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甲基纤维素及其混合醚

1概述

甲基纤维素（MC）是纤维素醚类中带有起支配作用的甲基取代基的最简单的形成。它包括甲基纤维素（MC）本身及其混合醚羟乙基甲基纤维素（HEMC）、羟丙基甲基纤维素（HPMC）羟丁基甲基纤维素（HBMC）、乙基甲基纤维素（EMC）和羧甲基甲基纤维素（CMMC）。混合醚类所具有的性质与MC类似，在100℃下水中的热凝胶作用与水溶性MC相同，在有机溶剂中的溶解性与DS值大于2.4的高取代度MC相同。

商品MC有2种类型：①取代度（DS）在1.4~2.0的产品在冷水中溶解；②DS在0.25~1.0范围的较低取代度的产品呈碱溶性。2%~8%NaOH水溶液完全可以溶解第二种类型的MC。较高的NaOH浓度需要较低的DS值。降低水可溶MC的凝胶温度可用提高DS方法。一种DS为1.8的甲基纤维素在54~56℃形成凝胶。因为不均匀的取代，甲基纤维素常含有不溶性微粒。在相等DS下具有较高凝胶化温度的完全可溶的CMC类型，可通过用NaOH-铜（Ⅱ）络合物或苄基三甲基铵氢氧化物作为碱化剂的特殊碱化工艺得到，这些反应剂使碱纤维素较好地膨胀和增加了醚化时大分子的可达性。但这些技术由于技术和经济上的原因不能用于工业生产。

2性质

2.1溶解性能

工业上甲基纤维素的取代度（DS）范围为1.5~2.0，随着取代度的增加，MC可顺次溶解于碱水稀溶液、水、醇，最后溶于芳香烃溶剂中，MC的溶解性能见表1-1。

表1-1甲基纤维素的溶解性能

取代度	溶解行为	取代度	溶解行为
0.1~0.4	溶于4%~8%NaOH溶液（冷却）	2.1~2.6	溶于醇类
0.4~0.6	溶于4%~8%NaOH溶液（室温）	2.4~2.7	溶于有机溶剂
1.3~2.6	溶于冷水	2.6~2.8	溶于烃类

MC在水中的溶解度取决于取代度，分子量溶解温度等，相同DS的MC，分子量越高、溶解度越低；温度升高，溶解度下降，呈现出特有的热凝胶化性质。MC水溶液随温度升高溶解度下降的原因，据研究是MC在水溶液中形成所谓化合物，它是醚氧原子上的未共用电子对接受质子形成的，温度升高时迅速分解为原来的醚，生成凝胶析出，如下式：

也有认为加热时形成的胶体结构是三甲基吡喃葡萄糖单元构成的一种晶态网络结构所致。

甲基纤维素中以中取代度的二甲基纤维素（DS=2.0左右）产物用途为最广。二甲基纤维素溶于冷水得无色、无臭和无毒的中性溶液，它不溶于热水和一般有机溶剂中。

（1）温度对二甲基纤维素水溶液凝胶化的影响二甲基纤维素在冷水中的可溶性和在热水中的不可溶性是很特殊的现象，这是由于甲基纤维素溶于冷水中，它的长线型分子吸引了大量水分形成完全的水合链，使它们有足够的空间距离，让水渗透在它们之间，而促使完全分散，热量能破坏这种水合结构。这样使链与链之间相互紧靠，因此使它们之间的吸引力增加；假如甲基纤维素在溶液中，有足量的浓度，就会生成凝胶结构；如浓度较低，则发生个别小而分离的颗粒。因此甲基纤维素水溶液加热后，升至一定温度，就会出现凝胶化现象。发生凝胶化的温度与它在水溶液中的浓度和它的粘度型号而有所不同（见表1-2），各种粘度类型的甲基纤维素均规定为由2%（质量分数）的水溶液于20℃以乌氏粘度计来测定。

表1-2甲基纤维素（Merhocel）水溶液浓度和粘度对凝胶化温度的关系

浓度/%	凝胶化温度/℃
浓度/%	0.015Pa•s	0.025 Pa•s	0.1 Pa•s	0.4 Pa•s	1.5 Pa•s	4 Pa•s
0.5	不凝胶	不凝胶	不凝胶	不凝胶	58~60	58~60
1.0	不凝胶	不凝胶	34~66	56~58	56~58	56~58
2.0	不凝胶	64~68	54~66	54~56	54~56	54~56
4.0	64~68	58~64	52~54	52~54	52~54	52~54
5.0	54~56	53~55	48~50	48~50	48~50	48~50
6.0	53~56	50~53	46~48	46~48	45~48	45~48
7.0	50~53	48~50	44~46	43~46	①	①
8.0	48~50	46~48	42~44	①	①	①
9.0	47~49	44~46	40~42	①	①	①
10.0	46~48	42~44	36~40	①	①	①
11.0	44~46	40~42	①	①	①	①
12.0	42~44	38~40	①	①	①	①
13.0	41~42	①	①	①	①	①
14.0	30~41	①	①	①	①	①
15.0	38~40	①	①	①	①	①

注：①表示25℃时不流动。

从表中可见甲基纤维素随着溶液浓度的增加和它的平均分子量增高而降低溶液的凝胶化温度，但表5-2中的数据是采用碱纤维素甲基化制备的甲基纤维素；如果由泡胀纤维素络合物甲基化所制备的水溶性产品，它的凝胶温度要比表中所示的高得多。例如曾有以铜钠纤维素制备的含有19.0%甲氧基的甲基纤维素，虽在8%水溶液中加热不发现凝胶，这2种产品在溶解性能上的差异，是由于制备同，而使产品中甲基取代的均匀性有差异所致，很明显，均匀取代的链分子中的羟基团，仅需少量的水环绕，就能影响它从平行的链分子完全分离开，而不均匀取代的分子，则需大量的水分子才能分离开。

（2）电解质对甲基纤维素水溶液凝胶化的影响在二甲基纤维素水溶液中加入某些电解质，能破坏甲基纤维素大分子周围的水合层，导致在较低的温度下沉淀，不论阳离子和阴离子都可降低甲基纤维素分子在水溶液中的水合作用，也就降低了凝胶化温度。

阳离子的耐容量顺序如下：

阴离子的耐容量顺序如下：

盐类和蔗糖在甲基纤维素水溶液中的耐容量是随着甲基纤维素型号的粘度增加而减少，见表1-3。

表1-3甲基纤维素对盐类和蔗糖的耐容量（甲基纤维素DS=1.8）

参数	粘度类型		参数	粘度类型
参数	0.015 Pa•s	0.4 Pa•s	参数	0.015 Pa•s	0.4 Pa•s
特性粘度[η]	1.6	3.8	添加剂Na2SO4	6	4
添加剂NaCl	11	7	Na2CO3	4	3
Na3PO4	2.9	2.6	蔗糖	100	65
Al2(SO4)3	3.1	2.5

盐类加入而降低凝胶化温度其顺序如下：

硫氰酸盐＜碘化物＜硝酸盐＜溴化物＜氯化物＜醋酸酯＜酒石酸酯＜硫酸酯＜磷酸盐

甲基纤维素水溶液对酸和稳定的。酸碱度PH2~12范围内不受影响；可耐容一定量的淡酸。例如硼酸、磷酸、乙酸、柠檬酸和酒石酸等，但为鞣酸和磷钨酸所凝固。碱类包括苛性钠、苛性钾和石灰水等能使溶液粘度提高。但对它们无其它影响。

（3）甲基纤维素的其它性质甲基纤维素水溶液经长期贮存亦很稳定，并能抗霉菌生长，浓的过氧化物加到溶液中，可使甲基纤维素分解，并发现甲基纤维素在溶液中无电荷。

甲基纤维素水溶液的表面张力低于水，甚至高粘度产品的水溶液也一样，降低表面张力的程度是根据粘度和浓度的高低来决定，它并具有良好的粘合力、分散力。

甲基纤维素与各种水溶性物质，如肥皂、多元衍生物的水溶性树脂、多元醇、大多数润滑剂、淀粉、酪朊、糊精和天然树脂等有良好的混和性。

表1-4为粉状和粒状甲基纤维素的溶液粘度与浓度的关系。

表1-5表示DS=1.8的甲基纤维素的粘度、聚合度及分子量的关系。

表1-4粉状和粒状甲基纤维素的溶液粘度与浓度的关系

粘度（mpa•s）(2%溶液，20℃	特性粘度[η]/(dl/g)	浓度%
粘度（mpa•s）(2%溶液，20℃	特性粘度[η]/(dl/g)	1	2	3	4	6	10	12
15	1.6	6	15	60	80	320	2500	7500
100	2.6	14	100	480	1600	1300
400	3.8	32	400	2400	11000
1500	5.5	80	1500	12000	30000
4000	7.3	170	4000	42000
8000	8.3	300	8000	85000
15000	10.4	470	15000

表1-5 甲基纤维素（DS=1.8）的粘度、聚合度及分子量的关系

粘度（mpa•s）（2%溶液，20℃）	特性粘度[η]/(dl/g)	渗透数均聚合度	渗透分子量/103
10	1.40	75	13
40	2.05	110	20
100	2.65	140	26
400	3.90	220	41
1500	5.70	340	63
4000	7.50	460	86
8000	9.30	580	110
15000	11.00	650	130
19000	12.00	750	140

图1-1表示纤维状甲基纤维素的粘度与浓度的关系。

图1-2表示甲基纤维素的溶液粘度和凝胶点与温度的关系。

图1-3为20℃时，2%的甲基纤维素水溶液的粘度与特性粘度的关系。

（4）甲基纤维素的化学改性甲基纤维素可经化学改性来提高它的凝胶化温度，改善与盐类的混用性，扩大它的溶解度和为成膜提供热塑性。

图1-1甲基纤维素的粘度与浓度的关系

图1-2甲基纤维素的溶液粘度和凝胶点与温度的关系图1-3甲基纤维素水溶液的粘度与特性粘度的关系

如将碱纤维素与环氧乙烷和氯代甲烷连续反应制备羟乙基甲基纤维素，以它作为胶粘剂来替代淀粉。

如含有羧甲氧基（DS=0.2~0.3）和甲氧基（DS=0.7~2.1）的羧甲基甲基纤维素的制备方法。该醚在PH6以上时近似于羧甲基纤维素，在PH2~4时，近似于甲基纤维素，它的钠盐在室温下溶于水，当加热至90℃以上时留于溶液中。对盐的混用性提高。可在含有盐类的工业产品中，具有良好的混用性。至55℃酸性时在溶液中形成凝胶，这样就可用水在酸性状态下洗涤，然后在碱性下处理。

具有羟丙氧基（DS=0.05~0.2）和甲氧基（DS=1.4~2.1）的羟丙基甲基纤维素，它具有在70℃的凝胶点并大大改善了与盐的混用性，这种醚比羟乙基甲基纤维素更易于内增塑，它在有机溶剂中的溶解性优于在水中的溶解性。

甲基纤维素可由双官能化合物与它的未反应羟基进行化学交链而成为不溶解产物来提高它的耐水性，所采用的试剂包括：柠檬酸、乙二醛、二羟甲基脲、三聚氰胺甲醛树脂、季铵盐类和水溶性脲甲醛树脂等。

2.2取代基及其分布

在多相醚化制取低DS的MC时（DS＜0.5，甲氧基含量5%~9%＝，取代首先在C（2）位上的羟基进行，然后再在伯醇羟基上反应。在均相介质中，通常伯醇羟基反应速度大于仲羟基。Lee和Perlin用核磁共振谱测定结果，C（2）和C（6）位上取代反应速度相近，但都大于C（3）位上羟基。可以认为甲基纤维素中取代基的分布于无水葡萄糖基团中C（2）、C（3）、C（6）羟基位置上的反应性比例为1.45：1：1.5。

不同取代度的MC，其甲氧基含量为：一甲基纤维素含17.61%，二甲基纤维素含32.63%，三甲基纤维素含 45.59%。用二醋酸纤维素的丙酮溶液在NaOH和硫酸二甲酯存在时，于55℃下醚化，可行到DS=3的MC。

2.3凝胶化和粘度

不同类型MC的取代图形的凝胶化温度通过提高溶液的粘度而稍有下降，而提高粘度可通过提高浓度或提高分子量来达到。

MC粘度和分子量的关系见表1-6。

表1-6MC粘度和分子量的关系

粘度（mpa•s）（2%溶液，20℃）	特性粘度[η]/(dl/g)	平均分子量	平均聚合度
10	1.4	13000	70
40	2.05	20000	110
100	2.65	26000	140
400	3.90	41000	220
1500	5.7	63000	340
4000	7.5	86000	460
8000	9.3	110000	580
15000	11.0	120000	650
19000	12.0	140000	750

注：用渗透法测定。

MC的凝胶点（gel point）和粘度范围参见表1-7。

表1-7甲基纤维素的凝胶点和粘度范围

取代度（甲氧基/%）	凝胶点/℃	粘度（mpa•s）（2%溶液，20℃）	商品名称
26~33	50~55	15~4000	Methocel A
		5~8000	Metolose SM
		20~100000	Celacol M& MM
		25~4000	Cuminal
	约65	30~15000	Tylosel

3MC的制造

MC的制造是将纤维素与碱液作用生成碱纤维素，在一定的压力下与氯甲烷反应得到粗MC，经分离、洗涤、干燥、粉碎、包装即得成品。MC的制造方法有气相法、液相法和均相法3种。

（1）气相法（gaseous methyl chloride process）经粉碎、老化的碱纤维素与循环的氯甲烷气反应，反应压力较低（4.9×105Pa左右），由于是气—固相反应，反应不均匀，取代度和醚效低。

（2）液相法（liquid methyl chloride process）将碱纤维素悬浮于液态氯甲烷中反应，由于氯甲烷沸点低（常压下23.6℃），为使其在反应中保持液态，反应压力高（如70℃下反应压力为1.7×106Pa），使醚化过程处于液—固相反应状态，反应较均匀，取代度和醚效都较高。

（3）均相法先将纤维素在DMSO/PF非水溶剂系统中溶解，生成羟甲基纤维素，然后以NaOH和碘仿（CH3l）作醚化剂，使羟甲基侧链上的羟基甲基化，该种方法处在实验室试验阶段，如能实现均相法醚化，产品均一性和其它性能将会大大提高。

工业上较典型的工艺是德国Kalle公司的液相二步法和美国Dow化学公司的制备方法。

3.1甲基化反应

纤维素的醚化反应是先由纤维素与碱和溶剂化剂（水）相互反应制成碱纤维素后，再由碱纤维素与醚化剂反应而制成纤维素醚。生产甲基纤维素所用的醚化剂有氯代甲烷或硫酸二甲酯。目前工业化生产一般都采用氯代甲烷而不用硫酸二甲酯。反应过程是温和的放热反应，反应所生成的热量由壳体夹套中冷却液除去。在反应过程中伴随着生成副反应。其主反应如下，其平衡常数为5×10-10（以二甲基纤维素为例）。

碱纤维素氯代甲烷二甲基纤维素

同时过量的氯代甲烷与碱反应产生副反应如下：

http://www.china-celluether.com/UploadFiles/20079201596910.jpg

平衡常数为4×10-4，当甲醇浓度在反应釜中较多时，即产生副产物甲醚。按下列反应式进行，平衡常数为2×10-3。

http://www.china-celluether.com/UploadFiles/2007920151025682.jpg

这3种反应（甲基化，生成甲醇和生成二甲醚）是少量的吸热反应，但由于稀释和碱的中和而发生热量，因此总的反应是放热的。

3.2碱纤维素的制备方法和设备

纤维素不能直接与醚化剂起反应，必须与溶胀剂和溶剂化剂为碱纤维素后才能顺利地起醚化反应。常用的溶剂化剂为水，溶胀剂为NaOH。

一般30%浓度的氢氧化钠水溶液用于制备碱溶性醚类和低取代度的水溶性醚类，35%~76%浓度的水溶液用于制备较高取代度的水溶性醚类，每个吡喃葡糖残基至少有2分子的氢氧化钠用于制备碱溶性醚类的碱纤维素；3或3个以上分子的氢氧化钠对每个吡喃糖残基，用于制备较高的水溶性或有机溶剂可溶的醚类。在纤维素醚化过程中，重要的是氢氧化钠或其它溶胀剂必须均匀渗透于纤维素中。

所用的纤维素应当为精制的棉短绒或木浆。α纤维素含量需要高，无硬皮、不结块，无金属和能均匀地吸收水和氢氧化钠溶液。要求它在铜乙二胺溶液中0.5%浓度的粘度为40~60 mpa•s。

碱纤维素最典型的制备美国道化学公司制备取代度1.6~1.8甲基纤维素的碱纤维素是将木浆粕（1.25份）和50%NaOH水溶液（2.5）份在Sigma型浆的撕碎机中于60℃捏和20min来制备。然后压榨至2.8：1的压比。

德国习惯上以浸渍和压榨的方法来制备甲基纤维素用的碱纤维素。浸压机具有分离板，并有可动的前部，对它可施加水压，先将纤维置放置于叶片之间，然后将42%NaOH慢慢加入，经浸渍后，将纤维素浆粕压至（2.6~2.7）：1的压比（即2.6~2.7倍于原纤维素的质量），其中NaOH的含量为0.7：1和水：纤维素比为0.9：1.在浆粕中的NaOH含量略高于排出的液体，然后将碱纤维素扯碎。

另据报道美国杜邦公司有将碱纤维素从浆液中经滚筒连续排出水。亦有用齿轮箱的蜗杆沿螺旋轴往复挤送；碱纤维素可在分批设备中甲基化或由蜗杆送入连续反应哭。

3.3甲基纤维素的生产工艺及设备

甲基纤维素的制备工艺，根据所需的产品在性能上的要求不同而有所不同。

甲基化反应一般都在具有夹套、搅拌浆和衬镍的高压釜中进行，釜中的工作压力可达表压1.2~1.5Mpa，而大多数制备工艺的压力在0.4~0.5 Mpa。

甲基化反应的终点所达到的NaOH浓度，决定甲基纤维素所需得到的取代度。一部分反应剂与NaOH起反应，最后的碱浓度取决于开始时的浓度，生成的水，加入的NaOH量和消耗的NaOH，在大多数有效的反应中，为NaOH浓度跌至30%和取代度增至DS=2.0以上时反应就停止。

水作为NaOH的一种溶剂和载体，作为醚化剂的稀释剂以利于渗透、促进醚化反应，是不可缺少的。换句话说即在无水的情况几乎不进行醚化。但在水的存在下，搅拌的形成和搅拌程度以及反应温度对取代度均有影响。另外，醚化效率是随着水的浓度增加而降低。这是因为一部分反应剂水解为副产物；也由于作为溶胀剂的碱浓度是作为动力推动整个纤维素的醚化反应的，所以水的增加致使碱浓度降低，这就减弱了醚化反应的推动力，促使醚化效率降低。

甲基化反应的效率是指醚化剂氯代甲烷的利用率而言的；对碱溶性甲基纤维素约为70%~80%，而对水溶性甲基纤维素则为40%~50%。

（1）碱溶性甲基纤维素的生产工艺低取代度MC（DS=0.1~0.9，即甲氧基含量2%~16%）可溶于2%~10%NaOH水溶液中，这类纤维素醚可由碱纤维素与氯代甲烷反应来制备，先将6s（指聚合度，它是用落球粘度计测定不同聚合度的精制棉短绒时测得的相应落球时间）、15s、600s的棉短绒于15~35℃与27.5%~45%NaOH水溶液处理来制备含有NaOH对纤维素的质量比为0.35~0.60的碱纤维素，然后将该碱纤维素于35~75℃与氯代甲烷（对纤维素的质量毕业0.15~0.5）进行反应4~10h，直至反应压力降至0。这产物以含有足量酸的热水洗涤和中和残余的NaOH，干燥得成品。该产品含有甲氧基0.9%~13.5%，在4%碱溶液中能完全溶解。可用于织物上浆和印染浆料中，也可用于服装永久性上胶可形成相似于赛璐珞的薄膜。

（2）水溶性甲基纤维素生产工艺在常用的设备中制备MC，而所用的氯代甲烷可少于常用的数量（质量不大于1.5~3倍于空气中干燥的纤维素）。例如将8份精制棉纤维素于22~24℃浸渍于210份33%NaOH水溶液中，压榨至约20份后，投入高压釜，抽真空后，加入248份液体氯代甲烷，在4h内升温至50℃，在此温度下保持1h，然后于4h内升温至70℃，蒸馏除去过量的氯代甲烷，以热水洗涤除去NaCl或生成的甲醇，干燥后得7.7份白色纤维状产品，甲氧基含量33%。

中取代度水溶性二甲基纤维素也可采用二段法来生产高粘度产品，主要的优点是反应周期短。先将碱纤维素以常法与过量氯代甲烷处理而得甲含量为14%~21%的产品，然后添加碱液和加入一定量的氯代甲烷，最终得到含有甲氧基29%~34%的甲基纤维素。

（3）有机溶剂溶解的甲基纤维互的生产工艺有机溶剂溶解的取代度DS=2.1以上的MC制备方法，采用二段醚化步骤，所采用的碱纤维素中，含有NaOH的质量为纤维素的0.8~1.1倍，含有水为纤维素的0.28~0.38倍，在醚化过程中含有氯代甲烷1~4倍，第一段反应得甲取代度为1.5~1.9的甲基纤维素，在第二段醚化反应过程中加入足量的固体NaOH，使其含量（包括原来的含量）增加至纤维素质量的1.1~3倍，继续醚化至NaOH浓度至少降约55%（但不要低于30%），反应结束，分离所形成的均匀取代的甲基纤维素，并进行后处理即得产品。

3.4甲基纤维素的分析方法

甲基纤维素的常规分析项目有甲氧基含量、粘度、水份、灰份（以硫酸盐计）、氯化物（以NaClyf ）、碱度（以NaOH计）、铁分、重金属（以铅计）酸值和相对密度等，在“美国材料检验学会标准”（ASTM）中有“甲基纤维素测定的标准方法”可作参考。

甲氧基含量的测定方法是改进的Zeisel法，于1956年采纳于ASTM。

碱溶性甲基纤维素（DS=0.1~0.9）的甲氧基含量在2%~16%范围内；水溶性甲基纤维素（DS=1.5~2.0）的甲氧基含量26%~32%；有机溶剂溶解的甲基纤维素（DS=2.1以上）的甲氧基含量在36%以上。以此可根据应用上的要求来决定成品的甲氧基含量的范围。

粘度用包氏（Ubbelodhe）粘度计，以2%甲基纤维素溶液于20℃时来测定。碱溶液甲基纤维素以4%NaOH溶液配制2%甲基纤维素碱溶液，而水溶性甲基纤维素则配制2%的水溶液。以下列公式求得以mpa•s计的粘度。

http://www.china-celluether.com/UploadFiles/2007920151141914.jpg

毛细管内径根据所测定的甲基纤维素粘度高低来决定。例如低粘度15mpa•s、25mpa•s、100mpa•s、400mpa•s的品种，所用毛细管内径分别为1.5mm、1.8mm、2.4mm、3.2mm。高粘度1500mpa•s和4000mpa•s的品种分别为5mm和6mm。

特性粘度的计算可由它的2%水溶液于20℃以经验公式计算。

粒状甲基纤维素=0.34；

纤维状甲基纤维素=0.71；

粘度单位为mpa•s。

关于甲基纤维素中甲氧基取代的分布，可经水解后，以定量的纸上色层分析法来测定。也可以气液分配色层分析法进行测定。

甲基纤维素可由红外光谱来鉴别。主要谱带为：

2.92μm羟基；34μm弱C—H变形；

6.86μm对称甲基变形；7.3μmC—H变形；

8.8~9.4μmCO强；10.62μm特性甲基变形；

11.7~12μm为其它谱带。

4纯化

甲基化反应后的粗MC，由于制备过程发生的副反应，含有多余的碱、氯化钠、甲醇、甲醚等副产物，可利用MC的溶解性能，采用絮凝纯化的方法来提纯。也可使用多价无机酸、多元羧酸、硫酸钠水溶液等除去MC中的副产物。

5用途

甲基纤维素根据它具有的各种特性，很早已用于各工业部门，例如它可配制高粘度的溶液，而它的表面张力小于水，以及它的优良润湿性和分散性，因而可作增稠剂、悬浮剂、分散剂等；它有良好的成膜性，所成的膜具有优良的韧性、柔曲性和透明度以及强的粘结力，因此可作为成膜剂和胶粘剂，它并具有对动物、植物和矿物油腊的不透性，可作为理想的耐油脂的表面成形。

羟丙基甲基纤维素

羟丙基甲基纤维素（HPMC）是一种重要的混和醚，属非离子型、水溶性聚合物，无嗅、无味、无毒，可用在食品、医药、日用化工、涂料、聚合反应和建筑等方面，作为分散悬浮、增稠、乳化、稳定和胶粘作用等。

羟丙基甲基纤维素在有机溶剂中的溶解性较甲基纤维素、羟乙基纤维素和乙基羟乙基纤维素等优越，且在水溶液中的絮凝温度也较甲基纤维素高得多，因而在60年代后在某些工业方面逐步采用羟丙基甲基纤维素替代原来使用的纤维素醚来改进各种工业产品的质量，特别合成树脂方面，如氯乙烯、苯乙烯和丙烯腈的聚合，以及氯乙烯—偏氯乙烯、氯乙烯—丙烯腈、氯乙烯—聚醋酸乙烯和聚丙烯腈—丁二烯—苯乙烯（ABS）的共聚中作为分散剂来得到更疏松、粒形均匀和加工性能更好的产品；在医药工业方面用于各种剂型中作为成膜剂、增稠剂、阻滞剂、缓释剂、乳化剂和悬浮剂等。使各种剂型的药剂能更良好地分散均匀或坚韧不碎或有缓释作用，或乳化稳定不分层等。在涂料、建筑、食品、纺织、印刷和采油工业等方面业已开始应用，并且其范围还在不断扩大。国际市场上以美国以道化学公司以Methocell HG为牌号的商品，销售面为最广，其它还有Methofas PM和TC-5等牌号的商品，各种牌号都有不同粘度的产品品种，如：Methofas PM450，Methofas PM1500和Methofas 4500等（其中数字代表产品的粘度范围）来满足应用上不同的要求。

1羟丙基甲基纤维素的性能

羟丙基甲基纤维素是属非离子型纤维素混合醚中的一种品种与离子型甲基羧甲基纤维素混合醚不同，它与重金属不起反应。由于羟丙基甲基纤维素中甲氧基含量和羟丙基含量的比例不同和粘度不同，就成为在性能上有差别的多个品种，例如，高甲氧基含量和低羟丙基含量的品种，它的性能就接近于甲基纤维素，而低甲氧基含量和高羟丙基含量的品种，则它的性能就接近于羟丙基甲基纤维素产。但在各品种中，虽仅含有少量的羟丙基或少量的甲氧基，则在有机溶剂中的溶解性能或在水溶液中的絮凝温度，就出现很大的差别。

（1）羟丙基甲基纤维素的溶解性能

①羟丙基甲基纤维素在水中的溶解性能羟丙基甲基纤维素实际是一种经环氧丙烷（甲基氧丙环）改性的甲基纤维素，所以它仍具有与甲基纤维素相仿的冷水溶性和热水不溶性的特性。但由于改性后含有羟丙基，使它在热水中的凝胶化温度较甲基纤维素大大提高。例如，2%甲氧基含量取代度DS=0.73、羟丙基含量MS=0.46的羟丙基甲基纤维素水溶液粘度，于20℃时为为500 mpa•s的产品，它的凝胶温度可达到接近于100℃，而同样温度的甲基纤维素，则仅为55℃左右。

至于它在水中的溶解情况，也大有改善，例如，经粉碎后的羟丙基甲基纤维素（粒形0.2~0.5mm在20℃时4%水溶液粘度达2pa•s的产品，可在室温下，不经冷却而易溶于水中。

②羟丙基甲基纤维素在有机溶剂中的溶解性羟丙基甲基纤维素在有机溶剂中的溶解情况，也较甲基纤维素良好，甲基纤维素需要在甲氧基取代度在2.1以上的产品，而含有羟丙基MS=1.5~1.8和甲氧基DS=0.2~1.0，总取代度在1.8以上的高粘度羟丙基甲基纤维素就溶于无水甲醇和乙醇溶液中，且具有热塑性和水溶性。它也能溶于氯化烃类如二氯甲烷和三氯甲烷，以及丙酮、异丙醇和双丙酮醇等有机溶剂中。它在有机溶剂中的溶解性优于水溶性。

（2）羟丙基甲基纤维素粘度的影响因素羟丙基甲基纤维素的标准粘度测定，和其它纤维素醚相同，都是于20℃以 2%的水溶液作测定的标准。

同一产品的粘度，随着浓度增加而提高，同样浓度的不同分子量产品，分子量大的产品则粘度高。它与温度的关系则与甲基纤维素相仿，当温度升高时，则粘度开始下降，但至一定温度时则粘度突然上升而发生凝胶化，低粘度产品的凝胶温度则较高粘度的为高。它的凝胶点的高低，除与醚的粘度高低有关系外，还与醚中甲氧基与羟丙基的组成比例和总取代度的大小都有关系。必须注意到羟丙基甲基纤维素也具有假塑性，它的溶液贮存于室温下是稳定的，除了酶降解可能性外，粘度无任何降解现象。

（3）羟丙基甲基纤维素的容盐性由于羟丙基甲基纤维素是一种非离子型醚，它在水的介质中不离子化，它不像其它离子型纤维素醚，如羧甲基纤维素，在溶液中要与重金属离子反应而析出。一般盐类如氯化物、溴化物、磷酸盐、硝酸盐等加入于它的水溶液中不会析出。但盐类的加入，对它水溶液的絮凝温度有些影响，当盐浓度增高时，则凝胶温度降低，当盐浓度在絮凝点以下时，有提高溶液粘度的倾向，因此加入一定量的盐类，在应用上，可较为经济地达到增稠作用。所以在某些应用上，宁可用纤维素醚和盐的混合液，而不用较高浓度的醚溶液来达到增稠效果。

（4）羟丙基甲基纤维素耐酸碱性羟丙基甲基纤维素对酸和碱，一般来说还是稳定的，在酸碱度PH2~12范围内不受影响，它可耐一定量的淡酸，如甲酸、乙酸、柠檬酸、琥珀酸、磷酸、硼酸等。但浓酸有使粘度降低的影响。碱类如苛性钠、苛性钾和石灰水等，对它也无影响，但能使溶液的粘度稍有提高的影响，以后有再缓慢下降的现象。

（5）羟丙基甲基纤维素的可混用性羟丙基甲基纤维素溶液可与水溶性高分子化合物相混用，而成为均匀透明的粘度更高的溶液。这些高分子化合物有聚乙二醇、聚醋酸乙烯、聚硅酮、聚甲基乙烯基硅氧烷和羟乙基纤维素以及甲基纤维素等。天然高分子化合物如阿拉伯树胶、刺槐豆胶、刺梧桐胶等也都同它的溶液有良好的混用性。

羟丙基甲基纤维素也能与硬脂酸或棕榈酸的甘露醇酯或山梨醇酯等混用，也能与甘油、山梨糖醇和甘露糖醇等混用，这些化合物都可作为羟丙基甲基纤维素的增塑剂。

（6）羟丙基甲基纤维素的不溶解化水溶性纤维素醚类，都能与醛类进行表面交联，而使这些水溶性醚在溶液中析出，成为水中不溶解物。而使羟丙基甲基纤维素不溶解化的醛类，有甲醛、乙二醛、琥珀醛、已二醛等，使用甲醛时特别要注意溶液的PH值，其中以乙二醛反应较快，因此在工业化生产中常用乙二醛为交联剂。这类交联剂在溶液中的用量为醚质量的0.2%~

10%，最好为7%~10%，如用乙二醛以3.3%~6%为最适宜。一般处理温度在0~30℃，时间为1~120min。交联反应需要在酸性条件下进行，一般先将溶液加入无机强酸或有机羧酸来调整溶液的PH至约为2~6，最好在4~6之间，然后加入醛类进行交联反应。所用的酸有盐酸、硫酸、磷酸、甲酸、乙酸、羟基醋酸、琥珀酸或柠檬酸等，其中以甲酸或乙酸为宜，而甲酸为最优。也可将酸和醛同时加入，使溶液在所需的PH范围内进行交联反应。这反应常用于纤维素醚类制备工艺中的最后处理工序，使纤维素醚不溶解化后，便于用20~25℃的水来洗涤净化。当产品使用时，可在产品的溶液中加入碱性物质来调整溶液的PH偏碱性，产品就快溶于溶液中。

这方法也适用于纤维素醚溶液制成薄膜后来处理薄膜，使成为不溶性膜。

（7）羟丙基甲基纤维素抗酶性在理论上纤维素衍生物，如每个脱水葡萄糖基团上如有一个牢固结合的取代基团，对微生物的侵蚀是不易受到感染的，但事实上成品取代值超过1时，还会受到酶的降解，这就是说明纤维素链上每个基团的取代度是不够均匀的，微生物能在接近未经取代的脱水葡萄糖基团上侵蚀而形成糖类，作为微生物的养料来吸收。所以，如纤维素的醚化取代度增加，则纤维素醚的抗酶侵蚀能力也就增强。据报道，在控制条件下，所作酶的水解结果，羟丙基甲基纤维素（DS=1.9）的残余粘度为13.2%，甲基纤维素（DS=1.83）为7.3%，甲基纤维素（DS=1.66）为3.8%，羟乙基纤维素为1.7%，由此可见，羟丙基甲基纤维素的抗酶能力是较强的。因而羟丙基甲基纤维素优良的抗酶性，结合它良好的分散性、增稠性和成膜性，应用于水乳涂料等方面，一般不需要加入防腐剂。但为了溶液的长期贮存或外界的可能的污染，为预防起见可加入防腐剂，其选择可按溶液最终的要求来决定，醋酸苯汞和氟硅酸锰为有效的防腐剂，但它们都有毒性，必须注意操作，其用量一般每升溶液中可加入醋酸苯汞1~5mg。

（8）羟丙基甲基纤维素膜的性能羟丙基甲基纤维素有优良的成膜性，将它的水溶液或有机溶剂的溶液，涂布于玻璃板上，经干燥后即成为无色、透明而坚韧的薄膜。它具有良好的耐湿性，在高温度下，仍保持固体。如加入吸湿性增塑剂后，可增强它的伸长率和柔韧性，对改善柔曲性方面，以甘油和山梨醇等增塑剂最为适宜。一般溶液浓度为2%~3%，增塑剂用量为纤维素醚的10%~20%。如增塑剂的含量过高，在高湿度时会发生胶质脱水的收缩现象。加入增塑剂的膜的抗张强度较未加入的大得多，且随着加入量的增加而增大，至于膜的吸湿性也是随着增塑剂量的增加而增大。

2羟丙基甲基纤维素的醚化反应原理

纤维素的醚化反应都是先将纤维素与碱和溶剂化剂（水）相互作用先生成碱纤维素，然后再将碱纤维素与醚化剂反应而生成纤维素醚。制备羟丙基甲基纤维素所用的醚化剂，在工业化生产中都采用环氧丙烷（甲基氧丙环）和氯甲烷，在催化剂碱的存在下与纤维素反应。由于碱有充分溶胀纤维素的作用，能使醚化剂快速渗入纤维素内部，来加快醚化反应而得到反应均一的产品。

在醚化反应中，纤维素上的羟基

取代后，接在纤维素上羟丙基还再会与环氧丙烷反应而发生链型聚合作用，从理论上来说，这连续接上羟丙基上的羟基，可以连续不断地与环氧丙烷发生反应，但同时氯甲烷除与纤维素上羟基反应外，还可与接上去的羟丙基上的羟基反应。因而，反应是复杂的。其反应可简单地用1mol纤维素基团与1mol氯甲烷和1mol环氧丙烷的反应式来表示如下：

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实际上如在过量环氧丙烷存在下，上述已醚化的纤维素有可能发生下列反应：

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同时如在过量的氯甲烷存在下，也能发生下列反应：

在一定条件下，根据反应基团的活泼性和反应条件，如纤维素对醚化剂的物质的量比例、环氧丙烷与氯甲烷的物质的量比，与反应温度、压力和时间等条件，最后在不同条件下，各有一个平衡。

同时过量的氯甲烷与碱反应发生的副反应如下：

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当甲醇浓度在反应釜中较多时，生成副产物二甲醚。

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同时环氧丙烷与水在碱存在下反应，而生成α-丙二醇：

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这些副反应不但消耗了醚化剂，且增加了后处理的麻烦。

3羟丙基甲基纤维素的制备工艺

制备HPMC的技术路线有单间歇式和连续式2种。间歇式是将纤维素经碱化处理后，再经压榨、粉碎、熟成，而后在高压釜中与醚化剂进行醚化反应得到粗制品。连续式是连续碱化处理过程，纤维素不必进行压榨、粉碎和熟成，而是在一套连续设备中进行，并于高压管道反应器中进行醚化反应，连续进、出料。粗制品经中和、除铁、蒸煮、洗涤等工序得到成品。

液相溶媒法制备HPMC是将纤维素在存在有机溶剂的条件下碱化，然后加入氯甲烷和环氧丙烷醚化得到。实验室制备HPMC的条件如下。

将粉末状纤维素80g、NaOH26g、甲醇15g，加入950g甲苯一起制成浆粥，然后加入106g50% NaOH水溶液，加热30min后，将水和甲醇蒸馏除去，再加入氯甲烷120g、环氧丙烷10g，在60~120℃下醚化1.5h，得到HPMC其甲氧基取代度DS=2.0，羟丙基取代度MS=0.1，可溶于水。

羟丙基甲基纤维素的制备方法大多采用液相法。由于用此法制得的产品成品均匀性较好。它的制备工艺，大致与其它纤维素醚相仿，其流程示意图如图1。

氢氧化钠水溶液环氧乙烷和氯甲烷

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甲酸或乙酸水溶液

或二氧化

图1羟丙基甲基纤维素的生产工艺流程

关于制备碱纤维素所用碱液的浓度，一般在35%~50%，纤维素与碱液的质量比为1：（0.5~2.6）。碱液用量比较小的是将碱液喷入，不经压榨即与纤维素进行醚化反应，碱液用量最小的是将50%的碱液加到大量惰性溶剂中，然后加入纤维素来制备碱纤维素。惰性溶剂在反应过程中有使热传导均匀和易于控制温度的作用，在反应完成后，可经共沸除去大部分水和副反应产生的有机化合物。

制备具有不同含量的甲氧基和羟丙基以及不同粘度的品种的羟丙基甲基纤维素的方法，可控制纤维素与不同量的碱和水的比例与不同老化时间和温度先制成碱纤维素，然后将碱纤维素与不同比例用量的氯甲烷和环氧丙烷于不同的温度和时间下反应，制备所需要的产品。反应温度，大多经一定时间分段升温，最后升至60~80℃，也有高至80~90℃；都是在自然产生的压力下（在2Mpa以上）进行反应；反应时间，一般在4~10h左右，反应时间和温度都可根据所制成品的要求来决定。

醚化剂氯甲烷和环氧丙烷的加入步骤：有将2种醚化剂分别加入的二步法，也有一次同时加入的一步法，也有将2种同时加入，反应一段时间后，再补加其中的一种。目前大多数采用的方法还是一次同时加入，较为方便。

4国外羟丙基甲基纤维素制备工艺介绍

（1）美国道化学公司（Dow Chem.Co.）制备低羟丙基含量（MS=0.05~0.2）和高甲氧基含量（DS=1.4~2.1）的羟丙基甲基纤维素，是将碱纤维素与大量氯甲烷和少量环氧丙烷反应而制得。这是种度产品品种，它的2%水溶液，于20℃的粘度在30 mpa•s以下，凝胶点接近于70℃。它的中粘度产品的粘度在40~80mpa•s，它的凝胶点在65℃左右。该产品适用于氯乙烯、偏氯乙烯和丙烯腈的聚合，也适用于氯乙烯与偏氯乙烯和丙烯腈与偏氯乙烯的共聚。

（2）德国Henkle and cie公司制备易溶于水中作胶粘剂用的羟丙基甲基纤维素的工艺，该工艺也属于低羟丙基含量和高甲氧基含量的类型。具体工艺如：先将10Kg亚硫酸法精制纤维素加入到35%碱液中，压榨至2.6倍，在室温下放置18h，投入到装有回流冷凝器的150L容积的高压釜中，用氮气冲洗后，导入1份环氧丙烷溶于6份氯甲烷中的混合液，经1h升温加热至60℃，再经2h升温至85℃后，维持该温度1h，此时产生的压力为2.2Mpa，停止加热，经冷却后，将釜中的氯甲烷除去，产品用95%的热水洗涤2次；离心甩干至含水量为60%，经冷却后，挤塑切成片状，经锤式粉碎机粉碎，并经空气干燥至含水量为9%，产品粒度为0.2~0.5，4%溶液的粘度为2pa•s，它在室温下不溶于水。

（3）德国Kalle公司采用连续醚化制备纤维素醚，如甲基纤维素或羟丙基甲基纤维素。该工艺中碱纤维素是采用双螺旋浆压榨机来制备的，它与醚化反应管相连接，醚化液由水压泵强制送入反应管中，反应管外有加热夹套，有热交换器调节液温，用泵循环使用，并具有回流冷凝器来保持反应管恒温，因为反应管内的压力在表压18~29大气压之间。反应物呈浓厚的悬浮液，必须具有压力释放旋转出料设备和旋转泵。出料物中包括纤维素醚，过量的醚化剂、二甲醚、氯化钠和其它副产物，经热水洗涤、离心分离，

所得纤维素醚以常规干燥方法干燥得产品，醚化剂经回收，调整醚化剂比例后加以回用。如将经粉碎的聚合度为500的纤维素在具有水冷却的连续混合器中与碱液混和，使成为含有26%NaOH、32%纤维素和42%水的碱纤维素。由螺旋压榨机使均匀导入反应器中，同时导入纤维素6倍量的含有5%环氧丙烷的氯甲烷，于80℃反应温度下，经40min后出料，得甲氯基含量为26%、羧丙基为3%和粘度为 1Pa•s（2%水溶液，26℃）的羟丙基甲基纤维素。

（4）美国道化学公司曾采用芳香族有机溶剂来作为稀释剂，以使反应中热传导均匀和易于控制温度，反应一经完成后，可经共沸除去大部分水分和副反应有机化合物。例如将3980份甲苯、392份固体NaOH和145份水，用氮气换去空气，然后将混合物在搅拌下加热至80℃，1h后，加入400份经粉碎的纤维素。这些混合物采取氮气保护并加热1h后，将混合物冷却到室温后，加入594份氯甲烷和101份环氧丙烷，然后加热至90℃，并保持此温度4h，反应完全后，开启反应釜，取样分析残余碱含量，加入足量甲酸中和残余的氢氧化钠，然后加水进行共沸蒸馏，其水量约为存在于混合物中的90%的理论量，然后将混合物冷却至70℃，再加甲酸调整PH至4~6，于70℃与乙二醛反应30min，从反应釜中取出反应物，经离心分离去除甲苯。产品于20~25℃以同量的水洗涤3次。经干燥和研磨得白色不溶于水的粉末。该产品使用时，只要加入碱性物后即溶解于水中。该产品含有

（5）羟丙基甲基纤维素与其它纤维素醚类产品一样可经酯化改性成为水溶性纤维素醚酯来改善它们的分散性、溶解速度、表面活性和泡沫稳定性等。例如将110份纤维素醚在含有约3份NaOH、约7.5份Ac2O的1000份70%的丙酮中混和成浆，并加热5min，得到产物羟丙基甲基纤维素醋酸酯，经洗涤和浸渍净化，然后干燥而得乙酰基含量1.2%的具有良好分散性的纤维素醚酯。

另外，经改性粉碎的羟丙基甲基纤维素，可用乙二醛与缓冲剂Na2B4O7•10H2O来处理，保持PH为7.5~9.5，可提高其在水中的快速溶解性能。

经改性制成的纤维素醚酯亦可改善成膜后的不透水性。例如将纤维素醚100份与乙酸200份，醋酸钠50份和四氢化钛酸酐140份于80℃反应2h后，再与65℃反应3h，然后加水1600份，所得羟丙基甲基纤维素钛酸酯含有四氢钛酰基1.65/无水葡萄糖基团，它所制得的膜对蒸汽的不透气性，可用于药片和染料的基料中。

（6）Dow化学公司曾在1977年报道采用连续反应器制备高粘度低羟丙基值的羟丙基甲基纤维素的制备方法，例如经每小时将粉状纤维素20份与50%NaOH40份，环氧丙烷90份和氯甲烷200份的速度加入于反应釜中，保持80℃温度，约30min和约在207×104Pa表压下得羟丙基甲基纤维素。所得成品具有甲氧基27.5%和羟丙基6.5%，它在2%水溶液中的粘主工1.4Pa•s.

5取代基及其分布

工业上的HPMC产品呈白色粉末状或白色疏松纤维状，具有与MC相类似的冷水溶解、热水不溶的特性，其甲氧基取代度DS为1.3~2.0，羟丙氧基的摩尔取代度为0.1~1.0，当取代度（DS）低于1.4时，在水中的溶解度下降，但可溶于2%~8%的NaOH溶液中；摩尔取代度（MS）高于2.0时可溶于极性有机溶剂中。调整醚化剂中氯甲烷与环氧丙烷的量，可改变取代度及其比例。经测定，C（2）、C（6）位上羟基的取代大于C（3）位上羟基的取代。

如同MC一样，HPMC有热凝胶效应，HPMC的胶凝性质与取代度及2种取代基的比例有关，见表5-8.通常，DS增加，胶凝温度下降。

表5-8MC和HPMC的胶凝温度和DS关系

品种	甲氧基DS	羟丙氧基MS	凝胶温度/℃
MC	1.6~2.0		48
HPMC	1.8~2.0	0.1~0.3	56
HPMC	1.1~1.6	0.0~0.3	70

HPMC依甲和羟丙氧基取代百分含量的不同有很宽的粘度范围（表5-9），可供各种使用目的之用。

表5-9HPMC的粘度范围

取代基含量		胶凝点/℃	粘度范围/（mPa•s）（20%溶液20℃）	商品名称
甲氧基/%	羟丙氧基/%	胶凝点/℃	粘度范围/（mPa•s）（20%溶液20℃）	商品名称
28~30	7~12	60	15~4000	Methocel E Metolose 60 SH
27~30	4~7.5	65	50~4000	Methocel F Metolose 65 SH
23	10	65	10~400	Celacol HPM
19~24	7~12	75	35~15000	Methocel K Metolose 90 SH
16.5~20	23~32	约70	5000~75000	Methocel J

.6羟丙基甲基纤维素的纯化

由于HPMC有热凝胶化性质，所以，纯化方法类似以MC。HPMC的凝胶温度一般为50~85℃，所以，可用90℃以上的热水进行洗涤纯化。另一种方法是采用二乙醛微量交联的方法，当PH＜7时，这种产物不溶于冷水，所以，可用水进行洗涤纯化，除去盐等水溶性杂质。当体系中PH＞8.5时，这种交联立刻被水解而消失，这样经纯化的HPMC又可正常溶于冷水中，但用第二种方法纯化的产品，通常不用于食品、医药和化妆品等产品中。

7羟丙基甲基纤维素的分析测试

羟丙基甲基纤维素的分析项目，有甲氧基含量、羟丙基含量、粘度、水分、灰分、氯化物、碱度、含铁量、重金属含量、PH值、固体含量和相对密度等。其中甲氧基含量和羟丙基含量的测定较甲基纤维素和羟丙基纤维素中测定该2项目的操作步骤复杂得多，因为羟丙基甲基纤维素是混合醚，必须将该2项目的测定的结果加以校正后，才能得到2项目的正确结果。有关这些项目的具体的分析操作步骤，可参见1976年出版的美国试验与材料学会标准（ASTM）中的羟丙基甲基纤维素测试的标准方法。

如按不同应用上的要求，还有一些特定的测试项目，如盐析点的测定和纤维率的测定等。

（1）羟丙基含量的测定采用铬酸氧化性，使它氧化为乙酸，然后按标准方法用碱滴定而得未校正的羟丙基含量（%），然后必须以同样方法测定甲基纤维素空白样品的羟丙基值而得校正的羟丙基含量。

（2）甲氧基含量的测定采用氢碘酸使成为烷基磺，用二氧化碳气流带走，经过冷凝器，最后用溴液、乙酸和醋酸钠吸收。烷基碘被吸收后，氧化为烷基碘酸酯。过量的碘用甲酸还原；碘酸盐的测定，采用碘化钾和标准的硫代硫酸盐的碘量测定法。

甲氧基含量（单位为%）的计算如下：

总甲氧基含量（甲氧基+羟丙基甲氧基计算）={[(A－B)C×0.00517]/D}×100

式中：A—Na2S2O3溶液滴定样品的品种，ml；

B—所需Na2S2O3溶液滴定空白的体积，ml；

C—Na2S2O3的物质的量浓度，mol/L;

D—样品质量，g。

总的甲氧基含量代表总的甲氧基和作甲氧基计算的羟丙基值，因此总的烷氧基必须用（1）节中所得的羟丙基含量来校正得到校正的甲氧基含量。而羟丙基含量应先用常数K=0.93（得自大量样品经用Morgan法测定的平均值）由HI与羟丙基反应生成的丙烯进行校正。因此：

校正的甲氧基含量=甲氧基含量－（羟丙基含量×0.093×

）

（3）粘度测定在ASTM中，仍采用乌氏（Ubbelohde）粘度计。将干燥的样品配制成2%的溶液于（20±0.1）℃进行测定。粘度的计算如下：

V=Kdt

式中：V—粘度，mpa•s；

K—粘度计算常数；

d—样品溶液的相对密度；

t—溶液通过粘度计上、下刻度的时间，s。

（4）含水量的测定包括羟丙基纤维素中能挥发的含量在内，一般习惯都以水分来表示。将样品于100~105℃的烘箱中干燥2h，经冷却后称重进行计算：

含水量（%）=（A/B）×100

式中：A—样品加热后，失去物质的质量，g；

B—所用样品的质量，g。

（5）灰分的测定将干燥的样品先经硫酸和硝酸润湿，再经灼烧后，残余的灰分作硫酸盐的含量计算，残余的灰分保存后，进行重金属测定。

硫酸盐灰分（%）=

×100

式中：A—硫酸盐灰分的质量，g；

B—所用样的质量，g。

（6）氯化物的测定包括羟丙基甲基纤维素中作氯化物计的总的氯化物百分数（如有溴化物也在包括在内）。样品按常规方法溶解后加入一定量的硝酸银和铁明矾指示剂，用KCNS溶液回滴，按下式计算：

氯化物含量（作氯化钠计算）={[(AB－CD)×0.0585]/E}×100

式中：A—AgNO3溶液体积，ml；

B—AgNO3溶液物质的量，mol；

C—所需KCNS溶液回滴过量的AgNO3的体积，ml;

D—KCNS物质的量浓度，mol/L；

E—所用样品质量，g。

（7）碱度的测定包括羟丙基甲基纤维素中的总碱度以Na2S2O3表示。按常规将样品用热水溶解后加入指示剂甲基紫，用0.05mpl/L H2SO4滴定。

碱度=[（AB×0.053）/C] ×100

式中：A—所需滴定样品的H2SO4的体积，ml；

B—H2SO4的物质的量浓度，mol/L；

C—所用样品质量，g。

（8）含铁量的测定包括样品中的总铁含量，所含的铁经转化为硫酸铁[Fe(SO4)3]后，它能与指示剂反应呈品红色来作定量分析。铁含量可直接以预制的标准铁含量校正曲线上的数值，减去空白中的铁含量，即可得到所需数值。

（9）重金属的测定可将硫酸盐灰分测定的歼余灰分，加稀盐酸在水浴上煮解后，移入试管内用一定量的水稀释，加入H2S溶液，与预先配制的含有已知量硝酸铅的溶液加入H2S后，作比较，前者暗于后者为及格。

（10）固体含量的测定将样品溶液放置于长形有刻度的油管内经离心后，从刻度管读出固体容积的百分数。

（11）PH测定将测定粘度的溶液，用适宜的PH仪进行测定。

（12）相对密度的测定是测定羟丙基纤维素的松密度，将50g粉状羟丙基甲基纤维素放置于250ml有刻度的圆筒内，经振摇3min后，观察粉状物紧缩面的刻度。

松密度=50／观察读数

（13）盐析点的测定同乙基羟乙基纤维素的测定。采用粘胶工业生产过程中粘胶成熟时所用的测定盐析点的常规方法，将一组递增浓度的盐溶液配制于烧杯中，保持于20℃恒温下，将数滴纤维素醚类溶液滴于每只烧杯中，观察纤维素醚溶液，如立即分散，但留下高度膨润的凝胶并成为凝胶层时的浓度，作为盐析的絮凝点。

（14）纤维素的测定关于羟丙基甲基纤维素经纯化后，测定其中存在的纤维率的方法，是将纯化的样品溶于水中，配成2%的溶液，在偏光光线下，与一组预先配制含有递增量悬浮的纤维素纤维的纤维素醚溶液作比较。纤维率标度自0~8分为8级。

羟丁基甲基纤维素（HBMC）是一种甲基纤维素混合醚，它与甲基纤维素（MC）具有类似的性质，如在100℃下，在水中与水溶性MC一样具有热凝胶性，与高限代（DS＞2.4）的MC一样在有机溶剂中有溶解性。用氧化丁烯羟丁基化形成羟丁基甲基纤维素，羟丁氧基MS值为0.1，便可产生作为常规甲基化水平（DS为1.8）的有机可溶性。

HBMC的制造需用大量的碱，碱化使用35%~60%的碱水溶液。NaOH对葡萄糖单元的物质的量比必须在3~4，这样便能获得甲氧基DS值在1.4~2.0之间的水溶性HBMC。

羟乙基甲基纤维素

羟乙基甲基纤维素（Hydroxy ethyl Methyl Cellulose，HEMC）与羟乙基纤维素相似，能耐大部分盐类。甲基基团的存在在中间体甲基纤维素和羟乙基纤维素上产生表面活性。

HEMC与HEC相同，在沸腾水中没有热凝胶特性。商业产品的取代度范围是羟乙氧基MS为1.8~2.0，甲氧基DS为0.8~1.2，在260℃开始分解，比容为0.743cm3/g。

HEMC的制造工艺可参照美国专利3709876的描述。羟乙基甲基纤维素可用于日用化妆品中作为添加剂，亦可用于乳胶涂料和需贮存较长期限的高耐酶化学侵蚀的配方组分中，还可用于乙酸乙烯的聚合。