解密羧甲基纤维素钠：从化学结构到基本性质的全面剖析

羧甲基纤维素钠（CMC-Na）是一种重要的纤维素衍生物，以下将从其化学结构到基本性质进行全面剖析：

一、化学结构

羧甲基纤维素钠是由天然纤维素经过化学改性得到的。纤维素是由葡萄糖单元通过β-1,4-糖苷键连接而成的线性高分子多糖。在纤维素的葡萄糖单元上，部分羟基（ -OH）被羧甲基（ -CH₂COOH）取代，形成羧甲基纤维素。当羧甲基上的酸性氢被钠离子（Na⁺）取代后，就得到了羧甲基纤维素钠，其化学结构可以表示为 [C₆H₇O₂(OH)₂OCH₂COONa]ₙ，其中n表示聚合度，即葡萄糖单元的数量，通常在几百到几千之间。

二、基本性质

1. 物理性质

外观：通常为白色或微黄色粉末，无臭、无味。

溶解性：具有良好的水溶性，能在水中形成透明的胶体溶液。其溶解速度较慢，为了加快溶解，可以先将其与适量的水混合制成糊状，然后再加入剩余的水并搅拌均匀。不溶于乙醇、乙醚、丙酮等有机溶剂。

吸湿性：具有较强的吸湿性，能吸收空气中的水分，因此需要在干燥的环境中密封保存。

2. 化学性质

稳定性：在中性和碱性条件下比较稳定，但在酸性条件下，尤其是 pH 值低于 3 时，容易发生水解反应，使分子链断裂，导致黏度下降。高温、长时间加热也会使其稳定性降低，发生降解。

离子特性：由于分子中含有羧酸钠基团（ -COONa），在水溶液中会发生电离，产生钠离子（Na⁺）和羧甲基纤维素负离子（ -COO⁻），使其具有一定的离子性，这离子特性使其能够与一些金属离子发生反应，生成不溶性的盐，例如，与钙离子（Ca2⁺）、镁离子（Mg2⁺）等二价金属离子反应，会形成凝胶状物质。

化学反应性：分子中的羧基（ -COOH）可以发生酯化、酰胺化等反应，从而对其进行进一步的化学改性，以满足不同的应用需求。例如，通过与醇类反应进行酯化，可以改善其在有机溶剂中的溶解性和表面活性。

三、流变性质

黏度：羧甲基纤维素钠溶液具有较高的黏度，其黏度大小与浓度、分子量、温度、pH 值等因素有关。一般来说，浓度越高、分子量越大，溶液的黏度越高。温度升高会使溶液的黏度降低，这是因为温度升高导致分子运动加剧，分子间的作用力减弱。在不同的 pH 值条件下，其黏度也会有所变化，在中性至碱性范围内，黏度较为稳定，而在酸性条件下，黏度会随 pH 值的降低而下降。

假塑性：羧甲基纤维素钠溶液具有假塑性流体的特性，即溶液的黏度随剪切速率的增加而降低。当对其溶液进行搅拌或泵送等操作时，由于剪切作用，分子链会沿着流动方向取向，使得分子间的相互作用减弱，从而表现出黏度下降的现象。这种假塑性特性使其在许多应用中具有良好的加工性能和流动性。

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