羥乙基纖維素的合成及應(yīng)用

1、羥乙基纖維素的合成及應(yīng)用羥乙基纖維素HEC是一種非離子型的水溶性纖維素醚。外觀為白色至淡 黃色的無毒、無味纖維狀或粉末狀固體。被廣泛應(yīng)用于石油開采、日用化工、建 筑、涂料、高分子聚合等領(lǐng)域，近年來在醫(yī)藥方面的應(yīng)用也越來越得到重視。1生產(chǎn)工藝1.1氣相法和液相法氣相法和液相法這2種生產(chǎn)工藝都需預(yù)先制備堿纖維素，將纖維素于20C左右浸漬于18% 質(zhì)量左右的NaOH中脫脂、醚化反響后經(jīng)過中和、洗滌、干 燥、粉碎，獲得最終產(chǎn)品。合成HEC勺主要反響方程式如下：a.堿活化反響C 6HQ(OH)3 n + nNaOH C 6HO2(OH)ONa + nH 2O該反響先在纖維素分子中葡萄糖單元的伯羥基然后在

2、仲羥基上發(fā)生堿化，使纖維素分子間的氫鍵力減弱或被破壞，堿化后的纖維素溶解于高濃度的堿液中。b.醚化反響在上述堿纖維素溶液中參加環(huán)氧乙烷，隨即發(fā)生醚化反響：OGHQ(OH)2OH NaOH + C CH C 6H(OH)2OCbCHOH醚化的產(chǎn)物可以和環(huán)氧乙烷進一步反響，或使側(cè)鏈增長，或使側(cè)鏈數(shù)目增加。1氣相法氣相法又分為直接氣固法和真空氣固法。 直接氣固法制HEC的生產(chǎn)過程：棉纖維脫脂、擠干，與環(huán)氧乙烷在 44 46C下直接反響12小時制取。該法過程簡單，但產(chǎn)品粘度太低。 真空充氮氣固法制取HEC的生產(chǎn)過程：把反響器抽成真空，充氮兩次， 參加環(huán)氧乙烷，在真空度 9.064 X 104Pa 27

3、-32 C下反響33.5小時得到產(chǎn)品 HEC此法雖然生產(chǎn)過程簡單，但環(huán)氧乙烷消耗量大，反響時間較長，最終產(chǎn)品 本錢高。工藝框圖見圖1。NaOHN2 EO圖1真空充氮氣固法生產(chǎn)HEC工藝流程圖(2) 液相法堿化與活化：將棉絮剪碎后，用2%勺NaOH蒸煮 60min,再加80C水洗滌3 4次，然后烘干；堿化后的棉絮用 18%NaOlS漬，活化溫度25-40 C, 30min后 壓榨出堿液；醚化：將活化的羥乙基纖維素參加稀釋劑中(常用的稀釋劑有丙酮、異丙醇、 叔丁醇或它們的混合物，產(chǎn)物在稀釋劑中保持不溶)，而后參加環(huán)氧乙烷。反響 一定時間后，用乙酸中和反響物至 PH值67;然后參加乙醇進行洗滌 34

4、次 脫鹽；m(棉纖維):m(乙醇)=1:10 ;最后擠出產(chǎn)品的液體，然后將產(chǎn)品在 70C干 燥58h,即得產(chǎn)品羥乙基纖維素。其工藝框圖見圖2EO溶劑 醋酸圖2液相法生產(chǎn)HEC工藝流程圖液相法生產(chǎn)HEC的本錢低，產(chǎn)品質(zhì)量高，生產(chǎn)過程易于控制，目前大多數(shù)生 產(chǎn)廠都采用此工藝。1.2超聲波法氣相法原料環(huán)氧乙烷消耗大，本錢高。目前已趨向淘汰；兩步液相法相對于 氣相法原料單耗有所降低，但是堿化時耗堿過多，廢堿液的處理排放仍然是一大 難題。因此開發(fā)HEC生產(chǎn)的新工藝，簡化工藝流程，降低環(huán)氧乙烷消耗量，縮短 反響時間，提高產(chǎn)品質(zhì)量，具有重要的現(xiàn)實意義。而近幾年來，超聲波作為一種新的能量形式用于有機化學(xué)反響，

5、不僅使很多以往不能進行或難以進行的反響得以順利進行，而且它作為一種方便、迅速、有 效、平安的合成技術(shù)大大優(yōu)越于傳統(tǒng)的攪拌、外加熱方法。實驗結(jié)果說明，在羥 乙基纖維素的合成過程中使用超聲波，反響時間縮短了近1/2，所得產(chǎn)品完全能到達美國實驗與材料協(xié)會的HRC分析方法，即ASTMD2364-8所規(guī)定的指標(biāo)要求。 而且反響條件簡單，易于工業(yè)化生產(chǎn)。實驗結(jié)果說明：(1) 超聲波用于羥乙基纖維素的合成的最適宜工藝條件為：超聲波輻射時 間在4050min,輻射強度30KHz,原料配比m(Cell):m(EO)為1:1.2，醚化溫度 50 ± 5C。在此工藝條件下，醚化率可達 81%(2) 將超聲

6、波用于羥乙基纖維素的合成，反響時間僅為 45mi n,而傳統(tǒng)的 液相法為90120min,反響時間縮短了一半，反響溫度降低了 3040C,而醚 化率提高20%且工藝簡單，易于工業(yè)化生產(chǎn)。2 應(yīng)用2.1 醫(yī)藥方面潛力可挖羥乙基纖維素HEC在國內(nèi)的規(guī)?；a(chǎn)是一個“遲到的工程。 HEC是一 種高彈性的非離子聚合物， 對氧氣傳輸有較好的屏障阻隔作用， 它能夠與許多原 輔料配伍。在國外，HEC在制劑中的應(yīng)用已非常廣泛，但是國內(nèi)生產(chǎn)的 HEC系列 產(chǎn)品主要被用于化裝品等的工業(yè)生產(chǎn)，還沒有藥用級別的HEC輔料在藥劑中的應(yīng) 用。隨著制劑技術(shù)的開展，藥用級別的 HEC輔料的潛力應(yīng)該被很好地挖掘出來。1眼部給藥

7、系統(tǒng)的賦形劑眼部給藥系統(tǒng)0D$有溶液或混懸液滴眼劑、眼膏劑、眼膜劑 3個主要劑 型。它們存在藥物易損失， 生物利用度低等問題。 設(shè)計理想的眼部給藥制劑是一 項頗具挑戰(zhàn)性的工作。 用可附著于眼組織的生物黏合性聚合物傳送藥物是一個有 開展前景的新技術(shù)。 此類材料以凝膠形式被置于眼內(nèi)， 可使藥物的滯留時間延長 到24小時以上。可選擇的材料有聚乙烯醇PVA、纖維素類衍生物、葡聚糖類 衍生物等。利用脫乙酰殼多糖/HEC制備的水凝膠型毛果蕓香堿ODS其釋藥遵循 一級動力學(xué)。溫度和HE%度對凝膠化速率和水凝膠彈性強度的影響研究，以及 毛果蕓香堿的體外釋放研究的結(jié)果說明 :HEC 是形成凝膠網(wǎng)絡(luò)的主要成分，水

8、凝 膠的強度正比于系統(tǒng)所用的HEC*;作為藥物賦形劑，HEW眼部藥物控釋中起 到了突出的作用。 2 藥物緩釋性能在口服緩控釋給藥系統(tǒng)的開發(fā)中， 由于本錢較低、 平安和容易制造等因素， 各種纖維素類衍生物被廣泛用于此類制劑的制備， 其中纖維素醚類是最常用的水 溶性、可膨化的聚合物。對一系列不同纖維素醚，包括羥丙基纖維素HPC,羥乙 基纖維素HEC，羥丙基甲基纖維素HPMC和甲基纖維素MC的比擬研究顯示， 材料的理化因素影響釋藥動力學(xué)。其中HEC是親水性最大和溶蝕性最大的聚合物。與其他纖維素類材料不同，載藥的HEC基質(zhì)骨架顯示出藥物擴散和骨架溶蝕 的同步性， 具有易獲得零級釋藥的潛力， 近期獲得的

9、研究結(jié)果說明， 藥物的溶解 度和聚合物的分子量能極大地影響釋藥動力學(xué)， 選擇中等分子量級別的HEC和較 難溶性藥物能得到比擬線性的釋藥性能，片劑制造可采用傳統(tǒng)的大規(guī)模生產(chǎn)工 藝。上海醫(yī)工院的科研人員在茶苯海明控釋劑型的研究中，分別以 MC HEC聚 羧乙烯934, EudragitRLPM和EudragitNE30D等不同類型的聚合物含量2.5% 10%，用直接壓片和濕法制粒工藝制備了 11 個不同配方的片劑，綜合比擬了各 種片劑的指標(biāo)和體外不同模擬介質(zhì)的溶出速率， 結(jié)果說明，含 5%的聚羧乙烯 934， 5%勺HEC和 2.5%的EudragitNE30D分別是最適宜的配方。江南大學(xué)化學(xué)與材

10、料工程學(xué)院的張彩華、 劉曉亞等和江南大學(xué)食品學(xué)院的顧 正彪以降解的羥乙基纖維素為根底原料， 將其與丙烯酸接枝共聚制備羥乙基纖維 素接枝聚丙烯酸HEC-g-PAA，并以布洛芬為模型藥物，在水溶液中自組裝，形 成穩(wěn)定的具有一定核殼結(jié)構(gòu)的高分子膠束載藥納米顆粒， 并且與人體體溫相 同，但PH不同的緩沖溶液中進行藥物釋放的初步研究。結(jié)果說明，該接枝共聚 物可以負載活性物質(zhì)， 防止胃酸對活性物質(zhì)的破壞， 從而在小腸部位實現(xiàn)靶向釋 放。作為藥物緩釋載體具有良好的應(yīng)用前景。 3 可用于時滯型給藥系統(tǒng)為適應(yīng)時辰性疾病，如哮喘、心絞痛、高血壓病和關(guān)節(jié)炎等的治療需要，時 間脈沖給藥系統(tǒng)的研究受到關(guān)注。 研制這種制

11、劑的關(guān)鍵是控制釋藥的時滯性， 使 藥物在預(yù)定的時間開始釋放并能迅速起效。由于HEC具有非離子型屬性，與PH值無關(guān)釋藥，粘度規(guī)格選擇廣等特性，有的研究人員采用地爾疏作為模型藥物， 系統(tǒng)地研究HEC用于時滯型制劑的效果。其內(nèi)層片芯為含藥局部，外層用 25厘 泊的HEC通過干法壓制包衣，溶出檢測結(jié)果顯示，隨著HEC用量的增加，時滯時 間從 3.79h 延長到 11.0h ，而后的釋藥速率可根本保持不變。4有效的生物黏附性輔料 口腔黏膜黏附吸收能夠有效地防止胃腸道對某些藥物的降解作用， 防止活性 藥物的首過效應(yīng)， 提高生物利用度， 到達全身治療的目的。 口腔黏膜給藥新劑型 的研究主要集中在篩選適宜的基

12、質(zhì)材料， 利用黏膜黏附劑黏附于用藥部位， 加強 藥物與黏膜接觸的緊密型和持續(xù)性， 以控制藥物吸收速率和吸收量上。 例如胰島 素口腔貼片持續(xù)釋藥可達 6h。生物黏附劑基質(zhì)一般為高分子聚合物，如聚羧乙 烯，HPC聚乙烯吡咯烷酮PVP,聚乙二醇PEG和PVA等。國外研究人員AndersR. 等以水楊酸鈉和促甲狀腺釋放激素為模型藥，用HEC HPC PVA和 PVP制成口腔雙層貼片，每片中聚合物含量 2.98.8mg/cm3。釋藥研究結(jié)果顯示，HEC是最有 效的生物黏附性輔料。2.2 農(nóng)業(yè)HEC應(yīng)用在水基噴霧中能有效地懸浮固體毒劑； 應(yīng)用于噴霧作業(yè)中能起到粘 附毒劑于葉面上的作用； 可作為噴霧乳液的增

13、稠劑， 減少藥劑漂流， 從而增加葉 面噴施的使用效果； 還可作為成膜劑應(yīng)用于種衣劑； 作為粘合劑應(yīng)用于煙葉的回 收利用。2.3 建筑材料HECM應(yīng)用于石膏、水泥、石灰和灰漿系統(tǒng)、瓷磚粘貼及砂漿中。在水泥組 分中，它又可以作為緩凝劑和保水劑。 在壁板作業(yè)的外表處理中， 它應(yīng)用于乳膠 體的配制，能夠預(yù)處外表并緩解墻體壓力，使涂刷油漆和外表涂料的效果更好； 它可作為墻紙粘膠的增稠劑。HEC可通過增加硬化和涂抹時間，改善石膏灰漿的使用性能。在抗壓、抗扭 曲強度及空間穩(wěn)定性方面，HEC比其它纖維素類有更好的效果。2.4 化裝品和洗滌劑HEC在洗發(fā)劑、頭發(fā)噴霧劑、中和劑、護發(fā)劑及化裝品中是一種有效的成膜

14、劑、粘合劑、增稠劑、穩(wěn)定劑和分散劑。它的增稠性和保護膠體性能可應(yīng)用于液 體洗滌劑和固體洗滌劑行業(yè)。HEW高溫下溶解快，可以加快生產(chǎn)過程，提高生 產(chǎn)效率。眾所周知，含HEC的洗滌劑的明顯特點是可以提高織物的平滑性和絲光 性。2.5 乳膠聚合選擇一定的摩爾取代度的HEC在催化保護膠體聚合的過程中可發(fā)揮最正確的 效果；在控制聚合物粒子的增長、 穩(wěn)定膠乳性能及耐低溫與高溫、 抗機械剪切中， HEC均可發(fā)揮最正確的效果。在膠乳的聚合反響過程中，HEC可保護膠體的濃度于一個臨界范圍內(nèi)，并控制聚合物粒子大小及參加反響基團的自由度。2.6 石油開采HEC在加工和填充泥漿中具有增粘劑。它幫助提供很好的低固相泥漿

15、，并能 最低程度減少對井眼的損害。用HEC增稠的泥漿容易被酸、酶或氧化劑降解為碳 氫化合物并可最大限度的回收石油。 在破裂泥漿中,HEC能起到攜帶泥砂的作用。這些流體也能容易的被以上酸、酶或氧化劑降解。用HEC可配制理想的低固相鉆井液，它提供了更大的滲透率以及更好的鉆井 穩(wěn)定性。其抑止流體的特性可被用在硬巖石層構(gòu)造的鉆進中， 其同樣也適用于崩 坍或滑坍頁層的鉆進。在加注水泥的作業(yè)中，HEC減少了孔壓水泥漿的摩阻，從而使水的流失對結(jié)構(gòu)造成的損壞減少至最小程度。2.7 造紙和油墨HEC能用作紙和紙板的上光劑以及油墨的保護膠。HEC在印刷上具有不受紙 張大小限制的優(yōu)勢， 并可用于高質(zhì)量畫面的印刷，

16、同時，由于其具有較低的外表 滲透性和較強的光澤性還可以降低本錢。 它還可以應(yīng)用在任意大小的紙和紙板的 印刷或日歷的印刷。在紙的上膠中，其通常用量 0.52.0g/m2。HEC可增加涂料 色彩中水的保存性能，尤其對高比例乳膠的涂料性能更加突出。在造紙過程中 ,HEC 還有其它的更優(yōu)越性能，包括與絕大多數(shù)樹膠、樹脂和 無機鹽的相容性、速溶性、泡沫低、耗氧少及可以形成光滑的外表膜。在油墨制造中，HEC被用于水基復(fù)印油墨的生產(chǎn)，這種油墨可以快干，且色 彩擴散性好而不會產(chǎn)生粘結(jié)。2.8 紡織業(yè)1織物上漿HEC®早就用于紗線和織物材料的上漿和染整，這種膠漿可通過水洗能把其 從纖維中洗去。在與其它

17、樹脂的混用中，HEC可以更廣泛地應(yīng)用在織物處理上，在玻璃纖維中它被用來作為成形劑和粘合劑， 在皮革漿料中可作為修飾劑和粘合 劑。2織物膠乳涂料、粘合劑和膠粘劑用HEO曾稠的膠粘劑是假塑性的，也就是說，他們在切變下變稀，但能很快 回到高粘度控制下并可提高印染清晰度。HEC能控制水分的釋放并允許其連續(xù)流動在印染輥上而不增加膠粘劑?？刂扑尼尫湃菰S有更多的敞開時間，有利于填料的容納和形成一層比擬好的膠粘 膜，而不會明顯的增加枯燥時間。HECXT-4在溶液中濃度為0.2%至0.5%時，可改善非織物粘合劑的機械強度， 在濕料輥上減少濕的清棉，增加了最終產(chǎn)品的濕強度。HECXT-40對非織物的印染是一種理想的粘合劑，并能得到清晰、美觀的圖象。HEC可作為丙烯酸涂料的粘合劑和非織物加工的膠粘劑。還用于織物的底層涂料和粘合劑的增稠劑。它與填料不反響且在低濃度時仍然有效。3織物地毯的染色和印染 在地毯染色中，比方庫斯特思連續(xù)染色系統(tǒng)，很少有其它增稠劑能比得上HEC勺增稠效果和配伍性。由于其增稠效果號，易溶于各種溶劑中、雜質(zhì)含量低 不干擾染料的吸收和顏色的擴散， 使印染不受不溶性凝膠 這種不溶性凝膠可導(dǎo) 致在織物上出現(xiàn)斑點和高技術(shù)要求的均勻性限制。2.9 其它方面的應(yīng)用消防：HEC可作為添加劑增大防火材料的覆蓋性能，已被廣泛應(yīng)用于防火“增 稠劑的配制