9004-41-5 / 氰乙基纖維素的主要應用

背景及概述^[1]

纖維素是地球上最豐富的可再生資源，而且由于其獨特的反應功能和分子特性如無毒、安全、生物降解性、親水性、手性及半剛性，將成為未來主要的化工原料之一(J.Schurz，Prog.Polym.Sci.，1999，24，481)。纖維素分子鏈中的每個脫水葡萄糖(AGU)單元上有三個活潑的-OH基：一個伯-OH基(C6位)和兩個仲-OH基(C2和C3位)。因此，纖維素可發生一系列與-OH基有關的化學反應，如氧化反應，醚、酯化反應，親核取代反應，接枝反應和非尋常的衍生化反應等。其中，纖維素醚和酯是最重要的纖維素衍生物產品，其應用涉及到工業、農業、醫藥以及我們的日常生活。纖維素醚是堿纖維素與醚化劑在一定條件下反應生成的一系列產物的總稱。由于纖維素具有很強的分子內和分子間氫鍵作用，致使其難以溶解于水和幾乎所有的有機溶劑。纖維素醚化反應就是通過引入取代基來破壞其強的氫鍵作用，改善其親水性尤其是在水介質中的溶解。

氰乙基纖維素(CEC)是一類重要的纖維素醚，它是纖維素經堿化后與丙烯腈通過Michael加成反應而制得的纖維素醚，其反應可視為具有活潑氫的化合物在強堿催化下生成親核性物，然后與具有正電子效應的丙烯腈起親核加成反應。此外，氰乙基纖維素也可用3，3—二丙腈醚與堿纖維素反應而制得。一般來說，該反應于溫和條件(50℃)和低堿催化劑下進行，以減少氰基的水解，阻止丙烯腈的均聚作用以及副產物的形成。高取代度的氰乙基纖維素(x=2.6～2.8)為白色纖維狀固體。含氮量一般為12.5%～12.8%。具有高介電常數(ε=12～15)和較低的介電損耗角正切值(tgδ=0.015)。擊穿電壓強度63～119.5千伏/毫米。表面電阻3～6×1012歐。拉伸強度27.46～34.32兆帕。可在125℃下長期使用。

應用^[2-3]

氰乙基纖維素具有高介電常數(ε＝35～38)的獨特性能，高取代度的氰乙基纖維素還具有高防水性、高絕緣性和自熄性等特點，并具有良好的液晶行為。氰乙基纖維素可用作場致發光材料，是研制大屏幕電視發射屏、新型雷達熒光屏、光學武器整機中小型激光電容器中最佳材料之一。主要用于高介電漆膜和高介電薄膜電容器的主要介質。還用于特種光源中作為電發光材料及軍用塑料軟燈中作介質，偵察雷達中的高介電性的塑料套管等。如有研究制備一種氰乙基纖維素基高介電柔性納米復合膜，目的是為了提供一種具有高介電常數、低介電損耗、良好機械性能和熱穩定性的氰乙基纖維素基高介電柔性納米復合膜及其制備方法。一種氰乙基纖維素基高介電柔性納米復合膜以氰乙基纖維素為基質，以陶瓷填料、導電填料為輔料，配制成溶液，經流延成膜制得。本發明具有如下有益效果：原料來源廣泛、可再生；產品介電常數高，介電損耗相對較低，可應用于電子、電機和電纜行業，并在人工肌肉、吸波材料和藥物釋放等領域也有一定的應用前景；產品表面有光澤，具有一定的柔韌性，并具有良好的機械性能和熱穩定性；生產方法安全，工藝流程簡單，生產成本低，市場前景良好。

此外，還可制備一種氰乙基纖維素膜、氰乙基纖維素凝膠聚合物電解質及其制備方法。將氰乙基纖維素溶解于溶劑中形成溶液，然后干燥成膜；將氰乙基纖維素膜浸入電解液中活化至凝膠狀；去除凝膠表面多余電解質后即得到氰乙基纖維素凝膠聚合物電解質。本發明制備的氰乙基纖維素凝膠聚合物電解質，耐熱性和耐腐蝕性好，原料來源廣泛且具有可再生性和可生物降解性；氰乙基纖維素膜的拉伸強度大于25MPa，具有700％^-1300％的吸液率，氰乙基纖維素凝膠聚合物電解質室溫離子電導率達到10-3S/cm級，鋰離子遷移數大于0.7，電化學穩定窗口大于4.8V；本發明的氰乙基纖維素凝膠聚合物電解質，制備方法簡單，實用，易于操作。

制備^[4]

一種氰乙基纖維素的制備方法，該方法價格低廉，操作簡便，無污染、且所得產品的均勻性好、純度高。技術方案是：將纖維素溶解在5～12wt％NaOH/1～20wt％尿素水溶液中得到纖維素水溶液，并在該纖維素水溶液中加入丙烯腈，于0℃～60℃攪拌反應得到氰乙基纖維素。具體如下：稱取600克7wt％NaOH/12wt％尿素水溶液，在冰箱中預冷至-12℃；然后取出，在室溫環境將棉短絨漿(分子量為10.3×104)25克加入其中，機械攪拌3～5分鐘后棉短絨漿完全溶解得到透明纖維素溶液。稱取500克配置好的纖維素溶液于三口燒瓶中，滴加(1小時內滴加完畢)8mL丙烯腈(丙烯腈與纖維素脫水葡萄糖單元的摩爾比為1∶1)，機械攪拌于8℃左右反應6小時，然后加入醋酸中和反應液。所得溶脹物經水洗至中性后真空干燥得到白色粉狀、可溶于稀堿水溶液的氰乙基纖維素產品，其重量為21克，N元素含量為2.08％。180℃的偏光顯微鏡照片：

主要參考資料

[1] 簡明精細化工大辭典

[2] CN201510096746.1氰乙基纖維素基高介電柔性納米復合膜及其制備方法

[3] CN201710558243.0氰乙基纖維素膜、氰乙基纖維素凝膠聚合物電解質及其制備方法

[4] CN200610124958.7氰乙基纖維素的制備方法