K2S2O8

硝酸纤维素

胶网网址：2009年7月6日

硝酸纤维素又称硝化棉、火药棉、硝化纤维素，缩写代号为CN实际上是纤

维素的硝酸酯。它的分子式是[C6H7O2（ONO2）a（OH）3-a]n，其中a为酯化

度，n为聚合度。其结构式为

?

它是以精制短棉绒为原料，用硝酸、硫酸的混合酸进行酯化，使纤维素中的

—OH基酯化成—ONO

2

的产物。根据纤维素中3个—OH基酯化程度的不同，就

可得到不同含氮量的CN，随着酯化程度增大，含氮量升高，三硝酯纤维素的理

论含氮量为%。不同含氮量的硝酸纤维素有着不同的溶解度和用途，塑料用的含

氮量为%~%，胶粘剂和涂料用的为%~%，火药用的为%~%。硝酸纤维素的聚合

度n=100~3500，分子量为16200~875000。

CN为白色或微黄色絮绒状固体，无臭、易燃、易爆。相对密度~，溶点

160~170℃，闪点12.78℃，自燃温度170℃，折射率，吸湿性%（21℃，80%RH）。

不溶于水，易溶于酮、酯、醇、醚类溶剂，硝酸纤维素对碱很敏感，容易发生皂

化而脱硝。长期在光和热作用下能分解并降低含氮量。

硝酸纤维素的质量指标（WJ404—80）

项目一级品二级品三级品

外观白色絮状纤维，无明显杂质

溶液透光率（%）908275

含氮量（%）~~~

酸度（以H

2

SO

4

计，%）≤

耐热试验（80℃，min）≥101010

爆发点（℃）≥180180180

灰分（%）≤

湿润剂（醇或水含量，%）28~3228~3228~32

水分在混合溶剂中不发生混浊

硝酸纤维素主要用于配制溶剂型胶粘剂，粘接赛璐珞塑料制品和火药。配制

火棉胶。

由于硝化纤维素性质很不稳定，易燃易爆，当温度超过40℃叶。能加速分

解而发生自燃。含水25%时较安全，因此在贮运时加入30%左右的乙醇或水为

湿润剂，以增加稳定性。使用前应将硝酸纤维素的水烘干，要特别注意安全，最

好使用水烘箱，如果用电烘箱温控一定要可靠，烘箱门不得关死，防止爆炸。中

间观察时人不得面对烘箱开门，以防发生意外。

贮存于阴凉、通风的专用库房内，温度不超过30℃，远离火种和热源。

?

1、南京中硝化工涂料用硝化棉

白色絮状纤维或薄片状、颗粒状，具有轻微的乙醇气味，属一级易燃物品。难溶于水，能溶

于酮类、酯类、醇类以及醇醚混合溶剂等中，相对密度～。当湿润剂含量过低时，对机械

冲击较敏感。遇酸、碱、氧化剂、还原剂引起质量变化。

[执行标准]：WJ9028-2005或按客户要求的指标

[技术要求]：

1、外观：白色絮状纤维或薄片状、颗粒状，无明显可见杂质。

2、含氮量：

表1含氮量范围

型号含氮量说明

L型%～%低含氮量

H型%～%高含氮量

3、规格：

表2粘度规格单位为秒

型号规格溶液浓度

A法B法C法

H型1/8--~

1/4a--~

1/4b--~

1/2a-~-

1/2b-~-

L型1/16--~

1/8--~

1/4a--~

1/4b--~

1/4c--~

1/2a-~-

1/2b-~-

1-~-

3~--

10~--

1513~20--

3021~40--

6041~80--

12081~160--

注：“A法”、“B法”、“C法”表示硝化棉溶液质量浓度是：“%”、“%”、“%”。

4、理化性能

表3理化性能指标

项目名称指标

特等品优等品一等品合格品

透光率%L型≥92≥92≥87≥85

H型≥96≥93≥88≥85

白度%≥88≥86≥84≥82

色号1/16s、1/8s、1/4s≤180≤230

1/2s、1s≤120≤150

3s及以上≤80≤100

酸度（以硫酸

计）%

1/16s、1/8s≤

1/4s≤

其他≤

粘度s符合上表要求

80℃耐热min≥10

发火点℃≥180

灰分含量%≤

水分*混合溶剂中不显浑浊

湿润剂含量（醇水或水）%28～32

注：顾客对粘度或其他指标有特殊要求时，可由供需双方协商确定。

*含水硝化棉无水分要求。

[产品用途]：

涂料用硝化棉作为粘接剂或成膜剂广泛用于制造各种硝基漆、打字蜡纸、油墨、漆

布、瓶口密封套、粘合剂、皮革油、指甲油、酯溶性或水溶性涂料等。

[包装]：

1、袋装硝化棉

每袋净重25kg。内袋：防静电PE袋；中袋：编织中袋；外袋：加强编织外袋以保护包装不

受外来的物理损坏。

2、桶装硝化棉

每桶净重100kg。内袋：防静电PE袋；外包装：Ф560*900mm钢桶。

[贮存和运输]：

1、涂料用硝化棉应整齐地分批堆放于专用库房中，库房应阴凉通风，并有防火消防降温增

湿措施，库房周围不准有火源，且不得堆放其他易燃物品。

2、不得与酸、碱、氧化剂、还原剂以及易燃易爆和引爆物混装、运输和储存。

3、在贮运过程中，应定期检查硝化棉安定度和湿润剂含量，如湿润剂含量低于规定时，应

补加湿润剂。

4、硝化棉系一级易燃品，应按照国家规定的危险货物运输规则进行运输。在运输过程中应

轻拿轻放，避免铁器撞击，不应露天存放，阳光照射，不应用无篷车转运。

5、灭火介质：水。

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【1】利用硝酸纤维素合成高吸水性树脂

摘要：通过硝酸纤维素与丙烯酸盐共聚的反应方法，以过期的火棉纤维和废胶棉制品为原料

合成了高吸水性树脂，并探讨了不同原料配比、不同引发剂、不同交联剂、不同中和剂对产

物性能的影响。得到的产品吸蒸馏水率可达几十倍至近千倍自重，吸生理盐水率可达数十倍

自重，吸醇率低。产品不具有易燃性。

关键词：硝酸纤维素高吸水性树脂丙烯酸

硝酸纤维素（NC）是一种常用的化工原材料，它是纤维素的硝酸酯，一般氮含量在

10%~14%左右，其中含氮量较高的俗称为火棉，常用于制造无烟火药和胶质火药等；含氮

量较低的俗称为胶棉，用于制造塑料和喷漆等。硝酸纤维素易燃，燃烧热也很高，因此硝酸

纤维素及其制品在未得到正确保管的情况下，可归于危险品的行列，而废弃的硝酸纤维素制

品如果得不到妥善的处理，则会成为火灾的隐患。

高吸水性树脂（SAR）是一种功能性高分子材料。与传统的吸水材料如海绵、纤维等相

比，它具有自身数十倍乃至数千倍的超高吸水能力以及挤压也不失水的高保水能力，在日本

被誉为20世纪90年代的新技术之一。高吸水性树脂应用广泛，在农业上可作为土壤保湿剂

和无土栽培基，工业上可作为阻水剂和堵漏剂，医疗卫生方面可用作止血材料、婴儿尿不湿、

妇女卫生用品等，还可用作商业上的食品保鲜剂和储冷剂等。除此之外，高吸水性树脂还进

入了建筑材料工业、交通运输、石油化工等领域，发展潜力巨大。

本文中，笔者以过期火棉纤维和废胶棉制品为原料，与丙烯酸盐共聚合成了高吸水性树

脂，得到了吸水率达几十倍至近千倍的产品，并且消除了硝酸纤维素制品的易燃性。

1实验部分

原料

NC短纤维由原国营475厂生产，标称含氮量N%=，现已存放20余年。用元素分析法

测得其含氮量现为N%=，折合取代度DS=。用凝胶色谱法测得其重均分子量为Mw=174300。

NC塑料制品为废旧的“双喜”牌乒乓球。丙烯酸（AA）为化学纯，由上海试剂厂生产。

合成及测试方法

AA加NaOH溶液中和得到丙烯酸盐溶液，NC、交联剂和引发剂，搅拌均匀。通氮保护，

40℃下恒温30min,75℃下聚合反应2h,120℃烘干。

根据前人的工作经验，这里AA的中和度控制在80%，避免中和度过高引起单体剩余羟

基过少，难以交联，以及中和度过低引起爆聚。交联剂的用量控制在1%~5%左右。NC短

纤维在蒸馏水重分散成浆状，直接加入反应器中混合。NC塑料制品则须先用丙酮浸泡，使

其充分溶涨形成稀糊状，然后加入反应器中混合。

吸液率测定方法：将样品分割成2~4mm的小块（样品的强度和韧性普遍较大，难以粉

碎），称取左右样品浸入400mL蒸馏水中，静置4h，然后用100目尼龙袋滤出凝胶，称重

后按下式计算吸液率：

吸液率（g/g）=（吸水后凝胶重-样品原重）/样品原重

用同样的方法测定其对%的食盐水及50%乙醇溶液的吸收量。

样品中氮含量的测定使用了美国.公司的PE2400CHN元素分析仪。样品热分析使用了

美国.公司的PE7型DSC分析仪，纯氮气气氛，升温速率20℃/min。

2结果与讨论

反应物配比对产品吸液能力的影响：

以NC短纤维为原料，以K2S2O8+NaHSO3为引发剂，环氧氯丙烷为交联剂（用量为

AA量的3%），反应物中NC与AA的配比从1:20递增至1:1，所得产品的吸液率如表1所

示：

表1反应物配比的影响

NC：AA产品色态吸水率（g/g）吸盐率（g/g）吸醇率（g/g）

1:20浅棕色粘弹性体7911极少

1:10浅棕色固体7810极少

1:6棕色固体，强度

很大

10512极少

1:3棕色固体18314极少

1:1浅棕色固体1777极少

由表1可见，当反应物中NC的比例较低时，产物的吸水率也较低；反应物中NC的比

例较高时，产物的吸水率也较高。这主要是因为NC的主链是由β-D葡萄糖经过缩聚的甙

键连接成的直链结构，具有较强的刚性，有利于共聚物分子在吸水后发生膨胀。此外其主链

上所带有的即行取代基—ONO2和—OH也有良好的亲水作用。如有反应物中NC的比例偏

低，则丙烯酸盐在NC链上的接枝密度就比较大，接枝链间的交联密度也比较大，不利于水

的进入，因此吸水率偏低。另外较大的接枝密度还有可能引起NC链上亲水性侧基的—ONO2

脱除，进一步降低产物的吸水能力。这一点可以从图1的结果推断出来。图1显示了共聚物

中含氮量随反应物中NC与AA比例变化的关系。由图可见，共聚物中氮含量与反应物中

NC与AA比例基本上是线性的正比关系。但是如果画一条经过原点及前两个数据点的对照

线，就可以发现随着反应物中NC比例的增高，实验点越来越明显地高于对照线上对应的点。

这说明当反应物中NC比例较低时，共聚物中实际的氮含量比理论上的要小。

而另一方面，反应物中NC的比例较低时，较大的交联密度使共聚物吸水后形成的凝胶

具有较好的强度；相反反应物中NC的比例较高时，其共聚物水凝胶的强度就比较低。实验

中发现，当反应物中NC与AA的比例低于1:6时，共聚物吸水后形成的凝胶都是具有一定

形状的固体；而当NC与AA的比例高于1:3时，其共聚物的水凝胶即形成半流动状态。

由此可以得出结论：如果希望得到具有良好的吸水能力，同时吸水后凝胶又有较好的强

度的共聚产物，则反应物中NC的比例既不能过高也不能过低，一般控制其与AA的比在

1:6~1:3为好。另由表1结果可见，所得共聚物的吸盐和吸醇能力都比较低，这是因为NC

与丙烯酸盐经简单共聚得到的产物基本上是纯离子型吸水剂，其吸液能力受电解质影响较

大。如要提高其吸盐和吸醇能力，则需在配方工艺上有所改进。

引发剂的影响

以NC短纤维为原料，以环氧氯丙烷为交联剂（用量为AA量的3%），反应物中NC

与AA的配比保持为1:6，分别以H2O2-NaHSO3、K2S2O8-NaHSO3、KMnO4-NaHSO3及硝酸铈铵作

为引发剂，所得产品的吸液率如表2所示。

由表2可知H2O2-NaHSO3的引发效果较好。值得一提的是，硝酸铈铵是纤维素类接枝反

应中常用的引发剂，在此却没有引起好的效果。这可能与其引发机理有很大的关系：

H2O2-NaHSO3的引发机理是通过氧化还原反应产生·OH和·O-OH自由基，以夺取NC主链

葡萄糖环3位上的H，将其引发成初级自由基，再引发单体丙烯酸盐进行聚合；而Ce4+引发

机理的则不同，Ce4+要与纤维素主链上的葡萄糖环配位，使葡萄糖环2、3位上两碳原子中

的一个被氧化，碳链断开，未被氧化的羟基碳原子上产生一个初级自由基，再引发单体丙烯

酸盐进行聚合。这一机理在作用于NC链时很可能会由于侧基-ONO2的阻碍而不能发生。

表2引发剂的影响

引发剂H2O2-NaHSO3K2S2O8-NaHSO3KMnO4-NaHSO3硝酸铈铵

产品色态白色半透明固体棕色固体棕色固体白色粉饼状固体

吸水率（g/g）214105极少极少

吸盐率（g/g）1012极少极少

吸醇率（g/g）极少极少极少极少

交联剂的影响

以NC短纤维为原料，以K2S2O8-NaHSO3为引发剂，反应物中NC与AA的配比保持为

1:6，分别以甘油、聚乙二醇400、环氧氯丙烷的乙醇溶液作为交联剂（用量为AA量的3%），

所得产品的吸液率如表3所示

表3交联剂的影响

交联剂甘油聚乙二醇400环氧氯丙烷的乙醇溶液

产品色态灰白色固体棕色固体白色固体

吸水率（g/g）330510133

吸盐率（g/g）323510

吸醇率（g/g）35极少

由表3可知，聚乙二醇的交联效果较好。这主要是因为聚乙二醇的分子链比较长，形成

的交联网络较为疏松，水分子容易进入。使用甘油作为交联剂的效果也不错。以聚乙二醇和

甘油作交联剂的产品，其吸盐率都较以环氧氯丙烷为交联剂的产品提高了3倍以上，这很可

能是由于用多元醇作交联剂时，向产物中引入了更多亲水性的—OH，从而在提高了产物吸

水性的同时，也增大了产物的耐盐性。另外，从表3还可以看到，以环氧氯丙烷的乙醇溶液

作交联剂比单纯用环氧氯丙烷作交联剂所得到产品的吸水性有小幅的调高，但吸盐能力上没

有明显变化。

中和试剂的影响

以NC短纤维为原料，以甘油为交联剂（用量为AA量的3%），以K2S2O8-NaHSO3为引

发剂，反应物中NC与AA的配比保持为1:6，分别以KOH、NH3·H2O、Na2SiO3、NaOH溶

液将AA中和至PH我6~7，共聚所得产品的吸液率如表4所示

表4中和剂的影响

中和剂KOH溶液NH3·H2O溶液Na2SiO3溶液NaOH溶液

产品色态棕色固体棕黑色蜡状固体白色固体，较软灰白色固体

吸水率（g/g）407溶解330

吸盐率（g/g）5极少溶解32

吸醇率（g/g）极少极少极少3

从表中结果可见，用NaOH作中和剂最为合适。

原材料及其处理方法的影响

以NC塑料制品（废乒乓球）为原料，将原料用丙酮浸泡成稀糊状，以环氧氯丙烷的乙

醇溶液为交联剂（用量为AA量的3%），以H2O2-NaHSO3为引发剂，反应物中NC与AA的

配比保持为1:6，用NaOH溶液将AA中和至PH为6~7，共聚所得产品的吸液率为：吸水

率952g/g，吸盐率73g/g，吸醇率3g/g。产品的吸水和吸盐能力都较有NC短纤维制的产品

有大幅的提高。这既可能是因为两种NC原料的结构和含氮量不同，也可能是因为丙酮溶剂

的引入使产品发生改性造成的。

产品的保水性和稳定性

选取吸水率在100g/g以上的产品，将其饱和吸水后的凝胶放在电热鼓风干燥箱中进行

烘干，然后称重。发现在120℃下烘干4h，样品的平均失水率低于20%；在100℃下烘干，

每天烘9h，连续烘两天，样品的平均失水率在50%左右。这说明产品的具有较好的保水能

力。

将上述产品的饱和吸水凝胶在室温下静置，凝胶在两个月内基本上保持原有的体积和强

度。两个月后，部分凝胶开始逐渐稀化。

为测试产品的热稳定性，对上述产品进行了DSC分析。图3和图2显示了由废乒乓球

为原料合成的产品及其废乒乓球原料的DSC分析结果。由图2可见，NC原料在℃时开始

放热分解，在℃达到放热速率最大值。而图3表明，产品的第一个主要放热峰出现在

310~410℃，放热速率最大值则出现在℃。这说明产品的热稳定性较NC原料有了大幅度的

提高，产品不再具有易燃性。

3结论

通过硝酸纤维素与丙烯酸盐共聚的反应方法，可以以过期的火棉纤维和废胶棉制品为原

料合成高吸水性树脂。在适当的反应条件下，得到的产品吸蒸馏水率可达几十倍至近千倍自

重，吸生理盐水率可达数十倍自重，并且产品不具有易燃性。