最新高聚物合成工艺学
聚合物合成工艺学
(4)分离过程：涉及未反应单体旳回收、脱除溶剂、催化剂，脱除 低聚物等过程与设备。
(5)聚合物后处理过程：涉及聚合物旳输送、干燥、造粒、均匀化、 贮存、包装等过程与设备。
(6)回收过程：主要是未反应单体和溶剂旳回收与精制过程及设备。 另外三废处理和公用工程如供电、供气、供水等设备。
(7) 发展清洁生产，注重可连续发展
(8) 增强技术创新能力，培养高素质人才
5. 高分子合成工业
(1) 基本原料：石油、天然气、煤炭等为原材料。
(2) 生产过程：涉及石油开采、石油炼制、基本有机合成、高 分子合成、高分子合成材料成型等工业部门，提供主要旳原料 -单体、溶剂、塑料添加剂等辅助原料。
(3) 高分子合成工业旳任务：将基本有机合成工业生产旳单体， 经过聚合反应合成高分子化合物，从而为高分子合成材料成型 工业提供基本原料。所以基本有机合成工业、高分子合成工业 和高分子合成材料成型工业是亲密相联络旳三个工业部门。
多数引起剂受热后有分解爆炸旳危险，干燥、纯粹旳过氧化物 易分解。所以工业上过氧化物采用小包装，贮存在低温环境中， 而且防火，防撞击。
常用旳催化剂烷基金属化合物很危险，易遇空气燃烧或遇水爆炸。 金属卤化物易水解生成腐蚀气体。
(3) 聚合过程
高分子化合物旳平均分子量、分子量分布以及其构造对高分子 合成材料旳物理机械性能产生重大影响，而且生产出来旳成品 不易进行精制提纯，所以对聚合工艺条件和设备旳要求很严格：
例2. 一种年产10万t合成纤维工厂相当于200多万亩棉田旳产量， 也相当于2023万多头绵羊旳年产毛量，我国如能年产100万t合 成纤维，可节省2023多万亩土地，可养活3000-4000万人口。
高聚物合成工艺学PPT精品课程课件全册课件汇总
浓度过高；c.干燥过程中聚合物残存的单体逸入大气中。
高分子合成工厂中污染水质的废水，主要来源于聚合物分离和 洗涤操作排放的废水和清洗设备产生的废水。
XX XX系
1.3 三废处理与安全 1.3.2 安全
高分子合成工厂中最易发生的安全事故是引发剂、催化剂、
早期，天然桐油，经适当处理制成油漆。
1839年，美国人发明了天然橡胶的硫化。
1855年，英国人由硝酸处理纤维素制得塑料(赛璐珞)，以后又相 继制成人造纤维。（80年代末期用蛋白质-乳酪素为原料获得了 乳酪素塑料，又叫做半合成材料。） 1883年，法国人发明了用乙酸酐与纤维素制人造丝(粘胶纤维)。
XX XX系
XX XX系
1.1.2. 高分子材料生产主要过程
XX XX系
1.1.3 高分子合成材料成型加工工业简介
高分子合成工业的产品形态可能是液态低聚物、坚韧的固态高 聚物或弹性体。它们必须经过成型加工才能够制成有用的材料 及其制品。
塑料的原料是合成树脂和添加剂（包括稳定剂、润滑剂、着色 剂、增塑剂、填料以及根据不同用途而加入的防静电剂、防霉 剂、紫外线吸收剂等）。
易燃单体、有机溶剂引起的燃烧与爆炸事故。可燃气体、液体 的蒸气或有机固体与空气混合时，当达到一定的浓度范围，遇
火花就会引起激烈爆炸。例如乙烯的爆炸极限是2.7％(下限)和
34.0％(上限) 。 高分子合成工业所用的化学品、单体、溶剂、聚合用助剂、 加工助剂等，有些已知为剧毒品、致癌物质、具腐蚀性、可长 期积累中毒等。
1.2 高分子合成材料的种类
1.2.3 合成纤维 线型结构的高分子量合成树脂，经过适当方法纺丝得到的
纤维称为合成纤维。
高聚物合成工艺学第三版ppt课件
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我国高分子材料合成工业发展趋势
(1) 扩大产能及装置大型化 (2) 产品结构调整 (3) 加强高分子材料科学与工艺学的理论基础研究 (4) 催化剂的重大作用 (5) 合成、加工与应用的一体化 (6) 计算机、信息技术迅速推广应用 (7) 发展清洁生产，注重可持续发展 (8) 增强技术创新能力，培养高素质人才
(6)回收过程：主要是未反应单体和溶剂的回收与精制过程及设备。 此外三废处理和公用工程如供电、供气、供水等设备。
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聚合物制造工艺过程举例
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1.3.1 原料准备与精制过程
高纯度的单体及有机溶剂。杂质对聚合反应的阻聚作用、链转移反应；催 化剂中毒及相关副反应。 一般要求单体纯度>99%。
单体贮存注意：
高聚物合成工艺学
1
第一章 绪 论
第一节 高分子合成工业概述
天然高聚物
蚕丝、羊毛、皮革、棉花、木材及天然橡胶。
合成高聚物
塑料、合成纤维、合成橡胶、涂料、粘合剂、 离子交换树脂等材料。
三大合成材料：塑料、合成纤维、合成橡胶
2
1.1.1 发展简史
早期，天然桐油，经适当处理制成油漆。 1839年，美国人发明了天然橡胶的硫化。 1855年，英国人由硝酸处理纤维素制得塑料(赛璐珞)，以后又相 继制成人造纤维。（80年代末期用蛋白质-乳酪素为原料获得了 乳酪素塑料，又叫做半合成材料。）
1. 防止单体与空气接触产生爆炸、产生过氧化物。
高聚物合成工艺学总结
名词解释浊点：非离子表面活性剂被加热到一定温度，溶液由透明变为浑浊，出现此现象时的温度称为浊点，乳液聚合在浊点以下进行均缩聚：一种单体参加的缩聚反应共缩聚：均缩聚体系和混缩聚体系加入其它单体进行缩聚三相点:离子型乳化剂在一定温度下会同时存在乳化剂真溶液、胶束和固体乳化剂三相态，此温度点称三相点。
乳液聚合在三相点以上进行。
离子聚合：乙烯基单体，二烯烃单体以及一些杂环化合物在某些离子的作用下进行的聚合反应称之为离子聚合反应。
（单体在阳离子或阴离子作用下，活化为带正电荷或带负电荷的活性离子，再与单体连锁聚合形成高聚物的化学反应，统称为离子型聚合反应）配位聚合:是烯烃单体的碳-碳双键与引发剂活性中心的过渡元素原子的空轨道配位，然后发生位移使单体分子插入到金属-碳之间进行链增长的一类聚合反应。
混缩聚(异缩聚物)：两种单体参加的缩聚反应逐步加成聚合反应：某些单体分子的官能团可以按逐步反应的机理相互加成而获得聚合物，但又不析出小分子副产物，这种反应称为逐步加成聚合反应。
扩链反应：预聚物通过末端活性基因的反应使分子相互连结而增大分子量的过程均相本体聚合：指生成的聚合物溶于单体（如苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯）。
非均相本体聚合：指生成的聚合物不溶解在单体中，沉淀出来成为新的一相（如氯乙烯）。
HLB值：亲水亲油平衡值用来衡量乳化剂分子中亲水部分和亲油部分对其性质所做贡献大小的物理量。
HLB值越大表明亲水性越大；反之亲油性越大。
"临界胶束浓度"（CMC）：表面活性剂分子形成胶束时的最低浓度.从结构而言,疏水基团越大，则CMC值越小。
在烃基带有极性基团时，CMC值增大。
萃取精馏：是用来分离恒沸点混合物或组分挥发度相近的液体混合物的特殊精馏方法。
基本原理是，液体的混合物中加入较难挥发的第三组分溶剂，以增大液体混合物中各组分的挥发度的差异，使挥发度相对地变大的祖坟可以由精馏塔顶馏出，挥发度相对地变小的组分则与加入的溶剂在塔底流出。
高聚物合成工艺学
高分子合成工业
合成工业任务： 是将基本有机合成工业生产的单
体(小分子化合物)，经过聚合反应(包括缩聚反应等) 合成高分子化合物，从而为高分子合成材料成型工 业提供基本原料。基本有机合成工业、高分子合成 工业和高分子合成材料成型工业是密切相联系的三 个工业部门。 高分子合成材料的制备过程： 经过石油开采、石油 炼制、基本有机合成、高分子合成、高分子合成材 料成型等工业部门。
合成纤维—— 合成纤维：通常由线型高分子量合成树脂经熔融纺丝 或溶液纺丝制成。合成纤维中通常要加有少量消光剂、 防静电剂以及油剂等。消光剂的作用可以消除合成纤 维的光泽，一般为白色颜料如钛白粉，锌白粉等。油 剂的作用是增加纤维的柔性和饱合性。
1.2 高分子合成材料的特性和在国民
经济各部门中的应用
通用塑料： 通用塑料产量大，生产成本低，性能多样 化。主要用来生产日用品或一般工农业用材料。例如聚 氯乙烯塑料可制成人造革、塑料薄膜、泡沫塑料、耐化 学腐蚀用板材、电缆绝缘层等。
工程塑料： 工程塑料产量不大，成本较高，但具有优 良的机械强度或耐摩擦、耐热、耐化学腐蚀等特性。可 作为工程材料，制成轴承、齿轮等机械零件以代替金属、 陶瓷等。
20世纪
50年代以后：由于发现了由有机金属化合物和过渡 金属化合物组成的催化剂体系，可以容易地使烯烃、 二烯烃聚合为性能优良的高聚物，因此对原料烯烃、 二烯烃的需要量急增。许多以煤和粮食为原料的化工 产品纷纷转向石油路线进行生产，石油化学工业迅速 扩大增长。
20世纪——
解放后：逐渐建立了化学纤维工业、合成橡胶工业 和塑料工业。相继建成了若干大型石油化工基地， 如燕山、兰州、吉林、大庆、齐鲁、金山、仪征、 高桥、辽阳等。它们以石油裂解气为原料，已形成 了合成纤维工业、合成橡胶工业和合成树脂与塑料 工业的骨干企业，使我国高分子合成材料工业迅速 发展。
《高聚物合成工艺学》课程教学大纲(本科)
《高聚物合成工艺学》课程教学大纲英文名称：Synthetical Technic of Polymer课程类型：专业课课程要求：必修学时/学分：40/2.5适用专业：高分子材料与工程一、课程性质与任务过本课程的学习，使学生能掌握几种高聚物生产工艺，并能够用所学基础理论解决实际问题，对生产技术和发展方向有所了解，掌握高聚物合成工艺过程及方法的规律性。
掌握高分子材料科学的基础理论知识、高分子材料合成及改性的方法，具有开发新型高分子材料及产品的初步能力；具有对现有通用产品的生产和操作能力；具有常规分析仪器的操作和检测能力；具有进行技术经济分析和管理的初步能力。
二、课程与其他课程的联系高聚物合成工艺学是将单元操作技术，聚合反应工程及高聚物合成原理等综合一体的应用性较强的课程，该课程是在本专业学生学过了无机化学、有机化学、物理化学、化工原理和高分子化学及高分子物理等专业学科基础课的基础上开设的，在知识和内容上与这些课程紧密相关，特别是化工原理的单元操作和高分子化学的聚合反应过程是构成高聚物合成工艺的基本单元。
三、课程教学目标通过高聚物合成工艺学这门课程的学习，使学生达到以下目的：1 .了解高分子材料合成与分子设计的关系，了解高聚物合成所用的主要单体，合成树脂、合成橡胶、合成纤维、涂料、粘合剂、工程高分子材料、特种高分子、功能高分子等品种的生产和制备方法。
2.掌握重点高聚物品种生产工艺过程、工艺设备、过程控制方法和调节手段，掌握工艺计算和程序。
3.培养和训练学生将所学过的基本理论和技术与高聚物合成工艺紧密结合在一起，形成有机地统一体，从而提高学生分析和解决实际问题的能力。
4.从网上查找相关高聚物发展新材料。
新信息介绍给学生。
开拓学生视野。
四、教学内容、基本要求与学时分配五、其他教学环节（课外教学环节、要求、目标）1.教学方式与教学方法的具体改革措施是教学以讲授为主，辅以现场参观和文献调研等教学形式。
在教学过程中将参观辽阳石化分公司烯炷厂的聚乙烯装置。
高聚物合成工艺学
合 成 高 分 子 材 料 的 主 要 过 程
第2章 高分子化合物的生产过程
高分子合成生产过程大体上可分为以下几个工序:
(1)原料准备与精制过程;
(2)催化剂(引发剂)配制过程;
(3)聚合反应过程；
(6)回收过程
(4)分离过程；
(5)聚合物后处理过程
此外三废处理和公用工程如供电、供气、供水等设备。
聚合物制造工艺过程举例
2.1 原料准备与精制过程
高分子合成工业的最主要原料是单体，其次是有些生产过程中需要加 入有机溶剂，都可能含有杂质可能对聚合反应产生不利影响(单体纯度 >99%)。 单体贮存注意： a. 防止单体与空气接触产生爆炸、产生过氧化物。 b. 提供可靠的措施，保证在任何情况下贮罐不会产生过高的压力，以 免贮罐爆破。贮存气体状态单体的贮罐应当是耐压容器。贮罐还应当 远离反应装置，以减少着火危险。 c. 防止有毒易燃的单体泄漏出贮罐、管道和泵等输送设备。 d. 防止单体贮存中发生自聚现象，必要时应当添加阻聚剂。使用时用 NaOH洗涤。
反应物料在反应初期都是易流动液体状态或气体。
高分子合成工业中聚合反应器中的物料形态可归纳为： (a)高粘度熔体(均相)—熔融缩聚、本体聚合 。 (b)高粘度溶液(均相)—自由基溶液聚合、离子及配位溶液聚合、溶液缩聚。 (c)固体微粒-液体分散体系(非均相)——自由基悬浮聚合、离子及配位溶液 聚合、溶液缩聚。 (d)胶体分散液(非均相)——自由基乳液聚合。 (e)粉状固体(非均相)——自由基本体聚合、离子配位本体聚合。 (f)固体制品(本体浇铸聚合)。
搅拌器
为使釜式聚合反应器中的传质、传热过程正常进行，聚合釜中必 须安装搅拌器。
螺轴式
螺带式
推进器式
高聚物合成工艺学
1、高分子合成工业的任务 将基本有机合成工业生产的单体，经过聚合反应(包括缩聚反应等)合成高分子化合物，从而为高分子合成材料成型工业提供基本原料。
基本有机合成工业、高分子合成工业和高分子合成材料成型工业是密切相联系的三个工业部门。
（2）对于三废的处理：①在进行工厂设计时应当考虑将其消除在生产对程中，不得已时则考虑它的利用，尽可能减少三废的排放量。
必须进行排放时．应当丁解三废中所含各种物质的种类和数量，有针对性地进行回收利用和处理，最后再排放到综合废水处理产所。
不能用清水冲淡废水的方法降低废水中有害物质的浓度。
②对含有不涪于水的油类废水，利用密度的不同，流经上部装有挡板的水池以清除浮油，然后进行生物氧化处理。
③对含有固体微粒的废永应流经沉降池，使微粒自然沉降，然后废水迷往处理中心。
如果废水中溶有较多的有机溶荆.则不适于生化处理，需要焚烧处理。
废水中舍有重金属时·应当用离子交换树脂进行处理。
④有机废渣通常作为锅炉燃料进行焚烧。
(3)回收利用方法:①作为材料再生循环使用;②作为化学品循环使用;③作为能源回收利用 6、最重要的原料来源路线：①石油化工路线;②煤炭路线;③其他原料路线.7、C4馏分的组成：丁烷、丁烯和丁二烯，是石油炼制过程中和液态烃高温裂解过程中产生。
8、引发剂的选择 ①根据聚合方法选择适当溶解性能的水溶性或油溶性引发剂；②根据聚合操作方式和反应温度条件,选择适当分解速度的引发剂；③根据分解速度常数；④根据分解活化能；⑤根据引发剂的半衰期。
特点：①本体聚合是四种方法中最简单的方法,无反应介质,产物纯净,适合制造透明性好的板材和型材； ②后处理构成简单，可以省去复杂的分离回收等操作过程,生产工艺简单,流程短,设备少,较经济； ③反应器有效反应容积大,生产能力大,易于连续化,生产成本比较低.缺点：①放热量大,反应排除困难,不易保持一定的反应温度；②物料黏度很大 11、本体聚合中改善传热所采用的方法？ ①加入一定量的专用引发剂调节反应速率； ②采用较低的反应温度,使放热缓和； ③反应进行到一定转化率,粘度不高时就分离聚合物； ④分段聚合，控制转化率和“自动加速效应”； ⑤改进和完善搅拌器和传热系统,以利于聚合设备的传热； ⑥采用“冷凝态”进料和“超冷凝态”进料；⑦加入少量内润滑剂改善流动性。
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第二章 生产单体的原料路线
单体的来源：
高分子合成材料广泛应用于各工业部门或作为日 常生活用品。要求原料来源丰富、成本较低。而原 料单体的成本却占很大的比重，所以要求单体的生 产路线要简单，而且经济合理。
当前最重要的原料来源路线有：
1.石油化工路线 2.煤炭路线 3.其他路线
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原油 常压蒸馏
汽油 低沸点 煤油
柴油 高沸点 减压蒸馏
沥青 柴油 燃料油 石蜡
润滑油
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第二章 生产单体的原料路线
高聚物合成工艺学
第二章 生产单体的原料路线
石油裂解：
在一定条件下，把分子量大, 沸点高的烃断裂为分 子量小、沸点低的烃的过程。
如：C16H34
C8H18+C8H16
C8H18
2.2煤炭原料路线
煤的开采
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第二章 生产单体的原料路线
煤炭是我国能源的 主要提供者
煤炭占 59.4~63.2%
煤炭占71% 13.9亿吨
煤炭占71% 16.03ຫໍສະໝຸດ 吨24.66~32.80亿吨
2002
2003
中国能源生产总量（以标准煤计）
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2020
第二章 生产单体的原料路线
O
丁苯橡胶 聚氧化乙烯
C
H
2
OH
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涤纶树脂
CH2 OH
聚乙烯 乙丙橡胶 聚氯乙烯 聚乙酸乙烯酯
聚乙烯醇
维尼纶树脂
第二章 生产单体的原料路线
丙烯
聚丙烯 乙丙橡胶
丙烯腈
聚丙烯腈
丁腈橡胶
碳纤维
丙烯酸
聚丙烯酸
聚丙烯酸酯
聚甲基丙烯酸酯
酚醛树脂 环氧树脂
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第二章 生产单体的原料路线
石油的催化重整
支链化:提高汽油质量 环化:生产芳烃 催化剂：Pt Re
高聚物合成工艺学
第二章 生产单体的原料路线
石油经裂解、重整分离可以得到烯烃、丁二烯和芳 烃、苯、甲苯、二甲苯等。它们是重要的 基本有机原料， 而烯烃中的乙烯、丙烯和丁二烯，则又是重要的单体。 从这些基本有机原料 可以合成各种单体。从而得到各种 合成树脂与合成橡胶。
C4H10 + C4H8
C4H10
CH4+C3H6
C4H10
C2H4+C2H6
石油有热裂化和催化裂化两种
高聚物合成工艺学
第二章 生产单体的原料路线
热裂解
目的:提高汽油的产量
缺点：温度过高，发生结焦现象
催化裂解
目的:提高汽油的质量和产量
催化剂：硅酸铝，分子筛 （铝硅酸盐）
高聚物合成工艺学
第二章 生产单体的原料路线
高聚物合成工艺学
第二章 生产单体的原料路线
2.1 石油化工路线 原油：从油田里开采出来的没有经过加工处理的石油。分为 石蜡基石油，环烷基石油，芳香基石油以及混合基石油。
杂质成分：水，氯化钙，氯化镁等盐类
油田
原油
危害：水---浪费燃料
盐----腐蚀设备
处理：脱水 脱盐
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第二章 生产单体的原料路线
石油分馏产品： 石油气
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第二章 生产单体的原料路线
CH2=CH2
CH 3 CH =CH 2
+ C l 2 +O 2 CH 2Cl CH 2Cl CH2=CHCl
+ CH3COOH+O 2 C H 2 = C HO O C C H 3
C6H6
AlCl3
H2 CH2=CHC6H5 聚苯乙烯
ABS树脂
O 2 CH2 CH2
（2）在浓硫酸存在下纤维素与醋酸和醋酸酐混合液作用可以 制备醋酸纤维素。
所有的硝化纤维素都易燃，除用作火药外，已被醋酸纤维素所
代替。
高聚物合成工艺学
第二章 生产单体的原料路线
纤维素的高反聚物应合成工艺学
作业
1.要得到高纯度的本体聚合产品，为何通常采用高 真空脱除单体？ 2.合成树脂和合成橡胶的聚合物溶液分离方法有何 不同？并解释原因。 3.生产单体的原料路线有几条，试比较它们的优缺 点?
第二章 生产单体的原料路线
高分子化合物 的生产过程
制品 高分子合成材料成型加工
高分子合成工业 基本有机合成工业
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第二章 生产单体的原料路线
工业生产的高聚物按其化学组成可按如下分类： (1)加聚型高聚物：α-烯烃聚合物；乙烯基聚合物，
二烯烃类聚合物等。 (2)逐步聚合型高聚物：聚酯，聚酰胺；聚醚；聚氨酯 类、有机硅聚合物、酚醛树脂、环氧树脂等。
高聚物单体合成路线的转变
国际趋势：
目前，我国正处在向石油化工路线转变的过程中……
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第二章 生产单体的原料路线
高聚物合成工艺学
第二章 生产单体的原料路线
高聚物合成工艺学
第二章 生产单体的原料路线
2.3其他原料路线 主要以农副产品或木材工业副产品为基本原 料，直接用作单体或经化学加工为单体。 优点：充分利用自然资源、变废为宝 缺点：只能小量生产某些单体； 原料不充足、成本较高。
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第二章 生产单体的原料路线
糠醛树脂具有优良的耐化学腐蚀性，主要用来制造耐酸涂层和耐
酸腻子等。
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第二章 生产单体的原料路线
2. 纤维素 [C6(H2O)5]n 植物的主要化学成分是纤维素。棉花纤维的纤维素含量最
高。木材经化学加工脱除胶质和木质素等，得到的纸浆也是较 纯粹的纤维素原料。
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第二章 生产单体的原料路线
1. 糠醛
糠醛是从农副产品中提炼的最重要的单体，由稻草、米糠 和棉籽壳等农副产品制得。
稻草、米糠和棉籽壳中所含的五碳多糖经酸性水解生成五 碳糖．再经脱水反应生成糠醛。
糠醛和丙酮缩聚可得糠醛-丙酮树脂，糠醛和苯酚缩聚可得 糠醛-苯酚树脂，糠醛和糠醇缩聚可得糠醛-糠醇树脂，糠醛加 氢得糠醇，后者和甲醛缩聚可得糠醇-甲醛树脂。
一个纤维素大分子中含有三个羟基，其为反应性基团，在 适当的条件下可进行化学转化，形成新的聚合物。
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第二章 生产单体的原料路线
纤维素的典型反应
（1）经浓硝酸和浓硫酸处理可制成硝化纤维素。含氮量为 11.5％-13.6％的称为高氮硝化纤维，含氮量为13％的可用作 无烟火药．含氮量为10％-12.5％的称为低氮硝化纤维，含氮 量为11％的硝化纤维用来制作赛璐珞塑料，含氮量为12％的 用作涂料和照相底片。