羟乙基纤维素的合成及应用

1、羟乙基纤维素的合成及应用羟乙基纤维素HEC是一种非离子型的水溶性纤维素醚。外观为白色至淡 黄色的无毒、无味纤维状或粉末状固体。被广泛应用于石油开采、日用化工、建 筑、涂料、高分子聚合等领域，近年来在医药方面的应用也越来越得到重视。1生产工艺1.1气相法和液相法气相法和液相法这2种生产工艺都需预先制备碱纤维素，将纤维素于20C左右浸渍于18% 质量左右的NaOH中脱脂、醚化反响后经过中和、洗涤、干 燥、粉碎，获得最终产品。合成HEC勺主要反响方程式如下：a.碱活化反响C 6HQ(OH)3 n + nNaOH C 6HO2(OH)ONa + nH 2O该反响先在纤维素分子中葡萄糖单元的伯羟基然后在

2、仲羟基上发生碱化，使纤维素分子间的氢键力减弱或被破坏，碱化后的纤维素溶解于高浓度的碱液中。b.醚化反响在上述碱纤维素溶液中参加环氧乙烷，随即发生醚化反响：OGHQ(OH)2OH NaOH + C CH C 6H(OH)2OCbCHOH醚化的产物可以和环氧乙烷进一步反响，或使侧链增长，或使侧链数目增加。1气相法气相法又分为直接气固法和真空气固法。 直接气固法制HEC的生产过程：棉纤维脱脂、挤干，与环氧乙烷在 44 46C下直接反响12小时制取。该法过程简单，但产品粘度太低。 真空充氮气固法制取HEC的生产过程：把反响器抽成真空，充氮两次， 参加环氧乙烷，在真空度 9.064 X 104Pa 27

3、-32 C下反响33.5小时得到产品 HEC此法虽然生产过程简单，但环氧乙烷消耗量大，反响时间较长，最终产品 本钱高。工艺框图见图1。NaOHN2 EO图1真空充氮气固法生产HEC工艺流程图(2) 液相法碱化与活化：将棉絮剪碎后，用2%勺NaOH蒸煮 60min,再加80C水洗涤3 4次，然后烘干；碱化后的棉絮用 18%NaOlS渍，活化温度25-40 C, 30min后 压榨出碱液；醚化：将活化的羟乙基纤维素参加稀释剂中(常用的稀释剂有丙酮、异丙醇、 叔丁醇或它们的混合物，产物在稀释剂中保持不溶)，而后参加环氧乙烷。反响 一定时间后，用乙酸中和反响物至 PH值67;然后参加乙醇进行洗涤 34

4、次 脱盐；m(棉纤维):m(乙醇)=1:10 ;最后挤出产品的液体，然后将产品在 70C干 燥58h,即得产品羟乙基纤维素。其工艺框图见图2EO溶剂 醋酸图2液相法生产HEC工艺流程图液相法生产HEC的本钱低，产品质量高，生产过程易于控制，目前大多数生 产厂都采用此工艺。1.2超声波法气相法原料环氧乙烷消耗大，本钱高。目前已趋向淘汰；两步液相法相对于 气相法原料单耗有所降低，但是碱化时耗碱过多，废碱液的处理排放仍然是一大 难题。因此开发HEC生产的新工艺，简化工艺流程，降低环氧乙烷消耗量，缩短 反响时间，提高产品质量，具有重要的现实意义。而近几年来，超声波作为一种新的能量形式用于有机化学反响，

5、不仅使很多以往不能进行或难以进行的反响得以顺利进行，而且它作为一种方便、迅速、有 效、平安的合成技术大大优越于传统的搅拌、外加热方法。实验结果说明，在羟 乙基纤维素的合成过程中使用超声波，反响时间缩短了近1/2，所得产品完全能到达美国实验与材料协会的HRC分析方法，即ASTMD2364-8所规定的指标要求。 而且反响条件简单，易于工业化生产。实验结果说明：(1) 超声波用于羟乙基纤维素的合成的最适宜工艺条件为：超声波辐射时 间在4050min,辐射强度30KHz,原料配比m(Cell):m(EO)为1:1.2，醚化温度 50 ± 5C。在此工艺条件下，醚化率可达 81%(2) 将超声

6、波用于羟乙基纤维素的合成，反响时间仅为 45mi n,而传统的 液相法为90120min,反响时间缩短了一半，反响温度降低了 3040C,而醚 化率提高20%且工艺简单，易于工业化生产。2 应用2.1 医药方面潜力可挖羟乙基纤维素HEC在国内的规模化生产是一个“迟到的工程。 HEC是一 种高弹性的非离子聚合物， 对氧气传输有较好的屏障阻隔作用， 它能够与许多原 辅料配伍。在国外，HEC在制剂中的应用已非常广泛，但是国内生产的 HEC系列 产品主要被用于化装品等的工业生产，还没有药用级别的HEC辅料在药剂中的应 用。随着制剂技术的开展，药用级别的 HEC辅料的潜力应该被很好地挖掘出来。1眼部给药

7、系统的赋形剂眼部给药系统0D$有溶液或混悬液滴眼剂、眼膏剂、眼膜剂 3个主要剂 型。它们存在药物易损失， 生物利用度低等问题。 设计理想的眼部给药制剂是一 项颇具挑战性的工作。 用可附着于眼组织的生物黏合性聚合物传送药物是一个有 开展前景的新技术。 此类材料以凝胶形式被置于眼内， 可使药物的滞留时间延长 到24小时以上。可选择的材料有聚乙烯醇PVA、纤维素类衍生物、葡聚糖类 衍生物等。利用脱乙酰壳多糖/HEC制备的水凝胶型毛果芸香碱ODS其释药遵循 一级动力学。温度和HE%度对凝胶化速率和水凝胶弹性强度的影响研究，以及 毛果芸香碱的体外释放研究的结果说明 :HEC 是形成凝胶网络的主要成分，水

8、凝 胶的强度正比于系统所用的HEC*;作为药物赋形剂，HEW眼部药物控释中起 到了突出的作用。 2 药物缓释性能在口服缓控释给药系统的开发中， 由于本钱较低、 平安和容易制造等因素， 各种纤维素类衍生物被广泛用于此类制剂的制备， 其中纤维素醚类是最常用的水 溶性、可膨化的聚合物。对一系列不同纤维素醚，包括羟丙基纤维素HPC,羟乙 基纤维素HEC，羟丙基甲基纤维素HPMC和甲基纤维素MC的比拟研究显示， 材料的理化因素影响释药动力学。其中HEC是亲水性最大和溶蚀性最大的聚合物。与其他纤维素类材料不同，载药的HEC基质骨架显示出药物扩散和骨架溶蚀 的同步性， 具有易获得零级释药的潜力， 近期获得的

9、研究结果说明， 药物的溶解 度和聚合物的分子量能极大地影响释药动力学， 选择中等分子量级别的HEC和较 难溶性药物能得到比拟线性的释药性能，片剂制造可采用传统的大规模生产工 艺。上海医工院的科研人员在茶苯海明控释剂型的研究中，分别以 MC HEC聚 羧乙烯934, EudragitRLPM和EudragitNE30D等不同类型的聚合物含量2.5% 10%，用直接压片和湿法制粒工艺制备了 11 个不同配方的片剂，综合比拟了各 种片剂的指标和体外不同模拟介质的溶出速率， 结果说明，含 5%的聚羧乙烯 934， 5%勺HEC和 2.5%的EudragitNE30D分别是最适宜的配方。江南大学化学与材

10、料工程学院的张彩华、 刘晓亚等和江南大学食品学院的顾 正彪以降解的羟乙基纤维素为根底原料， 将其与丙烯酸接枝共聚制备羟乙基纤维 素接枝聚丙烯酸HEC-g-PAA，并以布洛芬为模型药物，在水溶液中自组装，形 成稳定的具有一定核壳结构的高分子胶束载药纳米颗粒， 并且与人体体温相 同，但PH不同的缓冲溶液中进行药物释放的初步研究。结果说明，该接枝共聚 物可以负载活性物质， 防止胃酸对活性物质的破坏， 从而在小肠部位实现靶向释 放。作为药物缓释载体具有良好的应用前景。 3 可用于时滞型给药系统为适应时辰性疾病，如哮喘、心绞痛、高血压病和关节炎等的治疗需要，时 间脉冲给药系统的研究受到关注。 研制这种制

11、剂的关键是控制释药的时滞性， 使 药物在预定的时间开始释放并能迅速起效。由于HEC具有非离子型属性，与PH值无关释药，粘度规格选择广等特性，有的研究人员采用地尔疏作为模型药物， 系统地研究HEC用于时滞型制剂的效果。其内层片芯为含药局部，外层用 25厘 泊的HEC通过干法压制包衣，溶出检测结果显示，随着HEC用量的增加，时滞时 间从 3.79h 延长到 11.0h ，而后的释药速率可根本保持不变。4有效的生物黏附性辅料 口腔黏膜黏附吸收能够有效地防止胃肠道对某些药物的降解作用， 防止活性 药物的首过效应， 提高生物利用度， 到达全身治疗的目的。 口腔黏膜给药新剂型 的研究主要集中在筛选适宜的基

12、质材料， 利用黏膜黏附剂黏附于用药部位， 加强 药物与黏膜接触的紧密型和持续性， 以控制药物吸收速率和吸收量上。 例如胰岛 素口腔贴片持续释药可达 6h。生物黏附剂基质一般为高分子聚合物，如聚羧乙 烯，HPC聚乙烯吡咯烷酮PVP,聚乙二醇PEG和PVA等。国外研究人员AndersR. 等以水杨酸钠和促甲状腺释放激素为模型药，用HEC HPC PVA和 PVP制成口腔双层贴片，每片中聚合物含量 2.98.8mg/cm3。释药研究结果显示，HEC是最有 效的生物黏附性辅料。2.2 农业HEC应用在水基喷雾中能有效地悬浮固体毒剂； 应用于喷雾作业中能起到粘 附毒剂于叶面上的作用； 可作为喷雾乳液的增

13、稠剂， 减少药剂漂流， 从而增加叶 面喷施的使用效果； 还可作为成膜剂应用于种衣剂； 作为粘合剂应用于烟叶的回 收利用。2.3 建筑材料HECM应用于石膏、水泥、石灰和灰浆系统、瓷砖粘贴及砂浆中。在水泥组 分中，它又可以作为缓凝剂和保水剂。 在壁板作业的外表处理中， 它应用于乳胶 体的配制，能够预处外表并缓解墙体压力，使涂刷油漆和外表涂料的效果更好； 它可作为墙纸粘胶的增稠剂。HEC可通过增加硬化和涂抹时间，改善石膏灰浆的使用性能。在抗压、抗扭 曲强度及空间稳定性方面，HEC比其它纤维素类有更好的效果。2.4 化装品和洗涤剂HEC在洗发剂、头发喷雾剂、中和剂、护发剂及化装品中是一种有效的成膜

14、剂、粘合剂、增稠剂、稳定剂和分散剂。它的增稠性和保护胶体性能可应用于液 体洗涤剂和固体洗涤剂行业。HEW高温下溶解快，可以加快生产过程，提高生 产效率。众所周知，含HEC的洗涤剂的明显特点是可以提高织物的平滑性和丝光 性。2.5 乳胶聚合选择一定的摩尔取代度的HEC在催化保护胶体聚合的过程中可发挥最正确的 效果；在控制聚合物粒子的增长、 稳定胶乳性能及耐低温与高温、 抗机械剪切中， HEC均可发挥最正确的效果。在胶乳的聚合反响过程中，HEC可保护胶体的浓度于一个临界范围内，并控制聚合物粒子大小及参加反响基团的自由度。2.6 石油开采HEC在加工和填充泥浆中具有增粘剂。它帮助提供很好的低固相泥浆

15、，并能 最低程度减少对井眼的损害。用HEC增稠的泥浆容易被酸、酶或氧化剂降解为碳 氢化合物并可最大限度的回收石油。 在破裂泥浆中,HEC能起到携带泥砂的作用。这些流体也能容易的被以上酸、酶或氧化剂降解。用HEC可配制理想的低固相钻井液，它提供了更大的渗透率以及更好的钻井 稳定性。其抑止流体的特性可被用在硬岩石层构造的钻进中， 其同样也适用于崩 坍或滑坍页层的钻进。在加注水泥的作业中，HEC减少了孔压水泥浆的摩阻，从而使水的流失对结构造成的损坏减少至最小程度。2.7 造纸和油墨HEC能用作纸和纸板的上光剂以及油墨的保护胶。HEC在印刷上具有不受纸 张大小限制的优势， 并可用于高质量画面的印刷，

16、同时，由于其具有较低的外表 渗透性和较强的光泽性还可以降低本钱。 它还可以应用在任意大小的纸和纸板的 印刷或日历的印刷。在纸的上胶中，其通常用量 0.52.0g/m2。HEC可增加涂料 色彩中水的保存性能，尤其对高比例乳胶的涂料性能更加突出。在造纸过程中 ,HEC 还有其它的更优越性能，包括与绝大多数树胶、树脂和 无机盐的相容性、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被用于水基复印油墨的生产，这种油墨可以快干，且色 彩扩散性好而不会产生粘结。2.8 纺织业1织物上浆HEC®早就用于纱线和织物材料的上浆和染整，这种胶浆可通过水洗能把其 从纤维中洗去。在与其它

17、树脂的混用中，HEC可以更广泛地应用在织物处理上，在玻璃纤维中它被用来作为成形剂和粘合剂， 在皮革浆料中可作为修饰剂和粘合 剂。2织物胶乳涂料、粘合剂和胶粘剂用HEO曾稠的胶粘剂是假塑性的，也就是说，他们在切变下变稀，但能很快 回到高粘度控制下并可提高印染清晰度。HEC能控制水分的释放并允许其连续流动在印染辊上而不增加胶粘剂。控制水的释放容许有更多的敞开时间，有利于填料的容纳和形成一层比拟好的胶粘 膜，而不会明显的增加枯燥时间。HECXT-4在溶液中浓度为0.2%至0.5%时，可改善非织物粘合剂的机械强度， 在湿料辊上减少湿的清棉，增加了最终产品的湿强度。HECXT-40对非织物的印染是一种理想的粘合剂，并能得到清晰、美观的图象。HEC可作为丙烯酸涂料的粘合剂和非织物加工的胶粘剂。还用于织物的底层涂料和粘合剂的增稠剂。它与填料不反响且在低浓度时仍然有效。3织物地毯的染色和印染 在地毯染色中，比方库斯特思连续染色系统，很少有其它增稠剂能比得上HEC勺增稠效果和配伍性。由于其增稠效果号，易溶于各种溶剂中、杂质含量低 不干扰染料的吸收和颜色的扩散， 使印染不受不溶性凝胶 这种不溶性凝胶可导 致在织物上出现斑点和高技术要求的均匀性限制。2.9 其它方面的应用消防：HEC可作为添加剂增大防火材料的覆盖性能，已被广泛应用于防火“增 稠剂的配制