纤维素通过改性可以得到多种衍生物，大都应用广泛，羧甲基纤维素钠(CMC)就是其中的一种。它可作 增稠剂，并能形成保护性胶体，可应用在水基胶乳涂料中以获得所需要的流动性和粘度，并且有助于乳化液 和分散液的稳定。保护性胶体能够对涂料的可洗性，可刷性，流变性和颜色的可接受性产生有利影响。也可 应用于食品工业，作食品增稠剂或稳定剂。还被广泛应用在油墨和粘合剂中[1]。洗涤剂中加入少量本品，可 以防止污物的再沉积。在石油开采行业也有广泛的应用[2]。由于其制造原料醚化可以采用废弃的棉花，因此可以 进一步降低成本，变废为宝。
1实验部分1.1实验药品、仪器及方法主要药品：95%乙醇，上海联试化工试剂有限公司生产；无水乙醇，含量> 99. 99%南京化学试剂厂生产；氯乙酸，含量>99.0%中国上海中心化工厂；氢氧化钠，分析纯A. R，含量> 99. 8%，中院化学试剂有限公司。
主要仪器：电热恒温水浴锅，型号H. H. S，上海医疗器械五厂生产；恒温范围37 ~ 100 °C，水温波动1 °C;工作电压220 V，功率2 000 J /S;旋转粘度计，规格型号：HDJ— 1，上海天平仪器厂生产。
实验方法：以手撕碎的废棉花为原料制备CMC的反应为非均相的反应，原料的细度对反应是有一定影响的，其粒 度越细，棉纤维的结晶区被破坏的越多，反应就越容易进行。反应的步骤如下：Cell-OH+ NaOH!Cell-O-Na+ + H2O(碱化）（1)
Cell-O-Na++ClCH2COONa"Cell—OCftCOONa(羧甲基化）（2)
NaOH + ClCH2COONa"HOCH2COONa(3 )
反应的介质为有机溶剂，有机溶剂较水来说更容易破坏纤维素结晶结构，生成更多的活性中心Cell-O-Na + (Cell为CellulOse的缩写），羧甲基化反应更易进行[3]。用有机溶剂代替水，则由于溶剂的极性较弱，不仅能进 入纤维无定型区而且可以进入结晶区晶面之间，这样氢氧化钠向纤维素内扩散速率程度增加。单独用水做溶 剂，碱处理后的纤维素结构并不发生变化，只是结晶度有所下降，大部分结晶区被保留着。显然，羧甲基化的 反应是主要的反应，氯乙酸中的！-C连有电负性较强的-CI和-COO-，所以！-C上带有相当多的正电 荷，于是发生亲电反应(2)。NaOH的量过低会使得(1)的碱化不完全，过高会破坏棉纤维的大分子链状结构， 同时，NaOH也易与ClCH2COONa发生(3)反应，-CI被-OH取代以后！-C的正电性会受到影响。用量子 化学半经验的方法对氯乙酸钠和a-羟基乙酸钠分别进行计算，得出的结果是氯乙酸钠的a-C所带电荷是0.327 7！-羟基乙酸钠的a-C所带电荷是0. 340 1。可见，羟基取代以后，a-C的亲电性有所增强。氯乙 酸是一种酸性较强的酸，它的量过多会影响反应介质的pH值，过少会影响反应(2)的进行。
1.2实验结果1.2.1NaOH质量分数的影响碱液质量分数和温度直接影响产品的性能。如温度太高，碱液质量分数太 大，碱耗量大，且动力消耗大，碱纤维素带走的碱量多，直接影响醚化的进行；碱化质量分数高，要求温度也 高，一般在室温下(20 ~25 C )即可碱化。如碱液质量分数太低，则使碱化不完全，一般选择！ =30%的氢氧化钠溶液即可。取废棉2.5 g，碱化2 h！(氯乙酸)为20%，醚化4 h，醚化温度70表1碱液的质量分数对产品水溶性及粘度的影响实验编号NaOH质量分数/%在水中的溶解情况粘度(Pa ? S) x1 000120不溶/230速溶590335速溶650440速溶632545速溶328.5从图1可以看出：碱液质量分数低于20%，不能使纤维碱化完 全导致下步醚化反应不能进行到底。碱液质量分数太高，棉纤维的 高分子链受到破坏，粘度会降低。
1.2. 2碱化时间的影响碱化时间直接影响产品性能，浸泡时间图1 !(NaOH)对粘度的影响长，有利于碱化完全，但反应周期较长。选择不同的碱化时间，醚化在相同的条件下进行实验。取2. 5 g废棉，1.2. 3氯乙酸质量分数对醚化反应的影响取2.5 g废棉，室温碱化，碱液质量分数35%，碱化2 h，醚化4 h，温度为50 °C，结果见表3。
由表3可以看出氯乙酸质量分数表3氯乙酸质量分数对醚化反应的影响实验编号!(氯乙酸）/%在水中的溶解性粘度(Pa ? S) x1 000115不溶/220溶1102325速溶590430部分溶/不宜太高，也不宜太低。过低则醚化不 完全，过高则影响反应介质的pH值，一般选20% ~ 25%为宜。
L 2. 4温度对醚化反应的影响醚 化反应是羧甲基中的正碳离子进攻碱化纤维素中的氧负离子的亲电取代反应，正碳离子的进攻需要一定的 能量，因此反应的温度不能太低。但是如果反应温度过高，会使溶剂的挥发速度加快，加快了溶剂的损耗。同 时也对醚化反应产生不利影响。取2. 5 g废棉！(氢氧化钠)为35%，室温碱化2 h！(氯乙酸)为20%，醚化 4 h。结果见表4。
由表4可知温度在50 C左右反应表4温度对醚化反应的影响最i土，温度低要求反应时间长，反应不完全;温度高乙醇挥发快，反应不能进行完 全，粘度下降。
1.2.5醚化时间对反应的影响醚化实验编号醚化温度/C在水中的溶解情况粘度（Pa ? S) x 1 000;(氢氧化钠）为912: 5 515 ~20 25 ~30 30 ~40 50 60温度和醚化时间是相互联系的，若醚化温度低则要求时间长；温度高则时间可以缩短，现以50 C作醚化的温度。取废棉2.5 g, 35%，室温碱化2 h, w(:氯乙酸)为20% ,结果见表5和图3。
表5醚化时间对产品溶解性及粘度的影响实验编号醚化时间/h在水中的溶解情况粘度(Pa ? S) x1 00013不溶/24速溶59036速溶59548速溶315蘸可见醚化时间过长，粘度会下降，在50 C条件下大约醚化4 h即可满足要求。
2结论与讨论由以上数据利用正交试验设计方法，得出制备CMC的较佳反 应条件。用旋转粘度计测定产品粘度值达1. 8 Pa _S( ! = 1% )，且在水中溶解迅速，透明，均匀。当然还有些 测定工作尚待完成（比如分子量的测定）。
本文所采用的方法是一次碱化的方法，也有人采用分步碱化的方法[4]，减少反应（3)发生的机会。但正 如前文所述，羟基取代氯原子以后！-C的正电性并没有降低，反而有所加强，所以反应（3)的发生对产品 的粘度的影响至少是不显着的。利用前面所得的最佳条件，采用分步碱化的方法，结果是产品的粘度均比较 小。