纤维素通过改性得到多种衍生物，其中 羧甲基纤维素钠(CMC)是应用最广泛的衍 生物之一。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 的流变性和粘度，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；可被应用于食品、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 于制造它的原料可以采用废弃的棉花，因此 可进一步降低成本，变废为宝。
二、实验原理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-ONa + H20 (碱化）（1)
Cell-ONa+ClCH2COONa — Cell-OCH2COONa(羧甲基化）（2)
NaOH + ClCH2C00Na—*?
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-CTNa+较多，竣甲基化反 应更易进行。用有机溶剂代替水，则氢氧化 钠的浓度增加，且有机溶剂的极性较弱，这样 氢氧化钠向纤维素内扩散速率较强，不仅能 进入无定型区，而且可以进入结晶区晶面之 间。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a-C连有电负性较强 的cr和COO-，所以<x-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也易使 ClCH2COONa 发生（3)反应，C1 被一OH 取 代以后，《-C的正电性会受到影响。我们用量 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，结果见表1:可见，羟基取代以后，《-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。
表1 ?-C所带的电荷〇-c所带的电荷氯乙酸钠0. 3277?-羟基乙酸钠0. 3401实验编号12345NaOH 浓度（％)2030354045在水中的溶解情况不溶速溶速溶速溶速溶粘度(厘泊）/590650632328.5表3碱化时间对产品粘度的影响实验编号12345碱化时间(h)11. 5234在水中的溶解情况不溶微溶速溶速溶速溶粘度(厘泊）//59016321812三、实验结果与讨论1. NaOH浓度的影响碱液浓度和温度直接影响产品的性能。 如温度太高，碱液浓度太大，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;碱化浓度高，要求温度也高，一 般在室温下（20—25'C)即可碱化，如碱液浓 度太低，则使碱化不完全，一般选择30%的氢 氧化钠溶液即可。取废短棉2. 5g，碱化2h，氯 乙酸浓度为20%，醚化4h，醚化温度7〇_ 75X：。不同浓度NaOH所得产品的水溶性及 粘度见表2。
表2碱液的浓度对产品水溶性及粘度的彩响受到破坏，粘度会降低。
0.碱化时间的影响碱化时间长，有利于碱化完全，但生产周 期长。一般控制在碱化完全最短的时间为宜。 选择不同的碱化时间在相同的条件下进行实 验。在不同的碱化时间下，取2. 5g短棉，碱液 浓度35%(常温），氯乙酸浓度20%，醚化温度 70 — 75X：，醚化时间为4h，其结果见表3。
200图1 NaOH浓度对粘度的影响 从图1可以看出，碱液浓度低于20%，不 能使纤维碱化完全，导致下步醚化反应不能 进行到底。碱液浓度太大，棉纤维的高分子链 溶。
表4气乙酸浓度对醚化反应的影响实验编号1234氯乙酸的浓度（％)15202530在水中ft溶解性不溶溶速溶部分溶粘度(厘泊）忽略1102590忽略由上表可见氯乙酸浓度不宜太高，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。
表5温度对醚化反应的彩响实验编号12345醚化温度CC)15-2025-3030-405060在水中的溶解情况不溶不溶微溶速溶速溶粘度(厘泊〉///590525酸20 %，在不同醚化时间下，所得产品的溶解 性和粘度等性能见表6。
3.氯乙酸浓度对醚化反应的影响取2. 5g短棉，室温碱化，碱液浓度35%， 碱化2h，醚化4h,温度为50°C，用不同的氯乙 酸浓度醚化，其结果见表4。
表6醚化时间对产品溶解性及粘度的影响实验编号1234醚化时间(h)3468在水中的溶解性不溶速溶速溶速溶粘度(厘泊）/5905953154.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，则会 使有机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. 5g短棉，碱液35%，室温碱化2h，氯乙酸 20%，在不同温度下醚化4h。其结果见表5。
由表5可知，温度在50€左右反应最佳， 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， 见图3。
S.醚化时间对反应的影响醚化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50C作醚化的温度，取短棉 2. 5g，氢氧化钠浓度35%，室温碱化2h，氯乙醚化时间过长，粘度会下降，在5〇r条件 下大约醚化4h即可满足要求。见图3。
6.正交实验由五个主要的影响因素，我们设计了五 因素四水平的正交实验，找到了最佳的反应 条件，并且进行了实验验证，证明正交实验得 出的结论可靠。另外，这五个因素对产品粘度 的影响由大到小的顺序是：NaOH浓度、醚化 时间、碱化时间、氯乙酸浓度、醚化温度。
四、结论最后我们制得的产品用旋转粘度计测定 其粘度值为1800厘泊（质量百分比浓度为 1%)，且在水中溶解迅速、透明、均匀。这些方 面明显优于国内某些厂家的产品。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。但是正如本文在实验原理部分 所述，羟基取代氯原子以后，a-C的正电性并 没有降低，反而有所加强（见表1),所以反应(1)的发生对产品的粘度的影响至少是不显 着的。我们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。