乙酸纤维素的制备

一、实验原理

1．主要性质和用途

乙酸纤维素（cellulose acetate）是无定形链状高分子化合物，对光稳定，不易燃烧，在稀酸、汽油、矿物油、植物油中稳定，在三氯甲烷中溶胀，溶于丙酮、乙酸甲酯等。具有坚韧、透明、光泽好等优点，流动性好，易加工，主要用作水处理渗透膜，所用已成型的膜呈乳白色，半透明，有一定的韧性。它具有非对称结构，膜的表皮结构致密，孔隙很小，其内部的多孔层结构疏松，孔隙较大。表皮层与多孔层之间为过渡层，各层之间并没有截然分开的界限。

2．合成原理

纤维素是由葡萄糖分子缩合而成的高分子化合物。葡萄糖是一个六碳糖，其第五个碳原子上的羟基与醛基形成半缩醛，产生两种构型

1C与2C上羟基处于一侧为a一葡萄糖，处于两侧为β一葡萄糖。

a一葡萄糖的聚缩产物为淀粉

β一葡萄糖的聚缩产物为纤维素

纤维素

本实验将棉花（几乎是纯净的纤维素）用乙酸配进行酰化，以制备乙酸纤维素。纤维素分子间由于有众多羟基，所产生的氢键使大分子间有很强的作用力，所以不溶于有机溶剂，加热亦不能使其熔化，从而限制了它多方面的应用。

若将纤维素分子上的羟基乙酰化，减少大分子间的氢键作用，根据酰化的程度，使它可溶于丙酮或其他有机溶剂，使纤维素的应用得以扩展。

构成纤维素的每个葡萄糖分子上有三个羟基，根据其酰化时所加醋酐和醋酸混合液与纤维素配比不同，可得到-乙酸纤维素、二乙酸纤维素、三乙酸纤维素。其结构通式为{C6H702 (OCOCH3）x（OH)3-x}n。，其中一乙酸纤维素的x= 1.79一1.95，相当于结合醋酸值44％一48%。产品为疏松的白色小粒或纤维碎粉状物，无臭、无味、无毒。相对密度约为1.30,可溶于冰醋酸、氯仿、丙酮与水的混合物等溶剂中。主要用于合成药物肠溶衣的原料苯二甲酸醋酸纤维素和醋酸纤维过滤膜，亦可用于印刷工业制板和电影胶片片基的铜带流涎机上的表面皂化镜光层等。二乙酸纤维素的x= 2.28一2.49，相当于结合醋酸值53％一56%。产品为较疏松的白色小颗粒或纤维碎粉状物，无臭、无味、无毒。比重约为1.36，可溶于冰醋酸、氯仿、醋酸甲酯、丙酮等溶剂，其溶液具有成膜性和可纺性，可供香烟过滤嘴或织物用，也可制蛋白电泳分析薄膜、细菌滤膜、反渗透和超过滤膜、微孔过滤膜，还可用作涂料、玻璃纤维黏结剂、民族戏剧服饰、头饰、膜剂药物基质和电介电容器薄膜等。三乙酸纤维素的x=2.8一2.9，相当于结合醋酸值60.1％一61.2%。产品为白色小颗粒或细条，无臭、无味、无毒。相对密度约为1.33，可溶于氯仿、四氯乙烷、苯胺、苯酚、液态二氧化硫，在丙酮中膨胀不溶。其溶液具有成膜性和可纺性。主要用作电影、摄影、X光片等胶片片基原料，也可用于纺丝作人造纤维及渗透技术中的半透膜、抗潮火柴组分、电绝缘材料、过滤材料、焰火药剂组分、薄膜放射性剂量仪的膜材料等。

将三乙酸纤维素部分皂化，则可得2,5-乙酸纤维素，即为通常所说的乙酸纤维素，其可溶于丙酮，用处相对较大。

二、主要仪器和药品

烧杯（400 ml)、吸滤瓶、布氏漏斗、玻璃水泵、电热水浴锅。

脱脂棉、冰醋酸、乙酸酐、浓硫酸、丙酮、苯、甲醇。

三、实验内容

1．纤维素的乙酰化

在400 ml烧杯中加10 g脱脂棉、70 ml冰醋酸、0.3 ml(6一10滴）浓硫酸（不得直接加到棉花上）,50 ml乙酸酐。盖一表面皿于50℃的水浴中加热。每隔一段时间用玻璃棒搅拌，使纤维素酰基化，1.5一2h后，成均相糊状物，棉花纤维素的全部羟基均被乙酸酐酰化，用它分离出三乙酸纤维素和制备2,5-乙酸纤维素。

2．三乙酸纤维素的分离

取上面制得的糊状物的一半倒入另一400 ml烧杯，加热至60℃，搅拌下慢慢加入25 ml质量分数80％乙酸（已预热至60℃)，以破坏过量三乙酸酐（不要加得太快，以免三乙酸纤维素沉淀出来），在60℃保温15 min后，搅拌下慢慢加入25 ml水，再以较快速度加入200 ml水，白色、松散的三乙酸纤维素即沉淀出来。将沉淀出的三乙酸纤维素转入布氏漏斗中吸滤后，分散于300 ml水中，倾去上层水，并洗至中性，再滤出三乙酸纤维素，用瓶盖将水压干，于105℃下干燥，产量约7g，可溶于9:1(体积比）二氯甲烷-甲醇混合溶剂中，不溶于丙酮及沸腾的1:1(体积比）苯-甲醇混合液。

3.2,5-乙酸纤维素的制备

将另一半糊状物于60℃，搅拌下慢慢倒入50 ml质量分数70％乙酸（已预热至60℃）及0.14 ml(3一5滴）浓硫酸的混合物中，于80℃水浴中加热2h，使三乙酸纤维素部分皂化，得2,5-乙酸纤维素，之后加水、洗涤、吸滤等过程与三乙酸纤维素制备相同，产量约6g。产品可溶于丙酮及1:1苯-甲醇混合溶剂。

四、注意事项

①因本实验所用棉花及制得纤维素体积较大，故可按确定量的1/2操作。

②制备三乙酸纤维素时，浓硫酸不可直接滴在棉花上，待冰醋酸、乙酸酐将棉花浸润后再滴，或直接加入冰醋酸。