察，結果兩者仍相差不大。所以135 ℃、0.5 h的測試方法是可行的，且可以縮短含水率測試時間約2 h。

2 硫酸鹽灰分

硫酸鹽灰分纖維素醚的一個重要指標，直接關系到其有效成分、純度等。標準檢測方法：將樣品在105 ℃ ± 2 ℃干燥備用，稱取約2 g樣品放入已灼燒直恒重的坩堝中，將坩堝放在加熱板或電爐上緩慢加熱至樣品完全碳化。冷卻坩堝后加入2 ml濃硫酸，使殘留物潤濕后緩慢加熱至冒出白色煙霧，將坩堝放入馬弗爐中在750 ℃ ± 50 ℃下灼燒1 h，灼燒完畢后取出坩堝在干燥器中冷卻至室溫后稱重[4]。

可以看到標準方法在灼燒過程中大量使用了濃硫酸，經加熱后大量揮發濃硫酸煙霧，即使在通風櫥中操作，也會對實驗室內外環境造成嚴重影響。本文采用不同的纖維素醚，嘗試在省去加濃硫酸的步驟下，按照標準方法來檢測灰分，并與正常標準方法測試結果做對比，如下圖。

可以看到，采用兩種方法的檢測結果存在一定的差距，本文根據這些原始數據，計算出了兩者的差距倍數大致范圍在1.35~1.39。也就是說，采用不加硫酸的方法的檢測結果，乘以1.35~1.39這個系數，能大致得到加硫酸的灰分測試結果。在該實驗結果出來后，繼續對這兩個檢測條件進行長時間的實驗對比，結果仍大致保持在此系數中。說明此方法可以用于測試純纖維素醚灰分，有個別特殊要求的，還是得采用標準方法。由于復配纖維素醚添加了不同的材料，這里不做討論。在纖維素醚品控中，采用不加濃硫酸的灰分測試方法，可減少實驗室內外污染、減少實驗時間、試劑消耗和減少實驗過程可能帶來的事故危害等作用。

3 纖維素醚基團含量測試樣品前處理

基團含量是纖維素醚最重要的指標之一，它直接決定了纖維素醚的化學性質。基團含量測試是指纖維素醚在催化劑的作用下，在密閉反應器中加熱裂解，再將產物萃取并注射到氣相色譜儀內進行定量分析。基團含量中的加熱裂解過程本文稱之為前處理，標準的前處理方法：稱取65mg干燥的樣品在反應瓶中加入35 mg己二酸，吸取3.0ml內標液和2.0 ml氫碘酸，滴入反應瓶中，蓋嚴后稱重。用手震蕩反應瓶30 s，將反應瓶置于150 ℃ ± 2 ℃的金屬恒溫器中反應20 min，取出再震蕩30 s，再放入持續加熱40 min。冷卻至室溫后稱重，要求失重不大于10 mg，否則需要重新制備樣品溶液[4]。

標準方法加熱采用的是在金屬恒溫器中加熱反應，在實際使用中，金屬浴每排的溫度差異大，做出的結果重復性很差，而且由于加熱裂解反應比較劇烈，常常會因為反應瓶帽蓋不嚴而發生漏液漏氣，有一定的危險性。本文通過長時間試驗、觀察，前處理方法改為：采用玻璃反應瓶，配合丁基膠塞蓋嚴，并用耐熱的聚丙烯膠帶纏緊接口，再將反應瓶放入特制的小鋼瓶中，蓋嚴，最后放入烘箱中加熱。使用該方法可的反應瓶基本不會發生漏液漏氣，在反應期間試劑搖勻時也比較安全，容易操作。采用電熱鼓風干燥箱加熱可使每個樣品均勻受熱，做出的結果重復性較好。

4 小結

通過實驗驗證，本文提到的纖維素醚檢測方法改良方案，均具有可行性。采用本文的條件測試干燥失重率，可提高效率、縮短檢測時間；采用不加硫酸測試燃燒灰分，可減少實驗室污染；采用本文的烘箱法作為纖維素醚基團含量測試前處理方法，可使前處理更加高效安全。

[1] 章耀.纖維素醚生產工藝和設備改進[J].纖維素科學與技術,2010,18(4):1-5.

[2] 李峰.我國羥丙基甲基纖維素的生產及應用前景[J].精細與專用化學品,1999,19:14-16.

[3] 張愛發.纖維素醚及其應用[J].化工新材料,2001,29(11):21-23.

[4] 中華人民共和國建材行業標準 JC/T 2190—2013,2013,3~17

10.3969/j.issn.2095-1205.2019.05.33

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