本書全面論述了纖維素醚的結構、制備原理、生產工藝、設備發(fā)展、應用領域以及分析測試技術。全書共七章,內容包括:纖維素結構與分類,甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、乙基纖維素、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、羧甲基纖維素以及其他纖維素醚的合成原理、結構特點、產品類型、生產工藝和應用領域,還簡要介紹了幾種重要的纖維素醚的分析測試技術。
本書可供從事纖維素醚以及其他天然高分子材料改性的技術人員參考,也可以作為高等院校高分子材料專業(yè)的參考教材。
適讀人群 :本書可供從事纖維素醚以及其他天然高分子材料改性的技術人員參考,也可以作為高等院校高分子材料專業(yè)的參考教材。
1.目前市面上少有的專門介紹纖維素醚的圖書
2.可作為混凝土外加劑行業(yè)工作者的參考用書
前言
纖維素是地球上為豐富的天然可再生資源,來源于植物光合作用和微生物代謝,其中通過光合作用生長的綠色植物是自然界中纖維素的主要來源,可分為棉、木、麻及農作物秸稈等,每年再生量達到數(shù)十億噸,是自然界中可利用量的、“取之不盡、用之不竭”的可再生資源。纖維素及其衍生產品與人類的關系日益緊密,已經(jīng)遍布衣、食、住、行各個方面,在人類活動與生存中起到越來越重要的作用。
纖維素醚是纖維素上的羥基被醚基取代后的產物,是用量大、品種多、應用領域廣泛的一類纖維素衍生物。世界上早報道的纖維素醚的合成工作始于20世紀初。我國的纖維素醚研究起步較晚,始于20世紀50年代。但隨著技術的發(fā)展和應用領域的不斷拓展,近十幾年我國的纖維素醚發(fā)展迅速,目前產量已占世界產量的1/2,躍升為纖維素醚研究、生產制造與應用的大國。
雖然人們已經(jīng)成功制備并應用了纖維素醚,但因為纖維素結構的復雜性和人類認識程度的有限性,對于纖維素醚的反應和結構控制仍然不盡如人意。對于未知的世界,好奇的人類永遠不會停止探索的腳步,對于纖維素醚的結構與性能、生產設備、相關技術與應用技術等的研究一直在不間斷地進行中。提升產品質量、降低生產成本、提高產品的可控性、提高應用技術與水平、建立有效環(huán)保措施、減少污染仍是纖維素醚行業(yè)追求的目標。
《纖維素醚》(版)自2007年9月出版以來,受到了廣大高等院校、科研院所和相關企業(yè)科研人員、工程技術人員的廣泛關注。本書以版為基礎,吸納了國內外新研究成果,對版的相關內容進行了增補和修訂。修訂的主要內容如下:
第二章增加了羥丙基甲基纖維素醚生產工藝、設備與原料要求等內容,尤其增添了近年來應用技術的內容。
第五章對原內容進行了適當調整和修改,主要增加目前羧甲基纖維素醚國內外的主要分類與近年來的應用新領域等內容,尤其是增加了羧甲基纖維素新型鹽類的內容。
第七章在原內容的基礎上按照國際上新的規(guī)范,對纖維素、羥丙基纖維素、羥乙基纖維素、甲基纖維素以及羥丙基甲基纖維素的化學分析測試、儀器分析方法等內容進行了修訂。
本書從多方面對纖維素及其各類醚類材料相關的基礎理論和生產工藝進行了較為詳盡的敘述,可使讀者對代表性的纖維素醚化學結構、性能、生產過程、工藝條件、應用以及上述內容之間的相互關系有深入的了解,從而為從事纖維素醚的學習、研究、生產和應用奠定良好的基礎。
全書由邵自強、王飛俊主持編著并定稿,趙明參與了第七章的修訂。本書在編寫和修改過程中得到了李友琦、田武、姚培源等纖維素醚業(yè)界專家的支持。同時,得到了化學工業(yè)出版社的大力支持和幫助,在此表示衷心感謝!
由于編者水平和時間所限,疏漏之處在所難免,敬請讀者批評指正。
編著者
2016年5月
版前言
拓展以纖維素為主的天然資源的高附加值利用是國家可再生資源發(fā)展戰(zhàn)略需要,是全球經(jīng)濟、能源和新材料發(fā)展的熱點領域之一。纖維素醚是一種重要的纖維素衍生物,是以天然纖維素為原料,經(jīng)堿化、醚化、純化及干燥得到的一類多種衍生物總稱,在國民經(jīng)濟中占有越來越重要的地位。大部分纖維素醚具有以下特點。
(1)原料資源豐富、可再生。纖維素醚原料是天然纖維素,是地球上為豐富的天然有機可再生資源,每年僅通過光合作用再生的植物纖維素就有數(shù)萬億噸。
(2)可生物降解、低熱量、無毒且生物相容性好。大部分纖維素醚具有環(huán)境友好性,對人、畜無毒無害,可用于食品、醫(yī)藥、化妝品等行業(yè)。
(3)產品用途廣。作為重要的水溶性高分子,纖維素醚應用領域涉及石油開采、陶瓷、洗滌粉、食品、醫(yī)藥、化妝品、印染、建材、造紙、紡織、涂料、皮革、高分子聚合、航空航天及國防等。
(4)產品豐富,性能多樣,產量大。 纖維素醚種類多,目前能夠合成的纖維素醚已有數(shù)十種,具備大規(guī)模生產條件的有十余種;纖維素醚產量大,在世界范圍內,其每年總生產能力有60多萬噸,其中非離子型纖維素醚約20萬噸,離子型纖維素醚40多萬噸,且還在不斷增長。
早合成的纖維素醚是Suida在1905年合成的甲基纖維素(MC)。Lilienfeld于1912年用硫酸二乙酯為醚化劑與堿纖維素作用,首先制備了乙基纖維素(EC),EJansen于1918年制備了羧甲基纖維素(CMC)。而后人們相繼制備了多種纖維素醚,像羥丙基纖維素(HPC)、羥丙基甲基纖維素(HPMC)、羥乙基纖維素(HEC)、羥丙基羧甲基纖維素(HPCMC)等纖維素醚。同時纖維素醚的制備方法、工藝控制、性能研究與產品應用得到了極大發(fā)展,一些新型纖維素醚產品、新工藝、新設備、新理論、新應用領域和新應用技術不斷涌現(xiàn)。
本書從纖維素的種類、結構入手,系統(tǒng)論述了甲基類纖維素、乙基纖維素、羥烷基纖維素、羧甲基纖維素以及其他纖維素醚的合成原理、結構特點、產品類型、生產工藝、應用領域和測試方法等,基本體現(xiàn)了纖維素醚的生產工藝、生產設備與分析測試現(xiàn)狀。本書可供從事纖維素以及其他天然高分子材料改性的生產、科研與教學人員參考。
本書至六章由邵自強編寫,第七章由王飛俊編寫。全書的編寫還得到了纖維素醚行業(yè)諸位同仁的支持,在此一并表示感謝!
由于編者水平和經(jīng)驗所限,本書在內容與取材上的不妥之處在所難免,誠請讀者不吝指正,以臻完善。
邵自強
2007年8月
北京理工大學材料學院教授、博士生導師,主要從事天然纖維素功能材料研究與相關教學工作。兼中國纖維醚行業(yè)協(xié)會技術委員會主任,北京市纖維素及其衍生材料工程技術研究中心主任,全國石油化工行業(yè)纖維素化學品工程技術研究中心主任,《纖維素科學與技術》雜志編委,《中國纖維素》雜志主編,中國科學院纖維素化學重點實驗室學術委員會委員,國防科學技術獎及北京市科學技術獎勵評審專家。
第一章緒論1
第一節(jié)纖維素1
一、纖維素的來源與種類1
二、纖維素結構3
第二節(jié)纖維素醚15
一、纖維素醚的結構與種類16
二、纖維素醚工業(yè)生產與均相制備進展20
三、纖維素醚的通性與應用27
參考文獻33
第二章甲基類纖維素36
第一節(jié)概述38
一、甲基類纖維素的分類38
二、甲基類纖維素的性能39
三、甲基類纖維素溶液54
四、甲基類纖維素薄膜57
第二節(jié)甲基纖維素58
一、甲基纖維素的分子結構與合成原理58
二、甲基纖維素的制備工藝60
三、甲基纖維素的應用63
第三節(jié)羥丙基甲基纖維素70
一、羥丙基甲基纖維素分子結構及合成原理71
二、羥丙基甲基纖維素的生產工藝75
三、羥丙基甲基纖維素的生產過程控制與產品質量標準81
四、羥丙基甲基纖維素的應用91
五、羥丙基甲基纖維素的酯化產物及應用100
參考文獻105
第三章乙基纖維素107
第一節(jié)乙基纖維素的結構、合成與分類108
第二節(jié)乙基纖維素的生產工藝110
第三節(jié)乙基纖維素的性能與用途112
一、乙基纖維素的性能112
二、乙基纖維素的用途115
第四節(jié)乙基混合纖維素及接枝、嵌段、共聚改性物120
一、乙基混合纖維素120
二、乙基纖維素的接枝、嵌段、共聚等衍生物121
參考文獻122
第四章羥烷基纖維素123
第一節(jié)羥乙基纖維素124
一、羥乙基纖維素的合成原理與結構特征125
二、羥乙基纖維素的生產131
三、羥乙基纖維素的性能136
四、羥乙基纖維素的應用143
五、羥乙基纖維素的改性研究進展150
第二節(jié)羥丙基纖維素156
一、羥丙基纖維素的合成原理與結構157
二、羥丙基纖維素的制備工藝158
三、羥丙基纖維素及其溶液的性能162
四、羥丙基纖維素的應用169
參考文獻172
第五章羧甲基纖維素174
第一節(jié)羧甲基纖維素的合成原理與結構特征175
第二節(jié)羧甲基纖維素的生產工藝181
一、CMC水媒法生產工藝181
二、CMC溶媒法生產工藝186
第三節(jié)羧甲基纖維素的基本性能206
第四節(jié)聚陰離子纖維素211
一、聚陰離子纖維素的生產工藝與設備212
二、聚陰離子纖維素的結構分析213
三、聚陰離子纖維素的特性216
第五節(jié)羧甲基纖維素的應用221
一、石油、天然氣鉆探工業(yè)222
二、涂料工業(yè)224
三、食品行業(yè)224
四、陶瓷工業(yè)227
五、建材工業(yè)229
六、造紙工業(yè)229
七、牙膏生產工業(yè)230
八、采礦工業(yè)230
九、紡織與印染工業(yè)231
十、醫(yī)藥工業(yè)領域232
十一、其他領域232
第六節(jié)其他羧甲基纖維素醚及改性物233
一、羧甲基纖維素銨233
二、羧甲基纖維素鋰234
三、羧甲基纖維素鉀235
四、羧甲基羥乙基纖維素236
五、羧甲基羥丙基纖維素236
六、羧甲基乙基纖維素237
七、羧甲基磺乙基纖維素238
八、羧甲基纖維素的疏水改性239
九、4-羧苯基氨基羧甲基纖維素240
參考文獻241
第六章其他纖維素醚及其改性物243
第一節(jié)其他烷基纖維素醚243
一、丙基纖維素243
二、丁基纖維素243
三、高級脂肪族醇的醚類244
第二節(jié)不飽和烴基纖維素醚244
一、丙烯基纖維素244
二、乙烯基纖維素245
三、羥基丁烯纖維素245
第三節(jié)多羥基纖維素及其改性物246
一、二羥丙基纖維素246
二、三羥丁基纖維素248
第四節(jié)芳香基纖維素醚249
一、芐基纖維素249
二、三苯基甲基纖維素251
第五節(jié)氰乙基纖維素和氰乙基醋酸纖維素252
一、氰乙基纖維素252
二、氰乙基醋酸纖維素253
第六節(jié)羧乙基纖維素254
第七節(jié)其他纖維素醚254
一、纖維素有機硅醚254
二、磺乙基纖維素254
三、膦酰甲基纖維素254
四、羥乙基膦酰甲基纖維素255
五、二乙氨乙基纖維素255
參考文獻256
第七章纖維素及其醚產品的分析測試257
第一節(jié)纖維素的分析測試257
一、α-纖維素含量257
二、聚合度258
三、吸濕度260
四、硫酸不溶物含量260
五、鐵含量261
六、灰分262
七、水分263
第二節(jié)羥烷基與烷基纖維素的分析測試263
一、羥丙基纖維素的分析測試263
二、羥乙基纖維素的分析測試267
三、甲基纖維素的分析測試271
四、羥丙基甲基纖維素的分析測試276
第三節(jié)羧甲基纖維素的分析測試288
一、 CMC的鑒別方法288
二、干燥減量289
三、取代度289
四、黏度292
五、 CMC的純度293
六、羥乙酸鈉293
七、氯化鈉294
八、密度295
九、砷含量測定(二乙基二硫代氨基甲酸銀分光光度法)295
十、鉛含量的測定297
第四節(jié)纖維素醚的儀器分析方法298
一、氣相色譜法在纖維素醚分析中的應用298
二、核磁共振波譜法在纖維素醚分析中的應用303
三、纖維素及其衍生物聚合度的測定318
四、纖維素醚的其他分析法321
參考文獻322