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在纤维素醋酸酯（CA）生产中，丙酮不溶物（AIS）影响纺丝液过滤及产品质量。研究人员系统研究工业 CA 样品中的 AIS，发现其主要由乙酰化不足的纤维素和少量乙酰化半纤维素构成，为优化 CA 生产、减少 AIS 相关缺陷提供依据。
在材料科学的广阔领域中，纤维素醋酸酯（Cellulose Acetate，CA）凭借独特性能占据重要地位，广泛应用于纺织、塑料、涂层等多个行业，尤其是在制造香烟滤嘴方面，全球约 75 - 80% 的 CA 用于此。CA 主要分为纤维素二醋酸酯（Cellulose Diacetate，CDA）和纤维素三醋酸酯（Cellulose Triacetate，CTA） 。CDA 因在丙酮中溶解性良好，常被加工成纺丝液用于生产 CA 纤维。然而，生产过程中，丙酮不溶物（Acetone - Insoluble Substances，AIS）的出现成为阻碍产业发展的难题。AIS 不仅降低纺丝液过滤效率，还增加纤维断裂风险，若使用低等级纤维素原料，问题更为严重。尽管可通过过滤去除部分 AIS，但这增加了生产成本和工艺复杂性。因此，深入探究工业 CA 中 AIS 的结构特征和形成机制迫在眉睫，对于优化生产工艺、提升产品质量意义重大。
北京林业大学的研究人员为解决这一问题，开展了系统研究。他们从千克级工业 CA 样品中获取 AIS，运用多种分析方法深入剖析其结构特征与形成机制，并研究乙酰化半纤维素（HC - CA）在 AIS 形成中的作用。研究成果对于全面理解工业 CA 生产中 AIS 的形成过程具有重要意义，为优化制造工艺、提高 CA 纤维质量和性能提供了有力指导。该研究成果发表于《Carbohydrate Polymers》 。
研究人员采用的主要关键技术方法包括：糖组成分析，用于确定 AIS、CA 及溶解浆的糖成分；凝胶渗透色谱（Gel Permeation Chromatography，GPC）分析，测定 AIS 和 CA 的绝对重均分子量及分散指数；X 射线衍射（X - ray Diffraction，XRD），确认 AIS 的晶体结构；傅里叶变换红外光谱（Fourier Transform Infrared Spectroscopy，FT - IR）和核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR），分析 AIS 的取代度（Degree of Substitution，DS） 。
化学组成分析
研究人员对溶解浆、CA 和 AIS 的糖组成进行分析。溶解浆作为 CA 生产的原料，其纯度和半纤维素含量影响 CA 质量，进而与 AIS 的形成有关。分析结果表明，AIS 主要由乙酰化不足的纤维素（葡萄糖含量为 70.51% - 78.00%）和少量乙酰化半纤维素组成。
分子重量和分散性分析
利用凝胶渗透色谱（GPC）分析发现，AIS 的绝对重均分子量（5.20 - 8.29×104 g/mol）显著高于 CA，且分散性指数（3.57 - 4.51）也更高。这表明 AIS 分子与 CA 分子在大小和分布上存在明显差异，可能影响其在丙酮中的溶解性。
晶体结构分析
通过 X 射线衍射（XRD）证实，AIS 保留了纤维素 I 的晶体结构，这意味着 AIS 中的纤维素乙酰化不完全，因为完全乙酰化的纤维素结构会发生改变。
取代度分析
傅里叶变换红外光谱（FT - IR）和核磁共振（NMR）分析显示，AIS 的取代度（DS：1.13 - 1.41）远低于 CA（2.27 - 2.58）。较低的取代度表明 AIS 中纤维素的羟基未被充分乙酰化，这是导致其在丙酮中不溶的重要原因之一。
乙酰化半纤维素的作用
研究还发现，乙酰化半纤维素（HC - CA）在丙酮中溶解性差且具有较强的聚集倾向，这在 AIS 的形成过程中起到了重要作用，进一步揭示了 AIS 形成的复杂机制。
综上所述，该研究系统地揭示了工业纤维素醋酸酯中丙酮不溶物的结构特征和形成机制。AIS 主要来源于纤维素和少量半纤维素，其较高的绝对重均分子量、独特的晶体结构和较低的取代度是导致其不溶于丙酮的关键因素，而乙酰化半纤维素在 AIS 形成中发挥了重要作用。这一研究成果为优化工业 CA 生产工艺提供了理论依据，有助于减少 AIS 的形成，提高纤维素醋酸酯产品的质量和性能，推动相关产业的可持续发展。同时，研究方法和结论也为后续研究提供了有益参考，在材料科学领域具有重要的理论和实践价值。
