硝化纤维素制备及反应调控

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：硝化纤维素是纤维素分子上的羟基部分或全部被硝基所取代的产物。葡萄糖环上的3个羟基都可能与硝酸发生反应，因此，反应程度不同可以得到不同取代度的硝化纤维。平均酯化度可在0～300之间调节，即每一个葡萄糖残基中形成硝酸酯基的数在0～3之间，硝化纤维制备中的化学反应如图2-10所示。图2-10硝化纤维制备的化学反应式纤维素在进行硝化时，若单独用硝酸且浓度低于75%时，酯化反应几乎不发生。

硝化纤维素是纤维素分子上的羟基部分或全部被硝基所取代的产物。纤维素的硝化是一个典型的酯化反应，由纤维素的醇羟基和硝酸反应生成酯和水。葡萄糖环上的3个羟基都可能与硝酸发生反应，因此，反应程度不同可以得到不同取代度的硝化纤维。平均酯化度可在0～300之间调节，即每一个葡萄糖残基中形成硝酸酯基的数在0～3之间，硝化纤维制备中的化学反应如图2-10所示。

图2-10　硝化纤维制备的化学反应式

纤维素在进行硝化时，若单独用硝酸且浓度低于75%时，酯化反应几乎不发生。当硝酸的浓度达到77.5%时，羟基的酯化度可以达到15°，而用无水的硝酸时，酯化度可以达到200，要制备酯化度大于200的硝化纤维就必须用混酸。这可能与酯化反应是一个可逆平衡反应有关，当体系中生成的水不能排出时，反应就不能朝生成酯的方向发展。工业化生产中主要采用硝酸和硫酸的混合酸，硝酸和硫酸首先生成硝离子（NO2+）。这是一个活泼的硝化剂，能够促进硝酸酯的形成，硫酸的主要作用为脱水剂，以除去反应中生成的水。硫酸还能够起到膨胀剂的作用，有利于硝酸的渗透，进而加速了硝化反应的进行。硝化反应通常能够迅速完成。

硝化纤维素是一种重要的工业产品，根据含氮量的不同可在不同领域内使用：含氮量为10.7%～11.2%时，可用于制作赛璐珞；含氮量为11.2%～11.7%时，可用于制作胶片、眼镜架等；含氮量为11.8%～12.3%时，可用于制作喷漆、胶黏剂等；含氮量为12.4%～13.0%时，可用于制作无焰火药。

硝化纤维素制备及反应调控

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