纤维素大分子(分子结构见下图)中的每一个葡萄糖残基环上都带有3个醇羟基（-OH），这些羟基与一系列有机酸、酸酐、酰氯或无机酸发生酯化反应则得到纤维素酯。
纤维素的分子结构
其中，位于C2、C3上的为仲羟基，位于C6上的为伯羟基，这三个羟基的酸性从大到小排列顺序为C2〉C3〉C6，反应能力也不同。在发生酯化反应过程中，C6位羟基的酯化速度比其它两个羟基约快10倍。与其他种类的纤维素衍生物反应相似，纤维素的酯化反应绝大多数也是在非均相状态下进行的，因此，酯化产物——纤维素酯也存在取代基在各个层面上的非均匀分布问题，这个问题也会影响纤维素酯的某些应用性能。
根据与其反应的酸的种类不同，纤维素酯类可分为无机酸酯和有机酸酯两大类。
纤维素无机酸酯
硝酸纤维素酯（NC）是纤维素无机酸酯类中工业化生产最早，用途最广泛的一个品种，是人类第一个从自然界中制备的可塑性聚合物。高酯化度NC是制造枪、炮、火箭以及导弹武器火药及推进剂的主要原料，在军事工业上扮演着重要角色；低酯化度的NC可用于快干油漆、赛璐珞、胶片等的生产。
纤维素黄原酸酯是纤维素无机酸酯的另一重要品种，是制造粘胶纤维的原料。
纤维素有机酸酯
纤维素有机酸酯可以通过纤维素与有机酸、酸酐或酰氯的反应制得，主要品种及其应用分述如下：
（1） 纤维素甲酸酯
纤维素甲酸酯是以硫酸、氯化锌、吡啶等为催化剂，甲酸为酯化剂得到的酯化产物。纤维素甲酸酯的酯化度取决于甲酸的浓度，在浓度为98%~99%的甲酸作用下能得到酯化度大于100的制品；甲酸浓度低于90%时不能使纤维素酯化。由于甲酸是一种强酸，所以酯化时会引起纤维素的降解，为了尽可能减少纤维素的降解，进行纤维素甲酰化时，温度通常不高于25℃。
纤维素甲酸酯能溶于甲酸中，所以酯化过程是在单相介质中完成的。用水稀释，可以从溶液中分离出纤维素酯。
当有氯化锌存在时进行酯化得到的纤维素三甲酸酯是比较稳定的，用它制得的膜片强度和抗水性可超过纤维素丁酸酯膜片。
（2）醋酸丙酸纤维素酯
纤维素用丙酸预处理后，再用丙酸、丙酸酐和乙酸/醋酸酐混合液在硫酸存在下进行酯化，最后经水解、沉析、洗涤、干燥等工序可得到某一取代度的醋酸丙酸纤维素酯。
醋酸丙酸纤维素具有较好的抗湿、耐寒、柔韧、透明、电绝缘等性能，并且与高沸点增塑剂有较好的混溶性，但不耐无机酸、碱、醇、酮、烃、氯代烃，仅耐酯和油。
由于醋酸丙酸纤维素制成的塑料制品的质地坚韧，尺寸稳定性好，模塑性好，表面光泽好，非常适宜制造汽车零件、方向盘、收音机及电视机部件、工具手柄等。
（3）醋酸纤维素（CA）
1914年美国Lustron公司首次合成三醋酸纤维素酯。而世界性真正工业化试产则始于1919年。直到1954~1955年，三醋酸纤维素酯才真正在美国、加拿大、法国和德国等成功地实现工业化生产。1952年，美国Eastman公司首次开发醋酸纤维素非纺织用途——香烟过滤嘴材料。纤维素醋酸酯作为热塑性塑料是1927年开始的。到1929年，粒状的纤维素醋酸酯塑料见诸销售市场。1933年开始，基于纤维素醋酸酯的纤维素混合酯类更成为当时注塑模和挤压塑料的重要成员。
现在工业上不仅可以成功地制备完全取代的三醋酸纤维素酯，而且可以控制性地制备部分水解的、水溶性单取代的、或二取代的纤维素醋酸酯，并且广泛用到纺织、塑料、烟草、涂料和粘合剂等工业部门及膜科学研究和开发领域。
我国纤维素醋酸酯生产已有30多年历史。多数厂家生产的三醋酸纤维素酯，主要作为电影胶片和照相片基的原料以及熔融纺丝，而少量生产的二醋酸纤维素酯，主要用于塑料、涂料、片基等。
CA是目前纤维素塑料中应用最广泛的一种。根据不同的使用要求，应选用不同的醋酸纤维素和助剂配方，至今在汽车、飞机、建筑、机械、工具、办公和制图用品、电器元件、包装材料、家庭用品、化妆品器具、照相、印染、电影胶卷等领域都有广泛的应用。举例如下：
●很好的强韧性，使它放入金属插件也不会开裂，并有在低温下抗冲和抗拉强度下降低的优点，故适宜制作火车车辆上的扶手、有色眼镜、球棒柄、鞋拔子等。
●有光泽、透明、手感好的优点，宜作头发梳子、牙刷等。
●耐油、耐汽油性好，可制作汽油过滤器、油垢除垢器、油缸、轴承座、汽油容器盖、油壶等。
●尺寸稳定性好，可制作电视机罩壳、各种箱、盒、半导体收音机壳子、弹弓部品、纺织用的纱羽管、门雕球饰等。
●容易涂饰、染色、粘合、切削，可用来制成钮扣等。
（4）醋酸纤维素丁酸酯（CAB）
CAB是以乙酸为介质，硫酸为催化剂，由醋酸酐和丁酸酐共同与纤维素反应而制得的。此产品最早是由美国伊士曼公司开始研制，由于其性能优越而得到了广泛应用。
虽然醋酸纤维素在一些性质上，如耐燃性、熔点、韧性和清晰度等方面都很优良，但抗水性和溶解性还不够好，这就使它的应用范围受到了很大的限制。在对脂肪族体系的纤维素酯做了系统的研究之后，发现CAB不仅具有醋酸纤维素的特性，而且在溶解性、抗水性、柔韧性、耐候性和模塑方面都有很大的提高。
由于醋酸纤维素丁酸酯本身性能的一些特点，使其在涂料、表面漆方面的具体应用非常广泛。
