纤维素

纤维素的制备综述

摘要：纤维素（cellulose）是一种重要的多糖，它是植物细胞支撑物质的材料,是自然界最为丰富的生物资源，是人类研究最早、资源最丰富的一种天然高分子，与人类关系十分密切。纤维素主要是来自于植物，也是高等植物中最主要的结构材料，是植物细胞壁的主要成分。纤维素是世界上最丰富的天然有机物，占植物界碳含量的50%以上。棉花的纤维素含量接近100%，为天然的最纯纤维素来源。一般木材中，纤维素占40～50%，还有10～30%的半纤维素和20～30%的木质素。还有报告称宇宙空间也存在纤维素。中国最早认识到纤维素的重要功能并发明了造纸术，对人类文化起到了强大的推动作用。

一、纤维素的基本介绍

1、纤维素的结构

纤维素的结构确定为β-D-葡萄糖单元经β-（1→4）苷键连接而成的直链多聚体，其结构中没有分支。纤维素的化学式：C6H10O5化学结构的实验分子式为（C6H10O5）n早在20世纪20年代，就证明了纤维素由纯的脱水D-葡萄糖的重复单元所组成，也已证明重复单元是纤维二糖。纤维素中碳、氢、氧三种元素的比例是：碳含量为44.44％，氢含量为6.17％，氧含量为49.39％。一般认为纤维素分子约由8000～12000个左右的葡萄糖残基所构成。

O O

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O

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O

O

O

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1→4）苷键β-D-葡萄糖

纤维素分子的部分结构（碳上所连羟基和氢省略）2、纤维素的物化性质

名称物理性质化学性质

纤维素1、相对分子量很大，故

还原性和变旋现象不显

著，所以多糖没有还原性

和变旋性。

1、纤维素本身含有极性

羟基、糖醛酸基等基团，

使纤维素纤维在水中表

面带负电。因此，当纤

维素纤维在水中往往引

起一些正电荷由于热运

动的结果在离纤维表面

由近而远有一浓度分

布。

2、纤维素能溶于

Schwitzer试剂或浓硫酸。

2、纤维素的酸水解：纤

维素大分子中的1,4-β-

苷键是一种缩醛键，对

酸特别敏感，在适当的

氢离子浓度、温度和时

间作用下，苷键断裂

3、水可使纤维素发生有

限溶胀[1]，某些酸、碱和

盐的水溶液可渗入纤维

结晶区，产生无限溶胀，

使纤维素溶解。纤维素加

热到约150℃时不发生显

著变化，超过这温度会

由于脱水而逐渐焦化。

3、纤维素的碱性降解：

碱性水解：纤维素的配

糖键在一般情况下对碱

是比较稳定的，但在高

温条件下，纤维素也会

受到碱性水解。与酸性

水解一样，碱性水解使

纤维素的配糖键部分断

裂。

4、纤维素的溶解性，纤维素做为一种高分子化合物，特点就是分子量大，内聚力也较大，在体系中运动也比较困难，扩散能力差，它不能及时在溶剂中分散的产物。4、纤维素的酯化和醚化：成纤维素大分子的每个葡萄糖基中含有三个醇羟基，从而使纤维素有可能发生各种酯化、醚化反应，通过这些反应能够生成许多有价值的纤维素衍生物。

3、纤维素的具体分类

（1）多聚合纤维素：多聚合纤维素具有良好的生物相容性，是一种理想的防粘连材料。它可杜绝或减少由于粘连引起起的术后并发症，降低手术死亡率和病残率。

（2）木质素纤维：木质素纤维是天然木材经过化学处理得到的有机纤维，外观为棉絮状，呈白色或灰白色。通过筛选、分裂、高温处理、漂白、化学处理、中和、筛分成不同长度和粗细度的纤维以适应不同应用材料的需要．由于处理温度高达250℃以上，在通常条件下是化学上非常稳定的物质，不为一般的溶剂、酸、碱腐蚀，具有无毒、无味、无污染、无放射性的优良品质，不影响环境，对人体无害，属绿色环保产品，这是其它矿物质素纤维所不具备的。纤维微观结构是带状弯曲的，凹凸不平的，多孔的，交叉处是扁平的，有良好的韧性、分散性和

（3）建筑级纤维素醚：按取代基的种类，纤维素醚可分为单醚（如甲基纤维素）和混合醚（如羟丙基甲基纤维素）。按可溶解性不同，可分为水溶性（如羟乙基纤维素）和有机溶剂溶解性（如乙基纤维素）等，干混砂浆主要用水溶性纤维素，水溶性纤维素又分为速溶型和经过表面处理的延迟溶解型。

（4）甲基纤维素（MC）：其分子式[C6H7O2(OH)3-h(OCH3)n\]x

制备方法：将精制棉经碱处理后，以氯化甲烷作为醚化剂，经过一系列反应而制成纤维素醚。一般取代度为1.6~2.0，取代度不同溶解性也有不同。属于非离子型纤维素醚。

（5）羟丙基甲基纤维素（HPMC）：分子式为

[C6H7O2(OH)3-m-n(OCH3)m,OCH2CH(OH)CH3\]n\]x

羟丙基甲基纤维素是产量、用量都在迅速增加的纤维素品种。是由精制棉经碱化处理后，用环氧丙烷和氯甲烷作为醚化剂，通过一系列反应而制成的非离子型纤维素混合醚。取代度一般为1.2~2.0。其性质受甲氧基含量和羟丙基含量的比例不同，而有差别。

（6）羟乙基纤维素（HEC）：由精制棉经碱处理后，在丙酮的存在下，用环氧乙烷作醚化剂进行反应而制成。其取代度一般为1.5~2.0。具有较强的亲水性，易于吸潮。

（7）羧甲基纤维素（CMC）：分子式[C6H7O2(OH)2OCH2COONa\]n

由天然纤维（棉、等）经过碱处理后，用一氯醋酸钠作为醚化剂，经过一系列反应处理而制成离子型纤维素醚。其取代度一般为0.4~1.4，其性能受取代度影响较大。

二、纤维素的制备

方法一：纤维素是世界上蕴藏量最丰富的天然高分子化合物，生产原料来源于木材、棉花、棉短绒、麦草、稻草、芦苇、麻、桑皮、楮皮和甘蔗渣等。我国由于森林资源不足，纤维素的原料有70%来源于非木材资源。我国针叶材、阔叶材的纤维素平均含量约43-45%；草类茎秆的纤维素平均含量在40%左右。纤维素的工业制法是用亚硫酸盐溶液或碱溶液蒸煮植物原料，主要是除去木素，分别称为亚硫酸盐法和碱法。得到的物料称为亚硫酸盐浆和碱法浆。然后经过漂白进一步除去残留木素，所得漂白浆可用于造纸。再进一步除去半纤维素，就可用作纤维素衍生物的原料。

方法二：用纤维植物原料与无机酸捣成浆状，制成α-纤维素，再经处理使纤维素作部分解聚，然后再除去非结晶部分并提纯而得。

方法三：将选好的工业木浆板疏解，然后送入已加1%～10%的盐酸(用量为5%～10%)的反应釜进行升温水解，温度为90～100℃，水解时间0.5～2h，反应结束后经冷却送人中和槽，用液碱调至中性，过滤后滤饼在80～100℃下干燥，最后经粉碎得产品。