9004-41-5 / 氰乙基纖維素的主要應(yīng)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(yīng)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(fā)生一系列與-OH基有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)，如氧化反應(yīng)，醚、酯化反應(yīng)，親核取代反應(yīng)，接枝反應(yīng)和非尋常的衍生化反應(yīng)等。其中，纖維素醚和酯是最重要的纖維素衍生物產(chǎn)品，其應(yīng)用涉及到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)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(yīng)生成的一系列產(chǎn)物的總稱。由于纖維素具有很強的分子內(nèi)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(yīng)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(zhì)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(jīng)堿化后與丙烯腈通過Michael加成反應(yīng)而制得的纖維素醚，其反應(yīng)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(yīng)的丙烯腈起親核加成反應(yīng)。此外，氰乙基纖維素也可用3，3—二丙腈醚與堿纖維素反應(yīng)而制得。一般來說，該反應(yīng)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(chǎn)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(shù)(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?？稍?25℃下長期使用。

應(yīng)用^[2-3]

氰乙基纖維素具有高介電常數(shù)(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(fā)光材料，是研制大屏幕電視發(fā)射屏、新型雷達熒光屏、光學(xué)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(zhì)。還用于特種光源中作為電發(fā)光材料及軍用塑料軟燈中作介質(zhì)，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(fù)合膜，目的是為了提供一種具有高介電常數(shù)、低介電損耗、良好機械性能和熱穩(wěn)定性的氰乙基纖維素基高介電柔性納米復(fù)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(fù)合膜以氰乙基纖維素為基質(zhì)，以陶瓷填料、導(dǎo)電填料為輔料，配制成溶液，經(jīng)流延成膜制得。本發(fā)明具有如下有益效果：原料來源廣泛、可再生；產(chǎn)品介電常數(shù)高，介電損耗相對較低，可應(yīng)用于電子、電機和電纜行業(yè)，并在人工肌肉、吸波材料和藥物釋放等領(lǐng)域也有一定的應(yīng)用前景；產(chǎn)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(wěn)定性；生產(chǎn)方法安全，工藝流程簡單，生產(chǎn)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(zhì)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(zhì)后即得到氰乙基纖維素凝膠聚合物電解質(zhì)。本發(fā)明制備的氰乙基纖維素凝膠聚合物電解質(zhì)，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(zhì)室溫離子電導(dǎo)率達到10-3S/cm級，鋰離子遷移數(shù)大于0.7，電化學(xué)穩(wěn)定窗口大于4.8V；本發(fā)明的氰乙基纖維素凝膠聚合物電解質(zhì)，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(chǎn)品的均勻性好、純度高。技術(shù)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(yīng)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(yù)冷至-12℃；然后取出，在室溫環(huán)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(nèi)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(yīng)6小時，然后加入醋酸中和反應(yīng)液。所得溶脹物經(jīng)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(chǎn)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(fù)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(zhì)及其制備方法

[4] CN200610124958.7氰乙基纖維素的制備方法