纤维素醚基础知识

O O
OH
OH
纤维素大分子链
1)由n个D-吡喃式葡萄糖残基在1,4位以β-糖苷键连 接而成的长链巨分子,每个葡萄糖残基上均具有三个 醇羟基;
2) 纤维素分子中β-1,4连接的葡萄糖残基在链中是 上、下交互排列的，使长链变得“硬而直”，形成 “复瓦式”结构；
3) 纤维素大分子链很容易平行排列并相互碓砌，再 加上链内、链间氢键的存在而倍加稳定。
工业、涂料工作、合成树脂工业、造纸工业、纺织
工业、日用化工用品工业、食品工业、医药工业等
领域。
1905年Suida首次报道了纤维素醚化，是用硫酸二甲酯与碱溶胀 的纤维素进行的甲基化。
1912年出现有关制备非离子型烷基醚EC的专利。 1920年Hubert制得羟乙基纤维素。 ＣＭＣ于1918年由德国人Ｅ.Ｊansen发明并取得专利。1935年
天然多糖高分子材料主要有纤维素、淀粉、 壳聚糖(甲壳素)三大类型。概括其特点有： 自然界储量量大 (仅纤维素每年数亿万吨) ； 年复一年可再生； 可生物降解； 无毒，生物相容性好； 利用其自然形成的化学结构可进行多种化学 衍生，其产物应用范围包括日用化工、医药、 环保、纺织、聚合物加工、军工和航空航天 众多领域。
合成原理
纤维素的醚化过程是在碱性条件下 进行，一般使用一定浓度的NaOH水溶 液。纤维素首先用苛性钠水溶液形成溶 胀的碱纤维素，接着与醚化剂进行醚化 反应。在混合醚的制备中，可以同时使 用不同种类的醚化剂，也可以采用间歇 加料的方式进行分步醚化。纤维素醚化 的基本原理基于以下的经典有机化学反 应（纤维素用Cell－OH代替）
我国每年未回收利用的可再生资源达300-350亿元;
以高分子领域为例, 在20世纪80年代是高分子时代， 大多数是人工合成高分子原料是石油和煤炭。据估 计目前世界石油总的储量才800多亿m3，每年要消 耗30多亿m3，煤炭也不会超过百年。
美国《植物/农作物为基础的可再生资源2020年设想》 技术指南。
聚合度、分子量分布适度、质量稳定的纤维
素原料，对规范和提高我国纤维素醚产品品
质是十分必要的
纤维素醚

纤维素醚是以天然纤维素为基本原料，经过碱
化、醚化反应而生成的。它是纤维素衍生物的一类。
另一种是纤维素酯

纤维素醚类由于它们具有本身的特性，如增稠、
分散、悬浮、乳化、粘合、成膜、保护胶体、保持
水分等。因此，可广泛应用于石油开采工业、建筑
具有 许多不确定性和复杂性。常年以来困扰
纤维素醚行业的主要问题的根源就在于此。
原料纤维素的选择
原料纤维素种类及其纤维素含量、分子量分 布宽窄、产地、当年的成熟过程日照时间及 成熟度、粉碎机粉碎过程都会影响纤维素醚 产品的质量。

选择优质的棉花产地的产品，再经过严
Leabharlann Baidu
格工艺精制的精制棉厂家处理，得到形态、
另一方面，由于大量的、高密度的分子内、 分子间氢键；长链半刚性的高分子链间堆砌 排列，形成了“复瓦式”结晶结构。使得纤 维素不仅不溶于水，也不溶于酸性、碱性水 溶液，甚至不溶于大部分有机溶剂，只能够 溶在特殊的溶剂体系。

但也正是这种结构导致纤维素在醚化、
酯化等化学衍生过程是在非均相体系中进行，
威廉姆森反应
Cell OH + R X + NaOH
Cell OR + H2O + NaX (1)
碱催化烷氧基化反应
可以讲，开发新资源是全球性发展战略要求
2. 可再生天然多糖资源
通过天然作用或人工活动能再生更新， 而为人类反复利用的自然资源叫可再生 资源，又称为更新自然资源。

在强调发展人类和谐社会的今天，
合理利用天然资源中天然高分子材料不
仅是我国社会与经济发展的需要，更是
人类生存发展的必然要求。
3. 天然纤维素是人类最重要的 可再生资源
纤维素醚基础知识
1. 利用可再生资源是国家发展战略需求 化工原料通常可划分为: 1950年前为乙炔时代; 1950～1980年为石油天然气时代; 1980～2000年为合成气时代; 2000年以后为生物和可再生资源时代。
采用天然可再生资源或生物原料，是国家发 展战略需求。
十届全国人大常委会第十三次会议首次审议了《中 华人民共和国可再生能源法（草案）》;
纤维素结构与性能是一个典型的矛盾统一体
从分子结构上讲，纤维素上含有大量的羟基，是亲水性的基团， 按理应当溶解在水中，或溶解在大部分有机溶剂中。但事实上 纤维素不仅不溶解在水中，也不溶解于酸性、碱性水溶液，甚 至不溶解于大部分有机溶剂，只能够溶解在特殊的溶剂体系。 其主要原因就是一方面纤维素上大量的羟基导致形成密度极高 的分子内氢键、分子间氢键；另外纤维素是葡萄糖环基组成的 长链大分子，属于半刚性的高分子链，分子链之间堆切排列， 形成了结晶结构，致使几乎所有种类的纤维素都表现出较差的 溶解性和化学反应性能。但也正是这种结构，才能使得富含纤 维素的木材既有强度又耐老化，可顶天立地绿化家园，也能够 作为立木顶千斤，作为屋梁百年罩风雨，堪称是大自然给人类 的理想复合材料。也正是这种结构特点使得棉纤维素才能够经 受住风吹雨打，承接阳光，不溶不腐，成熟后以洁白的形态供 人们纺丝织衣，挡风遮雨，造福人类。
前后，发现ＣＭＣ添加在合成洗涤剂中可提高洗涤剂效率，1940 年在德国工业化生产。 1937~1938在美国实现了MC和HEC的工业化生产。 瑞典在1945年开始了水溶性EHEC的生产。
从此，纤维素醚的生产在西欧、美国以及日本迅速扩展。
我国纤维素醚类的研究与生产起步较晚。20世 纪50年代末开发了离子型羧甲基纤维素。60年代中期 以来，陆续生产了乙基纤维素、甲基纤维素、羟丙基 甲基纤维素和羟丙基纤维素等非离子型纤维素醚。
4. 天然纤维素种类
纤维素化学结构
元素组成：含碳44.44%，氢6.17%，氧 49.39%。
纤维素大分子的基环是脱水葡萄糖。 基环分子式：C6H10O5，基环分子量：162
基环
H3C O HO
OH O H OH
纤维素大分子链
HO O
HO
OH
O HO
O OH
OH O HO
O
OH
OH
O HO
OH O CH3