3.1 食品工業(yè)
CMS無(wú)味、無(wú)毒、不易霉變、易溶于水,對(duì)人體無(wú)害,能被人體的α-淀粉酶分解,具有生物可消化性,易被人體吸收,在國(guó)家衛(wèi)生食品標(biāo)準(zhǔn)中日攝入量不受限制。CMS應(yīng)用于不同的食品中表現(xiàn)出增稠、懸浮、乳化、穩(wěn)定、保形、成膜、膨化、保鮮、耐酸和保健等多種功能,性能優(yōu)于羧甲基纖維素(CMC),是取代CMC的理想產(chǎn)品。食品級(jí)CMS廣泛應(yīng)用于牛奶、飲料、冷凍食品、快餐食品、糕點(diǎn)、糖漿等產(chǎn)品中。
3.2 醫(yī)藥工業(yè)
CMS在醫(yī)藥方面的應(yīng)用相當(dāng)廣泛。就藥物制劑而言,CMS可取代明膠,作為制作膠囊、片劑、糖衣的原材料。通過(guò)交聯(lián)醚化復(fù)合等方法變性而得的CMS,具有帶電荷的體形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),同時(shí)含有親水性的羥基、羧甲基及羧甲基鈉基團(tuán),具有超強(qiáng)吸水性(吸水后體積可達(dá)原體積的200~300倍)及快速吸水膨脹的效果,能很快將完整的固體制品崩解為細(xì)小的顆粒狀或粉末,增加主成分的溶出效果,有利于被身體吸收,是一種良好的藥物崩解劑。CMS可滿足藥物加工過(guò)程的可塑性及流動(dòng)性,可用作許多藥物片劑、膠囊、緩控釋出劑及顆粒劑等制劑的賦形劑。CMS還可以用作血漿體積擴(kuò)充劑及口服藥物的糖漿、懸浮劑等。
3.3 紡織印染工業(yè)
CMS用作各種纖維織物的上漿劑,漿料清澈、透明、均勻,具有良好的穩(wěn)定性。CMS漿料富有黏性和膜形成性,可在經(jīng)紗表面形成光滑、耐磨、柔韌的薄膜,使紗支能忍受織機(jī)的絕對(duì)強(qiáng)力、相對(duì)活力和摩擦力,為織造更加細(xì)密的高級(jí)織物及高速高效提供了有利條件。用CMS漿料處理的紗支,易干燥,色澤鮮艷,手感柔和,退漿容易。印染用CMS作為染料,印染助劑的載體糊料,具有相容性和穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。用CMS配制的染色漿料的滲透性也很好,尤其是需要深且透的織物的拷花,可迅速按版型來(lái)印刷圖案,并可顯著提高印花的鮮艷度。
3.4 石油工業(yè)
CMS在油井作業(yè)過(guò)程中可作為泥漿穩(wěn)定劑、保水劑,起到降低失水量、提高鉆井液中黏土顆粒的聚結(jié)穩(wěn)定性的作用。CMS對(duì)泥漿的塑性黏度影響小,對(duì)動(dòng)力、切力影響大,有利于攜帶鉆屑,尤其在鉆鹽膏層時(shí),可使鉆井液穩(wěn)定,降低流失量,防止井壁崩塌,特別適用于礦化度高、pH值高的鹽堿井。
3.5 造紙工業(yè)
CMS在造紙中的應(yīng)用也很廣泛。在填料中加入CMS作為穩(wěn)定劑,起增稠黏結(jié)作用,使紙張光澤鮮艷,改善紙張的印刷性能,增強(qiáng)紙張的韌性和耐磨性。CMS對(duì)細(xì)小纖維和填料粒子具有助留作用,用作漿內(nèi)添加劑,提高助留助濾效果。也用于紙張的表面施膠,可明顯提高紙張的干強(qiáng)度和濕強(qiáng)度,并能提高耐油性、吸墨性和抗水性。CMS還可以在紙張涂布中用作黏著劑,使涂料具有良好的均涂性和黏度穩(wěn)定性,在涂布黏合中使用可以提高紙張的生產(chǎn)和使用性能。
3.6 日用化學(xué)工業(yè)
CMS具有螯合、離子交換、陰離子絮凝等功能,可作為多功能洗滌助劑用于洗滌劑配制,能很好地封鎖鈣、鎂離子,軟化硬水并懸浮,分散污垢防止污垢再沉積,提高洗滌劑的洗滌效果。CMS的除垢效果明顯優(yōu)于CMC,對(duì)污穢的擴(kuò)散能力優(yōu)異,尤其對(duì)疏水性的合成纖維織物的抗污垢再沉淀效果特優(yōu)。在化妝品工業(yè)中,CMS作為固水或吸水保水的膠料,用于抗粉刺藥物制劑及皮膚清潔劑的制造。在牙膏中,CMS能形成三維聚合網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),可以保證膏體在管中的存儲(chǔ)穩(wěn)定性,延長(zhǎng)貨架期,提高膏體均勻性和表面光潔度,降低膏體輸送動(dòng)力。CMS還可以配制面膜、洗發(fā)染發(fā)劑、發(fā)膠、復(fù)合皂粉等。除此之外,CMS在陶瓷、建材、水處理等工業(yè)也有多種用途,由于應(yīng)用廣泛而有“工業(yè)味精”之美稱。
4 存在問(wèn)題及對(duì)策
目前,CMS在合成工藝及性能方面存在的主要問(wèn)題有:(1)水媒法。只能合成取代度及黏度較低的產(chǎn)品,產(chǎn)物后處理困難,耗水量大,對(duì)環(huán)境有污染。目前,工業(yè)上很少采用水媒法生產(chǎn)羧甲基淀粉。(2)溶媒法。有機(jī)溶劑使用量大,溶劑需要回收,生產(chǎn)成本高且較易污染環(huán)境。其中甲醇本身有毒性,大量使用不利于對(duì)環(huán)境保護(hù)和人體健康。異丙醇沸點(diǎn)較高,不易揮發(fā),能耗大,在國(guó)內(nèi)價(jià)格相對(duì)較高,同時(shí)對(duì)設(shè)備有一定的腐蝕性。(3)干法。生產(chǎn)CMS普遍存在淀粉與反應(yīng)試劑之間不能充分混合均勻,堿及醚化劑較難滲透到淀粉顆粒內(nèi)部,從而使產(chǎn)物的平均取代度不高,取代基多分布于顆粒表面,產(chǎn)物溶解性能也不夠理想。(4)由于工藝技術(shù)的制約,目前國(guó)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的CMS多是中低取代度的產(chǎn)品,產(chǎn)品糊液黏度不穩(wěn)定,抗酸、耐鹽、耐剪切性能相對(duì)較差,導(dǎo)致應(yīng)用受到一定制約。(5)高取代度、高黏度的CMS盡管已有研究報(bào)道[13-15],但產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定,現(xiàn)實(shí)中工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模小,系列化品種少,還遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了各行業(yè)的應(yīng)用需求。
針對(duì)上述存在的問(wèn)題,今后的研究工作可以從以下幾個(gè)方面著手:(1)干法或半干法具有節(jié)能減排,綠色環(huán)保等優(yōu)勢(shì),是生產(chǎn)CMS的理想工藝,應(yīng)加強(qiáng)研究。可以從對(duì)淀粉進(jìn)行預(yù)處理方面著手。因淀粉結(jié)構(gòu)中含有結(jié)晶區(qū)及非晶區(qū),結(jié)晶區(qū)占淀粉顆粒體積的25%~50%,結(jié)晶區(qū)對(duì)水、醚化劑有很強(qiáng)的抵抗能力,在干法及半干法的工藝條件下,傳統(tǒng)的一步、多步加堿法,均不足以完全破壞淀粉的結(jié)晶結(jié)構(gòu),反應(yīng)多發(fā)生在非晶區(qū),反應(yīng)試劑很難觸及結(jié)晶區(qū)域的羥基基團(tuán),導(dǎo)致反應(yīng)不均勻,取代度低。若能采用適宜的方法對(duì)淀粉進(jìn)行預(yù)處理,先破壞淀粉的結(jié)晶區(qū)域,將淀粉制成結(jié)構(gòu)疏松的非晶化淀粉,再進(jìn)行醚化變性,反應(yīng)試劑的內(nèi)擴(kuò)散阻力就會(huì)顯著減弱,而易于滲透到淀粉顆粒內(nèi)部將羥基醚化,進(jìn)而可以提高取代度,改善產(chǎn)品的性能。(2)在干法工藝還不十分完善的情況下,尋找綜合性能更優(yōu)良的溶劑作反應(yīng)介質(zhì),也可以考慮將傳統(tǒng)單一的有機(jī)溶劑介質(zhì)轉(zhuǎn)為兩種或多種有機(jī)溶劑介質(zhì)的復(fù)配。(3)單變性淀粉雖然改進(jìn)了天然原淀粉的某些缺陷,但其本身仍然存在不足之處,如CMS就有不耐酸、不耐鹽等缺點(diǎn)。而復(fù)合變性淀粉產(chǎn)品,如交聯(lián)-酯化、交聯(lián)-醚化等產(chǎn)品則兼具兩種單一變性淀粉的優(yōu)良性質(zhì)[16-18],因此,應(yīng)加強(qiáng)對(duì)CMS復(fù)合變性的研究,改進(jìn)CMS的應(yīng)用性能。(4)加強(qiáng)對(duì)高取代度、高黏度CMS糊液的非牛頓流體性質(zhì)的研究,為開(kāi)發(fā)質(zhì)量穩(wěn)定的CMS及拓展其在實(shí)際中的應(yīng)用提供理論支持。
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