醋酸纤维素的应用研究

醋酸纤维素的应用研究
1醋酸纤维素
醋酸纤维素又叫醋酸纤维素醋。

它是将棉花纤维或木材纤维乙酞化而成,故又叫乙酞纤维素(简称CA),是公认的至为重要的纤维素有机酸醋。

纤维素葡萄糖残基上的三个轻基几乎完全被醋化,得到的三醋酸醋或称三醋酸纤维素,其醋化度为3,结合醋酸含量为60.5%一62.5%。

三醋酸纤维素水解到醋化度为2.7一2.0,结合醋酸含量为48.8%一58.8%时,称为二醋酸纤维素。

1.1性能
醋酸纤维素为白色固体,用不同的工艺方法能够将它们制成颗粒、片状或粉末。

具有柔韧、透明、光泽好、强度高、韧性好、熔融流动性好、易成型加工、热塑性等特点。

对光稳定,不易燃烧。

在稀酸、汽油、矿物油和植物油中稳定。

三醋酸纤维素较二醋酸纤维素强韧,拉伸强度几乎大一倍,抗压强度较大,耐热性能也有所提高,故三醋酸纤维素宜制造电影胶片等感光片基。

随结合醋酸含量不同,醋酸纤维素的溶解特性也不同,二醋酸纤维素的主要溶剂为丙酮,三醋酸纤维素则不溶,它的主要溶剂为二甲基甲酞胺和氯化烃类。

具有生物降解性〔卜9〕。

它的生物降解性和取代度(DS)联系在一起。

据报道,在利用有氧的污泥处理和堆肥化过程中〔7一8],Ds为3的cA不能生物降解,Ds为2.5的可以缓慢降解,而DS<2.2的可以很容易被降解。

由于CA比聚苯乙烯价钱贵大约三倍,所以人们希望在不降低它的机械性质的前提下,获得CA和不昂贵的增塑剂和填料的共混物,如cA和淀粉的共混物,cA和柠檬酸盐的共混物[’0]等,并研究了它们的生物降解性。

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2醋酸纤维素的合成
将精制短棉绒干燥后，经醋酸活化，再在硫酸催化剂存在下，与7倍于精制短棉绒的醋酸和醋酐混合液进行酯化反应，使之乙酸化，然后加稀醋酸水解到所需要的水解度（1.72～1.95）。

中和催化剂，使产物沉淀析出，经脱酸洗涤、精煮、干燥后即得一醋酸纤维素。

在乙酰化反应时，改变加入的醋酸和醋酐混合液的量，可制得二醋酸纤维素和三醋酸纤维素。

醋酸和醋酐混合液的量为精制短棉绒的8.5倍，反应毕加稀醋酸水解达到取代度为2.28～2.49，得到二醋酸纤维素。

醋酸和醋酐混合液的量为精制短棉绒的10倍，反应毕加稀醋酸水解达到取代度为2.8～2.9，得到三醋酸纤维素。

3醋酸纤维素的应用
醋酸纤维素是纤维素衍生物中最早进行商品生产,并且不断发展的纤维素有机酸酯,由于其抗燃性能良好,在第一次世界大战时,曾取代容易燃烧的纤维素硝酸酯用于飞机的涂层。

现在CA 已广泛用于制造喷漆、涂料、纺织纤维、香烟滤嘴、包装材料、胶片、人工肾脏和反渗透膜等,是目前纤维素塑料中应用最广泛的一种。

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3.1醋酸纤维素在感光材料中的应用
感光材料又称为光导材料或是光敏半导体，感光材料的基本结构是由乳剂层和支持体组成" 乳剂层的主要成分是明胶和卤化银，卤化银以微晶体的形式均匀地分散在明胶中" 明胶起保护体作用，限制卤化银颗粒聚结，是乳剂层的成膜物质，对乳剂层的照相性能有很大影响" 乳剂层必须依附在具有一定透明度#平整度和机械强度的支持体上" 支持体一般有纸基#片基和玻璃三种" 超微粒干板是由乳剂层#玻璃板#底层和防光晕层组成的" 涂底层是使乳剂层能够与支持体牢固地黏附在一起，防止乳剂层脱落" 防光晕层的功能是在感光材料曝光时防止反射光引起光晕而造成影像不清晰。

片基在感光材料中起乳剂层的支持体作用，它不仅直接决定着胶片的机械性能，而且还影响着胶片的照相性能，因而是感光材料的基本原料" 片基必须高度透明，除特殊要求外，应是无色的，具有平坦光洁的表观质量#较好的机械强度，不易变形，对热#光和冲洗用化学药品稳定，以及不影响感光层的性能等"
多年来为寻求符合使用要求的片基，在高分子化合物方面进行了大量工作，制成许多种片基，
最早片基为干板玻璃，其后改为易燃的硝酸纤维素%*+&，现在广泛采用的有以下两类" 纤维素酯,-.+/片基，如硝酸纤维素酯片基和三醋酸纤维素酯片基$聚酯,01-2片基，如聚对苯二甲酸乙二醇酯片基,涤纶片基2和聚碳酸酯片基" 三醋酸纤维素片基是把树脂溶于低沸点有机溶剂中，流延在不锈钢带或铜带上，将溶剂蒸发后，形成片基。

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3.2醋酸纤维素在膜材料中的应用
张立峰等利用醋酸纤维素纤维制备了可吸收性的膜。

并将此膜与棉花纤维和商业化的纤维素纤维素吸收膜进行了比较(如图17所示)。

他们将醋酸纤维素的丙酮/二甲基乙酰胺溶液通过静电纺丝的方法制备成纤维膜,然后在80℃的真空干燥箱内干燥12h,得到了厚度约为225μm的纤维膜。

将此膜浸入到0.05M的NaOH溶液中浸泡24h水解和去乙酰化,就得到了再生纤维膜,将此膜用蒸馏水冲洗3次,然后在60℃真空下干燥, 再将干燥的样品浸入15%的2-二乙氨基氯乙烷盐酸盐中处理10min,之后在60℃下真空干燥,将将得到的膜浸入到90℃的0.5 M的NaOH溶液中浸泡10min,继而用蒸馏水冲洗3次,最后在60℃真空下干燥就得到了离子交换膜。

通过与牛血清白蛋白结合实验,发现所制备的离子交换膜具有与牛血清白蛋白最高的结合力,为40.0mg/g,购买的商业化的纤维素吸收膜为33.5mg/g,而棉花的仅为15.5mg/g。

[4] 3.3醋酸纤维素在吸附剂上的应用
持久性有机污染物(POPs)因其具有持久性、富集性及高毒性引起了国内外学者的高度重视由于持久性有机污染物绝大部分是亲脂性有机物,通常在水中的含量极低(ng～pg/L).然而,这些污染物可在水环境中长时间暴露并在生物体脂肪内富集,具有对人体健康和生态系统的巨大潜在危害.目前国内外对持久性有机污染物的研究主要集中在对其形态的分析鉴定、生态效应、对人类健康及生殖系统的影响等方面,而对于水中以低浓度存在的POPs的去除,尤其是对饮用水中低含量POPs的去除尚无系统的研究.活性炭吸附是去除水中有机物的最常用也是最有效的方法,其吸附是一个表面过程,对水中有机物的吸附没有选择性,容易达到饱和,因此需要不断再生,对于低含量、亲脂的持久性有机污染物的吸附效果并不理想.研究表明,一些高分子材料具有对有机物的吸附性能。

醋酸纤维素制成的球形吸附剂.该吸附剂外表面由致密的高分子膜组成,内部形成高分子网状结构,有利于对水中分子质量1 000以下的有毒有机物的吸附.对水中4种有机氯农药的吸附性能研究表明此吸附剂对水中低浓度的4种有机氯农药有较强的吸附能力,对正辛醇-水分配系数较大的有机物具有更快的吸附速度.说明该吸附剂对水中亲脂性的有机物具有较高的吸附效能。

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3.4醋酸纤维素酯在涂料中的应用
醋酸纤维素酯不同品种型号，其溶解度、稀释剂、容忍度，对增塑剂的混溶性、对树脂混溶性、抗潮性、耐油脂性、可反应性、坚韧性、硬度及熔点等性能上都有差异，所以要根据实际需求情况去选择具体型号与品种，笔者曾用3NJM#:RM、6R与3NJM99RM、6，与特殊的羟基丙烯酸树脂配制成醋丁纤维素S10T多异氰酸酯木器用漆，漆膜具有特别优异的耐沾污、耐化学腐蚀、耐划伤、耐冷热交变，耐紫外光等性能，已批量生产供应市场，具有很好社会效益和经济效益’目前，我国醋酸纤维素酯由于原料成本较高，因而在涂料工业上未形成大量应用，生产产品的规模尚处于小批量生产的情况’因此，随着醋酸纤维素酯的国产化的技术提高，在涂料中的应用必将会越来越广。

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3.5醋酸纤维素在香烟滤嘴的应用
随着吸烟对健康的影响日益受到关注,人们对过滤嘴香烟的兴趣也随之递升。

当前在世界各主要国家的卷烟中滤嘴烟的比重不断增加。

1979年世界上滤嘴烟占香烟总量的63%,预计至2955年将达70%。

二醋纤滤嘴具有选择性过滤烟气成份的优点,它可滤去颗粒相物质的50%,使每支烟的焦油和尼古丁含量约从30多毫克降至10几毫克;可滤去烟气中带苦味的酚或醛化合物的40%,’而
且基本保持其香味。

此外,在大多数国家中,醋纤滤嘴比等量的烟丝便宜,因此,用二醋滤嘴代替等量烟丝,不仅能收到美观、滤毒之效果,而且还能取得节约烟丝,降低成本之经济价值。

纸滤嘴虽然价格低廉,甚至比醋纤有良好的过滤效率,但其香味不如二醋纤滤嘴烟。

由于上述原因,二醋纤滤嘴问世后,很快为广大消费者所喜爱,在卷烟中的应用也迅速上升。

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4结语
醋酸纤维素作为材料的应用主要是用在分离膜材料上，而作为生物降解塑料的研究报道较少。

日本大赛璐化学工业公司最近研制出可生物降解的醋酸纤维系列塑料，该产品添加由钛氧化物组成的光降解促进剂、生物降解促进剂和增塑剂，其中的生物降解促进剂至少包含一种化合物，如磷的含氧酸盐、含氧酸酯及其盐类，以及碳酸及其盐类。

生物降解促进剂的总量占醋酸纤维素重量的0.01～10％。

增塑剂采用食品添加剂，因而具有优良的生物降解性能。

该产品能在薄膜、板材、注模成型、发泡制品、无纺布等方面应用，在工业上有良好的发展前景。